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    Estudio numérico-experimental del comportamiento mecánico-estructural de tubos de hormigón reforzado con fibras de acero
    (2024-03-22) Ferrado, Facundo Luis; Escalante, Mario Raúl; Rougier, Viviana Carolina
    La utilización de tubos de sección circular es la opción m ´ as difundida en la actualidad para aplicaciones de drenajes urbanos. La consideración de las fibras de acero como material de refuerzo en tubos de hormigón, en sustitución completa o parcial de la tradicional armadura, podrían tener un impacto positivo en la optimización del producto. Este impacto positivo esta relacionado con las propiedades mejoradas del hormigón reforzado con fibras (HRFA) en comparación con el hormigón tradicional reforzado con barras, entre las que se destacan un mejor comportamiento a tracción principalmente en estado pos-fisura junto con una mayor ductilidad y capacidad de deformación. Las dificultades actuales respecto a su uso están asociadas principalmente a la necesidad de un mayor conocimiento del comportamiento del HRFA aplicado a este tipo de estructuras y también a la escasez de modelos numéricos capaces de predecir aproximadamente el desempeño de los tubos. En este trabajo se investiga el comportamiento mecánico-estructural de tubos de HRFA elaborado con materiales y sistemas de fabricación utilizados por nuestra industria. Para ello, se plantea un modelo representativo de dos fases (hormigón-fibras) que considera la orientación y distribución aleatoria de las fibras dentro de la masa de hormigón y la influencia de dichas variables en la capacidad resistente del tubo. El modelo así propuesto tiene en cuenta también la proporción y geometría de la fibra. Para el hormigón se utiliza un modelo constitutivo desarrollado por el FIB MODELCODE 2010 mientras que para las fibras se utiliza un modelo de material que tiene en cuenta el fenómeno de arrancamiento de manera macroscópica. El modelo numérico desarrollado es implementado en un programa de elementos finitos, el cual reproduce el comportamiento mecánico de tubos de HRFA al someterlos a un ensayo de compresión diametral normalizado. Se llevo a cabo a su vez una campana experimental a escala real y los resultados ˜ obtenidos son comparados entre si. Finalmente se realizo una estimación teórica de los resultados obtenidos numérica y experimentalmente. La metodología propuesta permite analizar la influencia de la orientación y distribución de las fibras en la capacidad resistente del tubo. Del estudio numérico se concluye que dichas variables tienen una influencia significativa en el comportamiento de los tubos estudiados aquí. Por su parte, de la campana experimental se puede concluir que las fibras pueden utilizarse, en dosis adecuadas, como reemplazo de la armadura tradicional y que su utilización modifica tanto la capacidad de carga como el modo de falla en tubos.
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    Análisis de la eficiencia del uso de fibras híbridas como refuerzo del hormigón. Aplicación a tubos de drenaje
    (2023-08-10) González, Federico Alejandro; Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl
    El hormigón reforzado con dos o mas tipos de fibras combinadas racionalmente, ´ denominado hormigón reforzado con fibras hıbridas, es un material compuesto que posee propiedades mecánicas mejoradas, especialmente en términos de ductilidad y control de fisuración. Existen diversos tipos de refuerzos híbridos, los cuales incluyen la combinación de fibras de diferentes materiales, con distintas características geométricas y mecánicas. Entre ellas, la combinación de fibras de acero y polipropileno resulta en la mejora de la resistencia a tracción debido al alto modulo y rigidez de las primeras, mientras que las segundas, con bajo modulo e importante capacidad de deformación, contribuyen a mejorar la ductilidad del compuesto. El hormigón reforzado con fibras hıbridas puede ser elaborado y moldeado de manera similar al hormigón simple, donde del mismo modo que cualquier otro agregado. El uso de estos hormigones en tubos de drenaje, sustituyendo de manera parcial o total los refuerzos tradicionales de mallas y barras de acero, podría tener un impacto favorable en la industria del prefabricado desde un punto de vista técnico y económico. En esta Tesis se estudia experimental y numéricamente el comportamiento mecánico del hormigón reforzado con fibras hıbridas (macrofibras de acero y polipropileno) en su aplicación para la elaboración de tubos de drenaje de 600 mm de diámetro. ´ Además, se propone un modelo teórico de calculo para la estimación de la carga máxima en tubos de hormigón reforzado con fibras hıbridas, sometidos al ensayo de compresión diametral de tres aristas. ´ El desempeño mecánico de los tubos mencionados, en términos de capacidad de ´ carga y modos de falla, es comparado con el correspondiente a tubos de hormigón´ armado con refuerzo tradicional de malla de acero, tubos de hormigón simple y con ´ tubos de hormigón reforzado con fibras de acero. Para ello, el programa experimental comprende la elaboración y ensayo de tubos de hormigón reforzado con fibras hıbridas con dos combinaciones distintas de fibras: una de ellas con 20 kg/m3 de fibras de acero y 0,5 kg/m3 de fibras de polipropileno, y la otra, con 20 kg/m3 de fibras de acero y 1,0 kg/m3 de fibras de polipropileno. También los tubos de hormigón reforzado con fibras de acero cuentan con dos dosificaciones diferentes: una con 20 kg/m3 de fibras de acero, y la otra, con 25 kg/m3 de fibras de acero. Los tubos de hormigón armado, que constituyen el grupo de control, corresponden a la clase resistente II según la normativa nacional (Argentina). Los resultados experimentales muestran que los tubos de hormigón reforzados con ´ fibras hibridas alcanzaron los requisitos de resistencia del grupo de control y ofrecen un mejor desempeño mecánico que los tubos de hormigón reforzados con fibras de ´ acero. Además, poseen un comportamiento de rotura dúctil, al contrario de los tubos de hormigón simple que exhibieron una rotura peligrosamente frágil durante los ensayos. Para la simulación numérica se trabaja dentro de la mecánica del continuo con un modelo de daño y plasticidad acoplados desarrollado en el software ABAQUS ® y calibrado a partir de los resultados obtenidos experimentalmente. Dicho modelo permite reproducir el comportamiento de los tubos a partir de algunas de las propiedades mecánicas de los materiales constituyentes y de su disposición en el compuesto. La comparación entre los resultados numéricos y experimentales muestra la capacidad del modelo para simular el comportamiento de los tubos de hormigón reforzado con fibras hıbridas en el ensayo de compresión diametral de tres aristas. Para el calculo teórico de la carga máxima de los tubos en el ensayo de compresión´ diametral, se modifica un modelo existente para fibra única, incorporando los efectos de sinergia que genera la hibridación de las fibras en las propiedades del hormigón. Los resultados obtenidos a partir de dicho modelo modificado muestran una adecuada aproximación a los valores de carga máxima obtenidos experimental y numéricamente, por lo cual, constituye una herramienta útil para el diseño de este tipo de tubos.
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    Remoción de metales pesados de efluentes líquidos industriales utilizando residuos de biomasa como bioadsorbentes e inmovilización en matrices cerámicas
    (2020-12-15) Romano, Melisa Soledad; García, María del Carmen; Quaranta, Nancy Esther
    La descarga de metales tóxicos como el cadmio, cobre, plomo, níquel y zinc a los cursos de agua se ha incrementado en los últimos años debido al crecimiento de las actividades industriales. Estos xenobióticos constituyen un problema ambiental grave debido a su naturaleza no biodegradable, persistente y acumulativa. Entre las diversas tecnologías utilizadas para la remoción de estos contaminantes se destaca la biosorción que se caracteriza por su efectividad, simplicidad y bajo costo. En este estudio, se ha seleccionado como bioadsorbente a la cáscara de arroz, un residuo lignocelulósico altamente disponible en la provincia de Entre Ríos. El material fue empleado en su forma natural y modificado químicamente, con hidróxido de potasio o con ácido fosfórico, para analizar la capacidad de sorción de los contaminantes. Los adsorbentes fueron caracterizados por espectroscopia infrarroja, microscopía electrónica de barrido con análisis dispersivo de energía de rayos X, análisis térmico diferencial y termogravimétrico, difracción de rayos X y mediante la determinación del pH en el punto de carga de cero. La remoción de los metales tóxicos fue significativamente mayor al emplear el residuo activado con hidróxido de potasio. En todas las alternativas estudiadas, el proceso de biosorción resultó favorecido al incrementar el pH, la temperatura del medio y la masa de biosorbente, mientras que disminuyó al aumentar la concentración inicial del metal. El equilibrio del proceso se alcanzó rápidamente, ajustándose a una cinética de pseudo-segundo orden. Para los adsorbentes empleados se presentaría una sorción en monocapa, con sitios de sorción homogéneos. Finalmente, el residuo resultante del proceso de sorción (biomasa-contaminante) fue usado para analizar la capacidad de inmovilización del metal tóxico en matrices cerámicas. Los valores de porosidad, pérdida de peso por calcinación, propiedades mecánicas y eficiencia de retención, indicarían que las piezas obtenidas presentan propiedades adecuadas para su uso en servicio.