Estudio del desprendimiento prematuro del refuerzo a cortante con laminados FRP

Abstract

[CASTELLÀ] Desde los años 90 los polímeros reforzados con fibr as llamados FRP se han introducido en el campo del refuerzo estructural, puesto que presen tan características mecánicas muy buenas (incluso mejores que las del acero) pero con la ven taja de ser muy livianos. Además, la versatilidad y facilidad con la que se pueden incor porar en cualquier superficie los hace muy prácticos, ya que permite ahorrar en medios auxilia res. El refuerzo a flexión utilizando laminados de FRP e s más habitual que el de cortante puesto que se conoce mejor el comportamiento estructural. En e l caso de refuerzo a cortante, los mecanismos resistentes no son tan sencillos con lo que en este caso, obtener un modelo que reproduzca el comportamiento resulta más complejo. Existen dos problemáticas en el refuerzo a cortante con laminados de FRP. En primer lugar, el desprendimiento prematuro del refuerzo hace que no se aproveche de forma eficiente las características mecánicas del material y en segundo lugar, no existe consenso internacional en la formulación para evaluar la contribución del FRP a la resistencia a cortante, ni la posible interacción con el hormigón y la armadura pasiva tr ansversal existente. En esta tesina después de elaborar un estado del co nocimiento de los modelos existentes para la evaluación del aporte del FRP a la resistencia a co rtante, se ha realizado un estudio comparativo de los modelos existentes recogidos en recomendacio nes o guías de diseño. Se ha realizado un estudio estadístico de los diferentes modelos separ ando según el tipo de refuerzo y de sección, analizándola dispersión de los distintos modelos se parando según el tipo de sección y por último se ha utilizado la clasificación de puntos de demér ito de Collins (2001) para comparar los modelos. Como resultado se ha llegado a la conclusi ón de que ningún modelo tiene buenos resultados estadísticos. Es por ello que el estudio mediante métodos numéric os cobra gran importancia ya que es una herramienta útil para entender el comportamiento de los elementos de hormigón armado reforzados con esta técnica. El problema básico en la modelización de vigas reforzadas a cortante externamente con FRP está en que no existe un model o de análisis no lineal que considere la deformación por cortante y que tenga implementado el desprendimiento prematuro del refuerzo. Para ello se ha partido del modelo de Oller (2005) en el que es posible evaluar el desprendimiento prematuro del FRP en el refuerzo a flexión con lami nados FRP y se ha adaptado para poderlo aplicar a refuerzos a cortante. Posteriormente, se ha utilizado el programa de análisis no lineal CONSHEAR (Ferreira 2013) para estudiar las vigas de la campaña experimental de la campaña experimental de Alzate (2012). El objetivo es enten der los mecanismos que generan el desprendimiento y llegar a una formulación numérica que pueda implementar dicho programa para que detecte el desprendimiento prematuro de los lam inados de FRP. Por último, se ha propuesto una formulación analíti ca preliminar para poder evaluar la longitud de anclaje mínima que se debería utilizar. Esta formulación se ha obtenido a raíz de todas las conclusiones obtenidas en el estudio numérico y bas ándose en principios de la mecánica.

[ANGLÈS] Since the 90's the material called fiber-reinforced polymers FRP have been introduced in the field of structural reinforcement, because they have very good mechanical properties, (even better than steel) but with the advantage of being very light. Moreover, the versatility and easeness with which they can be incorporated into any surface makes it very practical so it allows to save on additional techniques. Flexural strengthening using FRP laminates is more common than shear because the structural behavior is better known. For shear reinforcement, the resistant mechanisms are not as straightforward so that in this case, to obtain a m odel that reproduces the behavior becomes more complex. There are two problems in shear strengthening with FRP laminates. First, premature detachment of the reinforcement does not efficiently take the mechanical characteristics of the material and secondly, there is no international consensus on th e formulation to assess the contribution of FRP to shear resistance, or the concomitant with concre te and existing transverse passive armor. In this dissertation after presenting the state of knowledge of existing models for evaluating the contribution of FRP to shear resistance, has made a comparative study of existing models or recommendations contained in design guidelines. We performed a statistical study of separating the different models depending on the type of reinf orcement and section, analyzing scattering separating the different models depending on sectio n and finally we used the classification of demerit points of Collins (2001) compare models. As a result it was concluded that no statistical model has good results. That is why the study by numerical methods it is of great importance as it is a useful tool for understanding the behavior of reinforced concrete e lements with this technical tool. The basic problem in modeling shear reinforced externally wit h FRP beams is that there is no model of nonlinear analysis considering shear deformation an d has implemented premature detachment of the reinforcement. It has been studied the model of f Oller (2005) in which it is possible to assess the premature detachment of the FRP reinforcement i n flexural with FRP laminates and has been adapted to be able to apply a shear reinforcement h as. Subsequently, we used the nonlinear analysis program ConShear (Ferreira 2013) to study the rafters of the experimental campaign Alzate experimental campaign (2012). The objective is to understand the mechanisms that generate evolution and reach a numerical formulatio n that can implement the program to detect premature detachment of the FRP laminates. Finally, it is proposed a preliminary analytical fo rmulation to assess the minimum anchorage length that should be used. This formulation has been obta ined as a result of the findings obtained in the numerical study and based on principles of mechanic s.