| Abstract |
El objetivo de este proyecto es desarrollar una metodología para evaluar la resistencia residual de elementos estructurales de hormigón armado que han sido sometidos a diversas acciones disipativas durante su vida útil, tanto monótonas como también cíclicas. La evaluación de la resistencia residual de una estructura o parte estructural proporciona también una medida de la vulnerabilidad estructural en un determinado momento de su vida útil ante posibles futuros eventos.
El marco teórico que se propone usar permite considerar cualquier carga que exhibe un comportamiento cíclico, ya sea en un número reducido de ciclos de amplitud elevada (eventos sísmicos), o en un número muy alto de ciclos de baja amplitud (vibraciones producidas por máquinas, etc.).
El hormigón armado será analizado como una composición de materiales con leyes constitutivas diferentes para el acero y el hormigón. El comportamiento a nivel de elemento estructural será obtenido a través de la teoría de mezclas generalizada que también tomará en cuenta la orientación del acero dentro del hormigón. Cada componente será analizado con un modelo numérico de fatiga, calibrado con resultados experimentales de la literatura. Este planteamiento permite considerar leyes muy diferentes para cada componente como, por ejemplo, imponer un comportamiento propio de la fatiga de número ultra bajo de ciclos para el hormigón y uno propio a la fatiga de número bajo o alto de ciclos para el acero. También permite desarrollar curvas de daño por fatiga para cada componente y para elementos estructurales.
La principal hipótesis de partida es que cada material cuenta con una capacidad disipativa inicial que se puede gastar en uno o más episodios sísmicos a lo largo de su vida útil. Los modelos de fatiga que serán desarrollados y aplicados calculan la energía disipada en cada ciclo, traduciéndola en una pérdida de resistencia y/o rigidez (acción conjunta de plasticidad y daño). La capacidad de disipación inicial será obtenida de experimentos tanto estáticos como cíclicos encontrados en la literatura. Este enfoque energético permite el análisis de elementos estructurales bajo historiales de carga complejos que incorporan cargas de características aleatorias, ya que la disipación es monitorizada en todo momento, y la capacidad residual se actualiza en cada incremento de carga. Un elemento estructural se considera que ha fallado cuando al menos uno de sus componentes ha gastado todo su potencial disipativo, o cuando han dejado de trabajar juntos debido a la pérdida de adherencia entre ellos.
La fatiga de bajo número de ciclos ha sido reconocida como causa de rotura en pórticos de acero y hormigón armado sometidos a efectos sísmicos. Este conocimiento no se ha podido aprovechar, sin embargo, puesto que no hay modelos apropiados para representar el comportamiento de daño por fatiga en elementos estructurales simples o en sistemas complejos, así como en el análisis de uniones o nudos de confluencia de dichos elementos. Una predicción del fallo estructural debido a fatiga de bajo número de ciclos y la vida útil remanente durante y después de uno o varios episodios sísmicos se tendrían que tomar en cuenta en el futuro en las normas o instrucciones de diseño. En tal sentido, este proyecto pretende expandir el conocimiento actual en el campo del diseño sismo-resistente y aportar conocimientos adicionales para diseñar o reparar estructuras nuevas o existentes que han sufrido acciones cíclicas. |