Universidad
Politécnica de Madrid

23.11.15

El Grupo de Explosivos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas y Energía de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha creado un modelo numérico que permite estudiar el comportamiento del hormigón armado frente a cargas explosivas cercanas. Es fruto del proyecto SEGTRANS, financiado por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) dentro del programa Fondos Tecnológicos y Proyectos Integrados.

El hormigón armado es uno de los materiales principales que se emplean en la construcción de terminales de transporte e infraestructuras de comunicación. Las razones son muchas: precio, resistencia al desgaste o el fuego, fácil manejo y buenas propiedades mecánicas. Sin embargo, el uso de explosivos improvisados (conocidos por sus siglas en inglés, IED) en ataques terroristas recientes, como los sucedidos en Madrid (2004), Estocolmo (2010), Moscú (2011) y Boston (2013), demuestran la gran vulnerabilidad de estas estructuras ante ataques de este tipo.

Para mejorar la resistencia frente a explosiones de estos materiales se trabaja en dos vías. La primera consiste en añadir fibras (acero, carbón, vidrio o polipropileno) al hormigón como refuerzo interno, creando lo que se conoce como hormigones reforzados. La segunda, en revestir el hormigón con elementos como espumas de aluminio o chapas de acero. Ambas técnicas son complejas, en algunos casos costosas, y no siempre son la solución definitiva. De cualquier modo, la  simulación numérica permite de antemano predecir el comportamiento de estas soluciones frente a un fenómeno dinámico como las explosiones y, por ende, optimizar costes en la experimentación y puesta en marcha.

Imagen A: Configuración ensayos 1 a 3. B: Configuración ensayo 5. C: Detalle del modelo de hormigón. D: Detalle del modelo de las armaduras de acero.

Además del desarrollo, la implementación y la validación de los modelos numéricos, el Grupo de Explosivos de la UPM ha sido el encargado, entre los años 2010 y 2014, de la realización de los ensayos en las instalaciones del Instituto Tecnológico de La Marañosa. Se efectuaron 8 ensayos, 3 de ellos de calibración y los restantes de diferentes configuraciones con refuerzos de fibras (metálicas y de polipropileno) y protecciones como planchas de acero.

Para los ensayos de calibración se desarrollaron dos modelos empleando diferentes definiciones del hormigón según los materiales implementados en el software LS-DYNA. En comparación con las medidas de presión y aceleración obtenidas en los ensayos, uno de los dos modelos materiales utilizados, denominado CSCM, presentó mejores resultados y, por ello, se empleó en el resto de los ensayos. El error medio en términos relativos entre la simulación y los ensayos reales estuvo en torno a un 12%.

Resultado de la losa ensayada con chapa de acero y su simulación numérica. La escala representa la deformación plástica del material.

El trabajo ha demostrado, además, que la protección pasiva que no reviste al hormigón (tipo camisas de acero) no es la mejor solución, pues produce un aumento en el área de spalling o daño. La razón es que la plancha de acero focaliza el efecto de la presión sobre el área que está por debajo y en los extremos de la misma se producen concentración de tensiones que favorecen el aumento del daño a la estructura.

Los investigadores expresan su confianza en que los modelos numéricos desarrollados pueden emplearse como paso previo a la experimentación con el fin de diseñar mejores ensayos, estudiar el efecto sobre construcciones ya edificadas o, incluso, sobre posibles soluciones pasivas en edificios que estén en servicio.

R. CASTEDO; P. SEGARRA; A. ALAÑÓN; L.M. LÓPEZ; A.P. SANTOS; J.A. SANCHIDRIÁN. 2015. “Air blast resistance of full-scale slabs with different compositions: Numerical modeling and field validation”. International Journal of Impact Engineering, 86:145-156.