Implementación de modelos constitutivos avanzados mediante análisis numérico no lineal en concreto reforzado

Abstract

Resumen Los modelos constitutivos describen el comportamiento de un material al ser sometido a una acción. Este trabajo abarca una extensa campaña experimental y numérica, con el fin de plantear modelos que describan el comportamiento mecánico del concreto reforzado con fibras de acero o polipropileno, así como la evaluación del modelo de daño plástico empleado en ABAQUS. Se tiene como objetivo conocer cómo afecta la cantidad de variables en el desarrollo de modelos constitutivos. La campaña experimental consistió en la elaboración de 91 cilindros de concreto y 111 vigas de concreto, los cuales se subdividieron dependiendo del tipo de fibra que se empleó y su dosificación. Las propiedades de las fibras que se usaron para el desarrollo de los modelos son el tipo de material, geometría, dosificación, densidad, contenido de fibra, resistencia a la tensión, módulo de Young e índice de refuerzo. Para indicar cuáles propiedades tienen mayor influencia sobre el modelo se empleó análisis de varianza y el modelo de regresión lineal múltiple. Como resultados se obtuvo que, para la resistencia a la compresión, la diferencia porcentual menor entre el modelo desarrollado con respecto a los resultados obtenidos en el laboratorio fue de 4.63 %, usando fibras de polipropileno; para el módulo de elasticidad, el modelo desarrollado para fibras de acero obtuvo la mejor semejanza con una diferencia porcentual de 3.15 % con respecto a los resultados del laboratorio; finalmente el modelo para el esfuerzo residual a tensión, en fibras de acero, obtuvo una diferencia porcentual de 9.54 %. Para el modelo empleado en software, se tiene el mejor ajuste a un modelo a compresión de 5.45 % empleando fibras de polipropileno. Se realizó una segunda evaluación con una base de datos diferentes, y así determinar un factor de proximidad que al aplicarlo asemeje al valor real. Palabras clave: modelo constitutivo, fibras de refuerzo, análisis no lineal, análisis de varianza, modelos de regresión lineal múltiple

Abstract Constitutive models describe the behavior of a material when subjected to an action. This paper consists of an extensive experimental and numerical campaign, for the numerical approach of several models that describe the mechanical behavior of concrete reinforced with steel or polypropylene fibers, as well as the evaluation with the plastic damage model used in ABAQUS. The objective is to know how the number of variables affects the development of constitutive models. An experimental campaign consisted of the preparation of 91 concrete cylinders and 111 concrete beams, which were subdivided depending on the type of fiber used and its dosage. The fiber properties used for the development of the models are the type of material, geometry, dosage, density, fiber content, tensile strength, Young's modulus and reinforcement index. To indicate which properties are most influential on the model, the analysis of variance and the multiple linear regression model were used. As a result, it was obtained that for the compressive stress, the closest percentage difference between the developed model with respect to the results obtained in the laboratory was 4.63 %, using polypropylene fibers; for the modulus of elasticity, the model developed for steel fibers obtained the best similarity with a percentage difference of 3.15 % with respect to the laboratory results, finally the model for the tensile residual stress, in steel fibers, obtained a percentage difference of 9.54 %. For the model used in software, their best fit is a 5.45 % compression model using polypropylene fibers. A second evaluation was carried out with a different database, in order to determine a proximity factor that, when applied, resembles the real value. Keywords: constitutive model, fiber reinforced, structural design, nonlinear analysis, analysis of variance.