Análisis computacional del comportamiento a punzonado en elementos de hormigón armado sometidos a la acción de altas temperaturas

Título

Análisis computacional del comportamiento a punzonado en elementos de hormigón armado sometidos a la acción de altas temperaturas

Colaborador

Ripani, Marianela

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2025-05-23

Extensión

viii, 123 p.

Resumen

Como es bien sabido, el hormigón armado es uno de los materiales más utilizados en la industria de la construcción y el efecto de las altas temperaturas sobre la respuesta de las estructuras que compone puede resultar devastador. El objetivo principal de este trabajo de investigación de maestría es analizar la incidencia de la acción de temperaturas elevadas sobre la resistencia a punzonamiento de elementos de hormigón armado. Para ello, se realiza el relevamiento del estado del arte en lo que respecta a dicho comportamiento a temperatura ambiente y en altas temperaturas, y luego se modela numéricamente un sistema estructural losa - columna de hormigón armado a distintas temperaturas en el rango de 20ºC a 1000ºC. Los resultados obtenidos de la modelación numérica en altas temperaturas son comparados con resultados obtenidos mediante la aplicación del método analítico basado en la Teoría de la Fisura Critica de Corte (CSCT - Critical Shear Crack Theory) y con resultados numéricos obtenidos por otros autores de la bibliografía científica. En particular, en la modelación computacional se utiliza el modelo constitutivo para hormigón denominado Concrete Damage Plasticity (CDP), provisto por el software Abaqus. En dicho modelo se incorporan las modificaciones necesarias para incluir la dependencia de las propiedades termo-mecánicas en función de la temperatura. Finalmente, se realiza un análisis paramétrico considerando como variables principales los índices de daño del modelo constitutivo, las propiedades termomecánicas del acero y del hormigón y el nivel de temperatura. Los resultados obtenidos son analizados y discutidos con foco en la importancia de considerar situaciones de altas temperaturas, en particular de incendios, en estructuras civiles. En dichas condiciones, emergen significativas no linealidades en la respuesta mecánica de la estructura, las cuales podrían provocar un colapso prematuro de la misma.
As is well known, reinforced concrete is one of the most widely used materials in the construction industry, and the effect of high temperatures can have a devastating impact on the response of the structures it comprises. Therefore, the objective of this master’s research work is to analyze the impact of elevated temperatures on the punching shear resistance of reinforced concrete elements. To this end, after reviewing the state of the art regarding this behavior at ambient and high temperatures, a reinforced concrete slab-column structural system is numerically modeled at various elevated temperatures, starting from 20ºC. The numerical modeling results are subsequently compared with those obtained using the Critical Shear Crack Theory (CSCT) method, as well as with results from numerical analyses conducted by other authors. In particular, the computational modeling uses the Concrete Damage Plasticity (CDP) constitutive model provided by Abaqus, incorporating the necessary modifications to account for the temperature dependence of thermo-mechanical properties. Finally, a parametric analysis is carried out, considering as the main variables the damage parameters of the constitutive model, the steel quality, the concrete quality, and the temperature level. An analysis of the obtained results and the corresponding discussion will be carried out, focusing on the importance of considering high-temperature scenarios, particularly in the event of fires in civil structures such as the one analyzed in this study. Under these conditions, significant nonlinearities arise in the mechanical response, which could lead to a premature collapse of the overall structure.