Criterio para el diseño de una alternativa mediante el uso de fibras para control de la fisuración a corto y largo plazo en un cajón cerrado de hormigón armado

Abstract

[ES] El hormigón reforzado con fibras es un material en continua investigación a pesar de que ya lleva muchos años en uso. La comunidad científica continúa dedicando muchos esfuerzos para mejorar su caracterización y su respuesta frente a estados límite de servicio principalmente. De hecho, ya se han incluido los efectos de las fibras en el cálculo de la abertura de fisura y de la separación media de fisuras en el fib Model Code for Concrete Structures 2010 (MC2010) y también en el borrador del nuevo Eurocódigo 2 (EC2), en el anexo L. El objetivo de este trabajo es analizar la influencia de diferentes factores en la aparición de fisuras y su desarrollo en vigas de hormigón armado reforzadas con fibras ensayadas a flexotracción. Para este trabajo se han utilizado 18 especímenes de 3,70 metros de largo que fueron ensayados previamente y en las que las que se han mantenido las fisuras durante un año. El trabajo previo fue desarrollado por Kilian Josué Montesdeoca López en su Trabajo de Final de Máster: Optimización del diseño y criterios de fabricación para las vigas prefabricadas de hormigón reforzado con fibras para cubiertas de depósitos de agua municipales. Las vigas se han ensayado con una carga mantenida para tener en cuenta las deformaciones diferidas y superar los esfuerzos producidos por la fluencia. Finalmente, los especímenes se han llevado hasta su estado límite último definiendo un criterio propio de rotura. Con los resultados obtenidos de separación entre fisuras y de abertura de fisura se ha determinado la influencia de los diferentes factores mediante un análisis estadístico. Se han obtenido resultados para una carga instantánea, para una carga prolongada y para una carga que produzca la rotura según nuestro criterio. Para finalizar, con los resultados estadísticos obtenidos se ha desarrollado una formulación para calcular la separación media entre fisuras y la abertura media de fisura y se ha comparado con la formulación existente en el borrador del Eurocódigo 2, anexo L. Una vez llevado a cabo el experimento, con los resultados obtenidos se ha analizado el caso real de un cajón cerrado para un paso inferior que está expuesto a condiciones ambientales agresivas y se ha propuesto una alternativa al diseño inicial valorando la aportación de las fibras para el control de la fisuración.

[EN] Fibre-reinforced concrete is a material under continuous research even though it has been in use for many years. Much effort continues to be devoted to quantifying its contribution to serviceability limit state response. The effects of fibres in the calculation of crack opening and mean crack spacing have been included in the fib Model Code for Concrete Structures 2010 and in Annex L of the new Eurocode 2. The aim of this project is to analyse the influence of different factors on the occurrence of cracks. A statistical design of experiment has been proposed to rigorously analyse the effect of the variables normally considered. The programme is carried out on fibre-reinforced concrete beams tested in bending. In this study, the results of 18 beams, each 3.70 meters long, are presented. These beams were tested until reaching the service deformation in the main reinforcements, and their condition of cracking was maintained for one year. The previous work was developed by Kilian Josué Montesdeoca López in his master s thesis: Optimisation of the design and manufacturing criteria for precast fibre-reinforced concrete beams for municipal water tank roofs. The beams were retested to the same load level, sustained for 24 hours, to assess short-term delayed deformations. Finally, they have been brought to their ultimate limit state by defining their own failure criteria. With the results obtained for crack spacing and crack opening, the influence of the different factors was determined by statistical analysis. Results have been obtained for an instantaneous load, for a prolonged load and for a load that produces failure according to our criteria. Finally, using the statistical results obtained, a formulation has been developed to calculate the average crack spacing and the average crack opening and has been compared with the existing formulation in the draft Eurocode 2, Annex L. Once the experiment was carried out, the results obtained were used to analyse the real case of a box culvert for a subway that is exposed to aggressive environmental conditions and an alternative to the initial design was proposed, evaluating the contribution of the fibres to crack control.