Estudio experimental sobre los modos de fallo por cortante de vigas esbeltas (a/d > 2.4) de hormigón armado y de hormigón armado reforzado con fibras de polipropileno

Abstract

[EN] An experimental campaign of 16 slender shear beams, a/d>2.5, is developed. The reinforced concrete beams with rectangular cross section are based on the geometry of the beams performed by Bresler et al in 1963 (1) and reproduced by Vecchio et al in 2004 (2 ) to study failure shear modes. The current experimental beams incorporate four levels of transverse reinforcement: plain concrete without web reinforcement, vertical steel stirrups, polypropylene fibers at a rate of 10 kg / m3 and a combination of vertical steel stirrups and polypropylene fibers. The main objective is to compare the polypropylene fibers with traditional web reinforcement and to determine that if using fibers as a web reinforcement, it may change failure modes shear normally obtained with the use of vertical stirrups. An increased shear strength on those beams incorporating polypropylene fibers against those beams without web reinforcement was observed during testing. Similar ultimate strength also was observer in beams with vertical stirrups and beam with fiber as a web reinforcement, proving that fibers as a web reinforcement can substitute traditional steel stirrups. Concerning the failure modes, it has seen that the incorporation of fibers in concrete in those beams without stirrups not change the failure mode, but fibers delay significantly the crack opening and increase shear ductility. After quantify the contribution of each material to the shear strength, it was observed that there is a synergy between fibers and stirrups, thereby improving the capacity and shear strength of the tested beams. Finally, a comparison between experimental results and theoretical values obtained using international codes is performed, which include or not the contribution of the fibers to resist shear. It was noted that regulations have conservative values relative to the experimental ones if the safety coefficients are applied. If the coefficients are not applied, the codes goes on the side of insecurity compared with experimental values.

[ES] Se desarrolla una campaña experimental de 16 vigas esbeltas a esfuerzo cortante, a/d>2.5, de hormigón armado y sección rectangular, en base a la geometría de las vigas realizadas por Bresler et al en 1963 (1) y reproducidas por Vecchio et al en 2004 (2) para estudiar los modos de fallo. Las vigas realizadas en el presente trabajo incorporan cuatro niveles de refuerzo transversal: hormigón sin refuerzo trasversal, estribos de acero, fibras de polipropileno a una razón de 10 Kg/m3 y una combinación de estribos y fibras de polipropileno. Se desea estudiar el comportamiento de las fibras de polipropileno frente a esfuerzos cortantes, compararlas con el refuerzo transversal tradicional y determinar si con el uso de las fibras se puede llegar a cambiar los modos de fallo a cortante que se obtienen normalmente con el uso de estribos. Se observó un aumento de la resistencia última a cortante en aquellas vigas que incorporan fibras de polipropileno frente a aquellas vigas sin refuerzo alguno. También se observan esfuerzos últimos a cortante similares entre vigas que tienen refuerzo transversal y aquellas que incorporan fibras de polipropileno, comprobando que el acero transversal puede ser sustituido con la incorporación de fibras. Respecto a los modos de fallo se observa que la incorporación de fibras en el hormigón en aquellas vigas que no poseen refuerzo transversal convencional como estribos, no cambian el modo de fallo, pero las retrasan significativamente aumentando ductilidad a cortante. Después de cuantificar el aporte de cada material a la resistencia a cortante del elemento se observó que existe una sinergia entre fibras y estribos, mejorando de esta manera la capacidad y resistencia a cortante de las vigas ensayadas. Finalmente se realiza una comparación entre los resultados experimentales y valores teóricos obtenidos utilizando normativas vigentes que incluyen o no el aporte de las fibras a resistir esfuerzos cortantes. Se observó que las normativas vigentes presentan valores conservadores con respecto a los experimentales siempre y cuando se utilicen los coeficientes de seguridad que reducen la capacidad de los materiales. De no incluir los coeficientes de seguridad las normativas quedan por el lado de la inseguridad obteniéndose resultados alejados de los valores experimentales.