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SEMINARIO  INTERNACIONAL  “Diseño  y  Durabilidad  del  Shotcrete”    

Uso   de   fibra   sintéCca   de   alto  desempeño   en   el   cálculo   de  revesCmiento   de   túneles  uClizando  FEA.    Paolo  Chioma  Valenzuela  –  Gerente  Técnico  

Objetivo

Dar   a   conocer   de   forma   general   la   aplicación   de   la  herramienta   ATENA   (soTware   FEA)   para   el   cálculo   de  estructuras,   la   cual   incorpora   el   hormigón   reforzado   con  fibras   sintéCcas   estructurales   de   alto   desempeño   como  material   alternaCvo   para   la   minoración   o   remplazo   de  cuanXas  de  acero  en  diferentes  Cpos  de  estructuras.    

POR QUE UTILIZAR FEA ?

El  hormigón  es  un  material  diYcil  de  modelar  para  el  cálculo,  porque:  

(1) Tiene  diferente  comportamiento  en  flexión  y  compresión  

(2) El  HRF  hoy  es  entendido  como  un  material  compuesto  y  cada  día  se  sabe  más  sobre  su  comportamiento.  

(3)  Después  de  superar  su  resistencia  a  la  tracción  del  hormigón  se  genera  la  fisura  

 Al  producirse  la  fisura  se  genera  una  liberación  de  energía  en  la  zona  de  falla  

 Las  fibras  ayudan  a  incrementar  esta  energía  

POR QUE UTILIZAR FEA ?

Para  calcular  la  ventaja  que  entrega  la  incorporación  de  fibras  en  el   incremento  de   la  energía  de   fractura  del   hormigón   es   necesario   una   solución   no   lineal  rígida,  es  decir  à  FEA  

Solo  3  soSware  FEA  pueden  considerar  la  energía  de  la  falla:  

SBeta,  Diana  and  Atena  

No  todos  los  FEA  pueden  calcular  HRF  !!  

MODELAMIENTO DEL HORMIGÓN COMO MATERIAL

(1)  Diferente  desempeño  en  compresión  y  tracción  

Superficie  de  Falla            Ansys                                                              Diana                                        Atena  

MODELAMIENTO DEL HORMIGÓN COMO MATERIAL Resumen  de  modelos  de  material  en  el  hormigón            Lineal                                                                No  lineal  (Ansys)                                                            No  lineal  (Atena)  

                                                                             Rankine/Von  Mises                              Cervenka-­‐Papanikolaou  

Mayor  canCdad  de  parámetros  à  mayor  precisión  en  el  cálculo  à  solucion  más  económica  

MODELAMIENTO DEL COMPORTAMIENTO DEL HRF CON ATENA

Criterios  uClizados  para  determinar  la  Curva  Tensión  –  Deformación  del  HRF  

MODELAMIENTO DEL COMPORTAMIENTO DEL HRF CON ATENA

Modelo del nuevo material: Energía de fractura modificada (MFE)

negro: resultado de ensayo rojo : resultado numérico

MODELAMIENTO DEL COMPORTAMIENTO DEL HRF CON ATENA

Ensayo de viga modelado con ATENA à encontrar la relación perfecta entre sigma-w

Diferentes  valores  de  Rigidización  en  Tracción            Relación  entre    Re3  –  Rigidización  en  Tracción    

TS=  0.2  Re3=  80  

TS=  0.1  Re3=  60  

TS=  0.05  Re3=  45  

plain  concrete  

¿COMO FUNCIONA? PROCESO PREVIO

S1. geometría dada por el cliente S2. modelo 3D S3. modelo elemento finito

Que preguntas debemos hacernos

Q1: Geometría? Q2: Material?

Hormigón, fibra, acero, tipo de suelo

¿COMO FUNCIONA? PROCESO PREVIO

S4. Soporte S5. Cargas

Preguntas

Q3: Como influye el suelo Q4: que clase de esfuerzos o soporte de la estructura? actuaran sobre la estructura ?

¿COMO FUNCIONA? Q1: Geometría?

¿Es necesario conocer las formas y dimensiones de la estructura?

SÍ !

Q3: Soporte?

Hay que preocuparse de manera importante por el soporte ?

SÍ !

Q4: Cargas?

Tenemos que pensar en una situación inesperada de carga ?

SÍ !

¿COMO FUNCIONA? Q4: Cargas ?

¿El cliente debe conocer todas las cargas que actúan sobre la estructura?

NO !

¿Tenemos que preocuparnos por las carga/ efecto inesperada si el cliente no nos dice o no sabe de estas?

SÍ !

Cargas y efectos:

-  cargas estáticas (carga pasiva, carga activa)

-  cargas dinámicas ( sismos, durante el montaje, transporte, etc)

-  efecto térmico (diferenciales de temperatura, fuego)

-  variación de humedad à retracción

¿COMO FUNCIONA? SE INGRESA TODA LA INFORMACIÓN QUE SE DISPONE Y SE CORRE EL PROGRAMA

Resultado extraño

problemas: -  s1, s2, s3 … están bien los parámetros de entrada? -  Revisar!!!!!!

Parece un buen resultado à continuar

¿COMO FUNCIONA? SIMULACION

¿COMO FUNCIONA? PROCESO POSTERIOR

¿Que podemos mostrar al cliente después que se ha completado el proceso?

Como trabajara su estructura para los efectos que hemos calculado !

Podemos mostrar: Como lo podemos mostrar? esfuerzos, tensiones, deformación, dibujos, dibujos 3D, videos ancho de fisura, propagación de la fisura en el hormigón con y sin fibra Diagrama carga- deformación, eficiencia (ULS,SLS)

ENTREGA DE RESULTADOS DE ATENA

Resultados

Gráfica Carga - Deformación Interacción Fuerza Normal – Momento

Necesidad del cliente

Carga Máxima Combinación Fuerza Normal – Momento

Ejemplos de Aplicación FEA Túneles de Interconexión en Australia

Remplazo  de  acero  por  4,5  Kg/m3  de  fibra  sintéCca  estructural.  

Ejemplos de Aplicación FEA Dovelas Prefabricadas para Piques y Túneles en Rusia y Turquía

Soluciones  -­‐  Remplazo   total   de   armadura  

por  9  Kg/m3  de  fibra  sintéCca  estructural.  

 -­‐  Solución   mixta   disminuyendo  

c u a n X a   d e   a c e r o   e  incorporando   7   Kg/m3   de  fibra  sintéCca  estructural  

Gracias  por  su  atención  !!