Modelo de Plasticidad Concentrada del Pandeo en Barras Longitudinales con Restricción Lateral, para Elementos de Hormigón Armado

Abstract

El refuerzo longitudinal dentro de elementos de hormigón armado puede ser solicitado en compresión a niveles que lo lleven a la falla, comúnmente por del pandeo de las barras. Las observaciones experimentales de este fenómeno muestran que el pandeo puede producirse en longitud igual a la separación de refuerzo transversal (pandeo local de refuerzo) o incluso alcanzar una longitud mayor, deformando los estribos dentro del tramo involucrado (pandeo global de refuerzo).

El objetivo del presente trabajo es representar el comportamiento del refuerzo longitudinal en compresión monotónica considerando el caso de pandeo global, introduciendo el efecto del refuerzo transversal en el análisis. Con estos fines se adapta el modelo existente de Massone & Moroder (2009) modificado por Lacaze (2009) que concentra la curvatura en el giro de 4 rótulas plásticas y reproduce la curva σ-ε de una barra en pandeo local. La adaptación realizada consiste en introducir las fuerzas asociadas al refuerzo transversal dentro de la longitud de pandeo.

Los estudios sobre el tema indican que la inclusión de los estribos debe ir acompañada por el efecto que la expansión del núcleo de hormigón tiene sobre ellos, para no sobreestimar su rigidez. Luego se requiere: (1) modelar la expansión del hormigón que efectivamente afecta a los estribos, lo cual se realiza considerando el modelo de Pantazopoulou (1998) ajustada a mediciones experimentales de la literatura; y (2) modelar la forma en que afectan las fuerzas de los estribos a la barra, para lo cual se considera que parte de la fuerza se transfiere directamente al núcleo de hormigón en expansión y el resto es equilibrado por esfuerzos internos en la barra.

Para determinar el largo de pandeo de la barra se evalúa su comportamiento para modos de falla de 1 a 10 (donde el modo "i" considera una longitud igual a “i” veces el espaciamientos de estribo, incluyendo en el análisis los “i-1" estribos dentro del largo) y se elige aquel modo que entrega el menor máximo de tensiones. Este criterio para seleccionar el modo de pandeo es consistente con el criterio de carga crítica de pandeo ampliamente usado.

El modelo propuesto es validado por el modo de pandeo que reproduce comparándolo con los resultados obtenidos en otros modelos y observaciones experimentales presentes en la literatura. Los errores en la predicción del modo son comparables a los del modelo de Dhakal & Maekawa (2002), permitiendo además, obtener la curva σ-ε para la barra en pandeo global. Los resultados obtenidos tienden a estar ligeramente bajo los observados, mostrando una tendencia a entregar modos de pandeo impares y no capturar de buena forma los casos donde el refuerzo longitudinal es de acero de alta resistencia. El promedio de error en la predicción del modo es de -0.59, el cual es un valor razonablemente bueno considerando que la batería de ensayos utilizada abarca modos de falla observados de 1 a 8.