Colapso Estructural Bajo Cargas Explosivas

Mecánica Computacional Vol. XXII
M. B. Rosales, V. H. Cortínez y D. V. Bambill (Editores)
Bahía Blanca, Argentina, Noviembre 2003.

COLAPSO ESTRUCTURAL BAJO CARGAS EXPLOSIVAS
Bibiana M. Luccioni, Daniel Ambrosini y Rodolfo Danesi
CONICET, Instituto de Estructuras, Universidad Nacional de Tucumán
Avda Roca 1800, 4000 S.M. de Tucumán, Argentina. TE: 54-(0381)-4364087
e-mail:bluccioni@herrera.unt.edu.ar

Palabras clave: Explosión, Estructuras, Hormigón, Mampostería, Colapso, Hidrocódigo.

Resumen. Las estructuras civiles no son generalmente diseñadas para resistir cargas
dinámicas de muy corta duración y gran amplitud como las generadas por explosiones e
impacto. Hasta hace muy poco tiempo, la consideración de cargas explosivas debidas a un
ataque terrorista se limitaba principalmente aestructuras tales como estructuras militares,
centrales nucleares, embajadas, etc.
En este trabajo se presenta la simulación del proceso de destrucción de estructuras de
hormigón producido por la detonación de cargas explosivas. Dicho estudio se realiza
mediante un hidrocódigo que considera la interacción fluido (aire)- estructura. Se describen
en el trabajo los modelos materiales utilizados para elhormigón y mampostería.
Dichos modelos incluyen la simulación del fenómeno de desintegración o fractura del
material que permite eliminar al mismo del cálculo para simular erosión o discontinuidades
producidas en el material por la carga explosiva. Se presentan, además, las distintas
estrategias de cálculo utilizadas en la simulación del proceso completo, desde la detonación
del explosivo, hastala caída del edificio.

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ENIEF 2003 - XIII Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones

1 INTRODUCCIÓN
Debido a diferentes sucesos accidentales o intencionales, relacionados con estructuras
importantes en todo el mundo, las cargas explosivas han recibido particular atención en los
últimos años. Actualmente, muchas estructuras de edificios públicos deben ser diseñadas para
poderresistir en forma segura explosiones 1,2,3. En los centros urbanos el tráfico permite que
las cargas explosivas sean llevadas hasta la proximidad de los edificios. En esos casos la
protección contra ataques explosivos consiste en limitar la zona de daño a la vecindad de la
explosión y evitar el colapso del edificio. En ese sentido, las simulaciones computacionales
pueden resultar útiles para chequeardistintos tipos de configuraciones estructurales y detalles
estructurales bajo una gran variedad de eventos hipotéticos 3.
Actualmente es posible realizar este tipo de simulación numérica utilizando
hidrocódigos4,5. Sin embargo, se deben tener en cuenta dos puntos importantes cuando se
evalúa numéricamente el comportamiento de edificios bajo cargas explosivas. El primero está
vinculado con lanecesidad de validar experimentalmente los modelos y procedimientos de
análisis utilizados El segundo aspecto está relacionado con el costo computacional que hace
prácticamente imposible simular un edificio de hormigón armado real con todos sus detalles.
No debe perderse de vista que en este tipo de análisis se debe tener en cuenta dos fenómenos
con escalas de tiempo que difieren entre sí en variosórdenes de magnitud. La explosión y la
propagación de la onda de presión se producen en milésimas de segundo y el colapso
completo de una estructura de varios piso requiere algunos segundos.
Aunque existen todavía muchas incertidumbres, el comportamiento de diferentes
materiales bajo cargas explosivas ha sido estudiado experimentalmente por numerosos
investigadores 6-9 y se han propuesto modelosnuméricos sofisticados, especialmente para
aceros y hormigones 10-18. Estos modelos han sido incluidos en diferentes programas
computacionales 11,17,19, que pueden ser utilizados para analizar el comportamiento de
elementos estructurales o estructuras pequeñas bajo cargas explosivas. Actualmente la
simulación de una estructura de hormigón armado completa con todos sus detalles es
prácticamente...