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 acero

Abstract

[EN] In this research the partial reproduction of an experiment conducted for the first time in 1963 at the University of Berkeley by Bresler-Scordelis (1) and in 2004 at the University of Toronto for Vecchio-Shim (2) is done, slender reinforced concrete beams were manufactured and tested to study the shear failure modes. Unlike what was done in the previous cases, for UPV beams the materials used were updated (concrete 35MPa) and the addition of steel fibers in the concrete matrix, for new series in order to compare the proposed operation of these with the steel reinforcement traditionally used as shear reinforcement. 16 Slender beams were manufactured with two lengths (3.66m and 4.57m) and two concrete sections (A and B). For each section, four levels of reinforcement were manufactured: not reinforced, with transverse steel, with fibers, and fibers with transverse steel, to experimentally quantify the contribution of each of these reinforcements shear capacity and to observe the beams behavior with each type of reinforcement. After trying all the beams was observed that the dosage of steel fibers Dramix 5D (3) (30 kg / m3) used in the fiber reinforced concrete beams can improve the shear behavior of these, because it improves ductility through a more distributed cracking and increase the ultimate load that reaches the beam, to the point that for some sections the fibers can fully replace the steel reinforcement. Regarding the failure mode, in one of the steel fiber reinforced beams it was modified, but the rest of the beams failure mode was the same as happened in beams without shear reinforcement. A comparison with the design codes last load level is done, and how necessary are the safety factors proposed by each design code is verified. The dispersion of the results is such that even high safety factors are justified.

[ES] En el presente trabajo de investigación se plantea la reproducción parcial de un experimento realizado por primera vez en 1963 en la Universidad de Berkeley por Bresler-Scordelis (1) y en 2004 en la Universidad de Toronto por Vecchio-Shim (2), en el que se fabricaron vigas esbeltas de hormigón armado y se ensayaron para estudiar los modos de fallo por cortante. A diferencia de lo realizado en los casos anteriores, para las vigas UPV se propone una actualización de los materiales a utilizar (Hormigón de 35MPa) y la inclusión de fibras de acero dentro de la matriz del hormigón para nuevas series con el fin de comparar el funcionamiento de éstas con el del acero transversal usado tradicionalmente como refuerzo para cortante. Se fabricaron 16 vigas esbeltas con dos longitudes (3.66m y 4.57m) y con dos secciones de hormigón (A y B). Para cada sección, se fabrican cuatro niveles de refuerzo: sin refuerzo, con acero transversal, con fibras y, con acero transversal + fibras, para poder cuantificar experimentalmente el aporte de cada uno de estos refuerzos en capacidad a cortante y para poder observar el comportamiento de la viga con cada tipo de refuerzo. Después de ensayar todas las vigas se observó que la dosificación de fibras de acero 5D Dramix (3) (30Kg/m3) utilizada en las vigas de hormigón reforzado con fibras, es capaz de mejorar el comportamiento a cortante de estas, ya que mejora la ductilidad por medio de una fisuración más distribuida y aumentan la carga última a la que llega la viga en cortante, hasta el punto de que para algunas secciones las fibras pueden llegar a sustituir totalmente a los estribos. Con respecto al modo de fallo, en una de las vigas reforzadas con fibras de acero este se modificó, pero en el resto de las vigas el modo de fallo fue el mismo que el que ocurrió en las vigas sin refuerzo de cortante. Se realiza una comparación con los códigos de diseño a nivel de carga ultima y se verifica lo necesarios que son los factores de seguridad que propone cada código de diseño. La dispersión de los resultados es tal que incluso factores de seguridad elevados se justifican.