Estudio numérico del fallo por cortante en vigas de hormigón reforzado con fibras. Aplicación práctica en elementos prefabricados en el interior de una nave comercial situada en Igualada (Barcelona)

Abstract

[EN] Recently, experimental campaigns are being carried out in the field of fibre reinforced concrete, in the Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) of Universitat Politècnica de València (UPV), as well as in other research centers at European level, in order to study the shear behavior of fiber reinforced concrete elements, in this particular case, of beams. The objective of this work is modeling and analyze a serie of beams of classic tests in reinforced concrete beams, made by Bresler y Scordelis in the sixties and repeated in 2004 by Vecchio y Shim in the Universidad de Toronto, in order to be able to validate the model with the results of the experimentation and apply it in a practical case to estimate the influence of the fibers on similar elements.. Modeling includes a set of sixteen beams (eight with steel fibers and eight with synthetic polypropylene macro-fibers). Half of them do not include transverse reinforcement, so their behavior against shear stress is determinant for the obtained results. The actual design of these beams in bending is currently resolved with conventional material models, applying a tensile strength and a model of material extracted from the current regulations, however, this is not solved in the case of elements whose failure mode is due to shear stress, due to a lack of knowledge of parameters that determine breakage and their behavior against actions with this type of material. The main challenge of this is to establish a constitutive behavior model of fiber reinforced concrete that provides a coherent response in elements dominated by tangential stresses. The numerical results obtained show reasonable results in estimation of critical loads and the load-deflection behavior. The validation is carried out with the experiments carried out. The previously described methods have been applied to prefabricated beam elements in lofts of a commercial center located in Igualada (Barcelona) for moderate lights and large loads, with considerable amounts of transversal reinforcement. From these verifications it is concluded that a saving of 55kg per beam can be achieved and the economic cost can be reduced even up to 15 %. Given this results achieved, it is recommended to extend this methodology in other types of element, which will require new tests and open the door to new lines of research.

[CA] Recentment s'estan duent a terme campanyes experimentals en el camp dels formigons amb fibres, en el Institut de Ciència i Tecnologia del Formigó (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València (UPV), així com en altres centres d'investigació a nivell Europeu, a fi d'estudiar el comportament a tallant d'elements de formigó reforçat amb fibres, en este cas concret, de bigues. L'objectiu d'este treball és la modelització i l'anàlisi d'una sèrie de bigues d'assajos clàssics de bigues de formigó armat, realitzats per Bresler y Scordelis en els anys seixanta i repetits en 2004 per Vecchio y Shim en la Universitat de Toronto, a fi de poder validar el model amb els resultats de l'experimentació i aplicar-ho en un cas pràctic per a estimar l'influència de les fibres en elements similars. Aquesta modelització inclou un conjunt de setze bigues (huit amb fibres d'acer i altres huit amb macrofibres sintètiques de polipropileno) . La mitat d'elles no inclouen armadura transversal, per la qual cosa el seu comportament de cara a l'esforç tallant és el que determinarà en gran part els resultats obtinguts. El disseny actual d'estes bigues a flexió està actualment resolt amb els models de material convencionals, aplicant una resistència a tracció i un model de material extret de les normatives actuals, no obstant això, açò no és així en el cas d'elements on el mode de fallada és a tallant, a causa d'un desconeixement dels paràmetres que regixen la ruptura i del comportament de cara a les accions en este tipus de material. El principal repte d'això consistix a establir un model de comportament constitutiu del formigó reforçat amb fibres que proporcione una resposta coherent en elements dominats per les tensions tangencials com és el cas. Els resultats numèrics obtinguts presenten resultats raonables quant a l'estimació de les càrregues de ruptura i al comportament càrrega-fletxa, es du a terme la validació amb els assajos realitzats. S'han aplicat els mètodes anteriorment descrits a elements biga prefabricades en entresolats d'una nau comercial situada a Igualada (Barcelona) per a llums moderades i grans càrregues, amb quanties d'armat transversal considerable. D'estes verificacions es conclou que es pot aconseguir un estalvi de fins a 55kg per biga i el cost econòmic pot reduir-se fins i tot en un 15 %. Donat l'estalvi aconseguit, es recomana estendre aquesta metodologia en altres tipologies d'element, que requerirà de nous assajos i obriría la porta a noves línies d'investigació.

[ES] Recientemente se están llevando a cabo campañas experimentales en el campo de los hormigones con fibras, en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València (UPV), así como en otros centros de investigación a nivel Europeo, con el fin de estudiar el comportamiento a cortante de elementos de hormigón reforzado con fibras, en este caso concreto, de vigas. El objetivo de este trabajo es la modelización y el análisis de una serie de vigas de ensayos clásicos de vigas de hormigón armado, realizados por Bresler y Scordelis en los años sesenta y repetidos en 2004 por Vecchio y Shim en la Universidad de Toronto, con el fin de poder validar un modelo de material a tracción del hormigón con los resultados de la experimentación y aplicarlo en un caso práctico para estimar la influencia de las fibras en elementos similares. Dicha modelización incluye un conjunto de dieciséis vigas (ocho con fibras de acero y otras ocho con macro-fibras sintéticas de polipropileno). La mitad de ellas no incluyen armadura transversal, por lo que su comportamiento frente al esfuerzo cortante es el que determinará en gran parte los resultados obtenidos. El diseño actual de estas vigas a flexión está actualmente resuelto con los modelos de material convencionales, aplicando una resistencia a tracción y un modelo de material extraído de las normativas actuales, sin embargo, esto no es así en el caso de elementos cuyo modo de fallo es a cortante, debido a un desconocimiento de los parámetros que rigen la rotura y del comportamiento frente a las acciones con este tipo de material. El principal reto de ello consiste en establecer un modelo de comportamiento constitutivo del hormigón reforzado con fibras que proporcione una respuesta coherente en elementos dominados por las tensiones tangenciales como es el caso. Los resultados numéricos obtenidos arrojan resultados razonables en cuanto a la estimación de las cargas de rotura y al comportamiento carga-flecha y se lleva a cabo la validación con los experimentos realizados. Se han aplicado los métodos anteriormente descritos a elementos viga prefabricadas en altillos de una nave comercial situada en Igualada (Barcelona) para luces moderadas y grandes cargas, con cuantías de armado transversal considerable. De estas verificaciones se concluye que se puede alcanzar un ahorro de hasta 55kg por viga y el coste económico puede reducirse incluso hasta en un 15 %. Dado el ahorro logrado, se recomienda extender esta metodología en otras tipologías de elemento, que requerirá de nuevos ensayos y abriría la puerta a nuevas líneas de investigación.