Estudio y Modelamiento del Impacto del Pandeo en la Fatiga de Bajos Ciclos en Barras Longitudinales para Hormigón armado

Abstract

En las zonas sísmicas, las columnas de hormigón armado, sometidas a cargas cíclicas, sufren desplazamientos laterales. Bajo cargas importantes, la respuesta de las columnas entra en el rango plástico, lo que induce daños importantes: descascaramiento, pandeo de las barras longitudinales, falla por fatiga de bajos ciclos. Durante sismos moderados o fuertes, la amplitud de deformación unitaria puede fácilmente sobrepasar el 2% favoreciendo el posible pandeo de las barras de refuerzo y producir ruptura a un número de ciclos menor a 100. De esta forma, no se puede despreciar esta causa potencial de falla, lo que motiva el estudio del impacto del pandeo en la fatiga de bajos ciclos.

El objetivo general del presente trabajo de título es determinar y cuantificar el impacto del pandeo en la falla por fatiga de bajos ciclos en barras de refuerzo. El estudio, de carácter teórico, pretende proveer información sobre el impacto del pandeo en la fatiga mediante un modelo numérico de plasticidad concentrada capaz de reproducir la respuesta cíclica de barras longitudinales de columnas apoyadas por estribos y susceptibles de pandearse.

La metodología desarrollada consiste, en una primera parte, en la validación del modelo numérico en cuanto a su comportamiento cíclico. Este modelo, originalmente, consideraba barras en compresión que se deformaban mayoritariamente por flexión. No obstante, en el caso de este estudio, las barras consideradas están sometidos a ciclos de carga tracción – compresión. A partir de los resultados experimentales disponibles en la literatura, el modelo ha sido modificado y mejorado en cuanto a la representación del comportamiento cíclico de la barra y del pandeo.

Una vez calibrado el modelo, la comparación de los resultados numéricos con resultados experimentales, disponibles en la literatura, permitió determinar la importancia del impacto del pandeo en la fatiga de bajos ciclos. Este análisis se basó en distintos parámetros, tales como: la amplitud de deformación, el diámetro de la barra, y la calidad del acero. La razón entre la longitud de la barra y el diámetro se fijó en 6 (seis), siendo consistente con el planteamiento experimental. El modelo analítico revela que esta relación de aspecto puede inducir pandeo. El pandeo al aumentar las tensiones al nivel de las rótulas plásticas, genera degradación de la capacidad global de la barra, lo que es representado por el modelo, mientras que la degradación de la capacidad observada en los ensayos experimentales incluye tanto el posible efecto del pandeo como el de la fatiga.

Así, al estudiar el porcentaje relativo de pérdida de la capacidad global de barra por pandeo (analítica) respecto de la pérdida de capacidad de la barra observado en la falla por fatiga de bajo ciclo (experimental), se pudo cuantificar, analíticamente, el efecto del pandeo en la fatiga. Según los resultados obtenidos, al aumentar la amplitud de deformación y mejorar la calidad del acero, el impacto del pandeo en la fatiga tiende aparentemente a ser menor. Comúnmente esta degradación corresponde a un 30-60% a bajas amplitudes de deformación y a un 10-30% a altas amplitudes de deformación.