Identificación experimental de la posición e inclinación media de la fisura crítica en vigas de hormigón armado sometidas a esfuerzo cortante

Abstract

A través de los años se ha estudiado que el comportamiento del hormigón armado sometido a esfuerzos transversales se ve muy influido por el estado multi-axial de tensiones en el hormigón y el comportamiento anisótropo a que da lugar, después de la fisuración, debido a la distinta resistencia a tracción y compresión. Este mismo comportamiento depende de la capacidad de las fisuras de una viga de hormigón para transmitir tensiones, según su abertura e interacción con la región de la viga que permanece sin fisurar. Por lo tanto, podemos observar que el comportamiento a cortante tras la fisuración del hormigón es complejo y ha sido tradicionalmente abordando con modelos empíricos, que desprecian algunos efectos o que han sido calibrados hace décadas y para situaciones específicas. Por ello, tales modelos y expresiones, en general, no son directamente aplicables a casos diferentes a aquellos para los que fueron derivados. Debido a estas limitaciones se han desarrollado modelos teóricos que tratan de cuantificar las distintas componentes de la contribución del hormigón. Entre ellos el modelo, “Compresion Chord Capacity Model” (CCCM), derivado a partir de uno más general (Multi-action shear model, MASM) previamente desarrollado por los mismos autores, incorpora las contribuciones de la cabeza de compresión del hormigón, el alma fisurada, el efecto pasador de las armaduras y el refuerzo de corte en una expresión compacta. El carácter mecánico del modelo proporciona información valiosa sobre la física del problema e incorpora los parámetros más relevantes que rigen la resistencia al corte de los elementos de hormigón estructural. El objetivo de este trabajo final de master es estudiar, mediante verificaciones experimentales sistemáticas, la precisión de la formulación del modelo CCCM y contribuir a su mejora. Para ello, en primer lugar, se ha tratado de identificar experimentalmente los valores de dos parámetros del modelo, la posición de inicio y la inclinación de la fisura crítica y compararlos con los valores supuestos en el modelo. Esta identificación experimental está justificada por la enorme dificultad en deducir teóricamente la posición e inclinación de la fisura crítica, dado que depende de las deformaciones normales y tangentes en cada punto. Para ello, en este trabajo se recopilaron ensayos disponibles en la bibliografía, como son los incluidos en la base de datos de (Reineck et al., 2013), para vigas de hormigón con refuerzo transversal y 5 sin refuerzo transversal. En dicha base de datos se observa que en muchas de las vigas ensayadas no se da información sobre la posición o la inclinación de la fisura, que son los parámetros que se estudian en esta tesis. Por ello, se recopilaron datos de algunas campañas experimentales adicionales, de los que se dispone de imágenes de los ensayos a cortante y se puede realizar la medición de estos parámetros mediante “Autocad”. Los valores de la posición e inclinación de la fisura, identificados experimentalmente, se compararon con los supuestos en el modelo, extrayendo conclusiones al respecto. Por otra parte, a partir de los valores identificados experimentalmente se han reformulado las ecuaciones del modelo y se ha hecho un estudio de sensibilidad de cómo dichos parámetros influyen realmente en la resistencia a cortante. En concreto se ha estudiado la influencia que tiene la cot $ sobre el cortante resistido por el hormigón, &' , y por el refuerzo transversal &(, y la influencia de la posición de la fisura critica Xcr sobre el cortante resistido por el hormigón, &'. Por último se han comparado las predicciones, realizadas con el modelo reformulado, de la resistencia a cortante de las vigas incluidas en la base de datos habiendo obtenido una ligera mejora en los valores estadísticos (media y coeficiente de variación) respecto del modelo original.