Este artículo presenta el estudio de la respuesta en tres losas de hormigón armado sometidas a carga dinámica severa mediante una explosión a corta distancia empleando ensayos a escala real y su posterior simulación mediante modelos numéricos.
La primera losa se sometió a la acción de 1,74 kg de equivalente de TNT a un metro de distancia, se equipó con sensores de presión y aceleración. En la segunda losa el explosivo se incrementó hasta un valor total de 13,05 kg de equivalente de TNT manteniendo la distancia; en el último caso se mantiene la masa de explosivo pero la distancia se reduce a medio metro, comparándose los resultados de las tres losas con respecto a las superficies dañadas del hormigón.
La simulación numérica de las losas se realiza mediante LS-DYNA, que es un código de elementos finitos (FE) de propósito general para el análisis de grandes deformaciones estáticas y la respuesta dinámica de estructuras; mediante la herramienta LOAD BLAST ENHANCED (LBE) se puede emular la acción dinámica producida por el efecto de la detonación del material explosivo empleado en los ensayos.
Para la simulación de la primera losa con el modelo FE-LBE se han empleado tres modelos diferentes de material de hormigón, Karagozian and Case (K&C) – MAT72-R3, Continuous Surface Cap Model – CSCM concrete y Riedel–Hiermaier–Thoma – RHT model.
También se han desarrollado modelos numéricos que emplean simultáneamente elementos finitos (FE) y Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), los primeros en la simulación de la losa de hormigón armado y los segundos para el material explosivo. El emplear SPH permite definir diferentes geometrías en la masa del explosivo.
Después de comparar la evolución de los daños con los diferentes modelos de material para el hormigón en la primera prueba, las pruebas restantes se han simulado con el modelo de hormigón que presentó mejores resultados. En los modelos FE-SPH, la carga se ha simulado con tres geometrías (cilindro, cubo y bolsa) para tener en cuenta la incertidumbre en la geometría de la carga explosiva. La carga cilíndrica es la que mejor replica la presión de detonación, la carga cúbica es la que mejor reproduce el daño de la superficie y la forma de bolsa obtiene los mejores resultados en cuanto a la aceleración.
Los modelos FE-SPH son capaces de reproducir la forma del daño superficial ligeramente mejor que el clásico FE-LBE, es un descubrimiento importante cuando las cargas explosivas no son esféricas. Por el contrario, la simulación del tamaño del daño superficial se acerca más a la obtenida en los ensayos reales para los modelos FE-LBE en comparación con los modelos FE-SPH.
La investigación se ha realizado en el marco del proyecto PICAEX financiado por el Centro de Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI), agencia perteneciente al gobierno de España. Queremos agradecer a todas las personas de TAPUSA, MAPEI y FHECOR que contribuyeron al diseño y ejecución de las pruebas. Los autores también desean agradecer al personal de La Marañosa (ITM-INTA) por su ayuda en los ensayos a escala real con material explosivo.
Autores: R. Castedo, A.P. Santos, A. Alanón, C. Reifarth, M. Chiquito, L.M. López, S. Martínez-Almajano, A. Pérez-Caldentey.
Alejandro Alañón Juárez
Profesor Titular de Universidad Escuela Politécnica Superior de Ávila