Centro tecnológico Cartif

Habitat2030

1. Introducción y objetivos

La labor de CARTIF en este subproyecto se centra en el desarrollo de modelos numéricos para analizar el riesgo en ingeniería estructural y en edificios en particular. Las actividades se han encaminado a determinar el nivel aceptable de riesgos asociados a las estructuras y a determinar el estado de incertidumbre en el diseño de las mismas. Para ello se desarrolla un modelo de calculo plástico que involucra los fenómenos manifestados por el material (pérdida de rigidez y otras manifestaciones no lineales) bajo la acción de sobrecargas, impactos, explosiones, fuego, etc.

2. Desarrollo

CARTIF colabora en el desarrollo de aspectos cualitativos de interés en las siguientes tareas:

• Estudio de cargas súbitas cobre las estructuras
• Identificación de escenarios de impacto/explosión
• Identificación de los fenómenos producidos por el impacto/explosión
• Identificación del colapso progresivo de la estructura u otros fenómenos de daño
• Búsqueda de información referente a la cuantificación de cargas, tanto de forma teórica como experimental
• Recomendaciones de tipo estructural para minorar el efecto de explosiones sobre la estructura portante del edificio

En cuanto al análisis del riesgo en ingeniería estructural, se ha desarrollado un modelo de cálculo elastoplástico degradable en barras, que contempla la dependencia de la matriz de rigidez del elemento barra con el daño asociado a la pérdida de rigidez del material por la acumulación de la deformación plástica en sus fibras/puntos más exteriores, con mayor deformación acumulada. La incorporación de la variable de daño en la matriz de rigidez permite tener en cuenta la posible degradación que sufrirán los elementos de una estructura de barras por acción de las cargas.

Las ecuaciones que resultan de este estudio son no lineales, por lo cual hace falta emplear técnicas numéricas para la solución del sistema, tales como el método de Newton Raphson. Para ello se ha implementado un algoritmo computacional en el manipulador simbólico Maple que permite predecir la carga de colapso de una estructura considerando las no linealidades geométricas y del material así como la pérdida de rigidez por la acumulación del daño mecánico.

3. Resultados

Se ha obtenido un modelo computacional mecánico que permite predecir el estado último de cargas de una estructura simplificada, mediante un proceso de análisis paso a paso, utilizando descomposición aditiva del desplazamiento en sus componentes elástica y plástica, determinando las secciones plastificadas de forma completa según distintas hipótesis de fluencia, y procesos de carga variable respecto del pseudotiempo y considerando la pérdida de rigidez del material debido al aumento de la deformación plástica. Para ello se ha obtenido la matriz de rigidez elasto-plástica degradable del elemento barra 2D a partir de la teoría de la mecánica del medio continuo y la teoría de la mecánica del daño continuo.

Como resultados científicos derivados, se han obtenido varias publicaciones en revistas de impacto y comunicaciones a congresos de relevancia.