Simulación numérica del estado último de estructuras de concreto sometidas a temperaturas elevadas

Abstract

El uso del concreto como material estructural en las obras civiles, requiere de un profundo conocimiento de sus características mecánicas y constitutivas, especialmente de su comportamiento ante situaciones de riesgo extremo, tales como la exposición a temperaturas elevadas. Es ampliamente sabido que el aumento de la temperatura en el concreto conduce a importantes deterioros de su resistencia y rigidez, y que además, esta situación puede comprometer la seguridad de las estructuras y la integridad de las personas que las habitan. En la mayoría de los casos, el nivel de degradación del material depende de la máxima temperatura alcanzada, del tiempo de exposición a la misma y de los gradientes de temperatura generados durante el fenómeno térmico. En el presente trabajo se desarrolla una herramienta numéricocomputacional que permite modelar el comportamiento post pico del concreto sometido a gradientes térmicos elevados, acoplando el comportamiento mecánico con el flujo térmico. En tal sentido, se implementa el modelo constitutivo TD-LDP, propuesto anteriormente por los autores, en el software de elementos finitos Abaqus a través de una rutina de usuario UMAT. Este modelo constitutivo enriquecido, termodinámicamente consistente, permite simular de forma realística, el comportamiento de endurecimiento y ablandamiento del concreto, teniendo en cuenta el nivel de confinamiento y de temperatura actuantes.

The concrete structural behavior requires a deep knowledge of their mechanical and constitutive properties, especially when the material may be exposed to high temperatures. It is widely known that the temperature rise in the concrete leads to significant deterioration of their strength. Therefore, in this cases, the structural safety may significantly decrease. Usually, the material degradation level depends on the maximum temperature reached, the exposure time and the temperature gradients due to the thermal reaction. In this work, a computational tool to model the post peak behavior of concrete subjected to high thermal gradients considering the coupled thermo-mechanical behavior was developed. Thus, the TDLDP constitutive model, previously proposed by the authors, was implemented in the finite element software Abaqus through a user routine, UMAT. This thermodynamically consistent constitutive model allows the realistic modeling of the hardening and softening behavior, taking into account the confinement level and temperature rise.