Introducción
La simulación numérica del comportamiento de una estructura frente a impactos y/o explosiones puede resultar una cuestión de gran interés, ya que permitiría racionalizar y ajustar el dimensionado de las estructuras o elementos que pudiesen ser susceptibles de soportar este tipo de situaciones, buscar sus puntos débiles, o, en el caso de estructuras o elementos ya construidos, prever su comportamiento.
El comportamiento del hormigón es diferente bajo carga estática que bajo carga dinámica. La resistencia frente a la rotura aumenta, tanto a tracción como a compresión, bajo la carga dinámica.
Bajo carga severa, cuando un proyectil o fragmento alcanza un objetivo de hormigón, éste se deformará y fisurará, produciéndose vibraciones en la estructura. La presión en la parte frontal de la punta del proyectil es varias veces superior a la resistencia estática uniaxial del hormigón y a la presión de confinamiento lateral, propagándose una onda de tensión desde la punta del proyectil que, además, producirá aplastamientos en los puntos de contacto.Como el hormigón es muy débil a tracción, la onda de tensión obtenida cuando la onda de compresión golpea la parte trasera de la pared puede provocar fisuraciones en dicha zona, y roturas en dirección lateral. En cuanto a la profundidad de penetración, los valores de las resistencias a compresión y a tracción del hormigón son parámetros de los que depende dicha profundidad. Indicar, a título de ejemplo, que el tamaño del cráter depende de la resistencia a tracción.
Comparando las tensiones producidas por cargas estáticas y dinámicas. Se observa un cambio de la geometría del plano de fractura. Con el aumento en la velocidad de la carga, la cantidad de áridos fracturados aumentó. Por otra parte, se observaron múltiples fracturas a velocidades de carga altas.
Estos mecanismos de fractura tienen una influencia directa sobre la relación tensión-deformación del hormigón bajo carga dinámica: la absorción de energía es mucho mayor con múltiples planos de fractura, la rigidez se incrementa, así como la tensión de rotura cuando existe una fuerte variación en la carga.
Comportamiento del hormigón bajo carga estática.
El hormigón habitualmente se caracteriza mediante la tensión uniaxial de compresión. Para tensiones axiales en el hormigón, la resistencia a tracción es inferior a la décima parte de la resistencia a compresión.
Sin embargo, las estructuras reales están sometidas a tensiones multiaxiales. Es conocido que la resistencia y la rigidez del hormigón aumentan cuando se encuentra confinado (compresión con distintos valores de presión lateral).
Cuando el hormigón está sometido a presiones muy altas, como en una situación de impacto, la presión lateral aumentará. Debajo del frente de contacto del proyectil o fragmento, el hormigón está expuesto a enormes presiones de confinamiento y se comporta plásticamente, disipando una gran cantidad de energía. La presión de confinamiento bajo la carga de impacto puede ser de varios cientos de MPa. En un ensayo estándar triaxial, la resistencia final del hormigón puede aumentar enormemente, con un hormigón de resistencia a compresión uniaxial de 46 MPa, mostraron aumentos de la resistencia a rotura de 800 MPa como máximo.
En cuanto a la resistencia a tracción, ya se comentó que es muy débil en el hormigón. Cuando el hormigón se fisura la resistencia a tracción ha alcanzado el máximo, disminuyendo después rápidamente (fenómeno de ablandamiento de tracción). La resistencia a tracción apenas se ve afectada por la compresión lateral.
