Aplicación de modelos de campos de tensiones para el análisis en servicio y rotura de apoyos a media madera

• Autores: Jaime Mata Falcón, Aurelio Muttoni, Miguel Fernández Ruiz
• Localización: Resúmenes de comunicaciones, 2014, ISBN 978-84-89670-80-8, págs. 21-22
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Stress fields for the analysis of the failure load and cracking state of dapped-end beams
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• Resumen
  • español

    La generación automática de campos de tensiones elasto-plásticos en elementos estructurales de hormigón mediante el método de los elementos finitos ha demostrado ser una buena estrategia para el diseño y verificación de regiones D. Esta metodología permite considerar un comportamiento elasto-plástico de los materiales. No se considera resistencia a tracción para el hormigón, mientras que se incorpora la hipótesis de ablandamiento en compresión de Vecchio y Collins para considerar el efecto de la fisuración transversal en la resistencia a compresión del hormigón.

    En este artículo se investiga la aplicación de dicha herramienta para el análisis de la carga de rotura y de las condiciones de fisuración en servicio sobre una campaña experimental de apoyos a media madera (AMM).

    La rotura de los AMM se produjo en la mayoría de los casos por desprendimiento del recubrimiento de hormigón (spalling) sobre el tirante principal vertical. De manera consistente los modelos mediante predijeron también este modo de fallo.

    A diferencia de las consideraciones clásicas de campos de tensiones, en las que se desprecia la resistencia a tracción del hormigón en el recubrimiento (originando unas estimaciones conservativas de la resistencia de los elementos que fallan por spalling), el presente artículo muestra que los campos de tensiones elasto-plásticos se pueden adaptar fácilmente para reproducir dicho modo de fallo mediante la introducción de una armadura ficticia en el recubrimiento.

    Dicha armadura se introduce para reproducir el spalling del hormigón a partir de una abertura de fisura crítica de spalling. Mediante esta hipótesis se obtiene de manera consistente una muy buena estimación de las cargas de rotura experimentales, incluso para piezas pretensadas y piezas con hormigón reforzado con fibras de acero (en las cuales la contribución de las fibras se introduce en el modelo como una resistencia a tracción plástica equivalente del hormigón).

    Asimismo se investiga una metodología para la determinación de la abertura de fisura en la zona crítica de los AMM mediante campos de tensiones elasto-plásticos. Se asume un comportamiento rígido-plástico de las tensiones de adherencia en las inmediaciones de la fisura. Esta metodología también da una estimación razonable y consistente de las aberturas de fisura en AMM, especialmente en los elementos con armadura inclinada, en los en los que el proceso de fisuración es más estable.

  • English

    The automatic generation of elastic-plastic stress fields (EPSF) for structural concrete members by means of the finite element method has been demonstrated as a suitable approach for the design and assessment of D regions. This methodology allows accounting for an elastic-plastic behaviour of the materials. For concrete, no tensile strength is considered, and the compression softening hypothesis of Vecchio & Collins is incorporated to take into account the effect of the transversal cracking on the compressive strength of concrete. In this paper, the application of this tool for the analysis of the failure load and cracking conditions at serviceability is investigated over a series of experimental tests on dapped-end beams (DEB).

    The failure of DEB occurred in most cases by spalling of the concrete cover on top of the suspension reinforcement. The models with the EPSF predicted also consistently this failure mode. Contrary to classical approaches of stress fields, where the tensile strength of the concrete cover is neglected (leading thus to conservative estimates of the strength for members failing by cover spalling), it is shown in this paper that EPSF can be suitably adapted to reproduce this failure mode by introducing a fictitious reinforcement in the cover. This reinforcement is introduced to reproduce cover spalling for a critical opening of the spalling cracks developing. With this assumption, a very good estimate of the experimental ultimate loads is consistently obtained, also for prestressed elements and for steel-fibre reinforced members (for which the contribution of the fibres is introduced in the model as an equivalent plastic tensile strength of the concrete).

    A methodology for the determination of the crack width in the critical regions of DEB for service load levels by using EPSF is also investigated. It is assumed a rigid-plastic approximation for the bond stresses near the crack. The methodology gives also reasonable and consistent estimates of the crack widths for DEB specimens, particularly for those with diagonal reinforcement, in which the cracking process is more stable.