Experimental investigation of 50 MPa reinforced concrete slabs subjected to blast loading

Investigación experimental de losas de concreto armado de 50 MPa sometidas a efecto de explosión

Este documento presenta los resultados de una prueba experimental de efecto de explosiones y de instrumentación desde el subconjunto de cuatro losas de concreto de 50 MPa con ratios de refuerzo del 0,175% y 0,37%. Dos de las losas han sido protegidas con una espuma de poliestireno expandido con 50 mm de espesor para poder comprobar la capacidad que tiene la espuma de modificar la respuesta a la explosión. Las losas se apoyaron en dos lados. El explosivo plástico PBX (por las siglas en inglés de plastic bonded explosive) no confinado fue moldeado en forma de cilindro teniendo 20 cm de alto y 10,5 cm de diámetro. El explosivo fue detonado a 2 metros de distancia. La masa de equivalente TNT de los explosivos varía entre 2,58-2,72 kg. Acelerómetros, medidores de desplazamientos y sensores de presión fueran utilizados para medir los parámetros de la onda de choque y la respuesta global de las losas. Una cámara digital de alta velocidad conectada a una computadora portátil robusta grabó las imágenes. Se incluyen datos resultados cualitativos y cuantitativos. Las losas con protección de espuma variaron el patrón de presión registrados por los sensores y resultó en un mayor desplazamiento, aceleración y el momento lineal.

Introducción

Existe un creciente interés por comprender la respuesta de las losas de hormigón armado sometidas a los efectos de la explosión (Castedo et al., 2015; Li et al., 2016).  Además, encontrar y caracterizar mecanismos de retrofit para mitigar los efectos de la explosión sigue siendo de interés para entidades privadas y gubernamentales (Urgessa & Maji, 2010). Un esquema de retrofitting barato es utilizar una espuma con una larga meseta de rendimiento para absorber la energía de la explosión (Mendonça et al., 2017; Petel et al., 2013). Algunos estudios han demostrado que los retrofits de espuma aumentaron el impulso impartido en las estructuras protegidas exacerbando el daño total basado en la simulación numérica (Lee & O´Toole, 2004; Mendonça et al., 2017; Mullin & O´Toole, 2004). Sin embargo, estos estudios carecen de una comparación directa o de correlaciones mediante pruebas de campo.

Para abordar las lagunas en la literatura, se llevaron a cabo múltiples pruebas de voladura en losas de hormigón armado de 1,0 m × 1,0 m en planta y 0,08 m de espesor, en el sitio del stand del Departamento Aeroespacial de Ciencia y Tecnología (DCTA) en São José dos Campos, São Paulo, Brasil. Este trabajo presenta la descripción del montaje de la prueba experimental, la instrumentación y los resultados de un subconjunto de las pruebas de voladura realizadas en cuatro losas de hormigón de 50 MPa con relaciones de refuerzo de 0,175% en una dirección y 0,37% en la dirección perpendicular. Además, a dos de las cuatro losas se les añadió espuma de poliestireno expandido (EPS) de 50 mm de espesor en la superficie superior de la losa, para determinar si la espuma tiene la capacidad de reducir o agravar la respuesta a la voladura de la losa. La figura 1 muestra el montaje de la prueba a escala real con una distancia de separación (R) de 2 m.