En esta sección se presentan los resultados obtenidos en la segunda fase experimental con refuerzos de fibra de carbono anclados y ensayados a corte en probetas de hormigón. Se analizan los efectos de los sistemas de anclaje estudiados en la carga máxima, modo de fallo y respuesta carga-desplazamiento.
4.3.1 Modos de fallo
Todas las probetas presentaron un inicio de despegue cohesivo en el extremo cargado del refuerzo. La deslaminación se propagó en los refuerzos simplemente adheridos y en la serie de anclajes por debajo del refuerzo. Por el contrario, en las series I y O (abanicos entre capas del refuerzo y por encima del refuerzo), el laminado se mantuvo unido al soporte hasta la rotura de las fibras o fallo del anclaje.
Si bien los anclajes por encima del refuerzo previnieron el colapso por despegue, se observó cierta deslaminación en el extremo libre del laminado a ambos lados del punto de inserción del anclaje. Dos de las probetas presentaron daños en el soporte, debidos a la concentración de tensiones o a irregularidades en la resistencia a tracción del recubrimiento de la armadura.
En la revisión de la literatura se habían identificado distintos modos de fallo a partir de los estudios de McGuirk y Breña (2012) y Zhang (2013). Estos autores habían reseñado modos de fallo por rotura del anclaje en el tramo de doblado, despegue progresivo y deslaminación del abanico con respecto al refuerzo. Cabe destacar que en esta investigación no se ha observado ninguna deslaminación del tramo libre de los anclajes, si bien ha aparecido un nuevo fallo prematuro a tracción de los refuerzos que se ha relacionado con el tipo de ensayo.
Los modos de fallo observados en la campaña experimental pueden por tanto clasificarse como sigue: despegue del refuerzo, rotura del refuerzo a tracción, aplastamiento o fallo a tracción puntual del soporte y rotura del anclaje. A continuación se describe cada uno de estos modos de fallo.
-Despegue (debonding, DB). Este modo de fallo es característico de los refuerzos de FRP adheridos, y se relaciona con la resistencia de adherencia y con la longitud efectiva de transferencia de tensiones. El despegue se caracteriza por una reducida resistencia post-pico y escasa ductilidad en las respuesta.
La deslaminación se propagó rápidamente a lo largo de la superficie del soporte en las probetas sin anclaje. En el caso de la serie R se observó la existencia de una línea central y un despegue no uniforme y progresivo a ambos lados de la roza central;; esto es indicativo de que los anclajes embebidos en radios permiten una mayor adherencia por el aumento de la superficie adherida con resina, alterando el estado tensional a nivel seccional. La figura 4.7 recoge los modos de fallo por despegue de las probetas control y de las probetas con las fibras del anclaje embebidas en rozas.
despegue parcial previo a otro modo de fallo (por rotura del anclaje o del refuerzo) en las probetas de la serie R. La perforación del refuerzo en el punto de inserción del anclaje conlleva un cambio en la distribución de las tensiones en la interfaz, concentrando las tensiones en las fibras dobladas para la inserción del anclaje. Este modo de fallo, no obstante, no conllevó el colapso del sistema, manteniéndose adherido el refuerzo en la línea del extremo del tramo libre del anclaje. La Figura 4.8 representa esquemáticamente la reordenación de fibras en el entorno del punto de inserción y el progreso del despegue, mientras que la Figura 4.9 muestra una probeta que exhibió despegue del extremo no cargado.
Figura 4.8. Esquema de progresión del despegue en la serie O
Figura 4.9. Despegue del extremo no cargado del refuerzo
-Rotura del anclaje en el tramo de doblado. Este modo de fallo solo se observó en una probeta. Sin embargo, se considera que la incidencia de este tipo de rotura habría sido mayor si no se hubiera dado el fallo a tracción del refuerzo en el tramo de doblado según los ensayos de la literatura, principalmente a partir de los modos de fallo observados por Zhang (2013) que suponen la base de datos más amplia de ensayos de corte. En la figura 4.10 se reproduce este modo de fallo según se observó en la probeta O-1.
Figura 4.10. Fallo por rotura del anclaje en el tramo de doblado
La rotura del anclaje se corresponde con el fallo en el tramo de doblado observado en la campaña experimental de cordones aislados. En este caso, dado que el tejido está prácticamente despegado en el momento previo a la rotura, el fallo del anclaje precipita el colapso frágil del sistema de refuerzo. El fallo en el tramo de doblado se dará a distintos niveles de carga en función de los parámetros de ejecución de la perforación y los parámetros geométricos estudiados en el capítulo 2 de esta tesis, debiéndose tener en cuenta la incidencia de este modo de fallo en el diseño de anclajes, especialmente para la inclusión de factores de seguridad.
modo de fallo en las series de anclajes por encima del refuerzo y entre las dos capas del refuerzo se ha atribuido al método de ensayo, que impide la transferencia de tensiones entre las fibras del tramo de doblado. Se trata por tanto de un fallo no esperable en ensayos tipo viga o en situaciones constructivas reales, donde la longitud total del refuerzo está impregnada. A pesar de ser un fallo prematuro a niveles de carga inferiores a los que podrían alcanzarse con una impregnación de todo el refuerzo, las probetas que lo presentaron han servido para observar la eficacia de los anclajes en la prevención del despegue hasta niveles de carga de un 141% de los alcanzados por los refuerzos adheridos. Cabe mencionar también que la rotura de las fibras se dio de forma progresiva desde el punto en que se había cortado el tejido (para conseguir refuerzos de 150 mm de ancho) hasta el extremo opuesto. Puede extraerse la conclusión de que el trabajo solidario de las fibras en los tejidos comerciales depende de la matriz del material compuesto pero también es ayudada por los cosidos transversales, que se deterioraron durante la manipulación del tejido;; de esta forma, es esperable un mejor comportamiento de los tejidos con el ancho de fabricación (300 mm).
En la figura 4.11 se muestra una probeta que exhibió rotura de las fibras secas en el tramo de doblado.
4.3.2 Resumen de resultados
Los resultados en términos de carga máxima, tensión y modo de fallo de cada probeta se presentan en la Tabla 4.3. Se incluye el porcentaje de mejora conseguido por los refuerzos anclados respecto a la serie de control. En la tabla se reflejan además los valores medios de cada variable, recorridos estadísticos, desvío estándar y coeficientes de variación.
Tabla 4.3. Resultados de la campaña experimental de refuerzos anclados
Identificación P máx (KN) Media Recorrido estándar Desv. CV control % Modo de fallo Localización del fallo
Serie de control (Adherida)
U-1 46.70 41.58 11.80 4.30 0.10 - Despegue/tracción soporte Soporte
U-2 43.30 Despegue Soporte
U-3 41.40 Despegue Soporte
U-4 34.90 Despegue Soporte
Serie-O (abanico del
anclaje sobre el
tejido)
O-1 52.10 54.18 4.80 1.79 0.03 130,31 Tracción refuerzo Tramo seco
O-2 53.20 Tracción refuerzo Tramo seco
O-3 54.50 Rotura de anclaje Tramo de doblado
O-4 56.90 Tracción refuerzo Tramo seco
Serie-I (Abanico entre las dos
capas de tejido)
I-1 66.20 58.65 3.70 4.55 0.08 141,07 Cono de hormigón Punto inserción anclaje
I-2 54.20 Tracción refuerzo Tramo seco
I-3 56.30 Tracción refuerzo Tramo seco
I-4 57.90 Tracción refuerzo Tramo seco
Serie-R (Anclaje embebido en
rozas radiales)
R-1 54.30 51.65 1.10 3.24 0.06 124,23 Despegue Alrededor de roza central
R.2 55.40 Despegue Alrededor de roza central
R.3 48.90 Despegue Alrededor de roza
central
R.4 48.00 Despegue Alrededor de roza central
Serie-M (Anclajes mútiples)
T.1 55.0 51.55 6.90 3.45 0.07 123.99 Tracción refuerzo Tramo seco
T.2 48.1 Tracción refuerzo Tramo seco
L.1 55.0 52.00 6.00 3.00 0.06 125.08 Tracción refuerzo Tramo seco
L.2 49.0 Tracción refuerzo Tramo seco