Improvements in test methodology and characterisation of long-term flexure behaviour of fibre-reinforced concrete

Abstract

[ES] El procedimiento de ensayo de fluencia es un proceso muy complicado, largo y que envuelve muchas variables. Por una parte, están las variables relativas al proceso de ensayo de fluencia como condiciones de contorno, condiciones ambientales, parámetros de ensayo como nivel de carga o prefisura inicial, entre muchos otros. Estas variables influyen ya de por si lo suficiente en los resultados experimentales obtenidos en los ensayos sumado a la variabilidad intrínseca del hormigón reforzado con fibras. La duración mínima requerida en este tipo de ensayos y el espacio físico necesario, así como asegurar las condiciones ambientales, supone muchas veces un importante reto y consumo de recursos y espacio, lo que ha frenado hasta ahora la inversión en investigación para abordar este tema. Para ello, tras un exhaustivo estudio del estado del arte y partiendo de una metodología a flexión existente, se han desarrollado varias campañas experimentales para evaluar el efecto de los parámetros básicos de ensayo, la construcción del bastidor y el análisis de los resultados experimentales obtenidos de aplicar la metodología. Con todo ello se pretende obtener parámetros de ensayo diseñados para caracterizar el efecto de la fluencia en estado límite de servicio, así como unificar criterios y procesos del ensayo diseñando un procedimiento que pueda ser estandarizado. Por otra parte, existe la dificultad añadida de entender qué sucede dentro de la sección durante el ensayo de fluencia más allá de la variación en abertura de fisura. La redistribución de esfuerzos que se produce dentro de la sección fisurada durante el ensayo de fluencia a flexión es una incógnita. Este trabajo pretende también arrojar algo de luz estudiando tanto la evolución de la abertura de fisura como las deformaciones en la zona comprimida del hormigón. Se han diseñado campañas experimentales para evaluar simultáneamente las deformaciones de tracción (abertura de fisura) y las deformaciones de compresión (zona comprimida del hormigón) de modo que permitan evaluar tanto la contribución de la fluencia a compresión sufrida por la zona comprimida de hormigón en las mediciones de abertura de fisura como la evolución de la profundidad de la fibra neutra de la sección fisurada durante el ensayo a flexión. En este contexto, el resultado es una nueva propuesta metodológica de fluencia a flexión consensuada y capaz de caracterizar el comportamiento a flexión de hormigones reforzados con fibra en estado fisurado, así como algunas herramientas como la base de datos de fluencia que ayudan a la interpretación de los resultados experimentales y puedan contribuir a la consideración de estas deformaciones por las distintas normativas internacionales en su fase de diseño.

[CA] El procediment d'assaig de fluència és un procés molt complicat, llarg i que embolica moltes variables. D'una banda, estan les variables relatives al procés d'assaig de fluència com a condicions de contorn, condicions ambientals, paràmetres d'assaig com nivell de càrrega o prefissura inicial, entre molts altres. Aquestes variables influeixen ja de per si prou en els resultats experimentals obtinguts en els assajos sumat a la variabilitat intrínseca del formigó reforçat amb fibres. La duració mínima requerida en aquesta mena d'assajos i l'espai físic necessari, així com assegurar les condicions ambientals, suposa moltes vegades un important repte i consum de recursos i espai, la qual cosa ha frenat fins ara la inversió en investigació per a abordar aquest tema. Per a això, després d'un exhaustiu estudi de l'estat de l'art i partint d'una metodologia a flexió existent, s'han desenvolupat vàries campanyes experimentals per a avaluar l'efecte dels paràmetres bàsics d'assaig, la construcció del bastidor i l'anàlisi dels resultats experimentals obtinguts d'aplicar la metodologia. Amb tot això es pretén obtindre paràmetres d'assaig dissenyats per a caracteritzar l'efecte de la fluència en estat límit de servei, així com unificar criteris i processos de l'assaig dissenyant un procediment que puga ser estandarditzat. D'altra banda, existeix la dificultat afegida d'entendre què succeeix dins de la secció durant l'assaig de fluència més enllà de la variació en obertura de fissura. La redistribució d'esforços que es produeix dins de la secció fisurada durant l'assaig de fluència a flexió és una incògnita. Aquest treball pretén també llançar una mica de llum estudiant tant l'evolució de l'obertura de fissura com les deformacions en la zona comprimida del formigó. S'han dissenyat campanyes experimentals per a avaluar simultàniament les deformacions de tracció (obertura de fissura) i les deformacions de compressió (zona comprimida del formigó) de manera que permeten avaluar tant la contribució de la fluència a compressió patida per la zona comprimida de formigó en els mesuraments d'obertura de fissura com l'evolució de la profunditat de la fibra neutra de la secció fisurada durant l'assaig a flexió. En aquest context, el resultat és una nova proposta metodològica de fluència a flexió consensuada i capaç de caracteritzar el comportament a flexió de formigons reforçats amb fibra en estat fisurado, així com algunes eines com la base de dades de fluència que ajuden a la interpretació dels resultats experimentals i puguen contribuir a la consideració d'aquestes deformacions per les diferents normatives internacionals en la seua fase de disseny.

[EN] Creep testing methodology on fibre-reinforced concrete is a long and complex process involving multiple variables. On the one hand, creep testing parameters such as pre-cracking level and creep index or stress sustained level, as well as boundary and environmental conditions, can be found among other variables. Variations on these parameters, together with the intrinsic variability of FRC due to the random fibre distribution of FRC, have a significant impact on the experimental results obtained among the existent methodologies. The long duration of the creep test and the required space in the facilities laboratories as the environmental conditions to keep during the creep test entail a significant challenge and outlay in terms of both space and expense resources that have reduced the research investment on this topic. Thus, after an exhaustive analysis of the state-of-the-art and starting from an existent creep testing methodology, several experimental programmes were developed to assess the effect of main creep testing parameters and the influence of creep frame construction as well as different procedure steps on the experimental results when the flexure creep testing methodology is applied. This work intends to define test parameters focused on characterising the effect of creep in the service limit state (SLS), as well as to unify criteria and processes of creep test, developing a procedure that can be standardised. On the other hand, it is difficult to understand what happens within the cross-section during the creep test beyond the crack opening variation. The stress redistribution within the cross-section during the creep test is still unknown. This work also aims to shed some light by studying both the evolution of the crack opening and the compressive deformations in the compressed concrete zone. Experimental campaigns have been designed to assess both the tensile (crack opening) and compression (compressive strains) creep simultaneously that, allow to determine the contribution of compressive creep in the concrete area in the delayed crack opening and to assess the evolution of the neutral fibre position of the cross-section during the flexure creep test duration. In this context, the result of this PhD research is a new flexure creep methodology proposal able to characterise long-term behaviour in flexure of cracked fibre-reinforced concrete, as well as some valuable tools such as the creep database that will help to understand experimental results and to contribute to consider delayed deformations in the international standards in the service state limit design.