Antonio Aguado. Formigó armat amb fibres metàl liques: disseny, càlcul i aplicació. Col legi Enginyers Industrials. Catedrático Universidad

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María Jesús Navarro Montoya
hace 6 años
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1 Col legi Enginyers Industrials Antonio Aguado Catedrático Universidad LKS Aitor Maturana Formigó armat amb fibres metàl liques: disseny, càlcul i aplicació Barcelona

El hormigón con fibras en el contexto del H. estructural Fibras: No estructurales y estructurales Acierto del título: formigó armat Visión estructural H.

2 El hormigón con fibras en el contexto del H. estructural Fibras: No estructurales y estructurales Acierto del título: formigó armat Visión estructural H. Armado (P = 0) (A s 0) (A f = 0) H. Masa (P = 0 ) (A s = 0) (A f = 0) H. con fibras (P = 0) (A s =o 0) (A f 0) H. Pretensado (P 0) (A s = o 0) (A f = o 0) (A p 0)

3 Fibras de acero para hormigón en España

Pavimentos armados vs pavimentos de hormigón con fibras Impulso EHE: Anejo

4 Objetivo EHE 08 Objetivo Profundizar en visión estructural de la contribución de las fibras Enfatizar en estructuras industriales Pavimentos armados vs pavimentos de hormigón con fibras Impulso EHE: Anejo 14 Confianza al usuario Visión global (material-estructura) Sinergias Puesta (HAC con fibras)

5 Fase 1: Hormigón sin fibras P σ c σ máx = P A P ε cf

6 Fase 2: Contribución fibras: Anclaje perfecto P σ c σ máx = P A Función cantidad de fibras y f y P ε cf

7 Fase 3: Contribución fibras: Pérdida de anclaje P σ c σ máx = P A Función cantidad de fibras y f y P ε cf Función tipo fibra: esbeltez y anclaje

8 Comportamiento conceptual conjunto P σ c σ máx = P A P ε cf

9 Hormigón con fibras vs hormigón armado P σ c Hormigón con fibras: Hormigón armado de menor eficiencia P Futuro: ε cf Elementos mixtos de hormigón con armaduras pasivas (activas) y fibras P σ c P ε cf

10 Ecuación constitutiva (1) σ cf = σ c + σ f + Δσ cf donde: σ cf es la contribución del hormigón en masa. σ f es la contribución de la fibra σ fibra = B * (1 e ε n k* B(* ) c ) donde: B = f (cuantía de fibra y características) C, k y n son variables asociadas al punto de inflexión Δσ cf es la pérdida de tensión por la rotura del anclaje a partir de una cierta deformación (A). Ver Tesis doctoral Filipe Laranjeira

11 Contrastación experimental

12 Factor orientación (η θ ) 1,0 Previsión modelo Factores considerados Amasado (HC o HAC) Método de colocación Efectos dinámicos Geometría encofrado 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Resultados experientales

13 Patente presentada Sistema medición cantidad de fibras (1)

14 Sistema medición cantidad de fibras (2) Sistema inductivo (PROMSA 15x15x15 cm) 0,035 0,03 0,025 0,02 ΔL (mh) 0,015 0,01 0, , dosificación fibras (kg/m 3 ) 1 día 7 días 28 días Lineal (1 día) Lineal (7 días) Lineal (28 días)

15 Sistema medición cantidad de fibras (3) Indirectamente: orientación de la fibra Importancia del tema Orientación de las fibras en probeta 20 kg/m3 Orientación de las fibras en probeta 30 kg/m3 Orientación de las fibras en probeta 40 kg/m3 37,8% 22,5% 37,6% 23,7% 39,7% 22,5% 39,6% 38,7% 37,9%

16 Ecuación constitutiva (2) σ Ecuaciones EHE08 f ctr,d f ctr,d = 0,33 f R3,d σ f ct,d B ε l im = 20 para secciones sometidas a flexión y 10 para secciones sometidas a tracción ε lim ε (%0) f ctr1,d f ctr3,d A C D E ε 1 ε 2 ε lim ε (%0)

17 Modelización continua de secciones hasta rotura EN MS C T1 EN MS MM C T1 T2 EN MS MM C T1 T2 T3 EN MS MM C T1 T2 T3 T4 Formación Microfisura Fibras trabajando a pull out en la fisura Fisura con fibras prácticamente agotadas NA F c NA F c F t NA F c F t NA FZ F c F t F t FZ FZ M Lineal Fisurado Pre y Post rotura M f Lineal M p Fisurado Pre y post-pico M u w Modelo general para cualquier tipo de fibras (estructurales) Reproduce el comportamiento hasta rotura de secciones con refuerzo mixto fibras + armadura pasiva tradicional

18 Ejemplo 0,20 m 6Φ12/m HA-35 3Φ12/m+20kg/m 2 1 m 1 m Ф12 3Ф12+20kg/m 3 Bending (mkn/m) kg/m Sin refuerzo Curvature (1/km) Configuración de Refuerzo M f (mkn/m) M p (mkn/m) M u (mkn/m) Sin armado 18,4-0 6Ф12 18,6 44,7 45,8 20 kg/m 3 18,4 22,8 22,6 3Ф12+20 kg/m 3 18,5 43,1 43,5

19 Aplicaciones estructurales

20 Placas de contención de tierras φ c

Contribución frente a esfuerzos cortantes 400 450 Carga (kn) 350 300 250 200 150 100 50 0 Vigas rectangulares 20x30 sin fibras 20x60 sin fibras 20x60

simple h= 50 cm, bw= 20 cm hf= 15 cm, bf= 100 cm T de HRFA h= 50 cm, bw= 20 cm hf= 15 cm, bf= 100 cm 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Flecha (mm) V u =

21 Contribución frente a esfuerzos cortantes Carga (kn) Vigas rectangulares 20x30 sin fibras 20x60 sin fibras 20x60 HRFA 20x30-HRFA Flecha (mm) Carga (kn) Vigas en T T de hormig. simple h= 50 cm, bw= 20 cm hf= 15 cm, bf= 100 cm T de HRFA h= 50 cm, bw= 20 cm hf= 15 cm, bf= 100 cm Flecha (mm) V u = V c + V w + V f V c = contribución del hormigón V w = armadura de corte, p.e.: estribos V f = contribución de las fibras de acero, mejorando el engranamiento de los áridos Ramos et al (UPC)

cms Prefabricados y 31cms in situ) 24,60 5,1

situ de 35 cms Bending (m kn /m ) 200 180

kg/m 3 20 kg/m 3 126 mkn/m 10 kg/m 3 0 kg/m

22 Pontonas, cajones flotantes (1) Muros Exteriores 40 cms Losa Superior Compuesta (9 cms Prefabricados y 31cms in situ) 24,60 5,1 44,6 0 13,5 0,3 0,4 1,9 Losa Inferior in situ de 35 cms Bending (m kn /m ) kg/m 3 40 kg/m 3 30 kg/m 3 20 kg/m mkn/m 10 kg/m 3 0 kg/m y Crack Width (mm)

23 Pontonas, cajones flotantes (2) Losa Superior Losa Inferior Muro Perimetral Muro Interior Armadura Tradicional Ф16/33 Ф16/33 Ф16/33 Ф16/33 Fibras Ahorro Tradicional (%) 25,3 52,2 47,3 40,0 Ahorro Total (%) 5,1 32,3 30,7 20,9 Reducción media del 25% de la armadura + Reducción de tiempos de construcción

24 Tubos de hormigón con fibras (1) Vibrocompactación (1.200mm<Φ int <2.500mm) Acabados excelentes espesores de pared Vibración + Compactación + Mayores Excelente Orientación de las fibras

25 Tubos de hormigón con fibras (2) Riesgos de manipulación, con fibras metálicas

26 Tubos de hormigón con fibras (3) Clase ASTM V IV III II I FIBRAS FIBRAS + ARMADURA ARMADURA Φ(mm) A int Aext Φ int < 600mm: Eliminación barras A ext y A int 600 < Φ int <1.200: Eliminación A ext + Reducción del 40% - 60% A int Φ int > 1.200mm: Reducción de 25% - 40% Armadura total Cuantías entre: 25 y 40 kg/m 3

27 Forjados de HAC con fibras (1)

28 Forjados de HAC con fibras (2)

29 Forjados de HAC con fibras (3) Alavedra et al. Ojo: Empujes sobre el encofrado

30 Forjados de HAC con fibras (4) LKS Cooperativa Mondragón Proyecto piloto Su propia sede Tesis doctoral Aitor Maturana

31 Forjados de HAC con fibras (5)

32 Forjados de HAC con fibras (6) Prueba de carga Modelo numérico Ensayos Nueva era?

33 Otras posibilidades en forjados de HAC con fibras (7) Tesis Nayara Klein

34 Pavimentos como estructura Rotura pavimentos: Consecuencias seguridad Fuente fotos: Densiphalt

35 Por qué juntas en pavimentos de hormigón? Razón de ser Retracción: Δε y gradiente (importancia primeras edades) Temperatura: ΔT y gradiente (diferencia interior-exterior) Construcción Importancia de factores concomitantes: Cargas de tráfico, uso, etc. Condiciones de la base de apoyo Alabeo por temperaturas y por humedad Día Noche Húmedo Seco Diego H. Calo ICPA

36 Cuáles son los parámetros principales del espesor? Causas Cargas tráfico Cargas puntuales Esfuerzos principales: Flexiones Punzonamiento Fatiga Interacción con acciones indirectas ICPC 2008 Día Noche

37 Equivalencias: Razón de ser Hormigón armado vs Hormigón con fibras Alternativas de armado (1 o 2 capas) Recubrimiento: ~35 mm No precisa Armadura: Si, por razones mecánicas y No precisa Condiciones termohigrométricas Si fibras Construcción: Dificultad capa superior No precisa Riesgos pérdida de posición Orientación: Muy buena de la armadura Preferente de la fibra En E.L.U.: Hormigón no contribuye Fibra si contribuye En E.L.S.: Mayor apertura fisuras Menor apertura fisuras

38 Ejemplo: Tipología general secciones ROM 419

negras. Cierta desconfianza Códigos nacionales o internacionales: p.ej.

39 Formas de abordar el cálculo Métodos numéricos (MEF u otros). Complejo. Sólo en estudios de casos singulares Programas empresas de fibras: Cajas negras. Cierta desconfianza Códigos nacionales o internacionales: p.ej.: ROM, AASTHO Métodos empíricos Pavimentos: El hermano pobre de las estructuras

40 Construcción (1) Sistemas conocidos. No diferenciación por la fibra Cierta orientación de la fibra en plano horizontal (Ventaja añadida) Efecto compactación Efecto borde Riesgo formación erizos Racionalidad en la configuración de juntas. Similar a otros casos. Posibilidad aumentar distancias

41 Construcción (2) Incorrecta disposición juntas Fisuras Largo 1,5 a 2 * ancho Correcta disposición juntas Fuente: Febelcem

Hormigones utilizados (1) Hormigones en el entorno 20 a 35 MPa a compresión Recomendaciones usuales a otras aplicaciones con fibras Inclusión de aireantes Posibilidad de vertido y/o bombeado Las

42 Hormigones utilizados (1) Hormigones en el entorno 20 a 35 MPa a compresión Recomendaciones usuales a otras aplicaciones con fibras Inclusión de aireantes Posibilidad de vertido y/o bombeado Las fibras, preferible incorporar en la amasadora, si bien existen experiencias de otro tipo. Modos de incorporación: manual, dosificadores Ver la fibra como un árido grueso de bajo coeficiente de forma. Ojo en dosificaciones de agregación

43 Hormigones utilizados (2) No deben pelearse entre fibras Definir muy bien el fin para el que se incorporan las mismas En las estructurales: Importancia de la tensión residual

Conclusiones Elementos mixtos de hormigón con fibras y armaduras (pasivas) y/o activas Una oportunidad de futuro Necesidad de desarrollar: - Herramientas de

44 Conclusiones Elementos mixtos de hormigón con fibras y armaduras (pasivas) y/o activas Una oportunidad de futuro Necesidad de desarrollar: - Herramientas de apoyo (entornos empresas o externos) - Experiencia en los técnicos participantes - Métodos de control Voluntad política y técnica de cambio Incorporar en proyecto

45 Col legi Enginyers Industrials Antonio Aguado Catedrático Universidad LKS Aitor Maturana Formigó armat amb fibres metàl liques: disseny, càlcul i aplicació Barcelona

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