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Análisis numérico de la retracción por secado en muestras de hormigón
Enrique Idiart, Andrés
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria del Terreny, Cartogràfica i Geofísica; Carol Vilarasau, Ignacio; López Garello, Carlos María
El estudio de la retracción por secado y la fluencia en el hormigón ha sido objeto importante de investigación durante décadas. Estos fenómenos tienen gran importancia, cuanto menos económica, en el diseño de estructuras de hormigón modernas, como los puentes con grandes vanos, recipientes para reactores nucleares, cáscaras, estructuras off-shore o estructuras subterráneas. Gran parte de los estudios encontrados en la bibliografía se concentran en el análisis experimental de estos fenómenos, ya sea a partir de probetas de diversos tamaños y formas o bien directamente a partir de elementos estructurales. La gran cantidad de información acumulada ha permitido el desarrollo de formulaciones empíricas para estimar las deformaciones que una estructura sufrirá como consecuencia de estos efectos diferidos. A día de hoy, los códigos de edificación todavía tratan la retracción por secado y la fluencia de manera empírica, donde el efecto de la humedad relativa y del tamaño de las secciones sometidas a secado se tienen en cuenta mediante factores aproximados. La parte restante de los trabajos realizados en esta materia se centra en la modelación de la retracción por secado utilizando métodos numéricos, como los métodos de los Elementos Finitos (MEF), de las Diferencias Finitas o de los Volúmenes Finitos. Es principalmente en este campo donde todavía resta dilucidar diversos aspectos e interaccionar con la rama experimental, de manera de diseñar campañas experimentales más efectivas. Tradicionalmente los estudios en este campo se han realizado de un modo fenomenológico, en el cual el hormigón se considera como un material continuo homogéneo. Un planteamiento más completo y potente puede conseguirse con modelos meso-estructurales, en los cuales la estructura interna del material se representa explícitamente. Este trabajo se enmarca dentro de este último subgrupo, más específicamente dentro de la modelación avanzada por el MEF del comportamiento de materiales cuasi-frágiles, como el hormigón. Se analiza el material a un nivel de observación microscópico de primer nivel (mesoestructura), en el que el material no se trata como un continuo homogéneo, sino que se tiene en cuenta la naturaleza heterogénea propia del material de manera explícita en la malla de elementos finitos. Adicionalmente se introducen elementos junta para la representación explícita de la fisuración y el flujo a través de las fisuras. El análisis se realiza en forma acoplada higro-mecánica, mediante una estrategia staggered sobre la misma malla de elementos finitos. El objetivo principal de este trabajo es el de profundizar y realizar un aporte en el campo de los fenómenos diferidos tales como la retracción por secado en el hormigón, por medio de la modelación en 2D del material desde un punto de vista meso-estructural, considerando tanto los efectos mecánicos como los mecanismos de difusión del contenido de humedad en el seno del mismo. La simulación numérica ha consistido en imponer inicialmente la humedad relativa en ciertas caras de las probetas e impedir el flujo en las restantes. De esta manera se analizó el secado y la fisuración que éste produce. También se han realizado cálculos preliminares en los que se ha aplicado un secado simultáneamente con cargas de compresión. Adicionalmente se ha estudiado el efecto puramente mecánico de la altura de probetas de hormigón en el comportamiento de reblandecimiento. Los resultados obtenidos permiten reproducir de forma cualitativa aspectos importantes del comportamiento real observado, lo cual pone de manifiesto la potencialidad de esta metodología mesoestructural para profundizar en la investigación futura de la fluencia con secado. El ajuste de los parámetros del modelo con resultados experimentales ha puesto en evidencia que todavía pueden mejorarse ciertos aspectos del modelo.
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