COMPORTAMIENTO DE NUEVOS MATERIALES ESTRUCTURALES (CIUNT 26/E427)
BEHAVIOR OF ADVANCED STRUCTURAL MATERIALS
Director: LUCCIONI, Bibiana María
Periodo de Ejecución: Inicio 02/05/2008 – Finalización 31/12/2013
Resumen:
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La industria de la construcción moderna, requiere cada vez más exigencias de los materiales, que son usados bajo condiciones más severas, como acciones dinámicas con fuertes velocidades de carga. Dichas acciones pueden ser de origen accidental o producidas por las mismas condiciones de servicio de las estructuras. Por otro lado, durante su vida útil las estructuras de hormigón y mampostería ya existentes pueden resultar expuestas a cargas mecánicas, como así también a agentes agresivos químicos o térmicos que produzcan la degradación de sus propiedades mecánicas dando lugar a una consiguiente pérdida de seguridad que haga necesaria su reparación y o refuerzo.
Estos hechos han dado lugar, por un lado, al desarrollo de nuevos materiales como, por ejemplo, los materiales compuestos reforzados con fibras para cumplir con fines específicos y, por otro lado, han creado la necesidad de desarrollar programas de simulación estructural con el objeto optimizar dimensiones, reducir los márgenes de seguridad o simplemente bajar costos y, a su vez, poder diseñar adecuadamente los nuevos materiales y los sistemas de refuerzo y reparación.
El objetivo principal de este proyecto es la definición de modelos materiales realistas que permitan simular adecuadamente nuevos materiales estructurales, fundamentalmente materiales compuestos, que se utilizan en sistemas de reparación, refuerzo y control, o materiales tradicionales como el hormigón y la mampostería bajo acciones no convencionales como explosiones e impacto. Dichos modelos serán implementados en un programa de elementos finitos y en un hidrocódigo que permitirán predecir el comportamiento dinámico no lineal y la degradación y falla de elementos estructurales y no estructurales, reparados y o reforzados, bajo solicitaciones de típico mecánico y explosiones respectivamente.
Los objetivos específicos planteados son:
- Desarrollo de herramientas numéricas para el diseño y verificación de elementos estructurales frente a a cargas explosivas
- Desarrollo de herramientas numéricas para la evaluación de la eficiencia de sistemas de reparación y/o refuerzo con láminas de material compuesto con fibras, que tengan en cuenta los fenómenos de delaminación y despegue
- Evaluación de experimental y numérica de la eficiencia del refuerzo a corte con hormigones con fibras. Desarrollo de herramientas numéricas para la evaluación de la eficiencia de sistemas de reparación y/o refuerzo con materiales hormigones con fibras.
- Desarrollo de una herramienta computacional que permita evaluar la eficiencia de sistemas basados en la utilización de compuestos con fibras piezoeléctricas, para el control activo de vibraciones en estructuras esbeltas.
Se espera que los resultados del proyecto contribuyan al avance del conocimiento en el área de la mecánica de materiales y a la formación de recursos humanos. A su vez, los mismos pueden ser transferidos a la industria de la construcción a través de recomendaciones sobre la utilización de materiales compuestos para reparación, refuerzo y control de estructuras. Por otro lado, los modelos constitutivos y programas a desarrollar en el marco del proyecto no se restringen a materiales usados en construcción sino que pueden ser aplicados, sin mayores modificaciones, para tratar numerosos problemas de otros tipos de industrias entre las que merecen destacarse la industria metal-mecánica y aeronáutica.
Abstract
Modern construction industry is demanding more of materials, which are being used under increasing severe conditions such as dynamic loads with elevated rates of loading. These actions can be produced by accidental situations or can be due to service conditions.
By the other side, during their service life, existent concrete and masonry structures could be exposed to mechanical loads or aggressive chemical or thermal actions producing the degradation of their mechanical properties with the consequent loss of security and the urgent requirement of repair o retrofit interventions.
These facts have produced, by one side, the development of new materials like fiber reinforced composite to fulfill specific requirements. By the other side, they have created the need of programs for structural simulation to optimize dimensions, to reduce security margins or simply to reduce costs and also to properly design new materials and repair/retrofit and control systems.
The principal objective of this project is to develop realistic constitutive models for the accurate simulation not only of structural materials like concrete and masonry but also of repair/retrofit and control systems based on fiber composites. These models will be implemented in a finite element program to predict non-linear dynamic behavior, damage and failure of construction elements under loading and thermal actions.
The specific objectives of the project are the following:
- Development of numerical tools for the design and assessment of structural elements under explosive loads.
- Development of numerical tools for the assessment of repair and retrofit intervention techniques using fiber reinforced composites, taking into account non linear phenomena like fiber debonding, lamina debonding and delamination.
- Experimental and numerical assessment of the efficiency of fiber reinforced concrete as a retrofitting material for reinforced concrete elements. Development of numerical tools for the design of retrofitting techniques using fiber reinforced concrete
- Development of a numerical tool for the assessment of the efficiency of piezoelectric fiber devices for the active vibrations control in slender structures.
It is expected that the results of the project will contribute to the development of the knowledge in the area of mechanics of materials and to the development of humane resources. At the same time, the results can be transferred to construction industry through recommendations relative to the use of composite materials for the repair, retrofit and control of structures. By the other hand, it must be emphasize that the models, as well as the programs, to be developed within this project are not only restricted to construction materials but they can also be applied, without major changes, to many problems found in other industries, particularly in metal-mechanics and aeronautical industry.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN |
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| Apellido y Nombre | Rol | Horas | Lugar de trabajo |
| ARÁOZ, GabrieL Francisco | Becario-Tesista | 20 | UNT-FACET |
| GUENNAM, Ahmad Eduardo | Becario-Tesista | 20 | UNT-FACET-IEST |
| ISLA CALDERON, Facundo Andrés | Becario-Tesista | 20 | UNT-FACET |
| OTERO GRUER, Fermin Enrique | Becario-Tesista | 20 | UNT-FACET-IEST |
| TORRES, Carlos Esteban | Becario-Tesista | 20 | UNT-FACET |
| LUCCIONI, Bibiana María | Titular | 20 | UNT-FACET |