Estudio experimental del rasante en vigas en T de hormigón armado reforzado con fibras de acero

488 Pages·2016·9.96 MB·Spanish

ESTUDIO EXPERIMENTAL
DEL RASANTE EN VIGAS EN T
DE HORMIGÓN ARMADO
REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO

Jose Antonio López Juárez
Universitat d’Alacant
Universidad de Alicante
ESTUDIO EXPERIMENTAL
DEL RASANTE EN VIGAS EN T
DE HORMIGÓN ARMADO
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c Tesis doctoral
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Escuela de Doctorado e
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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR
ESTUDIO DEL RASANTE EN VIGAS
EN T DE HORMIGÓN ARMADO
REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO
JOSE ANTONIO LÓPEZ JUÁREZ
Tesis presentada para aspirar al grado de
DOCTOR POR LA UNIVERSIDAD DE ALICANTE
INGENIERÍA DE MATERIALES, ESTRUCTURAS Y TERRENO:
CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE
Dirigida por:
JOSE LUIS BONET SENACH
Titular de Universidad
Tutor:
SALVADOR IVORRA CHORRO
Catedrático de Universidad

Estudio experimental del rasante en vigas en T de hormigón armado reforzado con fibras de acero.
ÍNDICE GENERAL
1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 11
2 ESTADO DEL CONOCIMIENTO ................................................................ 15
3 METODOLOGÍA..................................................................................... 195
4 PROGRAMA EXPERIMENTAL................................................................. 205
5 RESULTADOS EXPERIMENTALES .......................................................... 233
6 ANÁLISIS DE RESULTADOS.................................................................. 249
7 REVISIÓN Y CONTRASTE DE MÉTODOS ................................................ 285
8 CONCLUSIONES ................................................................................... 341
9 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................... 353
ANEJO A: RESULTADOS EXPERIMENTALES
ANEJO B: CAMPOS DE TENSIONES. DEMOSTRACIÓN
Jose Antonio López Juárez pág. 3

Estudio experimental del rasante en vigas en T de hormigón armado reforzado con fibras de acero.
ÍNDICE DETALLADO
1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 11
1.1 ANTECEDENTES..........................................................................................11
1.2 OBJETO Y CONTENIDO ................................................................................12
2 ESTADO DEL CONOCIMIENTO ................................................................ 15
2.1 GENERALIDADES........................................................................................16
2.1.1 Definición........................................................................................16
2.1.2 Enfoque del problema.......................................................................17
2.1.3 Cortante vertical y cortante horizontal.................................................18
2.1.4 Consideración del rasante a nivel diseño..............................................19
2.2 ESTUDIOS EXPERIMENTALES DEL RASANTE EN VIGAS DE HORMIGÓN
ARMADO .................................................................................................20
2.2.1 Alas comprimidas.............................................................................22
2.2.2 Alas traccionadas.............................................................................33
2.3 EVALUACIÓN DEL ESFUERZO RASANTE..........................................................34
2.3.1 Modelo viga tradicional......................................................................35
2.3.1.1 Material elástico lineal: estado no fisurado.............................36
2.3.1.2 Material elástico lineal: estado fisurado.................................37
2.3.1.3 Material elástico no lineal....................................................40
2.3.1.4 Cálculo del rasante en el ala de una viga...............................43
2.3.1.4.1 Rasante medio en un tramo Δx....................................... 44
2.3.1.4.2 Rasante en una sección x en flexión simple....................... 46
2.3.1.4.3 Métodos prácticos de cálculo........................................... 47
2.3.1.5 Influencia del mecanismo resistente.....................................48
2.3.2 Deformabilidad de las alas, arrastre de cortante y ancho eficaz...............50
2.3.2.1 Generalidades...................................................................50
2.3.2.2 Formulación del ancho eficaz...............................................52
2.3.2.3 Distribución de tensiones en el ala........................................60
2.3.2.4 Influencia del ancho eficaz en el esfuerzo rasante...................61
2.3.2.5 Conclusiones.....................................................................63
2.3.3 Esfuerzos no contemplados en el modelo viga......................................64
2.3.3.1 Esfuerzo axil concomitante con el rasante..............................64
2.3.3.1.1 Razaqpur y Ghali (1984)................................................ 67
2.3.3.1.2 Páez y Díaz del Valle (1992)........................................... 69
2.3.3.1.3 Jaeger y Bakht (2001)................................................... 70
2.3.3.1.4 Distribuciones plásticas.................................................. 72
2.3.3.1.5 Conclusiones................................................................ 72
2.3.3.2 Flexión transversal del ala por curvatura de la viga.................72
2.3.3.3 Flexión transversal del ala por cargas exteriores.....................74
2.3.3.4 Efecto arco en tableros multivigas........................................74
2.3.4 Método de bielas y tirantes................................................................75
2.3.4.1 Generalidades...................................................................75
2.3.4.2 Aplicación al rasante de alas de vigas en T ............................77
2.3.4.2.1 Modelo global o completo............................................... 77
2.3.4.2.2 Modelo parcial o combinado............................................ 81
2.3.4.2.3 Esfuerzos internos en las alas......................................... 83
2.3.5 Método de los campos de tensiones....................................................84
2.3.6 Otros métodos más complejos ...........................................................87
2.4 RESISTENCIA A ESFUERZO RASANTE ............................................................89
2.4.1 Conceptos generales.........................................................................89
2.4.1.1 Método de bielas y tirantes..................................................89
2.4.1.1.1 Resistencia de las bielas................................................. 90
2.4.1.1.2 Resistencia de los tirantes.............................................. 93
Jose Antonio López Juárez pág. 5
Estudio experimental del rasante en vigas en T de hormigón armado reforzado con fibras de acero.
2.4.1.2 Lajas y losas de hormigón armado.......................................94
2.4.1.2.1 Análisis límite................................................................94
2.4.1.2.1.1 Aplicación a lajas.........................................94
2.4.1.2.1.2 Aplicación a losas ........................................97
2.4.1.2.2 Campo de compresiones.................................................97
2.4.1.2.2.1 Aplicación a lajas.........................................97
2.4.1.2.2.2 Aplicación a losas ......................................102
2.4.1.3 Transferencia a corte........................................................102
2.4.1.3.1 Mecanismos de transferencia a corte...............................103
2.4.1.3.2 Modelos empíricos o semi-empíricos de corte-fricción........104
2.4.1.3.3 Modelos analíticos o racionales.......................................106
2.4.2 Métodos de diseño propuestos por diversos autores.............................110
2.4.2.1 Métodos empíricos............................................................111
2.4.2.1.1 Davies (1969).............................................................111
2.4.2.1.2 Johnson (1970)...........................................................112
2.4.2.1.3 Regan y Placas (1970)..................................................112
2.4.2.1.4 Razaqpur y Ghali (1986)...............................................115
2.4.2.1.5 Tizatto (1987).............................................................117
2.4.2.1.6 Páez y Díaz del Valle (1992)..........................................117
2.4.2.2 Basados en el Límite Inferior de Plasticidad..........................118
2.4.2.2.1 Campos de tensiones....................................................119
2.4.2.2.2 Métodos simplificados...................................................122
2.4.2.2.2.1 Morley y Rajendran (1975)..........................122
2.4.2.2.2.2 Tizatto (1987)...........................................125
2.4.2.3 Basados en el Límite Superior de Plasticidad.........................127
2.4.2.4 Analogías de bielas y tirantes.............................................128
2.4.2.5 Conclusiones....................................................................131
2.4.3 Métodos de diseño según normativa..................................................134
2.4.3.1 Normas que aplican el método de bielas y tirantes ................135
2.4.3.2 Normas que aplican transferencia a corte.............................137
2.4.3.2.1 Código ACI-318...........................................................138
2.4.3.2.2 AASHTO.....................................................................139
2.4.3.2.3 Canadá.......................................................................141
2.4.3.2.4 Japón.........................................................................141
2.4.3.3 Conclusiones....................................................................143
2.5 HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO...........................................145
2.5.1 Generalidades................................................................................145
2.5.1.1 Normativa, códigos y recomendaciones................................146
2.5.2 Resistencia a tracción......................................................................147
2.5.2.1 Resistencia a la primera fisura............................................149
2.5.2.2 Resistencia postfisuración..................................................149
2.5.2.2.1 Fórmulas analíticas ......................................................149
2.5.2.2.2 Fórmulas experimentales..............................................153
2.5.2.2.3 Formulación basada en resistencias nominales.................155
2.5.2.3 Ecuación constitutiva ........................................................157
2.5.2.3.1 Método σ–w (tensión–abertura de fisura)........................157
2.5.2.3.2 Método σ–ε (tensión–deformación).................................158
2.5.2.4 Normas y recomendaciones ...............................................160
2.5.2.4.1 DBV 2001...................................................................161
2.5.2.4.2 RILEM TC 162-TDF.......................................................161
2.5.2.4.3 CNR-DT 204/2006........................................................162
2.5.2.4.4 EHE 2008...................................................................165
2.5.2.4.5 Código Modelo 2010.....................................................166
2.5.2.5 Conclusiones....................................................................167
2.5.3 Resistencia a compresión.................................................................169
2.5.3.1 Parámetros generales .......................................................169
2.5.3.1.1 Resistencia máxima de compresión y deformación
correspondiente...........................................................169
2.5.3.1.2 Deformación última......................................................170
2.5.3.1.3 Contenido óptimo de fibras............................................170
2.5.3.2 Ecuación constitutiva ........................................................171
pág. 6 Jose Antonio López Juárez
Estudio experimental del rasante en vigas en T de hormigón armado reforzado con fibras de acero.
2.5.3.2.1 Función racional...........................................................171
2.5.3.2.2 Método β....................................................................172
2.5.3.2.3 Función parabólica-multilineal........................................173
2.5.3.2.4 Modelo p-q..................................................................174
2.5.3.2.5 Otros modelos.............................................................174
2.5.3.3 Normativa y códigos.........................................................174
2.5.3.4 Conclusiones...................................................................175
2.5.4 Transferencia a corte en HRFA .........................................................175
2.5.4.1 Modelos empíricos............................................................177
2.5.4.2 Modelos racionales...........................................................180
2.5.4.3 Resistencia residual o equivalente......................................181
2.5.4.4 Conclusiones...................................................................181
2.5.5 Vigas y modelización de la flexión.....................................................182
2.5.5.1 Modelos de fisuración discreta ...........................................182
2.5.5.1.1 Vigas sin armadura longitudinal .....................................182
2.5.5.1.2 Vigas con armadura longitudinal.....................................183
2.5.5.2 Modelos de fisuración distribuida........................................184
2.5.5.3 Conclusiones...................................................................186
2.5.6 Lajas y placas de HRFA...................................................................186
2.5.6.1 Análisis límite..................................................................187
2.5.6.2 Campo de compresiones...................................................189
2.5.7 Bielas y tirantes.............................................................................191
2.5.7.1 Aportaciones de diversos estudios de elementos
estructurales de HRFA analizados por ByT...........................191
2.5.7.1.1 Tirantes......................................................................191
2.5.7.1.2 Bielas.........................................................................193
2.5.7.2 Conclusiones...................................................................193
2.5.8 Estudios experimentales en vigas en T de HRFA..................................194
3 METODOLOGÍA..................................................................................... 195
3.1 ANÁLISIS DEL ESTADO DEL CONOCIMIENTO................................................ 195
3.1.1 Sobre la evaluación del esfuerzo rasante en hormigón armado..............195
3.1.2 Sobre el rasante resistente en hormigón armado................................196
3.1.3 Sobre el hormigón reforzado con fibras de acero.................................198
3.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA................................................................ 199
3.2.1 Objetivo general ............................................................................199
3.2.2 ldentificación de conceptos y carencias..............................................199
3.2.3 Metodología...................................................................................201
3.2.3.1 Diseño de la campaña experimental....................................201
3.2.3.2 Determinación del rasante solicitante..................................202
3.2.3.3 Revisión teórica de modelos..............................................202
3.2.3.4 Contraste de modelos.......................................................203
4 PROGRAMA EXPERIMENTAL................................................................. 205
4.1 OBJETIVO DEL PROGRAMA EXPERIMENTAL................................................... 206
4.2 MODELO DE ENSAYO................................................................................. 206
4.3 PARÁMETROS DE ESTUDIO ........................................................................ 207
4.3.1 Armadura transversal dispuesta en las alas........................................207
4.3.2 Contenido de fibras de acero............................................................208
4.4 DEFINICIÓN DE LAS VIGAS........................................................................ 209
4.5 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES............................................................ 212
4.5.1 Hormigón......................................................................................212
4.5.2 Acero ...........................................................................................213
4.5.3 Fibras de acero..............................................................................215
4.6 VIGAS: FABRICACIÓN, INSTRUMENTACIÓN Y ENSAYO................................... 216
4.6.1 Fabricación....................................................................................216
4.6.2 Instrumentación.............................................................................220
4.6.3 Ejecución del ensayo ......................................................................224
Jose Antonio López Juárez pág. 7