Placas o vigas multiplaca: aplicación de modelos matemáticos a nuevos materiales para evaluar sus propiedades

Universidad de Belgrano - Facultad de Ingeniería

08 de Octubre de 2018 | 5 ′ 0 ′′


Placas o vigas multiplaca: aplicación de modelos matemáticos a nuevos materiales para evaluar sus propiedades


Ante un mercado creciente de nuevos materiales compuestos (multicapas), investigadores de la Universidad de Belgrano desarrollaron una novedosa herramienta de cálculo y diseño de estructuras para predecir si su comportamiento se ajusta a los requisitos del uso previsto, entre otras aplicaciones industriales.

Por definición, un material compuesto es aquel formado por al menos dos materiales distintos, sin que se haya producido reacción química ninguna entre ellos, consiguiendo con ello propiedades que sería imposible que tuvieran por separado.

En la industria resulta cada vez más común encontrar investigaciones sobre la creación de elementos estructurales que sean más resistentes y al mismo tiempo livianos, como por ejemplo el recurso de superponer materiales de comportamientos homogéneos por capas, aprovechando de esta manera las virtudes de uno que reemplazan los defectos de otro. Las características de estos materiales no pueden abordarse desde teorías simplificadas que se basan en las estructuras tradicionales, ya que tienen comportamientos particulares frente a fuerzas externas que resultan de difícil predicción.

En esta línea, un equipo de investigadores de la carrera de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería y Tecnología Informática de la Universidad de Belgrano, integrado por Roberto Carnicer, Braian Desia y Rodolfo Schwarz, desarrollaron un modelo matemático computacional mediante técnicas de modelización de elementos finitos, que permite reproducir el comportamiento estructural de materiales compuestos (multicapas) aplicados a placas y vigas ante diversas acciones de carga para así predecir su comportamiento.

El Ingeniero Roberto Carnicer, Director del equipo de investigación que lleva adelante el proyecto, indica que “en particular, se estudia el comportamiento de materiales compuestos no tradicionales muy utilizados, por ejemplo, en la aeronáutica, en los aerogeneradores (energías renovables), en la ingeniería civil mediante refuerzos con fibras y en la ingeniería naval (la carcasa de las naves)”.

Y agrega como ejemplo el caso más básico, el hormigón armado: “El hormigón por sí solo no resiste la tracción mientras que las armaduras de hierro sí, cubriendo de este modo la deficiencia del hormigón. Otros tipos de materiales más sofisticados son los que contienen fibras de vidrio, o de carbono en su interior, o los paneles sándwich”. Sobre esto, el especialista explica que “es esencial conocer si estos nuevos materiales responderán adecuadamente a las solicitaciones externas a las que se verán sometidos durante su utilización ya que su comportamiento será muy diferente al de los materiales individuales que lo conforman”.

La característica principal es que los materiales compuestos tienen dos componentes con una función muy específica:
• La matriz: es el componente que se presenta en fase continua, y que actúa como ligante. Da estabilidad al conjunto, protege al refuerzo del deterioro y evita la propagación de grietas.
• El refuerzo: es el componente que al contrario que la matriz, se presenta en forma discontinua, cuya misión es resistir los esfuerzos. Los más utilizados son de tipo fibra.

Este tipo de material, desde el punto de vista estructural, tiene un comportamiento muy diferente al de los isotrópicos (iguales características mecánicas en todas las direcciones), ocasionando deformaciones y desplazamientos impredecibles. De allí la importancia de utilizar un modelo numérico para interpretar su resistencia en el interior del material y su comportamiento ante las acciones de servicio.

Explica Carnicer que la investigación comenzó en el año 2012 y continúa hasta el presente. “Este modelo denominado hibrido o mixto, ha sido aplicado a placas y vigas de diversos materiales compuestos para diversos estados de carga con excelentes resultados comparados con los publicados en la bibliografía internacional actualizada”, afirma.

Entre los trabajos realizados se destaca la evaluación de fisuras en vigas de hormigón (asumiendo a este material como formado por capas de acero y hormigón), la evaluación del comportamiento de placas de hormigón con reemplazo de armaduras de acero por fibras de carbono o de vidrio y de las tensiones interlaminares entre capas de placas compuestas, el pandeo de placas compuestas y, en forma reciente, la aplicación del modelo para predecir el comportamiento del durmiente de hormigón pretensado.

En los últimos trabajos, el equipo aplicó esta modelización híbrida para analizar la carga crítica de pandeo de placas formadas por materiales compuestos, mediante métodos numéricos computacionales que permitieron predecir la respuesta de la estructura con gran precisión. Su aporte radica en disponer de una nueva metologia de cálculo, que brinda información sobre las cargas que ponen en peligro la estructura con diversos tipos de materiales compuestos, cuando tienen espesores delgados y puede romperse por pandeo, o sea pueden sufrir grandes desplazamientos sin aumentos de carga.

Dra. María Claudia Degrossi
claudia.degrossi@ub.edu.ar
Dra. María Claudia Degrossi
Secretaria Coordinadora de la Comisión de Políticas de Investigación


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