FRCU - GIMCE: Grupo de Investigación de Mecánica Computacional y de Estructuras - Comunicaciones a Congresos

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Refuerzo de columnas de Hº Aº con armadura de estribos deficiente utilizando PRFC
(Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2018-04-06) Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl; González, Federico Alejandro; Denardi, Miqueas Ceferino
Existen numerosas situaciones en las que es necesario incrementar la capacidad portante de elementos sometidos a solicitaciones de compresión, como columnas y pilas de puentes. Dichas situaciones pueden comprender cambios de uso y aumentos de carga, deficiencias de llenado en moldes, errores de proyecto y todos aquellos casos en que las estructuras han resultado dañadas (sismos, impactos, cargas explosivas). El refuerzo externo de columnas de hormigón armado con polímeros reforzados con fibras (PRF) es una solución que ha dado muy buenos resultados, lográndose mejoras en la ductilidad y resistencia ultima de columnas con diferentes tipos de daño. En este trabajo se evalúa experimentalmente la eficiencia del refuerzo externo con bandas de polímeros reforzados con fibras de carbono (PRFC) en la mejora de resistencia y ductilidad de columnas de hormigón armado, de sección cuadrada, con armadura de estribos deficiente. Se analiza la respuesta tensión-deformación axial y modos de falla de columnas con dos separaciones de estribos. Los niveles de resistencia y ductilidad alcanzados por los elementos reforzados sugieren que el refuerzo externo de PRF, mejora el comportamiento cuando existen deficiencias en el refuerzo convencional de estribos de acero. La comparación entre valores experimentales de resistencia máxima a compresión y estimaciones realizadas a partir de modelos empíricos de otros autores, muestra resultados satisfactorios.
Análisis de vigas reticuladas de madera usando el método de elementos finitos
(Asociación Argentina de Mecánica Computacional, 2014-09-26) Faure, Omar Roberto; Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl
Se presenta aquí una propuesta de enseñanza-aprendizaje del método de Elementos Finitos y métodos variacionales aplicados a las ciencias de la ingeniería. Dicha propuesta consistió en la simulación numérica de un reticulado de madera sometido a flexión, fue formulada y aplicada en la asignatura Cálculo Avanzado que pertenece al tercer año de la carrera de Ingeniería Civil de la Facultad Regional Concepción del Uruguay (FRCU) de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN). Se intentó que el alumno comprenda y asimile los conceptos teóricos del método de Elementos Finitos, que adquiera conocimiento y destreza en el manejo de herramientas computacionales y finalmente que visualice la aplicación del método para la resolución de un problema concreto de ingeniería civil. Como elemento disparador del problema se partió de la discusión sobre las estructuras de cubiertas destinadas a salvar grandes luces y en particular, las de tipo reticuladas, ejecutadas con tablas de madera de Eucaliptus Grandis. Los resultados numéricos obtenidos a partir de las simulaciones fueron posteriormente comparados con resultados experimentales obtenidos por el GEMA (Grupo de Estudio de Maderas) de la FRCU-UTN.
Modelo bi fase del HRFA para el estudio de la influencia de la orientación y distribución de fibras de acero en la resistencia mecánica de tubos de drenaje
(Asociación Argentina de Mecánica Computacional, 2019-11-05) Ferrado, Facundo Luis; Escalante, Mario Raúl; Rougier, Viviana Carolina
En este trabajo se propone un modelo 3D para el estudio probabilístico de la capacidad resistente de tubos de Hormigón Reforzado con Fibras de Acero (HRFA), en el cual el HRFA es considerado como un material bi fase en donde las fibras son representadas como elementos discretos y aleatoriamente distribuidas. La contribución de este trabajo radica en que el modelo así propuesto en combinación con el método de Monte Carlo permite realizar un estudio probabilístico de la capacidad resistente de los tubos, así como también de la influencia que tienen sobre ella, la orientación y distribución de fibras de acero dentro de la masa de hormigón. Para ello, se simula el ensayo de tres aristas normalizado por la norma IRAM 11503, el cual es implementado en una herramienta de análisis por elementos finitos (ABAQUS c ). Se utilizan modelos constitutivos distintos para el hormigón simple y para las fibras. Finalmente, se muestran resultados de las simulaciones a través de tablas de cargas máximas, curvas carga-desplazamiento e histogramas.
Simulation of the three edge bearing test : 3D model for the study of the strength capacity of SFRC pipes
(Asociación Argentina de Mecánica Computacional, 2018-11-06) Ferrado, Facundo Luis; Escalante, Mario Raúl; Rougier, Viviana Carolina
The use of SFRC as building material, has been expanding its possibilities beyond conventional applications. Among its new applications, SFRC pipes appear as a new reliable alternative to the common pipes which use steel mesh as reinforcement, due to the structural benefits that mean the fiber addition. In spite of the advances achieved regarding the knowledge of the behavior of SFRC as a structural material, a numerical tool which allows to predict the mechanical response of SFRC pipes is needed,this is due to the complexity of the costly experimental campaigns. In this work the mechanical behavior of SFRC pipes is numerically assessed by means of the simulation of the three edge bearing test (TEBT) according to IRAM 11503 standard through a tridimensional model, which is implemented using a finite element analysis tool. SFRC is considered as an homogeneous material described for a damage-plasticity model which consider different behaviors in tension and compression by means of stress-strain uniaxial curves. These curves are obtained from equations arising from theoretical-experimental developments of other authors. Finally the results of the simulations are shown by means of load-deflection curves, ultimate loads charts and strength distribution diagrams, which are compared with those ones obtained in a experimental campaign carried out by the authors themselves. The results are complemented with some pictures depicting the experimental campaign mentioned above, with both the equipment used during the tests as well as the failure modes of the pipes are shown.
Análisis estocástico de tubos de hormigón reforzado con fibras de acero : efecto de la distribución y orientación de las fibras en la capacidad resistente del tubo
(Asociación Argentina de Mecánica Computacional, 2016-11-11) Ferrado, Facundo Luis; Escalante, Mario Raúl; Rougier, Viviana Carolina
El hormigon reforzado con fibras (HRF) su usa actualmente en una amplia rama de aplicaciones. Como material de refuerzo, el uso del HRF en tubos de drenaje como sustitucion parcial o total de armaduras de acero podría tener un impacto positivo en la optimizacion del producto en la industria del prefabricado. Es conocido que la adicion de fibras en el hormigón provee ventajas tanto desde el punto de vista tecnico como económico. Desde el punto de vista técnico, se consigue una mejora sustancial de algunas de las propiedades del hormigon, especialmente con el agregado de fibras metálicas. El uso de fibras tambien contribuye económicamente, ya que permite ahorrar en operaciones de ensamble y colocacion del refuerzo tradicional de armaduras y reduce también la mano de obra utilizada, uso de equipamientos y riesgos asociados. El principal efecto del agregado de fibras es el del control del proceso de fisuracion, que resulta en un aumento significativo de la tenacidad del compuesto, así como tambien, en beneficios adicionales relativos a su resistencia. Sin embargo, la distribucion y orientación de las fibras, en relacion a un plano de fisura son importantes a los efectos de optimizar sus beneficios. En este trabajo, se utiliza un enfoque probabilístico para estudiar el efecto de la distribucion y orientación de las fibras en la matriz de hormigon, sobre el comportamiento mecánico de los tubos de hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA). El HRFA es considerado un material compuesto con una matriz de hormigon y fibras cortas con diferentes orientaciones distribuidas en su volumen. El modelo numerico, en el cual el HRFA se modela como un compuesto homogéneo equivalente (macro escala), se resuelve mediante el metodo de elementos finitos asociado con el método de Monte Carlo a fin de llevar a cabo un analisis estocástico. El efecto de distribución de las fibras se tiene en cuenta modificando las propiedades del compuesto homogeneo de acuerdo a la fracción de volumen de fibras en cada elemento finito. Un criterio similar se utiliza para tener en cuenta la orientacion de las fibras. Finalmente, se discuten los resultados numericos obtenidos para diferentes dosificaciones de fibras agregadas, los cuales se muestran a traves de distintos gráficos y tablas comparativas.
Numerical simulation of the three edge bearing test of steel fiber reinforced concrete pipes
(Asociación Argentina de Mecánica Computacional, 2016-11-11) Ferrado, Facundo Luis; Escalante, Mario Raúl; Rougier, Viviana Carolina
Historically, steel has been the material chosen to improve the tensile behaviour of concrete. Nowadays, the trending of replacing the traditional reinforcement bars with short and slender ﬁbers randomly distributed in the mass concrete, is growing. This composite material made essentially of common concrete reinforced with discrete ﬁbers is called steel ﬁber reinforced concrete(SFRC). In this work the mechanical behaviour of SFRC pipes is studied, simulating the diametral compression test called three edge bearing test by means of a 2d model in plane strain state. The SFRC is considered as a homogeneous material and its behaviour is represented through some damage - plasticity model (concrete damage plasticity) which takes into account the progressive reduction in the values of the elastic constants due to plastic strain and damage by means of a stiffness degradation variable. The model assumes that the main two failure mechanisms of the concrete are tensile cracking and compressive crushing, thus, the tensile and compression response is characterized through differentiated uniaxial stress-strain curves. This representation, although simpliﬁed, captures the most important features of the concrete response. The equations are solved with a commercial computational package. In addition, and as an alternative for the same problem, a case is addressed in which the SFRC is considered as an equivalent homogeneous material too, although a coupled plastic-damaged model is used where the coupling between plasticity and damage is achieved through a simultaneous solution of the plastic and the damage problem. Finally is presented a modiﬁed coupled damaged plasticity model that comes from a modiﬁcation of the LublinerOller yield criterion from the adoption of a yield function of second degree in the components of the stress tensor. For the coupled damage plasticity the contribution of the ﬁbers is considered through the classic mixture theory according to it is performed a modiﬁcation of the elastic constants depending on the volumetric contribution of the ﬁbers. Here, the problem is solved using the non-linear ﬁnite elements code PLastic Crack dynamic (PLCd) The validity of the numerical tool is performed comparing the results of the simulation with experimental data existing in the literature.
Análisis experimental de vigas de hormigón armado dañadas y reparadas con materiales compuestos
(2016-09-29) Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl; González, Federico Alejandro
Durante su vida útil, las estructuras de hormigón armado pueden resultar expuestas a la acción de cargas mecánicas y/o agentes químicos o térmicos agresivos que producen la degradación de sus propiedades mecánicas. En consecuencia, y ante la pérdida de seguridad estructural, se hace necesario su reparación y/o refuerzo. Los polímeros reforzados con fibras (PRF) constituyen un tipo de material compuesto avanzado con el potencial de cambiar significativamente el comportamiento de una estructura. En este trabajo, se presentan resultados experimentales del comportamiento a flexión de vigas de hormigón armado dañadas y luego reparadas con PRF. Se estudia la variación del grado de daño, la resistencia a compresión del hormigón y dos técnicas de reparación: barras y láminas. Se analizan para ambos tipos de refuerzo diagramas carga-desplazamiento, cargas últimas y modos de falla. Los resultados obtenidos muestran que la reparación de las vigas dañadas con PRF, es en general exitosa, lográndose además de la recuperación, un incremento significativo de su capacidad resistente. Los principales modos de falla observados varían entre despegue del laminado y desprendimiento del recubrimiento de hormigón.
Comportamiento a flexión de vigas de Hº Aº dañadas y reparadas con materiales compuestos
(2014-09-17) Rougier, Viviana Carolina; Toledo, Mario; Escalante, Mario Raúl; Villalba, Dora Inés
El refuerzo de estructuras de hormigón armado con polímeros reforzados con fibras (PRF), se ha convertido en una alternativa muy interesante para la rehabilitación o reparación de estructuras dañadas. En este caso los materiales compuestos debido a su elevada resistencia a tracción, bajo peso, resistencia a la corrosión, buena durabilidad y fácil colocación, pueden ser usados exitosamente como refuerzo externo. El refuerzo de vigas de hormigón armado con dichos materiales mejora la resistencia a flexión y corte. El refuerzo con PRF puede ser aplicado externamente o mediante una técnica llamada NSM, por sus siglas en inglés (Near Surface Mounted), que consiste en colocar barras de PRF en orificios previamente aserrados en la superficie del hormigón. En este trabajo se presentan los resultados experimentales del comportamiento a flexión de vigas de hormigón armado dañadas y reparadas con barras y láminas de PRF. Se analizan para ambos tipos de refuerzo diagramas carga-desplazamiento, cargas últimas y modos de falla. Adicionalmente, se presenta la modelación numérica de los ensayos realizados y se comparan los resultados numéricos con los experimentales.
Finite element numerical analysis of the bearing capacity of hybrid fiber reinforced concrete pipes
(2017-11-05) González, Federico Alejandro; Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl
Reinforced concrete with two or more types of ﬁbers, rationally combined (hybrid fiber reinforced concrete,HFRC)may offer enhanced properties,especially in terms of ductility and crack control. The use of these concretes in drainage pipes, either partially or totally substituting steel meshes and bars of traditional reinforcement, might have a favorable impact on the optimization of the product in the precast industry from both technical and economic point of view. The HFRC can be prepared and placed into molds in a similar way as for plain concrete, where the ﬁbers are added to the mix just like any other aggregate. In this paper, as part of an initial stage of an on going research, the mechanical behaviour of hybrid reinforced concrete pipes (steel and polypropylene) is numerically assessed by simulation of the threeedge bearing test (TEBT). The HFRC is modeled as a homogeneous material with equivalent properties (macro model), in which the characteristic parameters of the material, used in the simulation, are obtained through an experimental study. The problem is solved by a nonlinear ﬁnite element code in which a coupled damage and plasticity constitutive model is used.Finally, the results are compared with experimental data obtained by another author.
Damaged RC beams strengthened with near surface mounted technique using fiber reinforced polymers
(2017-03-22) Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl; González, Federico Alejandro; Denardi, Miqueas Ceferino
Strengthening reinforced concrete (RC) structures with fiber-reinforced polymer (FRP) composites is becoming an attractive alternative for repairing of damaged structures. In the case of reinforced concrete beams, reinforcement with FRP enhances the flexural capacity and shear strength. FRP strengthening can be applied as externally bonded FRP laminates or near surface mounted (NSM) FRP rods. The flexural behavior of damaged reinforced concrete beams repaired with NSM technique using glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars is experimental studied in this work. Two set of beams were tested: control beams (without GFRP bars) and damaged and then repaired beams with GFRP bars by varying two parameters (damage degree and concrete strength class). Repairing damaged RC beams with NSM technique was successful for the two different damage degrees. A recovery and a significant increase of load capacity were obtained. The compressive strength of the concrete did not have influence on the results