Tesis doctoral de Héctor Cifuentes Bulté
Desde los comienzos de la aplicación de la mecánica de la fractura al análisis del hormigón estructural, se ha puesto de manifiesto el interés por la explicación del efecto tamaño que se produce en el mismo. La obtención de una ley de efecto tamaño que permita describir este fenómeno con la mayor exactitud posible, permitiría la extrapolación de los resultados obtenidos en laboratorio sobre probetas a escala reducida (con tamaños manejables por los operarios de laboratorio), a las estructuras reales como vigas de puentes, túneles, presas, etc., De tamaño más elevado. En este sentido, se han establecido en las últimas décadas distintas leyes de efecto tamaño para el hormigón, siendo la más extendida actualmente la ley de efecto tamaño de bazant. aunque la evidencia experimental más notable del efecto tamaño es la obtención de cargas máximas no similares entre especímenes de diferente tamaño con similitud geométrica, también se observa a través de la obtención de determinados parámetros considerados propiedades del material, como la energía de fractura. El método de trabajo de fractura propuesto por la asociación rilem para la determinación de la energía de fractura específica sobre probetas entalladas presenta una fuerte dependencia con el tamaño de la probeta. Aun así, es un método muy extendido y utilizado por numerosos investigadores en la actualidad. esta dependencia de la energía de fractura con el tamaño de la probeta empleada para su determinación ha sido ampliamente analizado por elices et al., Proponiendo una serie de correcciones sobre el procedimiento rilem que mitigan esta dependencia y permiten obtener una energía de fractura real del hormigón. Se obtiene así un valor independiente de la geometría y que depende únicamente del material, como corresponde a cualquier propiedad del mismo. Pero esta búsqueda de un procedimiento experimental que permita la obtención de una energía de fractura real del hormigón, ha sido objeto de estudio de determinados investigadores durante los últimos años, siendo motivo de polémica científica actual en diversas publicaciones internacionales. Así, hu et al. Han desarrollado el modelo de energía de fractura local, el cual propone un método de obtención de la energía de fractura real, relacionando el efecto tamaño observado en la energía de fractura rilem con la influencia de los bordes exteriores de la probeta. De esta forma, se introduce el efecto de borde en el hormigón y por lo tanto, no sólo la influencia del tamaño de la probeta, sino también de la forma de su sección transversal. este efecto de borde, que ya ha sido evidenciado en el acero hace unas décadas (como se recoge en la mayoría de las normativas), genera la necesidad de llevar a cabo un estudio específico para las estructuras de hormigón; donde es muy frecuente el empleo de secciones con geometrías distintas, como es el uso de secciones rectangulares, en t o doble t, secciones en cajón, de ancho variable, etc. además, el desarrollo experimentado durante los últimos años por los productos químicos empleados como aditivos al hormigón, ha permitido la fabricación de hormigones con un mejor comportamiento frente a exigencias específicas para el material. Estos hormigones considerados de altas prestaciones, son cada vez más frecuentemente empleados en la construcción de edificios singulares. Un ejemplo de la creciente necesidad de hormigones de altas prestaciones, es la construcción de un número cada vez mayor de edificios de gran altura donde la estructura es completamente de hormigón. En estas construcciones los pilares de las plantas más bajas han de presentar una resistencia a compresión elevada (>100mpa), con el fin de reducir su sección transversal. Con frecuencia estos hormigones son reforzados con fibras de polipropileno, con el fin de disminuir su fisuración de retracción (el contenido en cemento y el porcentaje de finos suelen ser elevados), mejorar su comportamiento frente al fuego (reducción del spalling), aumentar su ductilidad, etc. estos nuevos materiales y la adición de fibras de polipropileno a la matriz de los mismos, produce un comportamiento en fractura diferente al del hormigón convencional. Por lo tanto, debe analizarse convenientemente su comportamiento en fractura y la influencia de la adición de las fibras de polipropileno. Para un mayor conocimiento en fractura de estos materiales, será necesario realizar un análisis de la influencia de las propiedades geométricas y mecánicas de las fibras empleadas en su refuerzo. el estudio del comportamiento en fractura de estos materiales lleva asociado la necesidad de la obtención de la energía de fractura del hormigón (independiente del tamaño de la probeta empleada y de la forma de la sección transversal), así como la determinación de una curva de ablandamiento que considere el comportamiento postpico en tracción del hormigón y que permita la realización de análisis numéricos mediante modelos cohesivos. Por ello, es necesario llevar a cabo un análisis numérico que determine la influencia de determinados factores en las curvas de ablandamiento a considerar para cada tipo de material, y que representen correctamente su comportamiento mecánico completo (considerando rama de ablandamiento). Evidentemente, la modificación introducida por la adición de fibras de polipropileno en el comportamiento en fractura de los hormigones ha de verse reflejada también en la curva de ablandamiento a considerar en cada caso, siendo conveniente estudiar la influencia del efecto de borde y de la adición de fibras de polipropileno sobre dichas curvas. el aumento del empleo de estos hormigones con altas prestaciones, su refuerzo con fibras de polipropileno cada vez más extendido, y el diseño de elementos estructurales con secciones de geometría variable, generan la necesidad de los estudios presentados en esta tesis. Así, se pretende realizar una aportación lo más extensa posible para aumentar el conocimiento del comportamiento de este tipo de materiales y secciones a la comunidad científico-técnica.
Datos académicos de la tesis doctoral «Análisis del comportamiento en fractura y del efecto de borde en hormigones de altas prestaciones reforzados con fibras de polipropileno«
- Título de la tesis: Análisis del comportamiento en fractura y del efecto de borde en hormigones de altas prestaciones reforzados con fibras de polipropileno
- Autor: Héctor Cifuentes Bulté
- Universidad: Sevilla
- Fecha de lectura de la tesis: 22/03/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Fernando Medina Encina
- Tribunal
- Presidente del tribunal: josé Domínguez abascal
- gonzalo Ruiz lopez (vocal)
- Manuel Buron maestro (vocal)
- Rafael Gallego sevilla (vocal)
