3549 - Evaluación del comportamiento mecánico estructural de tubos de hormigón reforzado con fibras de acero
 
Departamento: MATERIAS BASICAS
Grupo de investigación: GIMCE - Grupo de Investigación de Mecánica Computacional y de Estructuras
Participa en Prog. de Incentivos: SI
Integrantes:
DirectorMARIO RAUL ESCALANTE
CodirectorVIVIANA CAROLINA ROUGIER
Investigador FormadoOMAR ROBERTO FAURE
Investigador Formado MARCOS ROBERTO BLANC
Investigador FormadoMARIA INES SCHIERLOH
Investigador FormadoNORMA LUJAN ERCOLI
Investigador FormadoJORGE DANIEL SOTA
Fecha de inicio: 1-1-2015
Fecha de fin: 31-12-2017
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Resumen:
El uso de elementos prefabricados en obras de infraestructura civil se encuentra en etapa de expansión en nuestro país, aportando soluciones a las demandas de productos con procesos optimizados y estandarizados desde las etapas de concepción en fábrica hasta el transporte y puesta en obra. Es en este ámbito donde el planteo de innovaciones, resultado de desarrollos e investigaciones para mejorar la competitividad en las distintas etapas, pueden marcar un salto cualitativo y diferencial del producto frente a las alternativas actuales del mercado. La tubería de hormigón utilizada en obras de infraestructura civil, por su naturaleza, procesos constructivos involucrados, y sobretodo por la forma y condicionantes geométricos, resulta un producto sensible a ser explotado desde la perspectiva de la prefabricación. En este proceso de prefabricación se pueden optimizar desde las primeras etapas de concepción en la empresa hasta su transporte y puesta en obra. La consideración de las fibras de acero como material de refuerzo en tubos de hormigón, en sustitución completa o parcial de la tradicional armadura de barras o malla, podrían repercutir favorablemente en la optimización del producto de la industria del prefabricado, desde el punto de vista técnico y económico. El desarrollo teórico y experimental de aplicación de hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA) a tubos de hormigón, tiene antecedentes en Brasil y en Europa, en países como Francia, Bélgica y Holanda, donde además se ha generado la normativa para su uso. Sin embargo, en Brasil por ejemplo, su uso no es aún regular debido principalmente a la falta de conocimiento acerca del comportamiento mecánico de del HRFA. Estas dificultades están asociadas también a la falta de modelos numéricos capaces de predecir aproxidamente el comportamiento mecánico de los tubos. Existen investigaciones recientes a nivel internacional de estudio de incorporación de fibras de acero (FA) como material de refuerzo en TUBOS DE HORMIGÓN, en sustitución completa o parcial de la tradicional armadura de barras o malla, con resultados que repercuten favorablemente en la optimización del producto, desde el punto de vista técnico y económico. En nuestro país existen importantes estudios a nivel material sobre HRFA, con escasas aplicaciones prácticas en elementos estructurales. Con este proyecto se pretende investigar la aplicación del HRFA en el diseño de tubos de hormigón utilizados para transporte de agua y construcción de alcantarillas en caminos rurales, con el empleo de materiales y sistemas de fabricación utilizados por nuestra industria, como una opción técnicamente posible; y valorar las ventajas prestacionales del producto, en durabilidad y estanqueidad. Los procedimientos experimentales y modelos implementados computacionalmente, constituyen la base para la evaluación del comportamiento estructural, proponiendo el desarrollo de una campaña experimental en prototipos de tubos de hormigón armado y con fibras, con diámetros de interés comercial, entre 600 y 1000 mm, con 20 y 30 kg/m3 de fibras de acero. La investigación comprende estudios a nivel material, influencia de los procesos constructivos en la industria del prefabricado de tubos de hormigón, ensayos experimentales en marco de carga para valorizar el comportamiento estructural, desarrollos de modelos numéricos que justifiquen el comportamiento y el análisis de normativas internacionales. Con respecto a la técnica numérico-computacional, el planteo del modelo representativo requiere la calibración de los parámetros geométricos y mecánicos que intervienen, la formulación constitutiva del HRFA, con ocurrencia de fenómenos no lineales, como la fisuración y ductilidad hasta la rotura, evaluando el comportamiento estructural y la sustentabilidad de la innovación. Se modelará el hormigón como material compuesto Hormigón- Fibras de acero. Para ello se con un código de elementos finitos no lineal, utilizando modelos de daño y plasticidad acoplados. Otro factor importante a ser tenido en cuenta es la variabilidad espacial de las propiedades mecánicas de los materiales así como también la aleatoriedad en que se distribuyen las fibras de acero dentro del hormigón. Por ello, es necesario además abordar el problema desde un enfoque probabilístico teniendo en cuenta las incertidumbres y la propagación de ellas en la respuesta mecánica, todo ello en el marco de la mecánica estocástica A partir de los resultados obtenidos se realizará un análisis y validación de las hipótesis con la finalidad de establecer pautas de diseño de tubos de hormigón reforzado con fibras de acero. A posteriori, se propone la transferencia y difusión los resultados de uso del HRFA como innovación de producto en la industria del prefabricado de TUBOS DE HORMIGON a la comunidad técnica y efectuar aporte para la generación de normativa al respecto en nuestro país.
 
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