Análisis Estocástico de Tubos de Hormigón Reforzado con Fibras de Acero: Efecto de la Distribución y Orientación de las Fibras en la Capacidad Resistente del Tubo

Abstract

El hormigón reforzado con fibras (HRF) su usa actualmente en una amplia rama de aplicaciones. Como material de refuerzo, el uso del HRF en tubos de drenaje como sustitución parcial o total de armaduras de acero podría tener un impacto positivo en la optimización del producto en la industria del prefabricado. Es conocido que la adición de fibras en el hormigón provee ventajas tanto desde el punto de vista técnico como económico. Desde el punto de vista técnico, se consigue una mejora sustancial de algunas de las propiedades del hormigón, especialmente con el agregado de fibras metálicas. El uso de fibras también contribuye económicamente, ya que permite ahorrar en operaciones de ensamble y colocación del refuerzo tradicional de armaduras y reduce también la mano de obra utilizada, uso de equipamientos y riesgos asociados. El principal efecto del agregado de fibras es el del control del proceso de fisuración, que resulta en un aumento significativo de la tenacidad del compuesto, así como también, en beneficios adicionales relativos a su resistencia. Sin embargo, la distribución y orientación de las fibras, en relación a un plano de fisura son importantes a los efectos de optimizar sus beneficios. En este trabajo, se utiliza un enfoque probabilístico para estudiar el efecto de la distribución y orientación de las fibras en la matriz de hormigón, sobre el comportamiento mecánico de los tubos de hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA). El HRFA es considerado un material compuesto con una matriz de hormigón y fibras cortas con diferentes orientaciones distribuidas en su volumen. El modelo numérico, en el cual el HRFA se modela como un compuesto homogéneo equivalente (macro escala), se resuelve mediante el método de elementos finitos asociado con el método de Monte Carlo a fin de llevar a cabo un análisis estocástico. El efecto de distribución de las fibras se tiene en cuenta modificando las propiedades del compuesto homogéneo de acuerdo a la fracción de volumen de fibras en cada elemento finito. Un criterio similar se utiliza para tener en cuenta la orientación de las fibras. Finalmente, se discuten los resultados numéricos obtenidos para diferentes dosificaciones de fibras agregadas, los cuales se muestran a través de distintos gráficos y tablas comparativas.