Design-oriented constitutive model for steel fiber reinforced concrete
- Autores: Filipe Laranjeira de Oliveira
- Directores de la Tesis: Climent Molins Borrell (dir. tes.), Antonio Aguado de Cea (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2010
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio R. Marí Bernat (presid.), Pedro Serna Ros (secret.), Joaquim Barros (voc.), Steffen Grünewald (voc.), Liberato Ferrara (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
En los últimos años la industria viene exigiendo el empleo del hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA) en aplicaciones estructurales. Debido al hecho de que la resistencia pos-fisuración del material es relevante, la capacidad de coser fisuras concedida por las fibras puede permitir la sustitución, parcial o total, de la armadura de acero convencional. Por consiguiente, una adecuada caracterización del comportamiento a tracción uniaxial del HRFA es de gran interés. Sin embargo, a pesar de la amplitud de trabajo de investigación y de la reciente elaboración de normativas, no existe un consenso respecto al modelo constitutivo a ser empleado en el diseño del HRFA.El cosido de las fibras de acero en las fisuras mejora la tenacidad y la durabilidad del hormigón. El HRFA es un material que, generalmente, presenta una resistencia residual a tracción en régimen fisurado. Sin embargo, en algunas situaciones, el HRFA puede desarrollar endurecimiento en flexotracción debido a su aptitud en redistribuir esfuerzos en la sección de fisura. Estas características vienen contribuyendo para un interés creciente así como un incremento del número de aplicaciones de este material.En esta tesis doctoral se desarrolla un método directo y lógico para predecir la respuesta a tracción del HRFA para el diseño estructural. Mientras que la comprensión del comportamiento del material se consigue por medio de una investigación experimental, la formulación del nuevo modelo constitutivo se obtiene con un estudio segmentado del comportamiento del material en niveles de menor complejidad y, en seguida, con la caracterización de cada uno de ellos hasta conseguir explicar la respuesta a tracción del HRFA.Esta tesis está dividida en cinco partes principales: I) Identificación de las motivaciones. II) Obtención de resultados a tracción uniaxial para comprender los principales mecanismos que controlan la resistencia pos-fisuración. III) Desarrollo de dos modelos para predecir la respuesta al arrancamiento de fibras de acero inclinadas, que cubren fibras rectas y con ganchos. IV) Investigación detallada de la orientación de las fibras al nivel individual mediante análisis estadísticos. Luego, aspectos prácticos asociados al proceso de producción son integrados en una metodología innovadora para predecir la orientación de las fibras. V) Formulación y validación del nuevo modelo constitutivo, con base en las Partes III y IV, con los resultados experimentales de la Parte II. El comportamiento a tracción se evalúa mediante un estudio paramétrico y se proponen expresiones ingenieriles para el diseño y optimización (EEDO).El modelo constitutivo propuesto se distingue de estudios anteriores en varios aspectos y define una nueva filosofía para el diseño de elementos de HRFA. Este modelo es un método directo y práctico para obtener el comportamiento a tracción del material mediante parámetros con sentido físico y basado en conceptos claros: arrancamiento y orientación de las fibras.Una de las principales aportaciones de este trabajo es la capacidad de predecir curvas tensión-apertura de fisura que reflejan una combinación específica de las propiedades de la matriz y de las fibras empleadas. Además, se introduce una filosofía innovadora en el diseño debido a la incorporación del proceso de producción, las propiedades en estado fresco y el elemento a construir en la definición del diagrama constitutivo.
