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ESTRUCTURAS SOMETIDAS A IMPACTO
Jos´ M. Goicolea
e
E.T.S. Ingenieros de Caminos, Universidad Polit´cnica Madrid,
e
Ciudad Universitaria, 28040 Madrid (Spain)
email: goicolea@mecanica.upm.es, http://w3.mecanica.upm.es

Palabras clave.–

Din´mica, Impacto, Contacto, Elementos Finitos, Ondas de Tensi´n.
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Resumen.– Los fen´menos de impacto sobre las estructuras constituyensolicitaciones din´micas de inter´s especial,
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ya que aunque por lo general su probabilidad es m´s baja que otros tipos de acciones, su efecto es potencialmente
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catastr´fico.
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El an´lisis exige a menudo procedimientos de c´lculo distintos a los de otras solicitaciones din´micas m´s comunes
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en la din´mica estructural. Salvo para los impactos a muy baja velocidad, es frecuente uncomportamiento no lineal
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acusado de la estructura, con grandes desplazamientos y deformaciones, respuesta no lineal del material con posible
rotura local, y efectos de interacci´n complejos en los contactos. A medida que la velocidad del impacto es mayor,
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adquieren relevancia los fen´menos de transmisi´n de ondas de tensi´n o incluso de ondas de choque.
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En este trabajo sediscuten en primer lugar los fen´menos din´micos impulsivos, analizando los distintos tipos de
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impacto. A continuaci´n se describe de forma sucinta el comportamiento de los materiales, diferenciando los distintos
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tipos de fallo o rotura.
Salvo para los problemas m´s triviales, el c´lculo no es posible mediante procedimientos anal´
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ıticos y suele ser
necesario emplear m´todosnum´ricos basados en la discretizaci´n del espacio y del tiempo. La parte espacial se
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suele resolver mediante mallas de elementos finitos. Generalmente son preferibles las mallas Lagrangianas, ligadas al
material, por su mejor capacidad para resolver los fen´menos de contorno como los contactos. La aplicaci´n de la
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discretizaci´n espacial da lugar a un sistema de ecuaciones diferencialesordinarias que debe resolverse num´ricamente
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mediante integraci´n directa en el tiempo, empleando procedimientos expl´
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ıcitos o impl´
ıcitos. Se citan adicionalmente
los nuevos procedimientos conservativos energ´
ıa-momento que en ocasiones pueden aportar importantes ventajas.
Por ultimo, se describen diversas aplicaciones que ilustran los fen´menos anteriormente descritos endiversas
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situaciones pr´cticas.
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1.

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FENOMENOS DE IMPACTO

1.1.

Introducci´n
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Los impactos sobre las estructuras son solicitaciones din´micas de corta duraci´n e intensidad elevada que, por
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su naturaleza, pueden producir da˜os importantes sobre las mismas, o alteraciones notables en su estabilidad o
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movimiento.
Dentro de los procedimientos cl´sicos de lamec´nica de sistemas r´
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ıgidos [14], el impacto se estudia mediante la
teor´ de impulsiones, por la que la duraci´n de los impactos se considera instant´nea. Las impulsiones te´ricas est´n
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asociadas a fuerzas impulsivas de magnitud te´ricamente infinita, mediante funciones Delta de Dirac δ(t − τ ), que
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cumplen δ(x) = 0 ∀x = 0 y l´ x→0 δ(x) = ∞. En esta teor´ se aplicala conservaci´n de cantidad de movimiento
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y momento cin´tico, mientras que el balance de energ´ se tiene en cuenta mediante el denominado coeficiente
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de restituci´n. Otra simplificaci´n generalmente empleada es la de la simultaneidad de las impulsiones, ya que
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generalmente una impulsi´n activa da lugar a otras impulsiones reactivas.
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En definitiva, la teor´ de impulsionespermite calcular un estado del movimiento despu´s de la impulsi´n que
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deber´ ser considerado como unas nuevas condiciones iniciales para la din´mica del sistema a partir de dicho instante.
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En ciertos casos, los fen´menos de impacto sobre las estructuras pueden estudiarse mediante este tipo de teor´ Esta
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ıas.
ser´ la situaci´n de un impacto de corta duraci´n en el que la...