Modelo histerético de barras de acero de refuerzo susceptibles al pandeo local y global

Abstract

El presente estudio presenta un modelo matemático no iterativo que captura la respuesta tensión-deformación de una barra de acero de refuerzo susceptible al pandeo local, ante cargas monotónicas y cíclicas. Además, se adapta la solución del modelo no iterativo de pandeo local para presentar un modelo tensión - deformación que incluye los efectos del pandeo global ante cargas monotónicas. El pandeo del acero de refuerzo es una variable importante a considerar en el diseño de elementos de hormigón sometidos a compresión, dado que puede influir perjudicialmente en la capacidad de carga y de disipación de energía ante cargas cíclicas. Observaciones experimentales indican que los muros de corte presentan fallas de compresión por falta de confinamiento en los elementos de borde. Por tanto, un adecuado detallamiento del refuerzo transversal otorga mayor ductilidad, capacidad de carga y mejora la estabilidad del refuerzo longitudinal (previniendo el pandeo). Estudios y modelos que evalúan el comportamiento de barras de acero de refuerzo coinciden en que se produce una importante pérdida de capacidad a compresión en barras con relaciones de esbeltez L/d mayores a 6. Distinguiendo también dos mecanismos de falla: pandeo local y pandeo global. Con el propósito de capturar la influencia del pandeo en el comportamiento tensión-deformación, algunos modelos intentan incorporar la no linealidad geométrica, producto del pandeo de la barra, y la no linealidad de material, puesto que el pandeo de la barra se produce más allá del rango elástico. Mediante un modelo de plasticidad concentrada y el análisis seccional basado en un modelo de fibras (considerando la hipótesis de Bernoulli), es posible incorporar las no linealidades al problema. Sin embargo, resolver el equilibrio y la compatibilidad en el problema no lineal involucra métodos de solución complejos y poco eficientes a nivel computacional (p. ej. en los modelos de Massone & Moroder (2009) y Massone & López (2014). A partir del análisis seccional del modelo de Gomes & Appleton (1997) se consiguió deducir una expresión cuadrática que relaciona la deformación unitaria axial en el extremo más comprimido de la sección transversal de la barra y la curvatura. Esta expresión permite reducir la ecuación de compatibilidad de los modelos de Massone & Moroder (2009) y Massone & López (2014) a una expresión lineal que hace posible evitar resolver el problema no lineal mediante métodos iterativos. La expresión que relaciona la deformación unitaria axial en el extremo más comprimido y la curvatura se calcula solo en función de los parámetros geométricos del problema (longitud y diámetro del refuerzo longitudinal). En el modelo no iterativo de pandeo global, se estima el modo de pandeo (número de espacios entre estribos) mediante el método de Dhakal & Maekawa (2002). La respuesta tensión - deformación de los modelos no iterativos propuestos, fue validada mediante la comparación con valores experimentales y con las respuestas tensión-deformación obtenidas de los modelos iterativos de Massone & Moroder (2009) y Massone & López (2014).