Simulación numérica de vigas en concreto reforzado con barras longitudinales, transversales y fibras cortas de acero mediante el método de los elementos finitos

Abstract

El concreto y el acero han sido materiales empleados durante el transcurso de la historia para construir la infraestructura de las ciudades. El avance tecnológico y las investigaciones en las propiedades de estos materiales han ido de la mano para representar el comporta-miento estructural de vigas conformadas con el concreto y el acero. Elementos como las vigas en concreto reforzado con fibras cortas y refuerzo convencional muestran un comportamiento dúctil que depende fundamentalmente de la cantidad de acero suministrado. A través de la modelación mediante los elementos finitos, varios investigadores han logrado simular la respuesta de estos elementos. En el presente trabajo se realiza la modelación numérica de vigas en concreto reforzado con barras de refuerzo longitudinal, transversal y fibras cortas. La modelación desarrollada mediante el programa comercial Ansys, ha sido aplicada en cuatro tipos de vigas, en las cuales se analiza el efecto de la fisuración, el esfuerzo de fluencia, el volumen de fibras y refuerzo superior utilizado en la respuesta estructural de vigas bajo un régimen de cargas por flexión. Las curvas de capacidad obtenidas han sido comparadas con los trabajos experimentales desarrollados por diferentes autores y extrapoladas a otras respuestas modificando las propiedades de los materiales. Finalmente se presentan las conclusiones y recomendaciones para futuras investigaciones utilizando la modelación por elementos finitos junto con una guía de modelación de vigas mediante el programa comercial Ansys como complemento académico para la unidad de Estructuras de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia. / Abstract. Concrete and steel have been materials used along history to build the infrastructure of the cities. Technological progress and investigations about these materials’ properties have been joined for the representation of structural behavior of beams made of concrete and steel. Some elements like concrete reinforced beams with short fibers and conventional rebars show us a ductile behavior strongly related with the amount of the steel used. Through fi-nite element modelings, several researchers have simulated the more approximate res-ponses found in this elements. This document is about numeric modeling of reinforced con-crete beams with longitudinal, transversal rebars and short fibers. The modeling carried out using the commercial program Ansys, has been apply in four different kinds of beams, analyzing the response of cracking, yield stress, volume of fibers and the top reinforcement used in the structural response from beams, bring under loads by bending. The capacity curves obtained have been compared with experimental works made by different authors and they have been extrapolated to another response modifying the materials’ properties. Finally, you will find some conclusions and recommendations required in future researches using finite element modelings and a guide about modeling of beams using Ansys as an academic complement for the Structure Section of the Engineering Faculty of National University of Colombia