Propuesta de modelos para el análisis a flexión en secciones de hormigón estructural reforzado con fibras mediante la hipótesis de fisura plana
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Date
2023-11-15
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E.T.S. Arquitectura (UPM)
Abstract
Description
Durante los últimos 50-60 años el Hormigón Reforzado con Fibras (HRF) ha ido cobrando cada vez más protagonismo en la ingeniería. El aporte de una mayor ductilidad en el hormigón por la inclusión de las fibras ha sido relevante para establecer un mejor control de la fisuración en la sección pudiendo sustituir el armado transversal convencional de manera total o parcial.
Numerosas investigaciones sobre esta ductilidad, la cual ha sido estudiada desde la Mecánica de la Fractura, han proporcionado diferentes modelos de cálculo y formulaciones empíricas que han sido implementadas en las normativas vigentes. Destacan las investigaciones de Hillerborg con su propuesta de modelo cohesivo (σ-w) y la de Bažant, con su teoría de bandas (σ-ε). Ambos estudios establecen un modelo constitutivo a tracción del hormigón mediante la caracterización de sus resistencias residuales. A pesar de estas investigaciones llevadas a cabo en los últimos años, no hay unos criterios sólidos para el diseño de elementos de HRF.
En la presente tesis se han desarrollado varios modelos analíticos, los cuales han proporcionado una serie de propuestas de diseño en el comportamiento a flexión de secciones de HRF, pudiendo facilitar su incorporación en las normativas, paliando así, las barreras técnicas y psicológicas que existen en su empleo en la práctica.
Estos modelos analíticos se han basado en los modelos de ablandamiento (σ-w), ya que permiten evaluar de manera directa la fisuración, así como la capacidad a flexión de la sección de HRF. Los capítulos 2, 3 y 4 de la tesis, se han centrado en el estudio de diferentes formas de la curva σ-w: lineal (capítulo 2), bilineal (capítulo 3) y lineal con armadura pasiva (capítulo 4). La elección de la curva lineal se fundamenta en las prescripciones por parte de la normativa Código Modelo 2010. La curva bilineal, la cual se basa en la anterior curva, se ha estudiado para establecer una mejor aproximación de los resultados al inicio de la fisuración, sobre todo en elementos de bajas cuantías. Por último, la curva lineal con armadura pasiva se ha analizado desde el punto de vista del trabajo conjunto de las fibras y del refuerzo longitudinal para un mejor control de la fisuración. Todos estos modelos tienen una rápida convergencia en la obtención de los resultados por lo que permite un ahorro en el tiempo computacional.
El contraste de los resultados numéricos obtenidos de cada modelo acorde al uso de las normativas vigentes con los resultados experimentales de la bibliografía, ha dado fruto a una propuesta de expresiones y ábacos sencillos para el diseño a flexión en secciones estructurales de HRF. Además, se han expuesto varios ejemplos de aplicación del uso de estas expresiones y ábacos para dicho diseño.
Se espera impulsar el desarrollo de proyectos de HRF en el ámbito profesional gracias a la propuesta de estos modelos y ejemplos prácticos. A través de su divulgación científica contribuirían a fomentar otras líneas investigación, así como su implementación en las normativas actuales.
ABSTRACT
During the last 50-60 years Fiber Reinforced Concrete (FRC) has been taking on more importance in engineering. The contribution of a greater ductility in the concrete by the inclusion of the fiber has been relevant in order to establish a better cracking control in the FRC section, be able to replace the conventional transversal reinforcement totally or partially.
Numerous investigations about this ductility, which has been studied from Fracture Mechanics, has provided different calculation models and empirical formulations that have been added in the current normative. Hillerborg’s investigation with its cohesive model (σ-w) and Bažant’s investigation with its crack band theory (σ-ε) were the ones that stood out the most. Both studies establish the tensile constitutive model of concrete by the characterization of its residual strengths. In spite of these investigations carry out during the last years, there are not solid criteria for the FRC design.
In the current thesis several analytical models have been developed, which have provided a series of design proposals for the flexural behavior of FRC sections. This has been able to facilitate its incorporation into regulations, palliating the technical and psychological barriers that exist in the practice.
These analytical models have based on softening laws (σ-w) because allow to evaluate in a direct way the cracking and the flexural capacity of the FRC section. Chapters 2, 3 and 4 of the thesis, they have focused on the study of the geometry of the σ-w curve: linear (chapter 2), bilinear (chapter 3) and linear with passive reinforcement (chapter 4). The choose of linear curve is based on the prescriptions of the Modal Code 2010 regulation. Bilinear curve, which is based on the last curve, it has been studied to stablish a better approximation of the results at the beginning of cracking, especially in elements of low quantities. The last, linear curve with passive reinforcement has been analyzed from the work point of view between fibers and longitudinal reinforcement in order to enhance cracking control. All models have a fast convergence in order to obtain results, thus allows to reduce computational time.
The contrast of the numerical results obtained in each model according to the use of the current normative with the experimental results from the bibliography, have produced results in the proposal of simple expressions and abacuses for the flexural design in structural section of FRC. Furthermore, it has exposed several application examples of the use of these expressions and abacuses for that design.
It hopes to motivate the development of FRC projects in the professional field through the proposal of these models and practice examples. Through its scientific divulgation it would contribute to encourage other research lines, as well as its implementation in current regulations.
Keywords
Arquitectura