Protección de losas de hormigón armado frente a explosiones cercanasanálisis numérico y experimental

Resumen

En el presente trabajo de investigación se analiza el comportamiento de ocho losas de hormigón armado, reforzadas externamente con fibras de carbono (CFRP) y fibras (GFRP) de vidrio, ante explosiones. Los refuerzos se colocaron en la cara opuesta a la detonación. El análisis se ha abordado desde un doble punto de vista: experimental y numérico. En la fase experimental, desarrollada en el Instituto Tecnológico de la Marañosa, se han realizado ensayos a escala real, en los que se evaluó el efecto de las mallas de CFRP o GFRP en el comportamiento de las losas, ante cargas explosivas. Las pruebas se han efectuado a tres distancias escaladas distintas: 0,84, 0,48 y 0,21 kg/m1/3. La primera losa, sin reforzar, se ensayó a 0,84 kg/m1/3, sobre ella se colocaron sensores de aceleración y presión, que se han utilizado para calibrar los modelos numéricos. Las cuatro siguientes se probaron a una distancia escalada de 0,42 kg/m1/3, reforzando dos de las losas con CFRP, otra con GFRP, y la última sin refuerzo. Las tres restantes se testaron a una distancia escalada de 0,21 kg/m1/3, una con refuerzo CFRP, otra con GFRP y la tercera sin refuerzo. La aproximación numérica al problema se ha implementado con LS DYNA, un software comercial para el análisis de fenómenos explosivos. Para la validación de los modelos se han estudiado tres modelos constitutivos de material (CSCM, MAT72 Rel3 y JHC) y dos procedimientos de simulación de cargas explosivas (Load Blast Enhance (LBE) y Smoothed-particle hydrodynamics (SPH). Se ha demostrado que la distancia escalada es un factor determinante en el mecanismo de fallo y condiciona el área de daño. Se ha observado una reducción significativa de la superficie de daño, para el refuerzo de CFRP, mientras que los resultados con GFRP no han sido concluyentes. En ambos casos ha disminuido la proyección de escombros, observándose una importante reducción de la flecha con el refuerzo con fibras de carbono para distancias escaladas medias 0,42 m/kg1/3, no así para distancias escaladas menores 0,21 m/kg1/3. Todos los modelos muestran una buena correlación con los resultados de las pruebas para distancias escaladas intermedias, 0,42 y 0,83 m/kg1/3, mientras que para distancias escaladas menores, 0,21 m/kg1/3, únicamente el modelo LBE ofrece buenos resultados. El planteamiento más adecuado para simular cargas cercanas es el método LBE, utilizando como modelo de material el hormigón el CSCM, ofreciendo peores resultados los materiales MAT72-R3 y JHC. Los modelos LBE permiten calcular de manera muy precisa las superficies de daño para cualquier distancia escalada, pero no pueden describir las diferentes formas de cargas explosivas, que son por definición, esféricas o hemisféricas. Al contrario, los modelos SPH que funcionan peor para distancias escaladas pequeñas, permiten un análisis forense del tipo de carga utilizada, al menos para las que tienen formas cilíndricas, cubicas o de bolsa, resultando útiles para determinar patrones de daños.