Estudio de estructuras aporticadas prefabricadas con uniones basadas en hormigones con fibras

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(1)UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS. ESTUDIO DE ESTRUCTURAS APORTICADAS PREFABRICADAS CON UNIONES BASADAS EN HORMIGONES CON FIBRAS. TESIS DOCTORAL. LUIS FELIPE MAYA DUQUE Ingeniero Civil. 2011.

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(3) DEPARTAMENTO DE MECÁNICA DE MEDIOS CONTINUOS Y TEORÍA DE ESTRUCTURAS INSTITUTO DE CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN EDUARDO TORROJA - CSIC. ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS. ESTUDIO DE ESTRUCTURAS APORTICADAS PREFABRICADAS CON UNIONES BASADAS EN HORMIGONES CON FIBRAS. LUIS FELIPE MAYA DUQUE Ingeniero Civil.. DIRECTORES DE TESIS LUIS ALBAJAR MOLERA Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos FRANCISCO MORÁN CABRÉ Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. 2011.

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(5) Tribunal nombrado por el Mgfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica de Madrid, el dı́a de de 20 .. Presidente : Vocal: Vocal: Vocal: Secretario: Suplente: Suplente:. Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el dı́a de la E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la U.P.M.. de 20. Calificación: EL PRESIDENTE. LOS VOCALES. EL SECRETARIO. en.

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(7) A mi padre, mi madre y mis hermanos.

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(9) Tabla de Contenidos Tabla de Contenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. I. Lista de tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. V. Lista de figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. VII. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. XV. Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. XVII. Agradecimientos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. XIX. Nomenclatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. XXI. Capı́tulo 1. Introducción . . 1.1 Motivación . . . . . . . 1.2 Objetivos . . . . . . . 1.3 Estructura de la Tesis. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . . .. 1 1 2 3. Capı́tulo 2. Conexiones en estructuras prefabricadas . . 2.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Consideraciones de diseño . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Mecanismos básicos de transferencia de fuerzas . . . . . 2.4 Clases de conexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Uniones de continuidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 Conexiones viga-pilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.1 Aspectos conceptuales . . . . . . . . . . . . . . 2.6.2 Acciones en conexiones viga-pilar interiores . . . 2.6.3 El elemento viga . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.4 Nudos de conexiones viga-pilar . . . . . . . . . 2.6.5 Consideraciones de diseño . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5 5 6 7 9 11 13 14 20 22 25 28. concrete, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31 31 32 32 33. Capı́tulo 3. Hormigones reforzados con fibras (Fiber reinforced FRC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Materiales cementosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Hormigones reforzados con fibras . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Clasificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i.

(10) 3.2.3. 3.3. Propiedades mecánicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3.1 Resistencia a tracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3.1.1 El proceso del Pull-out . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3.1.2 Materiales compuestos de fibras cortas distribuidas aleatoriamente . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3.1.3 Energı́a de Fractura . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3.1.4 Strain Hardening . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3.2 Resistencia a la Compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3.2.1 Modelo micromecánico . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3.3 Resistencia a la flexo-tracción . . . . . . . . . . . . . . . . Hormigones reforzados con fibras de ultra alta resistencia (High Performance Fibre Reinforced Cement Composites, HPFRCC) . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Componentes de los HPFRCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 Propiedades mecánicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2.1 Resistencia a compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2.2 Resistencia a tracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2.3 Resistencia a flexo-tracción . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 HPFRCC - Recuento de propiedades . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.4 Normativa y recomendaciones de diseño . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.5 HPFRCC en estructuras prefabricadas . . . . . . . . . . . . . . . .. Capı́tulo 4. Adherencia hormigón-acero. Mécanismos 4.1 Mecánica de la adherencia. . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Fallos de adherencia . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Parámetros que influyen en la adherencia. . . . . . 4.4 Aproximación al estudio de la adherencia . . . . . . 4.4.1 Ley de adherencia hormigón-acero. . . . . . 4.4.2 Adherencia bajo carga cı́clica. . . . . . . . . 4.4.3 El mecanismo del splitting . . . . . . . . . . 4.4.4 Solape de armaduras . . . . . . . . . . . . .. de . . . . . . . . . . . . . . . .. anclaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Capı́tulo 5. Modelos para el análisis de solapes . . . . . . . 5.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Hormigón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Ultra High Performance Fiber Reinforced Cement UHPFRCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.3 Acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Leyes de adherencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Análisis de secciones de hormigón . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Adherencia y anclaje de refuerzo longitudinal . . . . . . . 5.6 Solape de barras de refuero . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6.1 Validación modelo numérico . . . . . . . . . . . . . 5.7 Modelos de elementos finitos . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7.1 Planteamiento de los modelos . . . . . . . . . . . . 5.7.2 Anclaje de barras en UHPFRCC . . . . . . . . . . ii. y . . . . . . . .. solape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35 35 36 40 42 42 44 44 47 48 49 50 50 51 53 57 58 60 73 73 76 76 78 78 84 85 89 91 91 92 92 93 95 95 96 96 99 108 111 111 114.

(11) 5.7.3. Solape de armaduras en UHPFRCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125. Capı́tulo 6. Propuesta para la conexión de elementos prefabricados 6.1 Motivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Propuesta para la conexión de elementos prefabricados . . . . . . . 6.2.1 Conexión de elementos sometidos a flexión . . . . . . . . . . 6.2.2 Conexión viga-pilar interior en estructuras prefabricadas . . 6.2.2.1 Desarrollo de alternativas . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2.2 Valoración de la propuesta . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. 135 135 135 135 137 137 144. Capı́tulo 7. Proceso Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Ensayos de vigas a flexión en cuatro puntos . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Descripción general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1.1 Descripción de los elementos ensayados . . . . . . . . . . . 7.2.1.2 Configuración de los ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1.3 Proceso de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1.4 Instrumentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2 Resultados experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3 Análisis de los resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3.1 Valoración comparativa del uso de HPFRCC en solapes . . 7.2.3.2 Valoración mediante los modelos numéricos . . . . . . . . 7.2.4 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Ensayos de conexiones viga pilar prefabricadas . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1 Descripción general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1.1 Descripción de los elementos ensayados . . . . . . . . . . . 7.3.1.2 Configuración de los ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1.3 Proceso de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1.4 Instrumentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2 Resultados experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2.1 Comportamiento general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2.2 Elemento CVP-1A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2.3 Elemento CVP-2A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2.4 Elemento CVP-1B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2.5 Elemento CVP-2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.3 Análisis de los resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.4 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 147 147 147 147 148 152 154 156 158 170 171 175 177 179 179 179 188 189 190 194 194 195 201 205 210 213 221. Capı́tulo 8. Conclusiones . . 8.1 Introducción . . . . . . . 8.2 Conclusiones . . . . . . . 8.3 Lı́neas de trabajo futuro. 223 223 223 227. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . . .. . . . .. . . . . . . .. . . . .. . . . . . . .. Referencias bibliográficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Anejo A. Cálculo de las deformaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 A.1 Deformación en el nudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 iii.

(12) A.2 Deformación en la cabeza de las vigas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 A.3 Interfase viga-pilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248. iv.

(13) Lista de tablas Tabla Tabla Tabla Tabla. 3.1 3.2 3.3 3.4. Tabla 3.5 Tabla 3.6 Tabla 4.1 Tabla 4.2 Tabla 4.3 Tabla 5.1 Tabla 5.2 Tabla 5.3. Propiedades de materiales de matriz con base cemento . . . . . . . Propuestas para el factor αf en la expresión de la tensión máxima σB∗ Resultados experimentales probetas de CRC a flexión . . . . . . . . Comportamiento a flexión RCPM con tratamiento de curado a 90o C durante 48 horas.(Vf = 2 %) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propiedades mecánicas de FRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aplicaciones estructurales de HPFRCC en términos de sus propiedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34 42 55 55 57 58. Parámetros de la ley de adherencia propuestos por el Código Modelo 1990 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Parámetros de la ley de adherencia propuestos por el FIB Bulletin No 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Parámetros de la ley de adherencia en [Harajli y Mabsout(2002)] . 81 Ensayos a flexión de solapes. Resultados experimentales de referencia para validación del modelo numérico . . . . . . . . . . . . . . . 108 Valores de los parámetros de entrada para ley a tracción UHPFRCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Resultados ensayos tirantes MST100 y MST140 . . . . . . . . . . . 121. Tabla 7.1 Tabla 7.2. Descripción elementos para ensayos a flexión en cuatro puntos . . Recubrimiento, longitud de solape y longitud libre para ensayos a flexión en cuatro puntos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 7.3 Propiedades del hormigón y el HPFRCC . . . . . . . . . . . . . . Tabla 7.4 Capacidad nominal y estimada para los elementos VT-1 y VT-2 . Tabla 7.5 Valores experimentales ensayos a flexión elementos VT-1 y VT-2 . Tabla 7.6 Ensayos a flexión de solapes. Resultados experimentales de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 7.7 Longitudes de solape mı́nimas requeridas según diferentes instrucciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 7.8 Denominación elementos viga-pilar ensayados . . . . . . . . . . . Tabla 7.9 Propiedades del hormigón y el HPFRCC . . . . . . . . . . . . . . Tabla 7.10 Capacidad nominal y estimada elementos CVP . . . . . . . . . . Tabla 7.11 Capacidad resistente elementos CVP-1A, CVP-2A, CVP-1B y CVP-2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. v. . 148 . . . .. 150 151 152 163. . 172 . . . .. 175 185 187 187. . 214.

(14) vi.

(15) Lista de figuras Figura Figura Figura Figura Figura. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5. Figura 2.6 Figura Figura Figura Figura. 2.7 2.8 2.9 2.10. Figura Figura Figura Figura Figura Figura. 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16. Figura Figura Figura Figura Figura Figura. 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22. Figura 2.23 Figura 2.24 Figura 3.1 Figura 3.2 Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Figura 3.6. Sistemas prefabricados, transmisión de fuerzas de compresión . . . . Sistemas prefabricados, transmisión de fuerzas de tracción . . . . . Sistemas prefabricados, transmisión de fuerzas cortantes . . . . . . Conexiones entre elementos prefabricados. Apoyos . . . . . . . . . . Conexiones entre elementos prefabricados con capacidad a momento flector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conexiones entre elementos prefabricados con capacidad a momento torsor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conexiones entre elementos prefabricados. Soportes . . . . . . . . . Esquemas de unión pilar-cimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Detalle de unión con solape de lazos para tableros y forjados . . . . Regiones de comportamiento inelástico. a.) Pilas y pilares, b.) Vigas simplemente apoyadas, c.) Conexiones viga-pilar . . . . . . . . . . . Dispositivos para solape de armaduras . . . . . . . . . . . . . . . . Conexión viga-pilar interior bajo acción de carga lateral . . . . . . . Analogı́a de la celosı́a. Refuerzo transversal rótula plástica . . . . . Confinamiento del hormigon en sección circular . . . . . . . . . . . Confinamiento del hormigón en sección rectangular . . . . . . . . . Regiones inelásticas en elementos fabricados in situ y elementos prefabricados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Esquema de conexión viga-pilar hı́brida . . . . . . . . . . . . . . . . Esquema de viga en un pórtico bajo la acción de carga lateral . . . Fuerzas actuantes en pilar de conexión viga-pilar interior . . . . . . Distribución de la curvatura a lo largo de elemento viga empotrado Configuración inicial y deformada de un pórtico bajo carga lateral . Mecanismos de comportamiento en el nudo de la conexión viga-pilar interior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fuerzas actuantes en el nudo de una conexión viga-pilar interior . . Esquema de comportamiento de pórticos bajo carga lateral . . . . . Comportamiento cuasi-estático del hormigón Clasificación funcional de los FRC . . . . . . Comportamiento tensión-deformación para cemento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pull-out fibra embebida. Modelo Shear Lag Modelo Shear Lag para análisis simplificado Pull-out de fibra bajo tensión uniforme . . . vii. a tracción . . . . . . . . materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . de . . . . . . . .. . . . . . . base . . . . . . . . . . . .. 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 15 16 17 17 19 19 20 22 23 24 26 26 28. . 32 . 34 . . . .. 35 37 38 39.

(16) Figura 3.7 Figura 3.8 Figura 3.9 Figura 3.10 Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura. 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17. Figura 3.18 Figura 3.19 Figura 3.20 Figura 3.21 Figura 3.22 Figura Figura Figura Figura. 3.23 3.24 3.25 3.26. Figura 3.27 Figura Figura Figura Figura. 3.28 3.29 3.30 3.31. Figura 3.32 Figura 3.33 Figura 3.34. Figura 3.35 Figura Figura Figura Figura. 3.36 3.37 3.38 3.39. Esquema de relación carga-desplazamiento para diversas longitudes embebidas de fibra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Funciones de densidad de probabilidad para la distancia z y el ángulo de orientacion θ de una fibra arbitraria . . . . . . . . . . . . Relación σB − w para compuestos reforzados con fibras . . . . . . . Comportamiento a compresión simple para FRC con diferentes volúmenes de fibras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . “Wing cracks” inducidas por las microfisuras . . . . . . . . . . . . . Curva de resistencia R para FRC y aproximación bilineal . . . . . . Componentes de mezclas de algunos FRC . . . . . . . . . . . . . . Comportamiento a compresión del material Compresit . . . . . . . Dominios del comportamiento a tracción de los UHPFRCC . . . . . Comportamiento tracción σ-w. Material Compresit . . . . . . . . . Comportamiento a tracción del CEMTEC en probetas con entalladura, contenido de fibra 6 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comportamiento a tracción del CEMTEC en probetas dogbone, curva tensión-deformación. Contenido de fibra 9 % . . . . . . . . . . Comportamiento a tracción de MMFRC . . . . . . . . . . . . . . . Comportamiento a flexión RCPM con tratamiento de curado a 90o C durante 48 horas, Vf = 2 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comportamiento a flexión ECC con fibras PVA, Vf = 2 % . . . . . Distribuciones de deformación y tensión en una viga de ECC sometida a flexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Idealización de las leyes constitutivas para el ECC . . . . . . . . . . Esquema unión elementos de forjado con HPFRCC . . . . . . . . . Unión de vigas mediante solape con UHPFRCC . . . . . . . . . . . Propuestas de soluciones de conexión viga-pilar en estructuras prefabricadas, Brooke e Ingham . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Esquema propuesta de unión con continuidad para vigas simplemente apoyadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Esquema de ensayos en link slabs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Esquema de puente con tablero de paneles prefabricados . . . . . . Conexiones por adherencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conexión de pilas y capiteles mediante aberturas rellenas con mortero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipologı́as de fallo en elementos anclados . . . . . . . . . . . . . . . Discos prefabricados de HPFRCC para la conformación de anclajes Zonas de anclaje de postensado. Esquema general, patrón de fisuración del elemento y distribución de tensiones principales mediante modelo de elementos finitos . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de pilas de elementos prefabricados unidos mediante postensado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Detalle de armado de vigas de acople . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de refuerzo y reparación usando HPFRCC . . . . . . . . . Estación de tren ligero Shawnessy en Calgary, Canada . . . . . . . Pasarela peatonal Sakata-Mirai, Japón. Luz 50 m . . . . . . . . . . viii. 39 40 43 44 45 46 50 51 52 53 53 54 54 55 56 56 57 61 61 62 63 64 64 65 66 66 66. 67 68 68 69 70 70.

(17) Figura 3.40 Pasarela Seonyu en Seúl, Korea. Luz 120 m. . . . . . . . . . . . . . 70 Figura 3.41 Tramos de escalera, Hi-Con . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Figura Figura Figura Figura Figura Figura. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6. Figura 4.7 Figura 4.8 Figura 4.9 Figura 4.10 Figura 4.11 Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura. 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10. Figura 5.11 Figura 5.12 Figura 5.13 Figura 5.14 Figura 5.15. Relación entre la tensión de adherencia y el deslizamiento . . . . . . Fuerzas actuantes en la barra y el hormigón de un elemento anclado Mecánica de la interacción acero-hormigón . . . . . . . . . . . . . . Modos de fallo local por adherencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . Relación tensión de adherencia-deslizamiento, Código Modelo 1990 Relación tensión de adherencia-deslizamiento. I Barra en rango elástico, II barra en rango plástico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Relación tensión de adherencia-deslizamiento Harajli et al. . . . . . Compatibilidad de deformaciones entre el ECC y el refuerzo de acero en contraste con la fractura en el hormigón convencional . . . . . . Ensayos de adherencia para el material SIFCON . . . . . . . . . . . Esquema ensayos de pull-out. Proyecto MINISTRUCT . . . . . . . Tensión de adherencia en el refuerzo embebido en matriz Compresit reforzada con fibras. Proyecto MINISTRUC . . . . . . . . . . . . . Clasificación de la solicitación de fatiga . . . . . . . . . . . . . . . . Comportamiento τb -s bajo cargas cı́clicas . . . . . . . . . . . . . . . Modelos de anillos de tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comparación de modelos de predicción de la adherencia . . . . . . Análisis de modelos de adherencia para HPFRCC . . . . . . . . . . Mecanismo de adherencia y fallo por splliting . . . . . . . . . . . . Tensión de adherencia para elementos con longitudes de anclaje corta Splitting en solapes de barras de refuerzo. Influencia de la separación de la armadura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 74 75 75 76 79 80 81 82 83 83 84 84 85 86 87 87 88 88 89. Esquema de niveles de estudio. Modelos de análisis . . . . . . . . . 91 Ley constitutiva hormigón convencional. . . . . . . . . . . . . . . . 93 Ley constitutiva UHPFRCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Comportamiento post-fisuración para tipologı́a UHPFRCC, Vf = 6 % 94 Ley constitutiva acero de refuerzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Esquema del modelo para el estudio de secciones de hormigón . . . 96 Modelo de adherencia axilsimétrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Esquema de viga fisurada a flexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Esquema modelo asimétrico en elementos a flexión . . . . . . . . . . 98 Esfuerzos y deformaciones en la barra y el hormigón a largo del refuerzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Esquema del modelo asimétrico para solapes de armadura . . . . . 99 Distribución de deslizamientos, tensiones de adherencia y deformaciones en un solape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Distribución de tensiones y deslizamientos para un elemento anclado 101 Diferenciación regiones de solape en el modelo propuesto . . . . . . 101 Distribución de deslizamientos, tensión de adherencia y deformaciones en solapes: a. Solapes cortos, b. Solapes con Ls,mı́n y c. Solapes largos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 ix.

(18) Figura 5.16 Distribución de deslizamientos, tensiones de adherencia deformaciones en las barras y el hormigón para solapes de armadura en diferentes regiones. a. Momento variable, b. Momento constante . . 106 Figura 5.17 Esquema planteamiento modelo numérico de adherencia en solapes de armadura en regiones de momento constante . . . . . . . . . . . 106 Figura 5.18 Diagrama de flujo para el análisis de solapes de armadura en regiones de momento constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Figura 5.19 Evaluación de solapes de armadura mediante el modelo propuesto . 109 Figura 5.20 Evaluación solape 25.1NNL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Figura 5.21 Modelo de adherencia. a. Esquema general, b. tensiones tangenciales 112 Figura 5.22 Comportamientos post-fisuración evaluados para el UHPFRCC . . . 113 Figura 5.23 Leyes τb − s evaluadas para adherencia acero-UHPFRCC . . . . . . 113 Figura 5.24 Tirante de UHPFRCC, MST50, MST70 y MST90. Programa experimental Brite/EuRam MINISTRUCT . . . . . . . . . . . . . . 114 Figura 5.25 Elemento MST70, MEF. Adherencia perfecta . . . . . . . . . . . . 114 Figura 5.26 Elemento MST70, MEF. Comparación diferentes curvas de ablandamiento. Adherencia: Adh34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Figura 5.27 Elemento MST70, MEF. Comparación diferentes leyes τ − s. Softening: Soft15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Figura 5.28 Elementos MST50, MST70 y MST90, registros experimentales. Carga-desplazamiento del pistón y carga-deslizamiento. Proyecto Brite/EuRam MINISTRUCT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Figura 5.29 Elementos MST50, MST70 y MST90, MEF. Carga y tensión en la barra anclada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Figura 5.30 Elementos MST50, MST70 y MST90, MEF. Distribución de tensiones de adherencia en las barras . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Figura 5.31 Elemento MST50, MEF. Tensiones en el acero y tensiones de adherencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Figura 5.32 Elemento MST70, MEF. Tensiones en el acero y tensiones de adherencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Figura 5.33 Elemento MST90, MEF. Tensiones en el acero y tensiones de adherencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Figura 5.34 Elemento MST90, MEF. Comparación anclajes en UHPFRCC y H-60 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Figura 5.35 Anclaje de barras en UHPFRCC, MST100 y MST140 . . . . . . . . 120 Figura 5.36 Elementos MST100 y MST140, MEF. Comportamiento anclaje con y sin barras transversales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Figura 5.37 Elemento MST100, MEF. Distribución de tensiones de adherencia en las barras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Figura 5.38 Elemento MST140, MEF. Distribución de tensiones de adherencia en las barras, con y sin barras transversales . . . . . . . . . . . . . 122 Figura 5.39 Elemento MST100, MEF. Tensiones en el acero, tensiones de adherencia y contornos de tensiones en el acero y el hormigón. . . . 123 Figura 5.40 Elemento MST140, MEF. Tensiones en el acero, tensiones de adherencia y contornos de tensiones en el acero y el hormigón. . . . 124 x.

(19) Figura 5.41 Elementos MST100 y MST140, MEF. Tensiones en las barras transversales, paso de carga c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5.42 Modelo solape de barras, Modelo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5.43 Modelo solape 1, MEF. Tensión en las barras del solape . . . . . . Figura 5.44 Modelo Solape 1, MEF. Tensiones en los elementos. Estado 1, plastificación de la armadura en el modelo S1-(UH) . . . . . . . . Figura 5.45 Modelo Solape 1, MEF. Tensiones de adherencia a lo largo de la barra solapada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5.46 Modelo solape de barras, Modelo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5.47 Modelo solape 2, MEF. Tensión en las barras del solape . . . . . . Figura 5.48 Modelo Solape 2, MEF. Tensiones de adherencia a lo largo de la barras solapadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5.49 Modelo Solape 2, MEF. Tensión en las barras y el hormigón . . . Figura 5.50 Esquema configuración solape en sección de momento constante . Figura 5.51 Modelo de solape. Modelo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5.52 Modelo solape 3, MEF. Tensión en las barras del solape . . . . . . Figura 5.53 Modelo Solape 3, MEF. Tensiones de adherencia a lo largo de la barras solapadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5.54 Modelo solape 3, MEF. Tensión de adherencia barras solape . . . Figura 5.55 Modelo Solape 3, MEF. Tensión en las barras y el hormigón . . . Figura 5.56 Modelo Solape 3, hormigón H-60. Comportamiento modelo de elementos finitos y modelo analı́tico . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5.57 Modelo Solape 3. Distribución tensiones de adherencia modelo de elementos finitos y modelo analı́tico . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura Figura Figura Figura. 6.1 6.2 6.3 6.4. Figura 6.5 Figura 6.6 Figura 6.7 Figura 6.8 Figura 6.9 Figura Figura Figura Figura Figura. 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5. Figura 7.6 Figura 7.7 Figura 7.8. Propuesta conexión mediante solapes . . . . . . . . . . . . . Conexion viga-pilar, Propuesta 1 . . . . . . . . . . . . . . . Conexion viga-pilar, Propuesta 2 . . . . . . . . . . . . . . . Conexión viga-pilar, Propuesta 3. Secciones transversales consideradas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conexión viga-pilar, Propuesta 3. Esquema elementos viga . Conexión viga-pilar, Propuesta 3. Esquema pilar . . . . . . . Conexión viga-pilar, Propuesta 3. Esquema viga con ductos verticales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conexión viga-pilar, Propuesta 3. Proceso constructivo . . . Continuidad del vertido in situ de HPFRCC. . . . . . . . . .. . 124 . 125 . 125 . 126 . 127 . 127 . 128 . . . . .. . 131 . 131 . 131 . 132 . 133. . . . . 136 . . . . 138 . . . . 139 . . . . 140 . . . . 141 . . . . 141 . . . . 142 . . . . 143 . . . . 145. Esquema general elementos tipo viga VT-1 y VT-2 . . . . . . . . . Variables consideradas en la sección transversal. Ensayos a flexión . Secuencia constructiva de los elementos ensayados a flexión . . . . . Aspecto general de sección de HPFRCC. Elemento VT-2 . . . . . . Esquema ensayo a flexión en cuatro puntos, elementos VT-1C y VT-1B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Montaje para el ensayo a flexión en cuatro puntos, elemento VT-1C Esquema ensayo a flexión en cuatro puntos, elemento VT-2 . . . . . Procedimiento de carga elementos VT-1 . . . . . . . . . . . . . . . xi. 128 129 129 130 130. 149 149 151 151 153 153 154 155.

(20) Figura 7.9 Procedimiento de carga elemento VT-2 . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.10 Puntos de medida con extensómetro mecánico. Elemento VT-1C, Cara 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.11 Medición de fisura en la interfase hormigón convencional/HPFRCC. Elemento VT-1C, Cara 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.12 Detalle localización de las galgas extensométricas. Elementos VT1 y VT2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.13 Registro de la flecha en el punto central. Elemento VT-2 . . . . . Figura 7.14 Elemento VT-1B paso de carga 82.5 kN . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.15 Estado al momento del fallo. Elementos VT-1A y VT-1B . . . . . Figura 7.16 Elemento VT-1C después del proceso de carga y descarga . . . . . Figura 7.17 Elemento VT-1C previo al fallo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.18 Elemento VT-2 previo al fallo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.19 Desprendimiento de cuña inferior por efecto de la curvatura, prying. Elemento VT-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.20 Curvas carga-flecha para los elementos VT-1 . . . . . . . . . . . . Figura 7.21 Curvas carga-flecha para los elementos VT-2 . . . . . . . . . . . . Figura 7.22 Registros de las galgas extensómetricas en las barras longitudinales, elementos VT-1 VT-2.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.23 Perfil deformaciones en el refuerzo longitudinal, elementos VT-1 y VT-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.24 Relación momento-deformaciones en las barras de refuerzo. Elementos VT-1 y VT-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.25 Deformaciones cuerda inferior elemento VT-1A . . . . . . . . . . Figura 7.26 Deformaciones cuerda inferior elemento VT-1B . . . . . . . . . . Figura 7.27 Deformaciones cuerda inferior elemento VT-1C . . . . . . . . . . Figura 7.28 Deformaciones cuerda inferior elemento VT-2 . . . . . . . . . . . Figura 7.29 Registro de la abertura de la fisura en la interfase hormigón convencional-HPFRCC, elementos VT-1A,VT-1B, VT-1C y VT-2 Figura 7.30 Abertura promedio fisura en la interfase en relación al porcentaje de carga nominal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.31 Mb,máx /Mb,u -Lslp /db . Solapes en elementos a flexión . . . . . . . . Figura 7.32 Evaluación solape elemento VT-1A (UH) . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.33 Evaluación solape elemento VT-1A (H60) . . . . . . . . . . . . . Figura 7.34 Evaluación solape elemento VT-2 (UH) . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.35 Evaluación solape elemento VT-2 (H-60) . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.36 Sección elemento viga de conexión con ductos en pilares . . . . . Figura 7.37 Sección elemento viga de conexión con ductos planos en pilares . . Figura 7.38 Sección elemento viga de conexión con ventana en pilares . . . . . Figura 7.39 Elementos vigas cajeados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.40 Sección transversal elementos viga . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.41 Elementos vigas. Aspecto general . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.42 Detalle sección transversal pilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.43 Aspecto general del pilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.44 Aspecto general de la conexión viga-pilar . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.45 Secuencia constructiva elementos viga-pilar . . . . . . . . . . . . . xii. . 155 . 156 . 157 . . . . . . .. 157 158 159 159 159 160 161. . 161 . 162 . 163 . 164 . 165 . . . . .. 166 167 167 168 168. . 169 . . . . . . . . . . . . . . . .. 170 174 175 176 177 177 181 181 181 182 182 184 184 185 186 186.

(21) Figura 7.46 Configuración de ensayo conexión viga-pilar . . . . . . . . . . . . Figura 7.47 Fuerzas y reacciones en la configuración del ensayo de la conexión viga-pilar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.48 Ciclos de carga ensayo conexión viga-pilar . . . . . . . . . . . . . Figura 7.49 Pseudo-células de carga. Puntales de soporte en vigas . . . . . . . Figura 7.50 Galgas extensométricas elementos CVP-1A, CVP-2A y CVP-2B . Figura 7.51 Galgas extensométricas elemento CVP-1B . . . . . . . . . . . . . Figura 7.52 Disposición de las galgas extensométricas en el nudo. Elemento CVP-1A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.53 Disposición de extensómetros en las cabezas de las vigas . . . . . Figura 7.54 Disposición marco de extensómetros en el nudo . . . . . . . . . . Figura 7.55 Ubicación de inclinómetros ensayo conexión viga-pilar . . . . . . . Figura 7.56 Región de solape, cordones traccionados. Elemento CVP-1A, deriva 3 % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.57 Desprendimientos en el pilar. Elemento CVP-1A, 3.7 % de deriva . Figura 7.58 Estado deformado del elemento CVP-1A, 3.7 % de deriva . . . . . Figura 7.59 Respuesta carga lateral-deriva. Elemento CVP-1A . . . . . . . . . Figura 7.60 Registro pseudo-células de carga. Elemento CVP-1A . . . . . . . Figura 7.61 Registro abertura de fisura en la interfase viga-pilar. Elemento CVP-1A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.62 Deformaciones barra de solape. Elemento CVP-1A . . . . . . . . Figura 7.63 Rotación en las cabezas de las vigas próximas al pilar. Elemento CVP-1A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.64 Distorsión angular en el nudo. Elemento CVP-1A . . . . . . . . . Figura 7.65 Deformación en el nudo. Registro galgas extensométricas en la cara del nudo. Elemento CVP-1A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.66 Estado nudo elemento CVP-2A, 4.6 % de deriva . . . . . . . . . . Figura 7.67 Respuesta carga lateral-deriva. Elemento CVP-2A . . . . . . . . . Figura 7.68 Registro pseudo-células de carga. Elemento CVP-2A . . . . . . . Figura 7.69 Registro abertura de fisura en la interfase viga-pilar. Elemento CVP-2A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.70 Deformaciones barra de solape. Elemento CVP-2A . . . . . . . . . Figura 7.71 Deformaciones barras en las vigas. Elemento CVP-2A . . . . . . . Figura 7.72 Rotación en las cabezas de las vigas próximas al pilar. Elemento CVP-2A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.73 Distorsión angular en el nudo y fisuración para deriva de 4.6 %. Elemento CVP-2A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.74 Fisura en las las caras del pilar. Elemento CVP-1B . . . . . . . . Figura 7.75 Regiones de solape, elemento CVP-1B. Deriva 3.2 % . . . . . . . . Figura 7.76 Respuesta carga lateral-deriva. Elemento CVP-1B . . . . . . . . . Figura 7.77 Registro pseudo-células de carga. Elemento CVP-1B . . . . . . . . Figura 7.78 Registro abertura de fisura en la interfase viga-pilar. Elemento CVP-1B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.79 Deformaciones barra de solape. Elemento CVP-1B . . . . . . . . . Figura 7.80 Rotación en las cabezas de las vigas próximas al pilar. Elemento CVP-1B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii. . 188 . . . . .. 189 190 191 191 192. . . . .. 192 193 193 194. . . . . .. 195 196 196 197 198. . 198 . 199 . 199 . 200 . . . .. 200 201 202 203. . 203 . 204 . 204 . 205 . . . . .. 205 206 206 207 208. . 208 . 209 . 209.

(22) Figura 7.81 Distorsión angular en el nudo y fisuración para deriva de 3.2 %. Elemento CVP-1B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.82 Regiones de solape, elemento CVP-2B. Deriva 2.9 % . . . . . . . . Figura 7.83 Respuesta carga lateral-deriva. Elemento CVP-2B . . . . . . . . . Figura 7.84 Registro pseudo-células de carga. Elemento CVP-2B . . . . . . . . Figura 7.85 Registro abertura de fisura en la interfase viga-pilar. Elemento CVP-2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.86 Deformaciones barra de solape. Elemento CVP-2B . . . . . . . . . Figura 7.87 Rotación en las cabezas de las vigas próximas al pilar. Elemento CVP-2B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.88 Diagramas momento-curvatura secciones elemento viga . . . . . . Figura 7.89 Distribución de la curvatura esperada a lo largo de las vigas de los elementos ensayados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.90 Contribución estimada de las fisuras en las interfases definidas por las caras del pilar a la deriva total . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.91 Registro continuo de la fisura en la interfase para los elementos CVP. Etapas 1 a 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.92 Comportamiento elemento PCB9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 7.93 Comportamiento elemento J1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura A.1 Fuerzas y reacciones en la configuración de ensayo . Figura A.2 Efectos de las tensiones tangenciales en el nudo . . Figura A.3 Deformación por tensiones tangenciales en el nudo instrumentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. xiv. . . y .. . . . .. 210 210 211 211. . 212 . 212 . 213 . 215 . 216 . 217 . 219 . 220 . 220. . . . . . . . . 245 . . . . . . . . 246 esquema de . . . . . . . . 246.

(23) Resumen La construcción prefabricada constituye una alternativa atractiva en el desarrollo de una gran variedad de proyectos, debido entre otros aspectos a las ventajas asociadas a la reducción de los plazos de ejecución, la mano de obra y las labores a realizar in situ, una relación de costes mas favorable, el menor impacto ambiental, el mayor control y la calidad final de los elementos. Sin embargo su uso extendido es limitado en ocasiones por la inadecuada valoración de algunas singularidades propias de los sistemas prefabricados, siendo las conexiones un factor crı́tico. El desempeño de las conexiones puede condicionar totalmente el comportamiento de la estructura, además de ser la parte del proceso constructivo que se realiza in situ y durante el cual se requiere dar solución a los inconvenientes usualmente presentes en el montaje de la estructura. Por otra parte, el desarrollo de nuevos materiales abre una ventana a la innovación en los elementos, los procesos y los sistemas constructivos. En particular el desarrollo de los hormigones con fibras de muy alta resistencia (High Performance Fibre Reinforced Cement Composites, HPFRCC) ha establecido una lı́nea de investigación de gran dinamismo, enfocada principalmente a identificar aplicaciones que permitan el máximo aprovechamiento de las sobresalientes propiedades del material y den respuestas a problemas comunes en la práctica, estableciendo un balance entre el costo y el desempeño de la solución. Se aborda en esta Tesis la incorporación de materiales del tipo HPFRCC para el desarrollo de uniones de continuidad entre elementos prefabricados, en particular se estudia su uso en la conformación de solapes de armadura rectos y de corta longitud. En primer lugar se plantea y evalúa experimentalmente el comportamiento de los solapes en elementos a flexión, siendo realizado el análisis de los resultados experimentales mediante una valoración comparativa con resultados reportados en la bibliografı́a y desarrollando una herramienta numérica de carácter iterativo que permite el estudio simplificado de solapes de armadura. Posteriormente, la conexión de continuidad propuesta es considerada para plantear y evaluar experimentalmente una solución de conexión viga-pilar interior para pórticos de elementos prefabricados. La configuración propuesta presenta caracterı́sticas que la diferencian de propuestas anteriores, ofrece solución a algunos inconvenientes comunes en el desarrollo de conexiones de este tipo y permite plantear un proceso constructivo simple, ágil e innovador. Se trata por tanto de una contribución al estudio y desarrollo de soluciones para la conexión de elementos prefrabricados, ofreciendo una alternativa concreta y viable para el caso particular de conexiones viga-pilar y definiendo futuras lı́neas de investigación para el estudio de soluciones de conexión en otras tipologı́as estructurales. xv.

(24) xvi.

(25) Abstract Precast construction is regarded as an appealing alternative to be considered in a wide range of construction projects. It is due among other factors to the advantages related to the reduction in construction schedules, work force and in situ labors, as well as a more favorable cost-benefit relation, lower environmental impacts and greater control and final quality of the elements. However, the use of precast construction is sometimes limited by an inappropriate assessment of several typical singularities of these construction systems. Being the connections a critical factor and one of the most important singularities, they can determine the general behavior of the structure. Besides, connections represent the construction process stage developed in situ during which common problems at the structure assemblage process have to be faced. The development of new materials is an opportunity to innovate in the design of elements and construction systems. In particular, the development of the High Performance Fiber Reinforced Cement Composites (HPFRCC) has defined a dynamic research line, which is mainly focused on identifying applications that take advantage of its outstanding properties and give alternatives to common practical problems. This Thesis studies the incorporation of the HPFRCC to develop continuity connections for precast structures. In particular, the use of these materials in reinforcement splices using short splice lengths is studied. A two stage experimental study was carried out. During the initial stage, four beam flexion tests were performed to experimentally assess the behavior of short splices in simple flexural elements. The experimental results are compared with results from similar tests reported in the literature and an iterative routine is developed to study reinforcement splices. In the second stage, a new interior beam-column connection for moment resisting frames was proposed and tested. The proposed configuration has characteristics which make it different from former proposals, gives alternative solutions to some common drawbacks in this kind of connections and defines an efficient, safe and innovative construction process. Therefore, this Thesis is a contribution to the study and development of solutions for connecting precast elements. A viable alternative to be used in the particular case of beam-column connections is proposed. Furthermore, several future research lines to study connection solutions in other structural typologies are defined.. xvii.

(26) xviii.

(27) Agradecimientos “La gratitud es la memoria del corazón” Jean Baptiste Massieu El trabajo de investigación plasmado en esta Tesis, si bien es presentado a titulo personal, es el fruto del esfuerzo conjunto de una gran cantidad de personas e instituciones. Las palabras pueden quedarse cortas, pero espero poder expresar mi inmensa gratitud a las excepcionales personas que he conocido en el transcurso de este proceso y compartir la satisfacción del objetivo alcanzado. En primer lugar quiero agradecer a los Profesores Luis Albajar Molera y Francisco Morán Cabré, directores de la Tesis. Su orientación, dedicación y apoyo constante han sido fundamentales para alcanzar el objetivo propuesto. Me considero afortunado de haberme iniciado en el mundo de la investigación guiado por su excelencia profesional y su calidad humana, su ejemplo es la mejor de las enseñanzas. Agradezco a todo el personal del Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, donde se desarrolló la mayor parte de la investigación. La excelencia del centro reside no solo en la calidad profesional sino en la calidez de las personas que hacen de la tarea de investigar una pasión. Una inmensa gratitud a todos mis compañeros del Departamento de Estructuras y Materiales Compuestos y al personal de la nave de ensayos, por compartir sus conocimientos y hacer del dı́a a dı́a una experiencia enriquecedora. A Carlos, Albert, Miguel, Ramón, Ana, Lina, Angel, compañeros en la aventura del doctorado, por la confianza depositada y los buenos y malos momentos compartidos. De igual forma quiero agradecer a las personas e instituciones vinculadas activamente en el desarrollo de esta investigación. Mi gratitud a la empresa de prefabricados PRAINSA, que suministró los elementos para los ensayos. A Joaquı́n Portabella, Santiago Villalba, Jose Ignacio del Rı́o y todo el resto del personal, por su compromiso e implicación en la discusión y desarrollo de las propuestas. Asimismo, agradezco a Bendt Aarup de la empresa danesa Hi-CON, que suministró el HPFRCC, por su amabilidad, disposición y orientación. Agradezco igualmente a todo el personal docente y administrativo del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teorı́a de Estructuras, en el cual se ha desarrollado esta Tesis Doctoral. Al profesor Carlos Zanuy por su colaboración y orientación. El desarrollo de esta investigación no hubiera sido posible sin el soporte económico recibido. Quiero agradecer a ACHE y el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo xix.

(28) Torroja por la beca Ingeniero Florencio del Pozo de la cual he disfrutado. Asimismo, el respaldo mediante la participación en el proyecto Investigación de los procesos patológicos en edificación ejecutado en Instituto de Ciencias de la Construcción bajo la dirección del Profesor José Pedro Gutiérrez y, durante el último periodo, la participación con el Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teorı́a de Estructuras en el proyecto Viaductos Inteligentes -VIADINTEL-. Igualmente, agradezco la vinculación, el interés y el apoyo económico recibido por parte de ANDECE. Agradezco especialmente a todos mis amigos por su compañia en los buenos y malos momentos. A los de siempre, de los que aprendı́ que la amistad no envejece y la distancia sólo es una circunstancia. A los buenos amigos conocidos a lo largo de estos años, los que están cerca y los que están lejos, que me enseñaron que la amistad puede llenar todos los vacı́os. Esta aventura no hubiera sido lo mismo sin Ivonne, Sandra, Stibel, Ramiro, Miguel, Willy, Diana S., Diana A, Sara, Ivan, Ximena, Angy, Niddy, Lina, Caro, Karen y todos los demás. A Mónica por su paciencia, comprensión y complicidad, esperando sea el comienzo de un camino juntos. Por último, quiero agradecer a mi padre, mi madre, mis hermanos, mi sobrino y toda mi familia, lo primero en mi mente y mi corazón. Su apoyo incondicional y su afecto, a pesar de la distancia, son mi mayor tesoro.. xx.

(29) Nomenclatura αf. Factor de proporcionalidad para la tensión máxima transferida por las fibras. ā. Longitud normalizada de la fisura. δ. Desplazamiento en el extremo de la fibra. ∆σsi. Diferencial de tensión la barra de refuerzo i. ∆σc(i,j). Diferencial de tensión en el hormigón entre los nodos i y j. ∆σc. Diferencial de tensión en el hormigón. ∆σs,k(i,j). Diferencial de tensión en la armadura k entre los nodos i y j. δ0. Desplazamiento en el extremo de la fibra correspondiente al debonding a lo largo de toda longitud de la fibra. ∆b,i. Deriva en el extremo de la viga debida al mecanismo i. ∆c. Deriva entre plantas. η1. Factor de eficiencia de la longitud de las fibras. ηθ. Factor de eficiencia de la orientación de las fibras. γj. Factor de confinamiento de los nudos. γSR. Factor de sobrerresitencia para el diseño de los pilares. λ0. Factor de sobrerresistencia del acero. µ. coeficiente de fricción entre las caras de la fisura. ν. Módulo de Poisson del material compuesto. φ. Curvatura de la sección. φt. Índice de refuerzo transversal. φy. Curvatura de plastificación de la sección. ψ. Relación entre tensión máxima y tensión promedio. σB. Tensión transmitida por las fibras en la zona de fisura xxi.

(30) σB∗. Tensión máxima transferida por las fibras en la zona de fisura. σr. Tensión radial debida a la adherencia. σs. Perı́metro de la barra de refuerzo. σs. Tensión en la barra de refuerzo. σc,f cr. Tensión crı́tica para la primera fisuración del hormigón a tracción. σct,1. Tensión en la primera fisuracı́on del hormigón a tracción. σct,2. Tensión post-fisuración del hormigón a tracción. σct. Tensión de tracción en el hormigón. σc. Tensión de compresión en el hormigón. τ. Tensión de adherencia en la interfase de la fibra. τ∗. Tensión de adherencia limite en la interfase de la fibra. τB. Tensión tangencial en la fisura. τb. Tensión de adherencia. τb,máx. Tensión de adherencia máxima. τb,f. Tensión de adherencia friccional. τb,k(i,j). Diferencial de tensión de adherencia en la armadura k entre los nodos i y j. τb,p. Tensión de adherencia media. τbi. Tensión de adherencia en la barra i. τchm. Tensión tangencial en el plano de fisura. τcr. Tensión de adherencia crı́tica en la interfase de la fibra. θ. Ángulo de inclinación de las fibras. θb. Rotación media de la sección de la viga. θbond. Ángulo de adherencia. εc,i. Deformación en el núcleo de hormigón. εct. Deformación a tracción del hormigón. εs,i. Deformación en la barra de refuerzo. εs,k(i). Deformación media en la armadura k en el nodo i. a. Longitud con pérdida de adherencia en la fibra xxii.

(31) a0. Tamaño inicial de la fisura modificado. Af. Área de la sección de la fibra. Aj. Area efectiva del nudo. AR. Área de la proyección transversal de la sección de las corrugas. As. Área del refuerzo longitudinal a tracción. Acb. Área neta de hormigón. b. Ancho de la sección rectangular. bb. Ancho de la sección de la viga. bc. Ancho de la sección de la columna. bj. Ancho efectivo del nudo. c. Recubrimiento del refuerzo. cs. Recubrimiento de la armadura en la cara lateral. cmı́n. Recubrimiento mı́nimo de la armadura longitudinal. Cb,i. Componente a compresión en la cara i del nudo. d. Altura efectiva de la sección. D0. Densidad de defectos inicial. dc. Recubrimiento mecánico. df. Diámetro de la fibra. dG. Distancia desde el plano de fisura hasta el centro de gravedad. ds. Distancia del centro de la armadura al plano de fisura. db. Diámetro de la armadura. Ef. Modulo elástico de la fibra. Ec. Módulo de elasticidad del hormigón. Emc. Módulo de elasticidad del material compuesto. Es. Módulo de elasticidad del acero. F. Carga axial en la fibra. fc. Resistencia a compresión del hormigón. fR. Índice de adherencia o área relativa de la corruga xxiii.

(32) fc,UH. Resistencia a compresión del HPFRCC. fcf,UH. Resistencia a flexotracción del HPFRCC. fct. Resistencia a tracción del hormigón. fl. Presión de confinamiento. fs,est. Tensión estimada en la armadura. fs,exp. Tensión registrada experimentalmente en la armadura. fy,t. Lı́mite elástico de la armadura transversal. fy. Lı́mite elástico de la armadura longitudinal. G. Cargas permanentes. g. Coeficiente de snnubing. Gc. Módulo de corte del material compuesto. Gf. Energı́a de fractura debida al arrancamiento o pull-out. Gf,cm. Energı́a de fractura del material compuesto. Hc. Altura del pilar entre pisos. hc. Canto de la sección rectangular del pilar. hj. Profundidad efectiva del nudo. hr. Altura de la corruga de la armadura de refuerzo. hf is. Profundidad media de la fisura. Jtip. Integral J en el frente de fisura. k. Rigidez de la matriz en el modelo shear lag. kD. Índice de daño inducido por las fibras. Km. Tenacidad de fractura del material sin adición de fibras. KIC. Tenacidad del material compuesto. L. Longitud anclada de la fibra. l. Longitud del flanco de fisura. l∗. Valor del longitud del flanco de fisura que define la expresión bilineal. l0. Longitud normalizada del flanco de fisura. Lb. Luz centro a centro entre pilares xxiv.

(33) lb. Luz libre del vano. LR. Longitud de referencia. Lbase. Longitud base de medida del extensómetro. Lcp. Longitud de la rótula plástica. Lcr. Longitud crı́tica de la fibra. Lpy. Longitud de penetración de la plastificación. Ls,mı́n. Longitud de solape mı́nima. Lsolape. Longitud de solape de la armadura longitudinal. Ls. Longitud de cortante. m. Número de barras de refuerzo longitudinal. mj. Factor de ajuste para el ancho efectivo del nudo. My. Momento de plastificación de la sección. Mb,est. Momento máximo estimado en la viga. Mb,i. Momento actuante en las vigas. Mb,n. Momento máximo nominal en la viga. Ndiv,d. Número de elementos en dirección radial. Ndiv,L. Número de elementos en dirección longitudinal. Ntotal. Número total de fibras cruzando la superficie de fractura. p(θ). Distribución de probabilidad para la orientación de las fibras. p(z). Distribución de probabilidad para la ubicación de las fibras. Pmáx,est. Carga máxima estimado aplicada. Pmáx,n. Carga máxima nominal aplicada. Q. Cargas no permanentes. s. Espaciamiento del refuerzo transversal. sf. Deslizamiento del extremo de la fibra. sr. Espaciamiento entre corrugas. sk(i+1). Deslizamiento en la armadura k entre los nodos i y j. sspl. Distancia media entre solapes xxv.

(34) Tb,i. Componente a tracción en la cara i del nudo. u. Desplazamiento axial de la fibra. Vc. Demanda a cortante en el pilar. Vb,i. Fuerza cortante en las viga i. Vb,u. Demanda a cortante última en las vigas. vb,u. Tensión tangencial última en las vigas. Vc,est. Cortante máximo estimado en el pilar. Vc,n. Cortante máximo nominal en el pilar. Vf,cr. Contendido volumétrico de fibras crı́tico. Vf. Contendido volumétrico de fibras. vjh,est. Tensión tangencial máxima estimada en el nudo. vjh,n. Tensión tangencial máxima nominal en el nudo. Vjh. Fuerza cortante en el nudo. vjh. Tensión tangencial horizontal en el nudo. w. Abertura de la fisura. w0∗. Abertura de la fisura para la que se presenta el debonding a lo largo de toda la longitud embebida de la fibra. Wf. Energı́a friccional. Ws. Energı́a de deformación. z. Brazo mecánico del momento interno en la sección. xxvi.

(35) Capı́tulo 1. Introducción 1.1.. Motivación. La creciente preocupación por abordar la demanda de infraestructura mediante soluciones rápidas, eficientes, seguras y ambientalmente menos agresivas ha llevado a la revaluación general de los procesos, sistemas y materiales utilizados con el objeto de establecer un uso óptimo de los recursos. En este contexto, la prefabricación constituye una lı́nea de trabajo especialmente activa, dadas las considerables ventajas que presenta en relación a otros procesos constructivos. El mayor control y la calidad final de los elementos, la reducción de las labores desarrolladas en obra, los menores plazos de ejecución y por tanto relaciones de costes más favorables son solo algunas de las ventajas asociadas a la construcción con elementos prefabricados. Igualmente y ante la creciente preocupación por el efecto ambiental de las distintas actividades humanas, el uso más racional de los recursos en la prefabricación conlleva a la generación de una menor cantidad de residuos y un mejor manejo de su disposición, al tratarse de un procedimiento industrializado. Asimismo, el gasto energético asociado a la construcción mediante sistemas prefabricados es considerablemente inferior al estimado para otros sistemas constructivos, lo que visto desde la perspectiva actual del balance de emisiones y vertidos generados a lo largo de todo el proceso de fabricación y construcción de las estructuras representa una solución comprometida con los esfuerzos para la protección y preservación de las condiciones ambientales. También en esta dirección, son de notar las mejores condiciones laborales, de seguridad y salubridad que presentan los emplazamientos de construcción prefabricada. Sin embargo, siendo los sistemas prefabricados ampliamente usados en la edificación industrial, su uso extendido en otras áreas de la edificación se ve limitado por la inadecuada valoración de algunas singularidades en el proceso de concepción general de la estructura que conllevan a la disminución de la confianza en su uso. Bajo esta perspectiva se enmarca una primera lı́nea de trabajo definida en esta Tesis Doctoral, con el objeto de identificar y valorar algunas de las singularidades en la conexión de elementos prefabricados que permitan proponer alternativas para las conexiones de continuidad. Por otra parte, el desarrollo de nuevos materiales abre una ventana a la innovación en los elementos, los procesos y los sistemas constructivos. El estudio de los hormigones re1.

(36) Capı́tulo 1 forzados con fibras, (Fiber Reinforced Concrete, FRC), ha sido un área de investigación especialmente dinámica en el sector de la construcción, siendo ampliamente referida en la bibliografı́a especializada la moderada influencia de la adición de fibras en los mecanismos de resistencia a tracción y flexión principalmente. En particular, el auge del desarrollo de hormigones con fibras de muy altas prestaciones, High Performance Fibre Reinforced Cement Composites (HPFRCC), establece un campo de investigación que se enmarca en el máximo aprovechamiento de las propiedades del material, tanto mecánicas como arquitectónicas. Bajo esta perspectiva se enmarca otra lı́nea de trabajo definida en esta Tesis Doctoral, con el objeto de identificar y valorar aplicaciones especı́ficas donde el uso de los HPFRCC constituya efectivamente una ventaja en comparación con el uso otros tipos de materiales disponibles. Es por tanto, a partir del estudio de las singularidades de las conexiones entre elementos prefabricados y la incorporación de los HPFRCC dentro de la construcción de sistemas prefabricados, que se establece el objeto de esta Tesis Doctoral dentro del creciente interés en las uniones rı́gidas o semirı́gidas entre elementos prefabricados de hormigón para el desarrollo de sistemas constructivos en edificación eficaces, rápidos y seguros.. 1.2.. Objetivos. El objeto general de esta Tesis es definir y evaluar una aplicación concreta para el uso de HPFRCC en conexiones entre elementos prefabricados. Para ello se establecen los siguientes objetivos especı́ficos: Realizar una revisión del estado del arte enfocada por un lado en las singularidades de la prefabricación, particularmente en las soluciones para la conexión de elementos prefabricados, y por otro lado en el desarrollo y evolución de los hormigones con fibras, particularmente en los HPFRCC. Para ello se da continuidad al trabajo de revisión desarrollado en el marco del periodo de suficiencia investigadora, recopilado en la monografı́a “Estudio para el uso de high performance fibre reinforced cement composites (HPFRCC) en conexiones de estructuras prefabricadas” [Maya(2007)], y se continua actualizando y contextualizando las propuestas realizadas con los últimos desarrollos reportados en los sectores de influencia. Establecer las principales singularidades del mecanismo de la adherencia y su importancia en el desarrollo de conexiones de continuidad entre elementos prefabricados, realizando un especial énfasis en las conexiones mediante el solape de armaduras. Desarrollar herramientas de cálculo sencillas para el estudio de solapes de armadura, que a diferencia de los modelos usualmente reportados en la literatura consideren la asimetrı́a geométrica y de carga presente en los anclajes y solapes de armaduras de refuerzo longitudinal en elementos a flexión. Estudiar alternativas para la incorporación de HPFRCC en el desarrollo de soluciones de continuidad entre elementos prefabricados, planteando el desarrollo conceptual de soluciones concretas que incorporen los solapes de armadura como 2.

(37) Introducción mecanismo principal de conexión. En particular, se pretende abordar el tema de la conexión de elementos viga a flexión y las conexiones viga-pilar interiores en pórticos como alternativa al empleo de estructuras prefabricadas traslacionales. Definir un proceso experimental que permita evaluar las alternativas propuestas. Para ello se requiere establecer la metodologı́a y configuración de los ensayos, el dimensionamiemto de los diferentes elementos, la instrumentación y el registro de las medidas durante el proceso de experimentación. Analizar los resultados experimentales y contrastarlos con los modelos de estudio y los resultados experimentales reportados previamente en la literatura. En particular, valorar el comportamiento general de conexiones mediante el solape de armaduras de corta longitud en elementos a flexión en zonas de alta solicitación y el comportamiento de la conexión viga-pilar interior en pórticos de elementos prefabricados. Establecer las principales conclusiones alcanzadas en las diferentes etapas de la investigación, definiendo los avances logrados y lı́neas concretas de investigación abiertas para el futuro.. 1.3.. Estructura de la Tesis. La Tesis se encuentra dividida en ocho capı́tulos principales. En general el orden del documento responde aproximadamente al desarrollo de las tareas llevadas a cabo durante la investigación. El Capı́tulo 1 con carácter introductorio presenta los motivos considerados para emprender el desarrollo de esta Tesis, señala los principales objetivos y establece la estructura general del documento que se presenta. En el Capı́tulo 2 y Capı́tulo 3 se presentan los principales aportes del estudio del estado del arte realizado desde el comienzo de la formación doctoral y a lo largo de todo el proceso de investigación. El Capı́tulo 2 esta relacionado con las singularidades de la construcción prefabricada, centrando especial atención en las conexiones de continuidad y las conexiones viga-pilar en pórticos. Por su parte, el Capı́tulo 3 se refiere a los hormigones reforzados con fibras y en particular a los HPFRCC, partiendo de los principales aspectos de su desarrollo y evolución, pasando por un recuento de algunas de sus propiedades y presentando una breve descripción de algunos de los campos de uso. El Capı́tulo 4 aborda el estudio de la adherencia de las barras de refuerzo, señalando los principales mecanismos involucrados y las diferentes tipologı́as de fallo que pueden producirse. Posteriormente, se consideran las leyes de adherencia, definidas en función de tensiones de adherencia y desplazamientos, como herramienta para la consideración de la adherencia en modelos a diferentes escalas y en el desarrollo de criterios de diseño en códigos y recomendaciones constructivas, haciendo referencia al estudio de la adherencia en hormigones convencionales, hormigones con fibras y HPFRCC. Por último, se abordan 3.

(38) Capı́tulo 1 brevemente algunas consideraciones referidas al solape de armadura y al fallo por splitting. Se presenta en el Capı́tulo 5 el desarrollo de un modelo numérico de elaboración propia para el análisis de solapes de armadura bajo la consideración de asimetrı́a geométrica y de carga. Se describen las leyes constitutivas utilizadas, las simplificaciones adoptadas y el proceso iterativo planteado, realizando posteriormente una validación con resultados experimentales recuperados de la bibliografı́a. Asimismo, se presentan algunos modelos de elementos realizados para el estudio de elementos anclados y solapes con el objeto igualmente de validar la herramienta numérica planteada. En el Capı́tulo 6 se realiza el desarrollo conceptual de las conexiones de continuidad incorporando el uso de HPFRCC que se plantea estudiar. Una primera propuesta aborda la generalización en vigas y elementos a flexión de solapes de armadura de corta longitud, cuyo uso ha sido reportado con éxito en la conexión de tableros y prelosas. En una segunda parte se hace referencia a una propuesta propia e innovadora para el uso de HPFRCC en la conformación de una conexión viga-pilar en estructuras prefabricadas, señalando las ventajas y mejoras en relación a otras soluciones planteadas. La descripción del proceso experimental se presenta en el Capı́tulo 7. Se refiere la metodologı́a experimental y la configuración de los ensayos, la descripción de los elementos y la determinación de la instrumentación de medida. Posteriormente, se presentan los resultados experimentales, su análisis y las conclusiones especı́ficas del proceso de experimentación. En el Capı́tulo 8 se presentan las conclusiones alcanzadas en la Tesis y se señalan alguna futuras lı́neas de investigación. Por último, se presentan las referencias bibliográficas consultadas y anejos. A lo largo de todo el texto se hace referencia a la disponibilidad de documentos donde pueden consultarse de forma más detallada aspectos descritos brevemente en el cuerpo de la Tesis, al igual que se indican las fuentes donde puede ampliarse la información recopilada durante el proceso del estudio del arte.. 4.

(39) Capı́tulo 2. Conexiones en estructuras prefabricadas El presente capı́tulo tiene por objeto describir los conceptos generales de las conexiones entre elementos prefabricados. En una primera parte se presentan sus particularidades y los aspectos más relevantes para su estudio. Posteriormente, se abordan las uniones de continuidad y las conexiones en elementos solicitados a flexión, para a continuación centrar la atención en las conexiones viga-pilar.. 2.1.. Generalidades. Los sistemas prefabricados son habituales en la construcción de edificación industrial, sin embargo, su uso extendido se ve limitado por la inadecuada valoración de algunas singularidades en el proceso de concepción general de la estructura. La reducción de los plazos de ejecución, la disminución de las labores a realizar en obra, la relación de costes más favorables, el menor impacto ambiental, el mayor control y la calidad final de los elementos son algunas de las ventajas que hacen de la prefabricación una alternativa atractiva en relación a otros sistemas constructivos. Las conexiones constituyen uno de los factores principales para la concepción, diseño y el comportamiento de la estructura, siendo ellas además la parte del proceso constructivo que se realiza in situ y durante el cual se requiere dar solución a los inconvenientes usualmente presentes en el montaje. Las conexiones tienen por función principal garantizar la transferencia de cargas y la estabilidad de tal forma que se obtenga la interacción entre los diferentes elementos, interacción que puede tener entre otros propósitos [FIP (1994)]: Conectar los diferentes elementos de la estructura de soporte. Asegurar el comportamiento previsto para los diferentes subsistemas, como puede ser la acción de diafragma en losas, el comportamiento de muros de cortante, entre otros. Transferir las fuerzas desde el punto de aplicación hasta la estructura resistente principal. En general, pueden considerarse tres tipos estructurales en la construcción prefabricada; estructuras de nudos articulados, estructuras de nudos rı́gidos y estructuras con núcleos o pantallas intraslacionales. Sin embargo, no es una clasificación cerrada y la combinación 5.

(40) Capı́tulo 2 y adaptación de los diferentes tipos estructurales definidos permite en la realidad el desarrollo de una gran variedad de estructuras.. 2.2.. Consideraciones de diseño. Una gran cantidad de factores deben considerarse en el diseño de conexiones entre elementos prefabricados, su descripción puede enmarcarse en los criterios referidos al comportamiento estructural, el desempeño funcional, el proceso de producción y el proceso constructivo. Una descripción detallada puede consultarse en las referencias [Precast/Prestressed Concrete Institute(1999)], [Bruggeling y Huyghe(1991)] y [FIP (1994)] Una conexión debe estar diseñada para soportar y transferir las fuerzas a las cuales estará sometida durante su vida útil. Ello comprende las solicitaciones debidas a cargas muertas y cargas gravitatorias, las derivadas de acciones accidentales, vientos, empujes, acciones sı́smicas, las originadas por las restricciones de cambio de volumen y asentamientos, las solicitaciones derivadas de condiciones de estabilidad, entre otras. Se destacan dentro de los principales factores a considerar los siguientes: Capacidad resistente: requiere la consideración adecuada de las propiedades de los materiales, los factores de reducción y el carácter hiperestático de la estructura. Cambios de volumen y movimientos: abordados mediante dos enfoques; libertad de movimiento, por lo que no se generan tensiones adicionales pero se requiere establecer topes y limitaciones en los elementos, o restricción total o parcial de los movimientos, que induce la aparición de tensiones en función de las restricciones impuestas. Ductilidad: los dispositivos o materiales que componen los mecanismos de fallo que provean ductilidad deben estar adecuadamente incorporados a los elementos estructurales, de tal forma que pueda asegurarse el comportamiento previsto. Durabilidad: las distintas medidas adoptadas para asegurar la durabilidad de las conexiones deben ser claras y eficaces; recubrimientos de hormigón, pinturas, recubrimientos epóxicos, entre otros. Igualmente debe garantizarse la accesibilidad para las inspecciones y el mantenimiento. Resistencia al fuego: se requiere considerar el efecto del fuego sobre la capacidad resistente de la conexión y las medidas requeridas para su protección. Asimismo, asegurar la conservación de la funcionalidad en conexiones que hagan parte de sistemas que actúan como barreras de aislamiento térmico y del fuego. Estabilidad y equilibrio: las estructuras prefabricadas sueles ser estructuras evolutivas y por tanto se requiere un análisis y un planteamiento detallado del proceso constructivo. 6.

(41) Conexiones en estructuras prefabricadas En relación al desempeño funcional, deben considerarse en la concepción de las conexiones las necesidades y requerimientos impuestos por el cumplimiento de consideraciones funcionales en relación a impermeabilización, aislamiento térmico, aislamiento acústico, control de vibraciones y consideraciones estéticas. La definición clara del proceso de producción y el proceso constructivo resulta esencial en el diseño de las conexiones, procurando la simplicidad, para definir eficientemente la producción, el transporte y el montaje de la estructura. Algunos de los aspectos importantes a tener en cuenta son: Estandarizar los diferentes tipos de conexiones. Usar dispositivos estándar y con pocas variaciones de tamaño. Usar detalles fáciles de comprender y manejar, sin posibilidades de confusión. Eliminar la congestión de refuerzo o dispositivos requeridos. Eliminar la penetración y proyección de formas complejas. Minimizar los dispositivos embebidos. Considerar las dimensiones y limitaciones de los elementos estructurales. Considerar tolerancias y holguras. Eliminar el uso de dispositivos pesados. Considerar las restricciones para el transporte y el montaje. Proveer la accesibilidad requerida para las labores de montaje. Simplificar al máximo los procedimientos para estabilizar los elementos. Proveer la posibilidad de realizar ajustes en campo.. 2.3.. Mecanismos básicos de transferencia de fuerzas. El flujo de cargas a lo largo de la estructura debe quedar claramente establecido, ası́ como los mecanismos y dispositivos de conexión requeridos para ello. De las fuerzas a transmitir son las fuerzas de compresión las que presentan menores dificultades, siendo el contacto directo, el uso de morteros o materiales de relleno y el uso de dispositivos de apoyo como neoprenos los más utilizados, Figura 2.1. Es importante considerar las irregularidades en las superficies, las excentricidades en la aplicación de la carga, los efectos torsionales, y los movimientos admitidos en el diseño que puedan ocasionar daños en los elementos y su bordes. La limitación del hormigón para transferir tensiones que inducen tracción ha conducido al desarrollo de mecanismos de transferencia que requieren, en su mayorı́a, de elementos 7.

(42) Capı́tulo 2. Figura 2.1: Sistemas prefabricados, transmisión de fuerzas de compresión. o dispositivos conectores. En la gran variedad de soluciones pueden contarse el uso de conectores continuos a lo largo de la unión y anclados en los elementos en cada extremo; conectores anclados en cada extremo unidos en sitio mediante solape, acción de dovela, atornillados o soldados; o uniones mediante tendones postensados adherentes o no adherentes, la Figura 2.2 presenta algunos de ellos. La capacidad resistente se determina mediante la comprobación de la resistencia de los elementos que conforman el mecanismo de transferencia, generalmente de acero, y la capacidad del anclaje de los diferentes dispositivos en el hormigón derivada de las tensiones de adherencia.. Figura 2.2: Sistemas prefabricados, transmisión de fuerzas de tracción. Para la transferencia de fuerzas cortantes suelen activarse mecanismos relacionados con la adherencia, el rozamiento en la interfase de los elementos, el entrecruce mecánico y la acción de dovela, ası́ como incorporar barras transversales u otros dispositivos especiales. En general, el mecanismo de adherencia se presenta para niveles de tensión bajos y se desarrolla principalmente el mecanismo de corte-fricción que se ve favorecido por el aumento de la rugosidad de las superficies mediante acabados especiales, entallas o llaves de cortante, la existencia de fuerzas de compresión o la disposición de elementos transversales que activan el mecanismo de la acción dovela.. 8.