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

Abstract

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.