Observatorio de I+D+i UPM

Memorias de investigación
Tesis:
Capacidad resistente de elementos lineales de hormigón armado reforzado con fibras bajo cargas de impacto
Año:2019
Áreas de investigación
  • Ingeniería civil y arquitectura
Datos
Descripción
La sociedad actual está muy concienciada sobre la importancia de garantizar la seguridad estructural bajo cargas extremas que, causadas por catástrofes naturales o por acciones humanas, captan una atención mediática y social considerable, por su carácter súbito, devastador y arbitrario. Entre dichas cargas, los impactos de cuerpos rígidos a velocidades moderadas pueden resultar especialmente dañinos. Estos se pueden producir por desprendimientos, impacto de vehículos, y choques de proyectiles aéreos, causados por explosiones o por vientos huracanados, entre otras causas. A nivel de diseño es común considerar estas acciones dinámicas como cargas estáticas equivalentes. Sin embargo, los impactos presentan una naturaleza muy distinta, caracterizada por cargas pico elevadas, velocidades de carga considerables y grandes cantidades de energía liberada súbitamente. El análisis mediante cargas estáticas equivalentes puede ser poco riguroso para caracterizar los efectos dinámicos del impacto, como el desarrollo de fuerzas de inercia (que modifican significativamente la distribución de esfuerzos), la propagación de sus efectos, que los impactos demandan una cierta capacidad de disipación de energía, las propiedades del contacto estructura-proyectil y de la inercia de ambos. Por otra parte, las características mecánicas de los materiales presentan sensibilidad a la velocidad de deformación, que habitualmente se caracteriza mediante factores de incremento dinámico (DIF), que pueden ser diferentes para cada mecanismo de rotura implicado en el fallo global. La suma de estos efectos es especialmente crítica en estructuras de hormigón armado, las cuales tienden a fallar frágilmente por cortante o punzonamiento bajo cargas de impacto, con una capacidad de absorción de energía muy limitada. Esto se ha observado incluso en estructuras con armadura transversal y un modo de rotura estático dúctil. Una de las opciones más interesantes para evitar dicha fragilidad es aumentar la capacidad de absorción de energía del hormigón mediante la adición de fibras de acero. Gracias a su capacidad de transmitir tensiones a través de las fisuras, el hormigón reforzado con fibras de acero (SFRC) reduce la tendencia a desarrollar fallos frágiles en régimen dinámico. Sin embargo, la sensibilidad del SFRC a la velocidad de deformación no está completamente caracterizada. En la investigación expuesta en la presente Tesis Doctoral se aborda el problema a diferentes niveles (material y estructural) desde distintas perspectivas (experimental y analítica). El estudio propuesto pretende explicar el comportamiento a impacto de vigas de SFRC armadas longitudinalmente, sin cercos, y evaluar la relevancia de la adición de fibras evitando el desarrollo de fallos frágiles en dichas estructuras en el rango dinámico. Para ello se analizan varias mezclas de SFRC, incluyendo tres tipos de fibras (prismáticas, con anclajes y vii rectas) en varias dosificaciones (0.5 y 1.0 %), además de una serie de referencia de hormigón convencional. La campaña experimental propuesta consistió en ensayos de material, sobre probetas prismáticas sin entallar, y ensayos estructurales, ejecutados en vigas de 2 000 × 250 × 125 mm armadas longitudinalmente, ambos realizados a flexión en tres puntos. Para cada una de las siete mezclas ensayadas se ejecutaron varios ensayos de impacto y uno cuasi-estático complementario, tanto en los ensayos de material como los estructurales. Los primeros ensayos mostraron, por lo general, una mejora de las propiedades del SFRC con la velocidad de deformación. La sensibilidad a la velocidad varía en función del tipo de fibras empleado y su dosificación. Por ejemplo, el DIF de la energía de fractura mostró una tendencia a disminuir en las mezclas en las que se observó roturas de fibras, con anclaje y prismáticas. Por su parte, los ensayos estructurales mostraron que ciertas mezclas de SFRC, las que contenían fibras rectas o una dosificación del 1.0 %, evitaron el desarrol
Internacional
Si
ISBN
Tipo de Tesis
Doctoral
Calificación
Sobresaliente cum laude
Fecha
18/12/2019
Esta actividad pertenece a memorias de investigación
Participantes
  • Director: Carlos Zanuy Sanchez (UPM)
  • Autor: Gonzalo Sanz-Diez de Ulzurrun Casals (UPM)
Grupos de investigación, Departamentos, Centros e Institutos de I+D+i relacionados
  • Creador: Grupo de Investigación: Grupo de Ingeniería Estructural
  • Departamento: Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
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