Modelado y análisis de vigas prismáticas sujetas a explosiones
Abstract
El procedimiento de diseño de estructuras ante eventos como sismos y viento ha tenido gran desarrollo en las últimas décadas, por lo que se han desarrollado y estudiado métodos que proporcionan seguridad estructural ante estos eventos; sin embargo, debido a eventos extraordinarios que han sucedido en algunos países, tales como Estados Unidos, Paquistán, Afganistán por mencionar algunos y recientemente en México, la evaluación de efectos ocasionados por explosiones ha desarrollado gran interés por la comunidad ingenieril, por lo que, en esta tesis se estudian y validan métodos de análisis numérico para el diseño de vigas sujetas a explosiones, pretendiendo, hasta donde fue posible, sugerir la importancia de una reglamentación en México de estructuras de concreto reforzado sujetas a explosiones. El estudio y la validación del método de análisis se realizó mediante el método de los elementos finitos, modelando y analizando con los software DIANA 9.4 y ANSYS 12.0.1, los cuales permiten el análisis de estructuras ante cargas dinámicas y estáticas, considerando el comportamiento no lineal y el cambio de las propiedades de los materiales cuando se someten a grandes deformaciones en intervalos de tiempo cortos, utilizando un modelo de carga transitorio, el cual permite representar la carga explosiva. Los resultados numéricos obtenidos se comparan con una revisión propuesta por el Manual de la Armada de los Estados Unidos, UFC (2008), y con resultados experimentales reportados en la literatura. Con base en los resultados de las simulaciones numéricas, se valida el comportamiento de vigas sujetas a explosiones, ya que las trayectorias de agrietamiento y los desplazamientos son consistentes a los resultados experimentales reportados en literatura. Además, se observó que las vigas estudiadas presentaron deflexiones muy grandes, validando la recomendación de realizar primeramente una revisión por flexión y, posteriormente, a cortante. Se observó que cuando los materiales se sujetan a cargas explosivas, las deformaciones son superiores a las producidas por pruebas estándares de compresión y tensión, validando de esta manera el Factor de Incremento Dinámico (FID), en el cual la resistencia del concreto aumenta más de dos veces para esfuerzo a compresión y más de seis veces para esfuerzo en tensión y la resistencia del acero aumenta en más del 50% para ambos estados de esfuerzo.