Tesis:
Estudio experimental de la fisuración en piezas de hormigón armado sometidas a flexión pura
- Autor: CALDERON BELLO, Enrique
- Título: Estudio experimental de la fisuración en piezas de hormigón armado sometidas a flexión pura
- Fecha: 2008
- Materia: Ciencia y tecnología de materiales
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: INGENIERIA CIVIL: CONSTRUCCION
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/1019
- Director/a 1º: FERNANDEZ GOMEZ, Jaime Antonio
- Resumen: La tesis que se propone se enmarca dentro del estudio del comportamiento mecánico del hormigón. El conocimiento de los mecanismos de fisuración de las estructuras de hormigón armado es necesario para el análisis del comportamiento en servicio de las mismas, tanto por motivos de durabilidad, como por motivos de estanqueidad, estética, y para reducir el efecto psicológico sobre los usuarios. Los estudios realizados sobre la fisuración en elementos de hormigón armado han tratado de establecer unos valores máximos admisibles para la abertura de fisuras en función del tipo de exposición de la estructura, así como establecer una fórmula que proporcione la abertura previsible de fisuras en función de las características de la pieza y de su estado tensional. A lo largo de la historia del hormigón armado son muchos los autores que han dedicado parte de su investigación a la fisuración, sin embargo, la mayoría de los trabajos realizados se han centrado en análisis teóricos, siendo menor el número de campañas experimentales realizadas. La influencia de diversos parámetros en la fisuración, la complejidad de un buen ajuste entre los estudios teóricos y los ensayos realizados, y la disparidad entre algunas de las formulaciones propuestas por las normativas internacionales más relevantes, plantean la necesidad de seguir analizando la fisuración en elementos de hormigón armado, buscando la formulación que mejor se ajuste a este fenómeno. Entre los parámetros que intervienen en las diversas fórmulas planteadas para la estimación de la abertura de fisuras en elementos de hormigón armado se encuentran la cuantía de armadura dispuesta y el diámetro de las barras empleadas, aspectos que se han querido analizar en la investigación. También se ha analizado la influencia de la disposición de armadura comprimida en el control de la fisuración. La finalidad de esta tesis es analizar la fisuración en servicio en piezas de hormigón armado sometidas a flexión pura mediante el plan de ensayos llevado a cabo. Específicamente, se analiza la influencia de cubrir cinco cuantías de armado con barras de tres diámetros distintos, finos (f10), medios (f16) y gruesos (f25), para 14 vigas de 25 cm de ancho y 50 cm de canto, y una longitud total de 6,50 m (4,00 m entre apoyos); estableciendo experimentalmente los esquemas de fisuración obtenidos (separación y abertura de fisuras) y evaluando la importancia que sobre dichos esquemas tienen los parámetros objeto de estudio. Complementariamente se desarrolla el contraste entre los resultados experimentales, las normativas europeas y americanas más avanzadas, y algunos modelos presentados por la comunidad científica. Los resultados de los ensayos han puesto de manifiesto la falta de un ajuste más preciso por parte de las cuatro normativas que han sido analizadas (EHE, EC-2 2004, CEB-FIP 1990 y ACI 318-06), con una mejor tendencia de la formulación propuesta por EC-2, si bien dicha normativa minusvalora tanto los valores de separación media de fisuras como consecuentemente los valores de abertura media de fisuras. En cuanto a la influencia de los parámetros analizados, de los ensayos realizados se deduce que la cuantía tiene una influencia clara en el control de la fisuración, si bien la variación del diámetro de las armaduras y la disposición de mayor cuantía comprimida en la sección no producen cambios significativos en los resultados obtenidos. Complementariamente se analiza la idoneidad del coeficiente multiplicador que las normativas emplean para la obtención de valores característicos de abertura de fisura a partir de valores medios. De acuerdo con los resultados obtenidos en la investigación, finalmente se evalúan posibles variantes de la formulación existente, concretamente de la formulación que ha presentado una tendencia más adecuada frente a los resultados de los ensayos (EC-2), con objeto de mejorar el ajuste de dicha formulación a los resultados experimentales. Por último se establecen las líneas de investigación futuras que quedan abiertas a partir de los resultados obtenidos en el presente trabajo de investigación.
The area addressed in the thesis proposed is the study of the mechanical behaviour of concrete. An understanding of cracking mechanisms in reinforced concrete structures is requisite to any analysis of their in-service performance, whether the focus is on durability, watertightness, aesthetics or the reduction of the psychological effect on users. Studies conducted on cracking in reinforced concrete members have attempted to establish maximum allowable values for crack widths based on the type of structural exposure, along with formulas for computing the foreseeable width from member characteristics and the stress to which they are subjected. Any number of authors have engaged in research on cracking throughout the history of reinforced concrete. Most of these papers have taken a theoretical approach, however, while very few experimental campaigns have been conducted. The effect of a variety of parameters on cracking and the complexity involved in establishing a good fit between theoretical studies and the tests conducted, together with the differences between some of the formulations proposed by the most relevant international standards, underscore the need to continue to analyze cracking in reinforced concrete members and find the procedure best able to control it. The parameters included in the formulas proposed by different international standards to estimate the width of cracks in reinforced concrete members include the steel ratio and the diameter of the bars used, aspects which are addressed in the present study. The effect of the arrangement of compression reinforcement on crack control is also analyzed. The aim of this thesis is to analyze in-service cracking in reinforced concrete members subjected to pure bending in accordance with the test plan implemented. Specifically, it analyzes the effect of five different steel ratios, attained with reinforcing bars having three different diameters (fine (10f), medium (16f) and thick (25f)) in 14 beams measuring 25 cm wide by 50 cm deep and 6.50 m long (with a 4.00 m span between supports); it establishes the cracking patterns obtained experimentally (crack spacing and width) and evaluates the impact of the parameters studied on such patterns. Secondarily, it compares the experimental results, the most advanced European and American standards and a series of models proposed by the scientific community. The results of the tests showed the lack of a precise fit among the four standards analyzed (EHE, EC-2 2004, CEB-FIP 1990 and ACI 318-06), while the best tendency was recorded for the formula proposed in EC-2, even though that standard underestimates both mean crack spacing and mean width. One of the conclusions drawn from the tests conducted is that ratio has an obvious effect on crack control, while variations in bar diameter and the use of a higher ratio of compression reinforcement occasion no significant change in the results. The suitability of the coefficient recommended by the standards to obtain characteristic crack width values from mean values is also analyzed, as a complementary line of research. Pursuant to the results obtained in this study, possible variations on existing formulas are evaluated, specifically on the formula exhibiting a tendency that came closest to reflecting the test results (EC-2), with a view to improving the fit between that formula and the experimental results. Lastly, the present study identifies future lines of research that may be explored on the basis of the results obtained.