Calibración del coeficiente parcial de seguridad para el hormigón reforzado con fibras sometido a tracción

Abstract

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.