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Estudio del desprendimiento prematuro del refuerzo a cortante con laminados FRP
Rodríguez Garcia, Ismael
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil::Materials i estructures
Polymeric composites
FRP
desprendimiento prematuro
refuerzo a cortante
longitud de anclaje
guías de diseño FRP
Compostos polimèrics
[CASTELLÀ] Desde los años 90 los polímeros reforzados con fibr
as llamados FRP se han introducido en el
campo del refuerzo estructural, puesto que presen
tan características mecánicas muy buenas
(incluso mejores que las del acero) pero con la ven
taja de ser muy livianos. Además, la
versatilidad y facilidad con la que se pueden incor
porar en cualquier superficie los hace muy
prácticos, ya que permite ahorrar en medios auxilia
res.
El refuerzo a flexión utilizando laminados de FRP e
s más habitual que el de cortante puesto que
se conoce mejor el comportamiento estructural. En e
l caso de refuerzo a cortante, los mecanismos
resistentes no son tan sencillos con lo que en este
caso, obtener un modelo que reproduzca el
comportamiento resulta más complejo.
Existen dos problemáticas en el refuerzo a cortante
con laminados de FRP. En primer lugar, el
desprendimiento prematuro del refuerzo hace que no
se aproveche de forma eficiente las
características mecánicas del material y en segundo
lugar, no existe consenso internacional en la
formulación para evaluar la contribución del FRP a
la resistencia a cortante, ni la posible
interacción con el hormigón y la armadura pasiva tr
ansversal existente.
En esta tesina después de elaborar un estado del co
nocimiento de los modelos existentes para la
evaluación del aporte del FRP a la resistencia a co
rtante, se ha realizado un estudio comparativo
de los modelos existentes recogidos en recomendacio
nes o guías de diseño. Se ha realizado un
estudio estadístico de los diferentes modelos separ
ando según el tipo de refuerzo y de sección,
analizándola dispersión de los distintos modelos se
parando según el tipo de sección y por último
se ha utilizado la clasificación de puntos de demér
ito de Collins (2001) para comparar los
modelos. Como resultado se ha llegado a la conclusi
ón de que ningún modelo tiene buenos
resultados estadísticos.
Es por ello que el estudio mediante métodos numéric
os cobra gran importancia ya que es una
herramienta útil para entender el comportamiento de
los elementos de hormigón armado
reforzados con esta técnica. El problema básico en
la modelización de vigas reforzadas a cortante
externamente con FRP está en que no existe un model
o de análisis no lineal que considere la
deformación por cortante y que tenga implementado
el desprendimiento prematuro del refuerzo.
Para ello se ha partido del modelo de Oller (2005)
en el que es posible evaluar el desprendimiento
prematuro del FRP en el refuerzo a flexión con lami
nados FRP y se ha adaptado para poderlo
aplicar a refuerzos a cortante. Posteriormente, se
ha utilizado el programa de análisis no lineal
CONSHEAR (Ferreira 2013) para estudiar las vigas de
la campaña experimental de la campaña
experimental de Alzate (2012). El objetivo es enten
der los mecanismos que generan el
desprendimiento y llegar a una formulación numérica
que pueda implementar dicho programa para
que detecte el desprendimiento prematuro de los lam
inados de FRP.
Por último, se ha propuesto una formulación analíti
ca preliminar para poder evaluar la longitud de
anclaje mínima que se debería utilizar. Esta formulación se ha obtenido a raíz de todas las
conclusiones obtenidas en el estudio numérico y bas
ándose en principios de la mecánica.
[ANGLÈS] Since the 90's the material called fiber-reinforced
polymers FRP have been introduced in the field
of structural reinforcement, because they have very
good mechanical properties, (even better than
steel) but with the advantage of being very light.
Moreover, the versatility and easeness with which
they can be incorporated into any surface makes it
very practical so it allows to save on additional
techniques.
Flexural strengthening using FRP laminates is more
common than shear because the structural
behavior is better known. For shear reinforcement,
the resistant mechanisms are not as
straightforward so that in this case, to obtain a m
odel that reproduces the behavior becomes more
complex.
There are two problems in shear strengthening with
FRP laminates. First, premature detachment
of the reinforcement does not efficiently take the
mechanical characteristics of the material and
secondly, there is no international consensus on th
e formulation to assess the contribution of FRP
to shear resistance, or the concomitant with concre
te and existing transverse passive armor.
In this dissertation after presenting the state of
knowledge of existing models for evaluating the
contribution of FRP to shear resistance, has made a
comparative study of existing models or
recommendations contained in design guidelines. We
performed a statistical study of separating
the different models depending on the type of reinf
orcement and section, analyzing scattering
separating the different models depending on sectio
n and finally we used the classification of
demerit points of Collins (2001) compare models. As
a result it was concluded that no statistical
model has good results.
That is why the study by numerical methods it is of
great importance as it is a useful tool for
understanding the behavior of reinforced concrete e
lements with this technical tool. The basic
problem in modeling shear reinforced externally wit
h FRP beams is that there is no model of
nonlinear analysis considering shear deformation an
d has implemented premature detachment of
the reinforcement. It has been studied the model of
f Oller (2005) in which it is possible to assess
the premature detachment of the FRP reinforcement i
n flexural with FRP laminates and has been
adapted to be able to apply a shear reinforcement h
as. Subsequently, we used the nonlinear
analysis program ConShear (Ferreira 2013) to study
the rafters of the experimental campaign
Alzate experimental campaign (2012). The objective
is to understand the mechanisms that
generate evolution and reach a numerical formulatio
n that can implement the program to detect
premature detachment of the FRP laminates.
Finally, it is proposed a preliminary analytical fo
rmulation to assess the minimum anchorage length
that should be used. This formulation has been obta
ined as a result of the findings obtained in the
numerical study and based on principles of mechanic
s.
2014-07-20
Minor thesis
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Universitat Politècnica de Catalunya