Fractura en modo mixto para elementos de hormigon reforzados con fibra

REFORZADOS CON FIBRA

El comportamiento de Fractura por cortante para hormigón reforzado con fibras de acuerdo con (Tian Sing, et al., 2014) se comenzó a investigar por (Romualdi & Baston, 1963) desde entonces se han publicado una considerable información para caracterizar el comportamiento de este material, desde el punto de vista mecánico se lo puede dividir en cortante por tracción (Modo I), cortante Puro (Modo II) y una combinación de tracción y corte (Modo Mixto) (Bazant & Planas, 1998).

Sin embargo, en la realidad la mayoría de fallos por cortante de elementos estructurales suceden bajo la acción de tracción y corte o modo mixto (Bazant & Planas, 1998) y es un fenómeno del cual se sigue investigando porque aún no se termina de entender y caracterizar su comportamiento (Gálvez, et al., s.f.; Cendón, et al., 2000; Gálvez, et al., 2002; Galvez, et al., 1996) basados en ensayos de flexión en tres y cuatro puntos de probetas de hormigón prismáticas lograron crear un modelo matemático que usa la teoría de fisura cohesiva para predecir la trayectoria de la grieta en el proceso de fracturación, esta teoría es utilizada por muchos investigadores para describir la no linealidad de la zona cerca de la punta de la grieta (Bazant & Planas, 1998) .

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Figura 2-24:Trayectoria de grieta experimental y modelo numérico de predicción (Gálvez, et al., s.f.)

Figura 2-25:Curvas Carga-CMOD y Carga-Desplazamiento para distintos tamaños de probeta (Gálvez, et al., s.f.)

La fractura en modo mixto es un tema complejo que no depende solamente de la matriz de hormigón sino también de la porosidad, ubicación de las fibras, etc. (Tian Sing, et al., 2014) realizó varios ensayos de corte en modo mixto para probetas de sección rectangular con fibras de acero con extremo en forma de gancho y fibras de acero lisas, variando al propósito los ángulos de inclinación que forma la fibra con un plano perpendicular al plano de corte el cual formaba 45 grados con la horizontal, las pruebas se realizaron para ángulos de 0, +-30 y +- 60 grados llegando a determinar que el comportamiento de extracción de la fibra está muy influenciado por la alineación de la fibra con respecto a la dirección de carga. Si este ángulo aumenta, la separación con respecto a la fibra sucede antes de que las fibras sean efectivas.

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Figura 2-26 Extracción de fibras en modo mixto (Tian Sing, et al., 2014)

Además del comportamiento de la fibra y la matriz de hormigón interviene también el efecto tamaño en el cual estudia como varía la resistencia nominal de un elemento de hormigón a medida que aumenta el tamaño, el efecto tamaño también afecta a la ductilidad del elemento (Bazant & Planas, 1998; Bazant, et al., 1994; Rocco, et al., 1999; Fernandez Ruiz & Muttoni, 2018).

Figura 2-27:Efecto Tamaño (Bazant & Planas, 1998; Alberti, 2015)

Existen ensayos que demuestran que la energía de fractura varía con el tamaño, la geometría de la probeta, la profundidad de la entalla y según el tipo de probeta sea esta compacta o de flexión. Los ensayos realizados en los laboratorios de la Universidad Politécnica de Madrid muestran variaciones de hasta un 50% para la energía de fractura entre diferentes tamaños. Uno de los motivos para que exista esta diferencia es la forma del ensayo ya que de acuerdo con (Guinea Tortuero , 1990) el procedimiento de cálculo no considera el peso propio de la probeta.

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(Mahmud, et al., 2013) a través de ensayos de flexión en tres puntos para vigas de hormigón de distintas alturas reforzadas con fibras de acero llega a concluir que el efecto de tamaño en las estructuras de materiales cementantes podría eliminarse mediante la adición de alto volumen de fibras dúctiles.

Las investigaciones de (Abou El-Mal, et al., 2015) realizando combinaciones de distintos tipos de fibras en probetas prismáticas de hormigón indican que la resistencia a fractura del hormigón o tenacidad de fractura disminuye conforme aumenta la relación a/c, así mismo que la combinación de fibras acero y polipropileno son las que producen valores más altos de tenacidad de fractura.

(Ghasemi, et al., 2018) realizo varios ensayos para elementos de hormigón reforzados con fibras sometidos a Modo I, variando el tamaño máximo del agregado y la fracción volumétrica de fibras de acero. Los resultados muestran que un aumento del tamaño del agregado hasta 12.5 mm ocasiona un aumento en la energía de fractura, pero con tamaños superiores esta energía decrece. Pruebas realizadas en hormigón autocompactante con distintos tamaños nominales de agregado, demuestran que un aumento en el diámetro nominal máximo produce un aumento de la energía de fractura y la longitud característica (Beygi, et al., 2014; Karamloo, et al., 2016; Ghasemi, et al., 2018). Ensayos realizados en vigas de HRF con alturas desde 400 hasta 700 mm muestran una reducción en la resistencia al corte entre el 7 y el 15 % (Noghabai, 2000; Dinh, 2009; Shoaib, et al., 2014). Ensayos para hormigones de ultra alta resistencia reforzados con fibras metálicas variando la relación agua-cemento y la fracción volumétrica de fibras indican que el uso de las fibras reduce el efecto tamaño (Yoo, et al., 2016), resultados similares con modelos de elementos finitos muestran que para elementos con un contenido de fibras mayor al 1.5 % la influencia del efecto tamaño en la resistencia al corte disminuye debido a la alta ductilidad del material (Hussein & Amleh, 2018), por medio de modelos numéricos se ha demostrado que la resistencia a tracción también disminuye (Murali & Arghya, 2017).

El presente trabajo aportará con información relevante acerca del comportamiento de elementos de hormigón reforzado con fibras sometidos a fractura en modo mixto para lo cual se ensayarán elementos tipo viga de distintas dimensiones y distintas dosificaciones de fibra sometidas a un cuchillo de cargas no simétrico con respecto a los apoyos como se indica en (Figura 2-28).

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