El uso del hormigón reforzado con fibras (HRF) para la producción de dovelas para
túneles construidos mediante tuneladora es una tendencia que ha ido creciendo con los
años. Sin ir más lejos, a día de hoy se han construido más de 50 túneles con este material
estructural, usando en algunos de los casos únicamente fibras como refuerzo. Diversas guías
de diseño (p. ej. fib Model Code 2010) ya incluyen el HRF como material estructural.
Además, existen también algunas guías específicas que contemplan el diseño de dovelas
prefabricadas de HRF (p. ej. ITAtech Report/7-15 y ACI 544.7R-16).
Estas guías tratan el aspecto de diseño del HRF considerando el formato de
seguridad tradicional de los Estados Límite. Así pues, se consideran coeficientes parciales
de seguridad tanto para las cargas (γQ) como para las resistencias de los materiales (γM). En
particular, la magnitud del γM considerado es el mismo tanto para esfuerzos a compresión
como a tracción. Sin embargo, esta suposición puede ser poco realista, sobretodo en
términos de resistencia residual a flexotracción (fR), ya que esta propiedad presenta una
dispersión mayor que la de la resistencia a compresión (fc).
Este suceso se acentúa con elementos con una superficie de rotura reducida (p. ej.
vigas) debido al gran impacto que las incertidumbres del material como la orientación y
distribución de las fibras tienen sobre la variabilidad de fR. Consecuentemente, esta
suposición puede llevar a índices de fiabilidad (β) más bajos que los establecidos para
estructuras de hormigón con armado tradicional. Aun así, esta variabilidad tiende a
reducirse cuando el ancho de la sección fisurada aumenta (p. ej. losas).
En este trabajo se presentan los resultados de un análisis de fiabilidad estructural
realizado para calibrar el coeficiente parcial de seguridad de fR. Para ello se han considerado
ensayos a escala real a flexotracción ejecutados sobre dovelas prefabricadas con diferentes
dimensiones, cantidades y tipos de fibra. Además, se ha estudiado la variabilidad de la
dispersión del HRF debida el efecto tamaño del elemento.
The use of fibre reinforced concrete (FRC) to produce segmental linings of TBMconstructed
tunnels is an increasing tendency. So far, more than 50 tunnels have been
constructed with this structural material, in some of these even using solely fibres as
reinforcement. Moreover, several design guidelines (e.g., fib Model Code 2010) already
include the FRC as structural material. There also exist specific guidelines for the design of
FRC precast segment linings (e.g., ITAtech Report/7-15 and ACI 544.7R-16).
These guidelines deal with the design of FRC considering the traditional limit state
safety format. Therefore, partial safety factors for both the loads (γL) and material strengths
(γM) must be considered. In particular, the magnitude of γM considered for compressive and
tensile FRC strengths are assumed to be the same. Nonetheless, this assumption can be
unrealistic, particularly in terms of flexural residual strength (fR) since this property
presents higher scatter than the compressive strength (fc).
This is particularly true for elements with a reduced cracking surface (e.g., beams)
due to the higher impact that uncertainties like fibre orientation and distribution have on
the variability of fR. Therefore, this assumption can lead to lower reliability indexes (β) than
those established for traditional reinforced concrete structures. However, this variability
tends to decrease with the increase of the width of the cracked sections (e.g., slabs).
The results of a structural reliability analysis carried out to calibrate the partial
safety factor for fR are presented. Full-scale bending tests on precast segments with different
dimensions, amounts and type of fibres were considered. Furthermore, the scatter
variability of FRC due to the size effect has been studied.
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