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/ enero-abril 2012
Artículos Técnicos
/
Estructuras de hormigón
Cimbra
Introducción
L
a simulación numérica del com-
portamiento de una estructura
frente a impactos y/o explosio-
nes puede resultar una cuestión
de gran interés, ya que permitiría
racionalizar y ajustar el dimensionado de
las estructuras o elementos que pudiesen
ser susceptibles de soportar este tipo de
situaciones, buscar sus puntos débiles, o,
en el caso de estructuras o elementos ya
construidos, prever su comportamiento.
El comportamiento del hormigón es
diferente bajo carga estática que bajo car-
ga dinámica. La resistencia frente a la
rotura aumenta, tanto a tracción como a
compresión, bajo la carga dinámica.
Bajo carga severa, cuando un pro-
yectil o un fragmento alcanza un ob-
jetivo de hormigón, éste se deformará
y fisurará, produciéndose vibraciones
en la estructura. La presión en la par-
te frontal de la punta del proyectil es
varias veces superior a la resistencia
estática uniaxial del hormigón y a la
presión de confinamiento lateral, pro-
pagándose una onda de tensión des-
de la punta del proyectil que, además,
producirá aplastamientos en los puntos
de contacto. Como el hormigón es muy
débil a tracción, la onda de tensión ob-
tenida cuando la onda de compresión
golpea la parte trasera de la pared pue-
de provocar fisuraciones en dicha zona,
y roturas en dirección lateral. En cuan-
to a la profundidad de penetración, los
valores de las resistencias a compresión
y a tracción del hormigón son pará-
metros de los que depende dicha pro-
fundidad. Indicar, a título de ejemplo,
que el tamaño del cráter depende de la
resistencia a la tracción.
Zielinski [1] siguió un enfoque fe-
nomenológico donde se compararon las
tensiones producidas por cargas estáticas
y dinámicas. Se observó un cambio de la
geometría del plano de fractura. Con el
aumento en la velocidad de la carga, la
cantidad de áridos fracturados aumentó.
Por otra parte, se observaron múltiples
fracturas a velocidades de carga altas, co-
mo se muestra en la Figura 1.
Estos mecanismos de fractura tienen
una influencia directa sobre la relación
tensión- deformación del hormigón ba-
jo carga dinámica: la absorción de ener-
gía es mucho mayor con múltiples planos
de fractura, la rigidez se incrementa, así
como la tensión de rotura cuando existe
una fuerte variación en la carga. Esto se
muestra esquemáticamente en el gráfico
tensión-deformación de la Figura 2.
COMPORTAMIENTO DEL
HORMIGÓN BAJO CARGA
ESTÁTICA
El hormigón habitualmente se ca-
racteriza mediante la tensión uniaxial de
compresión, como se muestra en la Figura
3. Para tensiones axiales en el hormigón,
la resistencia a tracción es inferior a la dé-
cima parte de la resistencia a compresión.
Sin embargo, las estructuras reales es-
tán sometidas a tensiones multiaxiales. Es
conocido que la resistencia y la rigidez del
hormigón aumentan cuando se encuentra
confinado. En la Figura 4 se muestra el dia-
grama tensión-deformación para el hormi-
gón en compresión con distintos valores de
presión lateral (de confinamiento).
En la revista Cimbra nº 394 se publicaba la primera parte de este artículo en donde se analizaba con
detalle el impacto de los explosivos, las ondas que se generan y los efectos de éstas sobre los edificios.
Ahora, los autores de este artículo, se detendrán en el comportamiento de los materiales que actúa de
manera diferente si es sometido a una carga estática que a una dinámica.
Alejandro Alañón Juárez.
Ingeniero Técnico de Obras Públicas
Máster en Técnicas Experimentales
Avanzadas en la Ingeniería Civil
Departamento de Construcción y Agronomía.
E.P.S. de Ávila - USAL
Anastasio P. Santos Yanguas.
Dr. Ingeniero de Minas
Departamento de Ingeniería de Materiales.
E.T.S.I. de Minas – UPM
María Jesús Vázquez Gallo.
Dra. Ciencias Matemáticas.
Departamento de Ingeniería Civil: Servicios
Urbanos. E.U.I.T. de Obras Públicas - UPM
Estructuras de hormigón
armado bajo carga
dinámica severa.
Parte II: Comportamiento de los materiales.