Análisis numérico y experimental del comportamiento mecánico de una viga de tres puntos con muesca central compuesta en dos edades de concreto mediante un modelo de fractura en elementos finitos

Abstract

Las estructuras de concreto desarrollan procesos progresivos de fisuración y degradación mecánica que pueden afectar su desempeño estructural y reducir su capacidad resistente. Esta problemática adquiere mayor relevancia en elementos vaciados en diferentes etapas debido a la formación de juntas frías e interfaces entre concretos de distintas edades. En este contexto, el objetivo de la presente investigación fue evaluar, experimental y numéricamente, el comportamiento a fractura de vigas de concreto con muesca central elaboradas con concreto de dos edades mediante un modelo de elementos finitos. La metodología comprendió ensayos de flexión en tres puntos sobre vigas de concreto de 28 y 56 días de edad, registrándose las curvas fuerza-desplazamiento, la fuerza máxima, el desplazamiento último y la energía de fractura. Asimismo, se desarrolló un modelo numérico en el software DIANA FEA mediante un modelo de fractura distribuida multidireccional basado en la formulación Total Strain Crack Model y una ley de ablandamiento lineal, calibrado a partir de los resultados experimentales. Los resultados mostraron una adecuada concordancia entre las respuestas experimentales y numéricas en términos de rigidez inicial, capacidad resistente y propagación de grietas. Además, las vigas con interfaces entre concretos de diferentes edades presentaron una menor energía de fractura y una reducción de la capacidad resistente debido a la presencia de juntas frías. Estos resultados evidencian la influencia de dichas interfaces en el comportamiento mecánico del concreto. Se concluye que el modelo numérico implementado reproduce adecuadamente la respuesta experimental y constituye una herramienta confiable para el análisis de fractura en estructuras de concreto.