Predicción numérica del comportamiento no lineal de una unión viga-columna reforzada con malla de fibra de fique modificada con óxido de grafeno

Abstract

Las edificaciones de concreto reforzado diseñadas bajo normativas antiguas o sin criterios sismorresistentes adecuados presentan un comportamiento cíclico deficiente, siendo las uniones viga-columna uno de los puntos más vulnerables debido a su alta concentración de demanda inelástica. Esta problemática y la necesidad de tener soluciones con mayor sostenibilidad han impulsado el desarrollo de técnicas de reforzamiento externo que integren materiales compuestos basados en fibras vegetales para mejorar la capacidad resistente, ductilidad y disipación de energía. En este sentido, se comparó la respuesta cíclica de una unión viga (25x30 cm)-columna (25x25 cm) ligeramente reforzada, con y sin confinamiento externo de malla de fibra de fique tratada superficialmente con óxido de grafeno (OGF-FRP) mediante una herramienta computacional. Se realizaron ensayos para obtener parámetros mecánicos que permitieran definir las leyes constitutivas. La resistencia a la compresión del concreto se midió mediante ensayos no destructivos por medio de un esclerómetro Schmidt. En cuanto al acero de refuerzo y las mallas de fique, se realizaron ensayos de tracción monotónicos en una máquina universal de ensayos. El modelo numérico del subensamblaje viga-columna se desarrolló en el software SAP2000. El análisis incluyó los efectos no lineales de los materiales mediante rótulas plásticas concentradas y la no linealidad geométrica. La acción cíclica se simuló mediante análisis pushover secuenciales [tres ciclos con derivas (dr) del 0.25%, 0.50%, 0.75% y 1.00%]; a partir del último ciclo previsto, la deriva se incrementó en pasos de 0.50% hasta alcanzar el punto de falla del modelo. A nivel seccional, los resultados mostraron un aumento de la capacidad a momento y de curvatura del 24% y del 43%, respectivamente, al utilizar el refuerzo. Esto conllevó un incremento de la capacidad de desplazamiento máximo desde 5.3 cm (equivalente a una dr = 3.5%) a 7.5 cm (dr = 5%), equivalente a un 29.3 %. Además, la energía disipada del sistema con el OGF-FRP se duplica aproximadamente. Esto demuestra que el uso de la malla de fibra de fique tratada es una alternativa prometedora para el reforzamiento externo de elementos o componentes estructuralmente deficientes.