COMPORTAMIENTO A CORTANTE DE HORMIGONES …
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COMPORTAMIENTO A CORTANTE DE HORMIGONES REFORZADOS CON FIBRAS DE
POLIOLEFINA
Á. Picazo1, M.G. Alberti2, A. Enfedaque2, J.C. Gálvez2*, C. Álvarez2
1Departamento de Tecnología de la Edificación, E.T.S de Edificación, Universidad Politécnica de Madrid. Avda. Juan
de Herrera, 6, 28040, Madrid, España 2Departamento de Ingeniería Civil: Construcción, E.T.S de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Universidad
Politécnica de Madrid. C/ Profesor Aranguren, s/n, 28040, Madrid, España
*Persona de contacto: [email protected]
RESUMEN
El hormigón reforzado con fibras (HRF) ha sido incluido en las normas de diseño estructural y empleado en numerosos
elementos constructivos en los últimos cincuenta años, principalmente con fibras de acero. Los requisitos estructurales
están recogidos en las normas en función de los resultados de ensayos de resistencia residual a la tracción por flexión
realizados en probetas prismáticas entalladas. Las fibras de poliolefina han demostrado ser capaces de cumplir con
dichos requisitos, lo que permite aprovechar la contribución de las fibras en el diseño estructural con menores
dosificaciones en peso. Sin embargo, el diseño estructural implica también considerar sus contribuciones a cortante, no
habiendo en la literatura científica resultados disponibles utilizando hormigón reforzado con fibras de poliolefina
(HRFP). Este trabajo presenta los resultados experimentales de ensayos de cortante con HRFP. Los ensayos se
realizaron en probetas de doble entalla tipo “push-off” y se estudiaron los procesos de fisuración mediante vídeo-
extensometría. Se emplearon hormigones de resistencia moderada con dosificaciones de fibras de 6 y 7,5 kg/m3 para ser
consideradas estructurales. Dichas probetas se prepararon a partir de las mitades resultantes de ensayos de fractura en
flexión, lo que permitió correlacionar las contribuciones de las fibras en ambos tipos de ensayo y avanzar en el
conocimiento sobre el comportamiento en Modo II de fractura.
PALABRAS CLAVE: Hormigón reforzado con fibras, fibras de poliolefina, cortante, video-extensometría
ABSTRACT
Fibre reinforced concrete (FRC) is considered in several structural concrete codes. Hence, fibres can be considered as a
reinforcement of concrete if certain requirements are met. According to such considerations, significant structural
applications have been reported during the last fifty years, predominantly with examples using steel fibre reinforced
concrete (SFRC). New advances in plastic industry have allowed the production of polyolefin-based macro-fibres that
comply with such structural requirements based on the residual strengths obtained from three-point bending fracture
tests performed on notched specimens. Thus, polyolefin fibre reinforced concrete (PFRC) can be used as an alternative
to other steel reinforcements with lower dosages in terms of weight. Nevertheless, structural design not only deals with
pieces subjected to flexural and tensile stresses. Thereby, the reinforcement entails also shear stresses under which the
contributions of polyolefin fibres are still a matter of research. This paper presents an innovative experimental
campaign with results of fracture in Mode II of PFRC. The push-off tests were setup with double-notched specimens. In
addition, the use of digital image correlation devices permit studying the cracking processes of the specimens under
shear loading. For that aim, concrete with moderate strength and with fibre dosages of 6 and 7.5 kg/m³ was
manufactured. The prismatic specimens were initially tested under standard three-point bending tests and the remaining
halves were prepared for the push-off tests. This allowed to correlate both types of tests and advance in knowledge
dealing with PFRC under Mode II of fracture.
KEYWORDS: Fibre reinforced concrete, polyolefin fibres, shear, digital image correlation
1. INTRODUCCIÓN
El hormigón es uno de los materiales más empleados en
el desarrollo de las infraestructuras y la edificación. Su
importancia lleva aparejada la necesidad de conocer sus
propiedades físicas, químicas y mecánicas, por lo que es
un material ampliamente estudiado de manera
experimental. Conocida es su buena resistencia a la
compresión, pero tiene el inconveniente de que su
capacidad resistente a la tracción es reducida [1],
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además de ser un material de comportamiento frágil y
tener baja ductilidad [2]. Estas características permiten
emplear el hormigón en elementos constructivos
sometidos principalmente a compresión, en tanto que
para soportar las tracciones, ha sido necesaria la
combinación con otros materiales que soporten las
tracciones, siendo habitual el refuerzo con barras de
acero corrugado formando el conocido como Hormigón
Armado (HA) [3].
Además de la mayoritariamente empleada inclusión de
armaduras de acero, otras técnicas se han ido
introduciendo para conseguir mejorar la resistencia a
tracción del hormigón sin mermar, en ningún caso, su
resistencia a compresión. Una de estas técnicas es la
inclusión de fibras aleatoriamente dispuestas en su masa
[4]. Las fibras fueron originalmente residuos de acero y
los primeros estudios experimentales con el concepto
moderno de hormigón reforzado con fibras (HRF) datan
de 1963 [5, 6]. Tras más de cincuenta años de
investigación y práctica sobre el hormigón reforzado
con fibras de acero (HRFA) [7], otros tipos de fibra han
sido empleadas y estudiadas, entre ellas macro-fibras de
poliolefina estructurales [8-11].
Las normativas actuales [12, 13] consideran al HRF
como un material con posibilidades estructurales y
como tal se pueden tener en consideración en el cálculo
la contribución de las fibras para los diferentes estados
límite, si se cumplen determinados requisitos.
Los requisitos de las normas para considerar la
contribución de las fibras en el cálculo estructural están
referidos en función de los resultados de ensayos de
resistencia residual a la tracción por flexión [14] sobre
probetas prismáticas con entalla. Estos ensayos han sido
estudiados de manera experimental tanto en elementos
reforzados con fibras de acero como de poliolefina [15-
17].
Para el uso de un material con carácter estructural se
debe estudiar su capacidad resistente frente a los
diversos esfuerzos a los que va a estar sometido. Por
ello, fue necesario realizar un estudio donde se
profundizó en el comportamiento del hormigón
reforzado con fibras de poliolefina (HRFP) sometido a
esfuerzo cortante [18, 19]. Algunos estudios han
demostrado la resistencia a cortante del hormigón
reforzado con fibras que, aunque es superior al del
hormigón convencional, no llega a los niveles aportados
por el acero en cercos a cortante [20], con el mismo
porcentaje.
Una forma de estimar experimentalmente el
comportamiento a cortante de un material es mediante
ensayos tipo “push-off” [21]. Del ensayo se extraen
valores de carga aplicada y la abertura de fisura. La
probeta es un prisma en forma de “Z” con dos entallas
que generan una zona de ligamento sobre la que se
produce un esfuerzo cortante y una fractura en Modo II,
tal y como se puede observar en la Figura 1. El ensayo
se completa con dos extensómetros que miden la
apertura o cierre de las entallas, indicando además los
posibles giros sufridos por las probetas.
Figura 1. Probeta tipo “push-off” con barras de carga
y extensómetros en posición de ensayo
Se complementaron los ensayos con la técnica de vídeo-
extensometría, que permitió generar mapas de tensiones
y deformaciones de una determinada zona de la probeta.
Esta técnica no altera en ninguna medida las
condiciones de contorno de los ensayos [22].
En este estudio se ha evaluado el comportamiento del
HRFP mediante ensayos tipo “push-off”, sometidos a
ensayos de cortante puro. Se emplearon probetas de
HRFP de resistencia moderada con dosificaciones de
fibras de 6 y 7,5 kg/m3, que fueron previamente
ensayadas en ensayo de resistencia a la tracción por
flexión según el ensayo UNE-EN 14651 [14].
2. CAMPAÑA EXPERIMENTAL
En la campaña experimental se fabricaron probetas de
HRFP con dos cuantías de fibras. El cemento empleado
fue “CEMII/B-M 32,5 N” y las fibras utilizadas fueron
fibras de poliolefina “Sikafiber R48” de 48 mm de
longitud y con tratamiento superficial para mejorar la
adherencia entre la fibra y la matriz. Las cuantías de
fibras empleadas fueron de 6 kg/m3 y 7,5 kg/m3,
añadidas directamente en el amasado mediante dos
formatos distintos: en saco y en “pucks”. En la Tabla 1
puede verse la dosificación empleada para la fabricación
de los cuatro tipos de hormigón resultante. De cada uno
de ellos se fabricaron tres probetas cilíndricas de altura
300m y de diámetro 150m y cuatro probetas prismáticas
de dimensiones 600x150x150mm³. En una primera fase
experimental se hicieron ensayos a los 28 días de edad
de resistencia a compresión siguiendo la norma UNE-
EN 12390-3 [23] y de resistencia a la tracción por
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flexión obtenidas según la norma UNE-EN 14651 [14].
Las resistencias medias a compresión y las resistencias
residuales a tracción por flexión obtenidas en los
ensayos de fractura se muestran en la Tabla 2 junto con
sus correspondientes coeficientes de variación (c.v.).
Tabla 1. Dosificación en kg/m3 para los cuatro tipos de
HRFP
Hormigón
Materiales HP7,5p HP7,5s HP6p HP6s
Cemento 312 312 312 312
Agua 216 216 216 216
a/c 0,69 0,69 0,69 0,69
Arena 875 875 875 875
Gravilla 198 198 198 198
Grava 519 519 519 519
Fibras 7,5 7,5 6,0 6,0
Añadidas 12 uds.
(Pucks)
600 gr
(Saco)
10 uds.
(Pucks)
500 gr
(Saco)
Tabla 2. Resistencia a compresión y resistencias
residuales a tracción por flexión
Hormigón
HP7,5p HP7,5s HP6p HP6s
Resistencia a compresión a 28 días (MPa)
fcm 17,30 20,10 17,39 21,70
c.v. 0,01 0,03 0,07 0,04
Resistencias residuales (MPa)
fLOP 2,37 2,78 2,36 3,2
c.v. 0,08 0,13 0,08 0,12
fMIN 1,70 1,49 1,42 1,42
c.v. 0,22 0,14 0,19 0,15
fR1 1,84 1,56 1,44 1.43
c.v. 0,23 0,18 0,19 0,17
% fLOP 77% 57% 61% 45%
fR3 2,39 1,91 1,76 1,74
c.v. 0,30 0,19 0,19 0,20
% fLOP 99% 70% 75% 55%
Tras la realización de los ensayos de resistencia a la
tracción por flexión, las probetas tipo “push-off” se
obtuvieron mecanizando las dos mitades resultantes,
según el esquema de la Figura 2. De este modo se
obtuvieron probetas de dimensiones 270x150x150 mm3
a las que se realizaron dos entallas de 75 mm en sus
lados opuestos. De este modo se consiguió crear una
superficie de ligamento vertical en el centro de la
probeta. Para evitar los problemas que podría originar
una mínima variación en la posición central de la carga,
tales como roturas por flexión de los voladizos superior
o inferior de las probetas, se reforzaron con fibra de
carbono adherida exteriormente con resina epoxi. En las
dos entallas se dispusieron extensómetros para medir el
“crack shear displacement” (CSD), como movimiento
relativo de los labios de la entalla. Esto permitió además
medir las posibles rotaciones relativas de la probeta. Se
dispuso también un sistema de vídeo-extensometría con
el que se pudo captar la aparición de fisuras y analiza
su desarrollo.
Figura 2. Obtención de probetas
Los ensayos se realizaron con una máquina Instron
8803 de 500 kN de capacidad. Los ensayos se
controlaron con el desplazamiento del actuador a una
velocidad de una µm/s. Con el fin de concentrar la carga
sobre la superficie de ligamento de las probetas se
dispusieron dos barras de acero de sección cuadrada de
10x10 mm2 en las caras superior e inferior de las
mismas. Para una correcta alineación de los bordes de
las entallas y las barras de carga se empleó un nivel
láser. En la Figura 3 se muestra la disposición general
para un ensayo de la presente campaña experimental.
INSTRON
Plato de compresión
Ordenador
Barra de carga
ExtensómetroEnfoque al centroCámara 1 Cámara 2
INSTRON
Actuador
dynacell Célula de carga
Bastidor
Figura 3. Esquema del montaje de los ensayos
El sistema de vídeo-extensometría permite medir las
deformaciones que se producen en las probetas
basándose en relacionar sus imágenes con el
movimiento relativo de un punto a tiempo “0” y su
posición a tiempo “t”, según se muestra en la Figura 4.
Para poder aplicar esta técnica es necesario preparar las
probetas con un patrón de puntos monocromo y
aleatorio de formas y tamaños variados [24]. Para la
obtención de las imágenes, en esta campaña, se
emplearon dos cámaras de alta definición con sensores
de cinco megapíxeles que monitorizaron las caras
delantera y trasera de las probetas.
Probetas push-off
150
F
150
270
500 9x75 mmentalla
x 2 uds.
270
600
270
Ensayos de tracción
cotas en mm
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Figura 4. Patrón de puntos aleatorio
3. ENSAYOS A CORTANTE; PARÁMETROS Y
PROGRAMA DE ENSAYOS
En la presente campaña experimental se buscó obtener
la máxima información posible sobre el
comportamiento en fractura en Modo II del HRFP. Los
ensayos “push-off” permitieron asegurar los esfuerzos
de cortante de una región de las probetas. Una premisa,
para el análisis de los resultados de los ensayos fue que
la resistencia a cortante del hormigón no reforzado
depende únicamente de la resistencia de la matriz y de
la fuerza de engranamiento de los áridos de la superficie
de rotura.
Los objetivos de los ensayos fueron los siguientes:
Determinar el comportamiento post-fisuración
del HRFP sometido a cortante.
Comprobar la influencia de la dosificación de
fibras en el comportamiento post-fisuración en
Modo II.
Determinar los diferentes modos de fallo y
localizar la aparición y crecimiento de fisuras.
Evaluar la contribución de las fibras en la
fuerza y tensión máximas de rotura.
Determinar las deformaciones mediante la
técnica de correlación digital de imagen.
Correlacionar las resistencias residuales con el
número de fibras existentes en cada sección de
fallo.
Para el análisis de resultados y su comparación, desde
un punto de vista tensional, se utilizó la tensión cortante
promedio (prom). Esta se obtuvo como resultado de
dividir la carga aplicada sobre la probeta entre la
sección de ligamento resistente de la misma, según la
expresión (1). Estos valores, así obtenidos, nos
permitieron comparar distintas geometrías de probetas
“push-off”.
(1)
Donde: F es la fuerza aplicada.
c y d son las dimensiones de la sección
rectangular resistente (d 150 mm).
Con los datos obtenidos en los ensayos se obtuvieron
los siguientes resultados:
Curvas tensión – deformación.
Curvas carga – desplazamiento.
Vídeo completo de cada ensayo, mostrando los
diferentes mecanismos de rotura.
Análisis de deformaciones mediante vídeo-
extensometría y el software Vic-2D.
Curvas de movimientos relativos y giros de las
probetas.
Todas las probetas fueron reforzadas externamente con
fibra de carbono unidireccional adherida con resina
epoxi. El motivo de este refuerzo fue que, en campañas
anteriores, se había constatado el fallo de probetas por
flexión en los voladizos superior o inferior, motivado
por cualquier leve variación de la aplicación de la carga.
Durante la presente campaña se descartaron algunas
probetas en las que se produjo el efecto “peeling” por lo
que el refuerzo exterior con fibra de carbono se despegó
de la probeta. Por lo tanto, los resultados que se
presentan son los obtenidos en ensayos en los que se
descartó cualquier efecto de segundo orden que no
permitiese un análisis adecuado.
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE LOS
ENSAYOS DE CORTANTE
Los resultados obtenidos nos permitieron determinar
tendencias o patrones hallados en la forma de
comportamiento de los hormigones ensayados. En la
Figura 5 se muestran las curvas medias de las tres
probetas ensayas de cada tipo de HRFP, con cuantías de
fibras de poliolefina de 6 kg/m3 y 7 kg/m3 y las dos
formas de añadirlas, en saco o en “pucks”. El
comportamiento de las probetas durante el ensayo fue el
esperado: dúctil una vez superada la carga de fisuración.
Analizando las curvas tensión tangencial media frente a
CSD, se puede apreciar cómo las variaciones utilizando
las mismas cuantías de fibras son limitadas. Esto es
todavía más evidente para valores de tensión tangencial
máxima. Para un mejor análisis, en la Tabla 3 se indican
las dimensiones medias de las secciones de ligamento,
junto con los valores medios y sus coeficientes de
variación (c,v.) de la fuerza máxima (FMAX) y la tensión
tangencial máxima (MAX) alcanzados por cada tipo de
hormigón. Igualmente, se muestra en la Tabla 3 el
número (n) de fibras en las secciones resistentes.
Si se analizan los valores de FMAX, todos los hormigones
obtuvieron valores semejantes. Si se tiene en cuenta las
variaciones en la sección resistente (S), el hormigón
HP6s alcanzó una tensión cortante máxima de 5,19
MPa, por encima del resto. Es de destacar que, al igual
que consigue la mayor tensión tangencial, a partir de esa
tensión sus diferentes tensiones residuales son siempre
inferiores a las mostradas por los otros tipos de
hormigón. Sin embargo, en las ramas residuales se
puede apreciar cómo los valores soportados por las
probetas de HP6p fueron siempre superiores en toda la
rama a los que se obtuvieron con HP6s. Este
𝜏𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝐹
𝑐 ∙ 𝑑
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comportamiento se explica porque para las ramas
residuales el comportamiento está gobernado por la
presencia de fibras, teniendo más fibras el hormigón
HP6p como puede verse en la Tabla 3. Por el contrario,
en el comportamiento previo a la fisuración es la matriz
de hormigón la que tiene mayor influencia y el
hormigón HP6p obtuvo valores de resistencia a
compresión inferiores que el HP6s (ver en Tabla 2) por
lo que es esperable una menor resistencia de la matriz a
compresión. Por todo ello, podría concluirse analizando
la Tabla 3, que no existe una tendencia proporcional
entre la dosificación de fibras y los valores de máximos
de fuerza y tensión cortante en el ensayo. Este
comportamiento y análisis ya fue observado y analizado
en el comportamiento en fractura en Modo I en
anteriores investigaciones [8,15]. En el caso del
hormigón con 7,5 kg/m3 de fibras la tendencia es similar
al indicado para la cuantía de 6 kg/m3 aunque cabe
remarcar que en tuvieron resultados significativamente
parejos.
Tabla 3. Dimensiones medias de secciones resistentes
de probetas, fuerza media máxima, tensión cortante
media máxima y número de fibras de la sección
resistente
HP7,5p HP7,5s HP6p HP6s
S (cm2) 132,7 133,4 127,7 121,2
FMAX (kN) 61,29 68,71 62,68 65,01
c.v. 0,06 0,15 0,08 0,08
MAX
(MPa) 4,55 4,93 4,61 5,19
c.v. 0,09 0,14 0,03 0,09
Fibras (n) 68 67 52 47
c.v. 0,01 0,29 0,07 0,11
0
1
2
3
4
5
6
0 1 2 3 4 5 6 7 8
HP 7,5 p
HP 7,5 s
HP 6 p
HP 6 s
TEN
SIÓ
N T
ANG
ENC
IAL
(MPa
)
CSD (mm)
Figura 5. Curvas tensión tangencial media (tang) –
CSD (media de tres ensayos por cada tipo de hormigón)
Como ya se ha comentado en la Figura 5 se puede
observar cómo los valores residuales de tensión
tangencial (tang) en las ramas residuales sí están
fuertemente influidos por en número de fibras presente
en la sección y consecuentemente por la dosificación de
fibras. En este sentido, el análisis de las curvas permite
concluir que las diferencias inducidas por el método de
introducción de las fibras son muy limitadas, quedando
las curvas medias de los tres ensayos con 6 kg/m³
(HP6p y HP6s) y con 7,5 kg/m³ (HP7,5p y HP7,5s)
prácticamente alineadas dos a dos en función
únicamente de la dosificación de fibras.
Además, en este análisis de resultados es importante
proporcionar datos al respecto de la tenacidad de las
probetas estudiadas para poder estudiar las aportaciones
post-fisuración de las fibras. Por ello, tras obtener las
curvas tensión-desplazamiento, se calculó la energía
disipada por estos HRFP en los ensayos “push-off”
mediante la integración de estas curvas hasta la abertura
de 7 mm considerada el final del ensayo. El resumen de
resultados medios de todos los tipos de hormigón
ensayados se muestra en la Tabla 4. Si se analizan
dichos valores, puede observarse que una vez se produjo
la fisuración de la matriz, los hormigones con 7,5 kg/m3
de fibras tuvieron, un comportamiento superior a los de
6 kg/m3 de fibras.
En la Tabla 4 también se han incluido los valores de
tensiones tangenciales que mantienen los HRFP para
desplazamientos de 1, 2, 3, 5 y 7mm. Si se analizan
dichos valores, puede observarse que los hormigones
con 7,5 kg/m3 de fibras registraron, incluso
considerando únicamente 1 mm de desplazamiento,
valores superiores de tensión residual a los de 6 kg/m3
de fibras. Esta tendencia se mantuvo para todos las
deformaciones analizadas. Como se puede apreciar en la
tabla, las tensiones tangenciales residuales del hormigón
de HP7,5 kg/m3 siempre muestran valores superiores a
los mostrados para el hormigón de HP6.
Tabla 4. Energía disipada en los ensayos hasta 7 mm de
desplazamiento y tensiones residuales para
desplazamientos de 1, 2, 3, 5 y 7 mm
Hormigón
HP7,5p HP7,5s HP6p HP6s
Gf (N/m) 10617 10696 9429 7665
tang a 1 mm
(MPa) 2,31 2,60 2,21 1,52
tang a 2 mm
(MPa) 1,60 1,61 1,32 1,08
tang a 3 mm
(MPa) 1,35 1,31 1,05 0,90
tang a 5 mm
(MPa) 0,95 0,91 0,81 0,65
tang a 7 mm
(MPa) 0,75 0,74 0,61 0,52
5. ANÁLISIS DE VÍDEO-EXTENSOMETRÍA
Para conseguir realizar este análisis se sincronizaron las
imágenes tomadas de las probetas durante los ensayos
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cada segundo, mediante procesamiento del vídeo del
ensayo, con los valores de tiempo, carga y
desplazamiento obtenidos en los ensayos. Esta relación
permite obtener, para un valor de carga, el segundo de
ensayo en que se produjo ésta y seleccionar la imagen
obtenida para dicho segundo. Finalmente, el análisis de
la imagen permitió obtener los desplazamientos en
dicho momento y, por lo tanto, es posible correlacionar
las tensiones con dichos desplazamientos.
Respecto de las probetas tipo HP7,5 se analizó su
superficie de rotura y se localizó el principio de la fisura
en una de las probetas en el segundo 734 del ensayo. La
Figura 6 muestra la superficie de rotura en el segundo
736 de dicho ensayo, en la que se puede apreciar una
concentración de tensiones generada en el vértice de la
entalla inferior que se propaga en sentido casi vertical
hacia el final de la entalla superior a lo largo de la
sección de ligamento.
Figura 6. Probeta HP7,5p en el segundo 736 del ensayo
En otra de las probetas analizadas tipo HP7,5, veinte
segundos después del comienzo de la fisura se observó
la propagación de la fisura hasta la entalla superior. El
proceso de generación y avance de las fisuras observado
fue la aparición inicial de dos fisuras, en los bordes de
las entallas superior e inferior, desarrollándose
posteriormente hacia la entalla contraria. En la zona
central de la superficie de rotura las fisuras no se
encuentran, sino que se desarrollan formando una forma
de paréntesis, tal y como se muestra en la Figura 7
tomada tras el desarrollo completo de las fisuras.
Figura 7. Probeta HP7,5s en el segundo 1030 del
ensayo
Las probetas tipo HP6 fueron analizadas igualmente. En
algunas probetas se observó que la fisura no nació desde
los vértices de las entallas como en el caso de las
probetas de HP7,5, sino que se generó en la zona
central-inferior de la superficie en estudio. El desarrollo
posterior si es similar al de las probetas antes indicadas,
pero sin que se produjese la propagación de la fractura
totalmente vertical, sino formando una especie de red de
fisuras que termina comunicando la entalla superior e
inferior, según se aprecia en la Figura 8.
Analizando un de las probetas de HP6s, se observó que
la fisura comenzó a desarrollarse de forma vertical
partiendo del vértice de la entalla superior y que se
desarrolló en dos direcciones: una casi vertical en la
zona central de la probeta y con inclinaciones marcadas
desde la entalla superior y hasta alcanzar la entalla
inferior, como se ve en la Figura 9, en el segundo 739,
dos minutos después del comienzo de la fisuración.
Anales de la Mecánica de la Fractura 34, 2017
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Figura 8. Probeta HP6p en el segundo 1378 del ensayo
Figura 9. Probeta HP6s en el segundo 739 del ensayo
6. CONCLUSIONES
Se ha diseñado un ensayo que permite obtener y
analizar el comportamiento en fractura bajo
solicitaciones de cortante a partir de las mitades
obtenidas en ensayos de fractura en flexión.
El análisis mediante vídeo-extensometría permitió
analizar la fisuración de las probetas e identificar las
tensiones y desplazamientos tangenciales para las que
éstas se produjeron. Con ello, se pudieron generar
mapas de deformación y fisuración de las probetas,
siendo una tendencia general que se produzca la
generación de la fisura en la punta de la entalla superior
o inferior y se propague a lo largo de la sección de
ligamento hacia la otra entalla. Las fisuras fueron
verticales en algunos casos y en otros se formó una red
de fisuras, pero en ambos casos la fisura terminó
comunicando las entallas.
Se ha podido observar el comportamiento dúctil de los
HRFP frente a solicitaciones de cortante puro. Las
roturas se produjeron con desplazamientos menores de
0,6 mm, pero las probetas fueron capaces de soportar
tensiones tangenciales para desplazamientos de hasta 7
mm.
En cuanto a las diferencias por el método de
introducción de las fibras en el amasado, se ha
comprobado que las diferencias son muy limitadas
aunque parece observarse una mejora utilizando pucks
ya que los coeficientes de variación en el número de
fibras fue inferior.
Se ha podido concluir que los valores de fuerza y
tensión tangencial máxima en estos ensayos están
ligados con las propiedades de la matriz no mostrando
tendencia proporcional con la dosificación de fibras.
Por otro lado, la capacidad portante residual y, por lo
tanto la tenacidad y ductilidad, sí que están influidos por
el número de fibras presente en la sección. Por lo tanto,
se pudo concluir que son las fibras las que gobiernan el
comportamiento residual del hormigón reforzado con
fibras de poliolefina. Los hormigones con mayor
cantidad de fibras superaron los valores de tensión
residual obtenidos por los hormigones menos fibro-
reforzados, para desplazamientos superiores a 1 mm.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al Ministerio de Economía,
Industria y Competitividad la concesión de la ayuda
BIA2016-78742-C2-2-R para la realización del trabajo
presentado.
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REFERENCIAS
[1] E. Torroja, J.A. Torroja Razón y ser de los tipos
estructurales, Consejo Superior de Investigaciones
Científicas. Madrid. 1957 revisión 2007.
[2] S.C. Malatesta, Caracterización de la fractura del
hormigón y de vigas de hormigón armado,
Informes de la Construcción, vol. 48, no 448, p.
60, 1997.
[3] A. Páez, Hormigón armado. Reverté S.A., 1986.
[4] J. A. López, P. Serna, E. Camacho, H. Coll y J.
Navarro-Gregori, First Ultra-High-Performance
Fibre-Reinforced Concrete Footbridge in Spain:
Design and Construction, Structural Engineering
International, vol. 24(1), pp. 101-104, 2014.
[5] J.P. Romualdi, G.B. Batson, Behavior of
reinforced concrete beams with closely spaced
reinforcement. ACI. ACI Journal Proceedings
(Vol. 60, No. 6), 1963.
[6] J.P. Romualdi, Tensile Strength of concrete
affected by uniformly distributed and closely
spaced short lengths of wire reinforcement. ACI
Journal Proceedings, (pp. 657-672), 1964.
[7] P. Serna, S. Arango, T. Ribeiro, a. M. Núñez y E.
Garcia-Taengua, Structural cast-in-place SFRC:
technology, control criteria and recent applications
in Spain, Materials and Structures, 42(9), p. 1233–
1246, 2009.
[8] M. G. Alberti, A. Enfedaque, J.C. Gálvez, Estudio
del comportamiento mecánico y en fractura de un
hormigón autocompactante con fibras de
poliolefina, Anales de mecánica de la fractura, 30,
vol. I. 2013.
[9] M. G. Alberti1, V. Agrawall, A. Enfedaque, J. C.
Gálvez, Hormigón reforzado con alto contenido de
fibras de poliolefina, Anales de mecánica de la
fractura, 31. 2014.
[10] M. G. Alberti1, A. Enfedaque, J. C. Gálvez, A.
Ferreras, “pull-out” de fibras de poliolefina:
influencia de la inclinación y la longitud embebida
en la resistencia al arrancamiento, Anales de
mecánica de la fractura, 32. 2015.
[11] M. G. Alberti, A. Enfedaque, J. C. Gálvez,
Simulación numérica de hormigones reforzados
con fibras de poliolefina. 33 encuentro del grupo
español de fractura. 2016.
[12] EHE-08, Instrucción de hormigón estructural,
Ministerio de Fomento de España, 2008.
[13] fib Model Code, Model Code, Paris: Fédération
Internationale du Béton fib/International
Federation for Structural Concrete, 2010.
[14] UNE-EN 14651, Método de ensayo para hormigón
con fibras metálicas. Determinación de la
resistencia a la tracción por flexión. AENOR,
2007.
[15] M. G. Alberti, A. Enfedaque, J. C. Gálvez, On the
mechanical properties and fracture behavior of
polyolefin fiber-reinforced self-compacting
concrete, Construction and Building Materials,
vol. 55, pp. 274-288, 2014.
[16] P. Pujadas, A. Blanco, S. Cavalaro, A. Aguado,
Plastic fibres as the only reinforcement for flat
suspended slabs: experimental investigation and
numerical simulation. Construction and Building
Materials, vol. 57, pp. 92-104, 2014.
[17] M.G. Alberti, A. Enfedaque, J.C. Gálvez,
Comparison between polyolefin fibre reinforced
vibrated conventional concrete and self-
compacting concrete, Construction and Building
Materials, vol. 85, pp. 182-194, 2015.
[18] P. Barragán, Failure and thoughness of steel fiber
reinforced concrete under tension and shear. Tesis
Doctoral, Valencia: Universidad Politécnica de
Valencia, 2002.
[19] E. Cuenca, On shear behavior of structural
elements made of steel fiber reinforced concrete.
Tesis Doctoral, Valencia: Universidad Politécnica
de Valencia, 2012.
[20] J. Turmo, Study of the shear behaviour of fibre
reinforced concrete beams, Materiales de
Construcción, 58(292), 5-13, 2008.
[21] J. Echegaray, Upgrading the push-off test to
analyse the contribution of steel fiber on shear.
Tesis Doctoral, Valencia: Universidad Politécnica
de Valencia, 2014.
[22] N.A. Hoult, W.A. Take, C. Lee, M. Dutton,
Experimental accuracy of two dimensional strain
measurements using Digital Image Correlation,
Engineering Structures, vol. 46, pp. 718-726,
2013.
[23] UNE-EN 12390-3, Ensayos de hormigón
endurecido. Parte 3: Determinación de la
resistencia a compresión de probetas. AENOR,
2009.
[24] H. Po-Chih, In-plane strain meausrement by digital
image correlation, Soc. Mech. Sci. & Eng., vol. 25,
nº 3, 2003.
Anales de la Mecánica de la Fractura 34, 2017
233