Modelos constitutivos para concreto ante esfuerzos triaxiales

Abstract

La tesis inició con un estudio de los ensayos llevados a cabo para concreto de resistencias normales hasta f’c = 40 MPa y ensayos de alta resistencia hasta f’c = 80 MPa. Con este fin se realizó una búsqueda de tesis doctorales y publicaciones relacionados con el estudio experimental del comportamiento del concreto ante estados de esfuerzos uniaxiales, biaxiales, triaxiales y esfuerzos combinados, los mismos que se encuentran recopilados en el Capítulo 1. Entre estos destacan los resultados obtenidos por Hognestad (1955), Wang-Shah (1978), estudios de concreto ante esfuerzos biaxiales por Kupfer (1969-1973), estudios ante estados uniaxiales, biaxiales y triaxiales por Van Geel (1988), investigación del concreto ante esfuerzos triaxiales con altos niveles de confinamiento por Gabet (1998), entre otros. A continuación se estudiaron los casos investigados en laboratorio, haciendo una breve descripción de las condiciones de los equipos de carga. En forma más detallada se describe las condiciones de esfuerzos en los ensayos experimentales; así mismo se da importancia al manifiesto de los investigadores sobre las características de los esfuerzos y deformaciones y la forma en que se relaciona al comportamiento a niveles macroscópico y mesoscópico del material. Es de importancia también la descripción de la superficie de falla a partir de los resultados experimentales, que se considera en el Capítulo 2. En el Capítulo 3, se revisan conceptos básicos de elasticidad y plasticidad que se encuentran involucrados en los modelos constitutivos presentados en los capítulos siguientes. Se procedió a realizar una revisión exploratoria del estado del arte del tema en estudio y se recopilaron los modelos constitutivos para concreto separándolos por características afines y agrupados por las condiciones de esfuerzos que pueden representar. Entre estos modelos constitutivos destacan en un estado de esfuerzos uniaxial los desarrollados por Saenz (1964), Carreira y Chu (1985); en relación a los modelos constitutivos ante esfuerzos bidimensionales se encuentran los propuestos por Kupfer (1969-1973), Chen (1982), así como modelos constitutivos ante esfuerzos triaxiales entre los que destacan los desarrollados por Simo et. al (1989), Willam y Warnke (1974), Wolf (2008), Chen (1987), entre otros autores mencionados en los Capítulos 4 y 5. Las comparaciones numéricas realizadas en esta tesis se encuentran en el capítulo 6. Se consideran situaciones de esfuerzos uniaxiales, biaxiales y triaxiales, empleando los modelos estudiados en los capítulos anteriores, de los cuales se eligieron los modelos más representativos, como el modelo ante esfuerzos biaxiales de Kupfer (1969-1973), modelos constitutivos ante esfuerzos triaxiales desarrollados por Willam y Warnke (1974), Chen (1987), Wolf (2008) y el modelo del presente estudio, que se encuentra habilitado para estados de esfuerzos en compresión y en tensión. Se obtuvieron gráficos de las curvas como: meridianos de compresión y tensión de la superficie de falla, curvas del plano desviador de la superficie de falla, esfuerzos-deformaciones axiales y transversales.

This thesis began with a literature review of laboratorytests results reported by several researchers forconcrete of common strengths, up to f’c = 40 MPa, and for high resistance concretes up to f’c = 80 MPa. The search included doctoral dissertations and publications related with the behavior of plain concrete under uniaxial, biaxial, triaxial and combined states of stress; all these are listed in Chapter 1. Of outmost importance are results obtained by Hognestad (1955) and Wang-Shah (1978) for uniaxial stresses, Kupfer (1969, 1973) for biaxial stresses, van Geel (1988) for uniaxial, biaxial and triaxial states of stress, and high triaxial confinement in concrete by Gabet (1998), among others. The stress conditions and test setups are considered in more detail in Chapter 2. It also contains a description of some important characteristics of the stress – strain relations and how they relate with the behavior at the mesoscopic and macroscopic levels. Of major importance is the description of the failure surface from the experimental results. Chapter 3 contains a brief review of basic concepts and expressions of the theory of elasticity and plasticity involved in the constitutive models treated in the following chapters. A review of the state of the art on constitutive models for concrete is presented in Chapters 4 and 5. Among several others are models proposed for uniaxial statesof stress by Saenz (1964), Carreira and Chu (1985); two-dimensional constitutive models proposed by Kupfer (1969, 1973) and Chen (1982) and constitutive models fortriaxialstates ofstress by Simoet. al (1989), Willam and Warnke (1974), Wolf (2008), Chen (1987). Comparisons of test results with numerical models are found in Chapter 6. Uniaxial, biaxial and triaxial stress states are studied with some of the models considered in previous chapters, proposed by Kupfer (1969, 1973), Willam and Warnke (1974), Chen (1987), Wolf (2008) and the modified model proposed in this study, which allows for non zero tension strength. Of special interest are the compressive and tensile meridians of the failure surface, the interpolation used to define the intersection of the failure surface with a deviatoric plane, and the relations between axial and lateral stress-strain curves.