Modelización numérica de losas de hormigón armado en régimen no-lineal

Abstract

[ES] La modelización numérica de elementos de hormigón para analizar su comportamiento desde situación de reposo hasta la rotura involucra numerosos aspectos que pueden alterar notablemente los resultados obtenidos. Desde la elección de las ecuaciones constitutivas no-lineales de los materiales hasta las decisiones que deben considerarse durante la modelización como la elección del mallado, las condiciones de contorno, la manera de aplicar las acciones, las rigideces de los elementos auxiliares de carga y apoyo, entre otros, afectan de manera importante tanto a la rigidez inicial, como a la respuesta del elemento estructural en régimen fisurado y, por supuesto, la capacidad numérica calculada de la estructura.

Los programas comerciales más potentes y populares disponibles hoy en día, incorporan amplias bibliotecas de tipos de elementos finitos, de ecuaciones constitutivas y numerosas opciones de modelado que, en ocasiones, hacen que el proceso de modelado se vea influenciado por la toma de decisiones u elecciones dentro de las múltiples opciones disponibles. O, por el contrario, que elecciones importantes durante el modelado se tomen apresuradamente sin tener presente que éstas pueden afectar la capacidad resistente u otra respuesta final de la estructura.

En este trabajo fin de máster, después de familiarizarse con el entorno de trabajo, modelado y análisis de programas avanzados de elementos finitos comerciales; se modeló y analizó numéricamente el comportamiento de losas octogonales de hormigón armado sometidas a cargas estáticas. Dichos ensayos fueron documentados previamente, puesto que al contar con resultados experimentales fue posible comparar los resultados numéricos con resultados reales. La comparación se desarrollará a partir de un análisis paramétrico que, por un lado, determine los elementos de la modelización que resultan más determinantes desde un punto de vista cualitativo y, por otro lado, determine cuantitativamente la influencia de estos elementos en los resultados.

Finalmente, se logró recopilar a manera de conclusiones del presente trabajo, una serie de recomendaciones generales del modelado de losas de hormigón armado en régimen no lineal, que permiten identificar cómo pequeñas decisiones en el modelado pueden variar los resultados. Dichas recomendaciones son el producto del estudio que aquí se presenta y sobre el cuál se proyecta una línea amplia de investigación referente al modelo avanzado de estructuras de hormigón armado.

[EN] Numerical modelling of concrete elements to analyse their behaviour from rest to failure involves numerous aspects that can significantly alter the results obtained. From the choice of the non-linear constitutive equations of the materials to the decisions that must be considered during modelling, such as the choice of meshing, the boundary conditions, the way of applying the actions, the stiffnesses of the auxiliary load-bearing and support elements, among others, all have an important effect on both the initial stiffness and the response of the structural element in the cracked state and, of course, the calculated numerical capacity of the structure.

The most powerful and popular commercial programs available today incorporate extensive libraries of finite element types, constitutive equations and numerous modelling options that sometimes make the modelling process influenced by making decisions or choices within the multiple options available. Or, conversely, important choices during modelling are made in haste without taking into account that they may affect the ultimate strength or other response of the structure.

In this master's thesis, after becoming familiar with the working environment, modelling and analysis of advanced commercial finite element programmes, the behaviour of reinforced concrete octagonal slabs subjected to static loads was modelled and analysed numerically. These tests were previously documented, since having experimental results made it possible to compare the numerical results with real results. The comparison will be developed on the basis of a parametric analysis which, on the one hand, determines the elements of the modelling that are most decisive from a qualitative point of view and, on the other hand, quantitatively determines the influence of these elements on the results.

Finally, a series of general recommendations for the modelling of reinforced concrete slabs in a non-linear regime were compiled as conclusions of this work, which allow us to identify how small decisions in the modelling can vary the results. These recommendations are the product of the study presented here, on which a broad line of research on advanced modelling of reinforced concrete structures is planned.