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SEMINARIO INTERNACIONAL “Diseño y Durabilidad del Shotcrete”
Uso de fibra sintéCca de alto desempeño en el cálculo de revesCmiento de túneles uClizando FEA. Paolo Chioma Valenzuela – Gerente Técnico
Objetivo
Dar a conocer de forma general la aplicación de la herramienta ATENA (soTware FEA) para el cálculo de estructuras, la cual incorpora el hormigón reforzado con fibras sintéCcas estructurales de alto desempeño como material alternaCvo para la minoración o remplazo de cuanXas de acero en diferentes Cpos de estructuras.
POR QUE UTILIZAR FEA ?
El hormigón es un material diYcil de modelar para el cálculo, porque:
(1) Tiene diferente comportamiento en flexión y compresión
(2) El HRF hoy es entendido como un material compuesto y cada día se sabe más sobre su comportamiento.
(3) Después de superar su resistencia a la tracción del hormigón se genera la fisura
Al producirse la fisura se genera una liberación de energía en la zona de falla
Las fibras ayudan a incrementar esta energía
POR QUE UTILIZAR FEA ?
Para calcular la ventaja que entrega la incorporación de fibras en el incremento de la energía de fractura del hormigón es necesario una solución no lineal rígida, es decir à FEA
Solo 3 soSware FEA pueden considerar la energía de la falla:
SBeta, Diana and Atena
No todos los FEA pueden calcular HRF !!
MODELAMIENTO DEL HORMIGÓN COMO MATERIAL
(1) Diferente desempeño en compresión y tracción
Superficie de Falla Ansys Diana Atena
MODELAMIENTO DEL HORMIGÓN COMO MATERIAL Resumen de modelos de material en el hormigón Lineal No lineal (Ansys) No lineal (Atena)
Rankine/Von Mises Cervenka-‐Papanikolaou
Mayor canCdad de parámetros à mayor precisión en el cálculo à solucion más económica
MODELAMIENTO DEL COMPORTAMIENTO DEL HRF CON ATENA
Criterios uClizados para determinar la Curva Tensión – Deformación del HRF
MODELAMIENTO DEL COMPORTAMIENTO DEL HRF CON ATENA
Modelo del nuevo material: Energía de fractura modificada (MFE)
negro: resultado de ensayo rojo : resultado numérico
MODELAMIENTO DEL COMPORTAMIENTO DEL HRF CON ATENA
Ensayo de viga modelado con ATENA à encontrar la relación perfecta entre sigma-w
Diferentes valores de Rigidización en Tracción Relación entre Re3 – Rigidización en Tracción
TS= 0.2 Re3= 80
TS= 0.1 Re3= 60
TS= 0.05 Re3= 45
plain concrete
¿COMO FUNCIONA? PROCESO PREVIO
S1. geometría dada por el cliente S2. modelo 3D S3. modelo elemento finito
Que preguntas debemos hacernos
Q1: Geometría? Q2: Material?
Hormigón, fibra, acero, tipo de suelo
¿COMO FUNCIONA? PROCESO PREVIO
S4. Soporte S5. Cargas
Preguntas
Q3: Como influye el suelo Q4: que clase de esfuerzos o soporte de la estructura? actuaran sobre la estructura ?
¿COMO FUNCIONA? Q1: Geometría?
¿Es necesario conocer las formas y dimensiones de la estructura?
SÍ !
Q3: Soporte?
Hay que preocuparse de manera importante por el soporte ?
SÍ !
Q4: Cargas?
Tenemos que pensar en una situación inesperada de carga ?
SÍ !
¿COMO FUNCIONA? Q4: Cargas ?
¿El cliente debe conocer todas las cargas que actúan sobre la estructura?
NO !
¿Tenemos que preocuparnos por las carga/ efecto inesperada si el cliente no nos dice o no sabe de estas?
SÍ !
Cargas y efectos:
- cargas estáticas (carga pasiva, carga activa)
- cargas dinámicas ( sismos, durante el montaje, transporte, etc)
- efecto térmico (diferenciales de temperatura, fuego)
- variación de humedad à retracción
¿COMO FUNCIONA? SE INGRESA TODA LA INFORMACIÓN QUE SE DISPONE Y SE CORRE EL PROGRAMA
Resultado extraño
problemas: - s1, s2, s3 … están bien los parámetros de entrada? - Revisar!!!!!!
Parece un buen resultado à continuar
¿COMO FUNCIONA? SIMULACION
¿COMO FUNCIONA? PROCESO POSTERIOR
¿Que podemos mostrar al cliente después que se ha completado el proceso?
Como trabajara su estructura para los efectos que hemos calculado !
Podemos mostrar: Como lo podemos mostrar? esfuerzos, tensiones, deformación, dibujos, dibujos 3D, videos ancho de fisura, propagación de la fisura en el hormigón con y sin fibra Diagrama carga- deformación, eficiencia (ULS,SLS)
ENTREGA DE RESULTADOS DE ATENA
Resultados
Gráfica Carga - Deformación Interacción Fuerza Normal – Momento
Necesidad del cliente
Carga Máxima Combinación Fuerza Normal – Momento
Ejemplos de Aplicación FEA Túneles de Interconexión en Australia
Remplazo de acero por 4,5 Kg/m3 de fibra sintéCca estructural.
Ejemplos de Aplicación FEA Dovelas Prefabricadas para Piques y Túneles en Rusia y Turquía
Soluciones -‐ Remplazo total de armadura
por 9 Kg/m3 de fibra sintéCca estructural.
-‐ Solución mixta disminuyendo
c u a n X a d e a c e r o e incorporando 7 Kg/m3 de fibra sintéCca estructural
Gracias por su atención !!
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