Estudio experimental y numérico del comportamiento a cortante de hormigones reforzados con fibras de poliolefina y acero

Esta Tesis aporta una importante información en relación a las propiedades del hormigón reforzado con fibras sometido a esfuerzo cortante. Las fibras, como material de refuerzo del hormigón, resultan adecuadas para la sustitución parcial o total de la armadura de cortante en elementos estructurales. Este empleo evita el coste de mano de obra de la elaboración y colocación de la armadura tradicional de cercos o estribos como refuerzo a cortante en elementos de hormigón armado. Para los ensayos se han empleado las mitades residuales de probetas de hormigones fibroreforzados ensayadas previamente a flexotracción. El conocimiento precedente del comportamiento a flexión de estos hormigones permitió obtener datos relevantes respecto al comportamiento del mismo tipo de hormigón ante diferentes esfuerzos. También, se han elaborado nuevos hormigones reforzados con fibras de poliolefina para profundizar en el conocimiento de este tipo de material como refuerzo de hormigón. En todos los casos, la realización de esta investigación se justifica con la finalidad de demostrar el uso práctico de este material compuesto y las ventajas que su uso implica. El conocimiento de las propiedades del hormigón reforzado con fibras, ante diferentes tipos de solicitaciones, implica un gran avance tanto en investigación como en realizaciones prácticas. Esta Tesis permite mejorar dicho entendimiento, a la vez que desarrolla consideraciones a tener en cuenta en el caso de emplear fibras como refuerzo del hormigón. Así, el hormigón reforzado con fibras ha sido ensayado ante diferentes situaciones de carga y sustentación. Los resultados obtenidos avalan la consecución de los objetivos planteados: • Desarrollar un método de ensayo apropiado para analizar el comportamiento a cortante del hormigón reforzado con fibras, y evaluar su resistencia residual postfisuración ante dicho esfuerzo. • Contrastar los resultados experimentales con los fundamentos normativos para evaluar el uso de los hormigones fibro-reforzados y permitir la sustitución total o parcial del tradicional refuerzo de cercos a cortante, a la vez que reducir la armadura de flexión. • Verificar que el hormigón reforzado con fibras de acero se ajusta a la teoría de cortefricción en elementos fisurados sometidos a esfuerzo rasante. • Obtener los patrones de fisuración del hormigón fibro-reforzado mediante técnica de vídeo-extensometría. • Analizar el comportamiento del hormigón reforzado con fibras de poliolefina ante esfuerzos de tracción directa, fractura en modo mixto y estudiar el efecto tamaño frente a este último. -----------ABSTRACT---------- This Thesis provides significant information regarding the properties of fibre reinforced concrete subjected to shear stress. Fibres, as a concrete reinforcement material, are suitable for partial or total replacement of shear reinforcement in structural elements. This use avoids the cost of the elaboration and placement of traditional stirrups as shear reinforcement in reinforced concrete elements. Residual halves of fibre reinforced concrete specimens tested prior on bending have been used. The previous knowledge of the bending behaviour of these concretes allowed obtaining relevant data regarding the behaviour of the same type of concrete against different efforts. In addition, new concretes reinforced with polyolefin fibres have been developed to deepen the knowledge of this type of material as a concrete reinforcement. In all cases, the development of this research is justified in order to demonstrate the practical use of this composite material and the advantages that its use implies. The knowledge of the properties of fibre reinforced concrete, against different types of loading, implies a significant advance in its research aspect and practical applications. This thesis aims to increase this understanding, while developing considerations to take into account in the case of using fibres as a reinforcement of concrete. Thus, fibre reinforced concrete has been tested against different loading and supporting situations. The results obtained justify the achievement of the following objectives: • To employ an appropriate test method to analyse the shear behaviour of fibre reinforced concrete, and to assess its residual post-cracking stress. • To contrast experimental results with regulatory standards to evaluate the use of fibre reinforced concretes and to allow replacement of traditional stirrups, while reducing bending reinforcement. • To verify that concrete reinforced with steel fibres follows the guidelines set by the shear-friction theory on cracked elements subjected to shear stress. • To obtain cracking patterns of fibre reinforced concrete by using digital image correlation technique. • To analyse the behaviour of polyolefin fibre reinforced concrete subject to direct tensile, mixed mode fracture and to study the size effect under the former loading mode