Modelos a nivel mesoescala

Los modelos a nivel meso suelen representar el hormigón considerando su

heterogeneidad, generalmente mediante las dos fases principales: árido y mortero. En la bibliografía algunos modelos son aplicados con el objetivo de determinar el tamaño

pésimo del árido, como los modelos de Furusawa et al. (1994) y el de Bazant y Steffens

(2000) aplicados a la RAA, mientras que otros evalúan el daño causado al hormigón por la expansión. Entre estos últimos se pueden diferenciar dos grupos: los que utilizan una

En la modelización de tipo reticulada se discretiza el medio continuo mediante una retícula o malla de elementos barra que transmiten fuerzas normales, cortantes y momentos flectores. Las propiedades de los distintos elementos (que representarán áridos, mortero e interfases) se obtiene superponiendo la geometría de la meso-estructura que se quiere estudiar con la retícula. La fractura se simula removiendo los elementos que han alcanzado su máxima resistencia a tracción. Schlangen y Copuroglu (2007) utilizan este modelo para estudiar la RAA. Ellos han supuesto tres modos de introducir la acción expansiva: expansiones aplicadas a los elementos de interfase; expansiones en los elementos de interfase y en las fisuras formadas (no se eliminan las barras que han alcanzado su máxima resistencia a tracción, cambiando sus propiedades, en el siguiente paso, por las de la interfase) y expansión solamente en los áridos. Las tres formas de aplicación de la acción expansiva resultan en una fisuración importante de la malla con más fisuración en el caso en que se aplica expansión en las fisuras que se van formando.

En la modelización continua se representa mediante medio continuo la estructura interna del material: los áridos de mayor tamaño y una matriz que los rodea que representa el mortero y los áridos de menor tamaño. En esta línea se encuentra el trabajo de López (1999), que ha estudiado el efecto de la expansión debida al ASI. En su trabajo se incluye a priori, en una representación 2D de la mesoestructura del hormigón, una retícula de elementos junta sin espesor distribuidos a lo largo de todos los contactos entre elementos de árido y mortero (interfase), y entre algunos contactos de la matriz. Para los elementos junta se utiliza una ley constitutiva no lineal basada en la teoría de la elastoplasticidad y en conceptos de la mecánica de fractura (Carol et al., 1997). En la figura 2.25 se presenta un ejemplo de una malla representativa de la mesoestructura de un hormigón de presa.

Figura 2.25 – Ejemplo de malla de elementos finitos representativa de una muestra de hormigón de presa: elementos de mortero a la izquierda y de áridos a la derecha

(López, 1999).

El estudio de la expansión se ha realizado mediante la aplicación de deformaciones impuestas en los áridos (hipótesis que simplifica las dos etapas de la expansión debida al ASI que son: expansión del árido por oxidación de los sulfuros de hierro y el ataque sulfático en torno del árido). Los incrementos de volumen aplicados fueron determinados

en Casanova et al. (1996; 1997). En López (1999) y Aguado et al. (1998) se obtiene una tendencia de fisuración enramada en el caso de expansión libre, que disminuye hasta casi anularse cuando se incrementan las presiones de confinamiento, sin que ello incida de una manera considerable en la configuración deformada, que aún en confinamiento presentan un aumento de volumen.

Aplicado al ASE, en el trabajo de Idiart (Idiart, 2009; Idiart et al., 2011b) se utiliza una modelización mesoestructural similar a la desarrollada por López (1999), teniendo en cuenta el proceso de transporte de los sulfatos. Para ello, ha simulado el proceso de difusión de los sulfatos desde el exterior hacia el interior del hormigón junto con las reacciones químicas con los compuestos de aluminato de la pasta (formulación de difusión-reacción), acoplado al proceso de fisuración obtenido en un análisis mecánico (vías preferenciales para el transporte de los sulfatos). Como resultado se ha obtenido una reproducción realista del ASE como se puede observar en la figura 2.26.

Figura 2.26 – Comparación entre resultado numérico (a) obtenido por Idiart (2009) con experimental (b) obtenido por Al-Amoudi (2002) para el ASE.

Como extensión de este tipo de modelización mesoestructural (López, 1999), en el capítulo 4 se presentarán nuevos estudios a nivel mesomecánico del ASI en muestras de hormigón convencional y de presas, en las cuales se analizan los efectos en las propiedades mecánicas macroscópicas y la influencia de la fisuración.

Como ejemplo del estudio de expansiones con un modelo mesoestructural 3D

aplicado a la RAA, se puede mencionar el trabajo de Comby-Peyrot et al (2009). El modelo

consiste en la discretización de los áridos y del mortero. Se asume un comportamiento elástico-lineal para los áridos y no lineal (con un modelo de daño) en el mortero El contacto entre los áridos y la pasta es de tipo rígido (no deslizante y sin descohesión), la fricción y disipación de energía no son considerados. En ensayos uniaxiales el modelo reproduce el módulo de Young y la resistencia de pico, pero tiene una caída frágil en el “softening” que no ocurre en los ensayos experimentales. El modelo se ha empleado para estudiar la fisuración y el deterioro del hormigón aplicando una expansión en la mitad de los áridos discretizados, seleccionados aleatoriamente como expansivos (ver figura 2.27).

Figura 2.27 – Geometría de la muestra con los áridos, daño visto en la superficie y en una sección bajo la expansión (Comby-Peyrot, 2009).