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Análisis de la eficiencia del uso de fibras híbridas como refuerzo del hormigón. Aplicación a tubos de drenaje
(2023-08-10) González, Federico Alejandro; Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl
El hormigón reforzado con dos o mas tipos de fibras combinadas racionalmente, ´ denominado hormigón reforzado con fibras hıbridas, es un material compuesto que posee propiedades mecánicas mejoradas, especialmente en términos de ductilidad y control de fisuración. Existen diversos tipos de refuerzos híbridos, los cuales incluyen la combinación de fibras de diferentes materiales, con distintas características geométricas y mecánicas. Entre ellas, la combinación de fibras de acero y polipropileno resulta en la mejora de la resistencia a tracción debido al alto modulo y rigidez de las primeras, mientras que las segundas, con bajo modulo e importante capacidad de deformación, contribuyen a mejorar la ductilidad del compuesto. El hormigón reforzado con fibras hıbridas puede ser elaborado y moldeado de manera similar al hormigón simple, donde del mismo modo que cualquier otro agregado. El uso de estos hormigones en tubos de drenaje, sustituyendo de manera parcial o total los refuerzos tradicionales de mallas y barras de acero, podría tener un impacto favorable en la industria del prefabricado desde un punto de vista técnico y económico. En esta Tesis se estudia experimental y numéricamente el comportamiento mecánico del hormigón reforzado con fibras hıbridas (macrofibras de acero y polipropileno) en su aplicación para la elaboración de tubos de drenaje de 600 mm de diámetro. ´ Además, se propone un modelo teórico de calculo para la estimación de la carga máxima en tubos de hormigón reforzado con fibras hıbridas, sometidos al ensayo de compresión diametral de tres aristas. ´ El desempeño mecánico de los tubos mencionados, en términos de capacidad de ´ carga y modos de falla, es comparado con el correspondiente a tubos de hormigón´ armado con refuerzo tradicional de malla de acero, tubos de hormigón simple y con ´ tubos de hormigón reforzado con fibras de acero. Para ello, el programa experimental comprende la elaboración y ensayo de tubos de hormigón reforzado con fibras hıbridas con dos combinaciones distintas de fibras: una de ellas con 20 kg/m3 de fibras de acero y 0,5 kg/m3 de fibras de polipropileno, y la otra, con 20 kg/m3 de fibras de acero y 1,0 kg/m3 de fibras de polipropileno. También los tubos de hormigón reforzado con fibras de acero cuentan con dos dosificaciones diferentes: una con 20 kg/m3 de fibras de acero, y la otra, con 25 kg/m3 de fibras de acero. Los tubos de hormigón armado, que constituyen el grupo de control, corresponden a la clase resistente II según la normativa nacional (Argentina). Los resultados experimentales muestran que los tubos de hormigón reforzados con ´ fibras hibridas alcanzaron los requisitos de resistencia del grupo de control y ofrecen un mejor desempeño mecánico que los tubos de hormigón reforzados con fibras de ´ acero. Además, poseen un comportamiento de rotura dúctil, al contrario de los tubos de hormigón simple que exhibieron una rotura peligrosamente frágil durante los ensayos. Para la simulación numérica se trabaja dentro de la mecánica del continuo con un modelo de daño y plasticidad acoplados desarrollado en el software ABAQUS ® y calibrado a partir de los resultados obtenidos experimentalmente. Dicho modelo permite reproducir el comportamiento de los tubos a partir de algunas de las propiedades mecánicas de los materiales constituyentes y de su disposición en el compuesto. La comparación entre los resultados numéricos y experimentales muestra la capacidad del modelo para simular el comportamiento de los tubos de hormigón reforzado con fibras hıbridas en el ensayo de compresión diametral de tres aristas. Para el calculo teórico de la carga máxima de los tubos en el ensayo de compresión´ diametral, se modifica un modelo existente para fibra única, incorporando los efectos de sinergia que genera la hibridación de las fibras en las propiedades del hormigón. Los resultados obtenidos a partir de dicho modelo modificado muestran una adecuada aproximación a los valores de carga máxima obtenidos experimental y numéricamente, por lo cual, constituye una herramienta útil para el diseño de este tipo de tubos.
Análisis experimental de vigas de hormigón armado dañadas y reparadas con materiales compuestos
(2016-09-29) Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl; González, Federico Alejandro
Durante su vida útil, las estructuras de hormigón armado pueden resultar expuestas a la acción de cargas mecánicas y/o agentes químicos o térmicos agresivos que producen la degradación de sus propiedades mecánicas. En consecuencia, y ante la pérdida de seguridad estructural, se hace necesario su reparación y/o refuerzo. Los polímeros reforzados con fibras (PRF) constituyen un tipo de material compuesto avanzado con el potencial de cambiar significativamente el comportamiento de una estructura. En este trabajo, se presentan resultados experimentales del comportamiento a flexión de vigas de hormigón armado dañadas y luego reparadas con PRF. Se estudia la variación del grado de daño, la resistencia a compresión del hormigón y dos técnicas de reparación: barras y láminas. Se analizan para ambos tipos de refuerzo diagramas carga-desplazamiento, cargas últimas y modos de falla. Los resultados obtenidos muestran que la reparación de las vigas dañadas con PRF, es en general exitosa, lográndose además de la recuperación, un incremento significativo de su capacidad resistente. Los principales modos de falla observados varían entre despegue del laminado y desprendimiento del recubrimiento de hormigón.
Análisis experimental del comportamiento mecánico de tubos de hormigón reforzado con fibras híbridas
(2022-03-09) González, Federico Alejandro; Rougier, Viviana Carolina
El hormigón reforzado con dos o más tipos fibras se denomina hormigón reforzado con fibras híbridas (HRFH). En este trabajo se evalúa el desempeño mecánico del HRFH, de acero y de polipropileno, en su aplicación en tubos de 600 mm de diámetro. Para ello, se determinan experimentalmente, a través del ensayo de compresión diametral, la capacidad de carga y el modo de falla de tubos de HRFH (THRFH) elaborados con dos dosificaciones distintas de fibras. Los resultados son comparados con los obtenidos del ensayo de tubos de hormigón reforzado con fibras de acero (THRFA), también elaborados con dos dosificaciones distintas de fibras, y tubos de hormigón armado (THA) con armadura tradicional de barras de acero. Los THRFH con las dosis de fibras híbridas utilizadas alcanzaron una resistencia equivalente a los THA y, además, mostraron un modo de falla dúctil, sin desprendimiento de hormigón o aplastamiento diametral luego de la rotura.
Capacidad de carga en tubos de hormigón reforzados con fibras híbridas. Evaluación experimental y teórica
(2021-05-14) González, Federico Alejandro; Rougier, Viviana Carolina
Actualmente se ha extendido el uso de fibras de acero como refuerzo en tubos de hormigón premoldeados. Sin embargo, la combinación de fibras de diferentes materiales, geometría o propiedades mecánicas podría brindar resultados de refuerzo más óptimos, controlando la fisuración a distintas escalas, edades y niveles de deformación del hormigón. El hormigón reforzado con dos o más tipos de fibras diferentes se denomina Hormigón reforzado con fibras híbridas (HRFH). En este trabajo se presentan los resultados de ensayos en tubos de HRFH (THRFH) de 600 mm de diámetro. La capacidad de carga de los THRFH es comparada con la obtenida en tubos de hormigón reforzado con fibras de acero (THRFA) y tubos de hormigón reforzados con armadura convencional (THA), elaborados y ensayados en la misma campaña. Adicionalmente, los resultados experimentales se utilizan para calibrar un modelo teórico para la estimación de la capacidad de carga de los THRFH. Los THRFH alcanzaron una capacidad de carga equivalente a la de los THA y superior a la de los THRFA. Además, mediante el modelo teórico se han obtenido valores razonables en la estimación de la capacidad de carga de los THRFH, teniendo en cuenta la gran cantidad de variables involucradas.
Confrontación de formulaciones empíricas y valores experimentales de vigas de hormigón armado, dañadas por corrosión y reparadas con polímeros reforzados con fibra
(2010-09-04) González, Federico Alejandro; Gómez, Erika; Fernández, Facundo Nicolás
Uno de los principales problemas que afecta la durabilidad del hormigón armado es la corrosión de sus armaduras, lo que se traduce en pérdida de resistencia mecánica. Para el caso de vigas, diversos trabajos de investigación indicaron que el uso de refuerzos con polímeros reforzados con fibras (PRF) logra confinar las fisuras producidas por la expansión de los productos resultantes de la corrosión, manteniendo la integridad estructural y mejorando la resistencia última a la flexión. Sin embargo, la vida de servicio y la efectividad de esta técnica de refuerzo cuando se aplica al hormigón en ambientes corrosivos, no son todavía muy conocidas. En este trabajo se estudia experimentalmente el comportamiento a flexión de vigas de hormigón armado afectadas por proceso corrosivo y reparadas con PRF. Se evalúa la actividad del proceso corrosivo de las vigas reparadas y se presentan también comparaciones entre valores experimentales de carga máxima, resultados numéricos y estimaciones realizadas a partir de formulaciones empíricas existentes en la literatura.
Damaged RC beams strengthened with near surface mounted technique using fiber reinforced polymers
(2017-03-22) Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl; González, Federico Alejandro; Denardi, Miqueas Ceferino
Strengthening reinforced concrete (RC) structures with fiber-reinforced polymer (FRP) composites is becoming an attractive alternative for repairing of damaged structures. In the case of reinforced concrete beams, reinforcement with FRP enhances the flexural capacity and shear strength. FRP strengthening can be applied as externally bonded FRP laminates or near surface mounted (NSM) FRP rods. The flexural behavior of damaged reinforced concrete beams repaired with NSM technique using glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars is experimental studied in this work. Two set of beams were tested: control beams (without GFRP bars) and damaged and then repaired beams with GFRP bars by varying two parameters (damage degree and concrete strength class). Repairing damaged RC beams with NSM technique was successful for the two different damage degrees. A recovery and a significant increase of load capacity were obtained. The compressive strength of the concrete did not have influence on the results
Estudio y comparación en vigas de hormigón armado, dañadas por corrosión y reparadas con materiales compuestos según diferentes técnicas
(2015-10-15) Schierloh, María Inés; Rougier, Viviana Carolina; González, Federico Alejandro
En este trabajo y a los efectos de comparar diferentes técnicas de refuerzo, se presentan resultados experimentales y analíticos del comportamiento a flexión de vigas de hormigón armado dañadas por corrosión y luego reparadas, en este caso, con barras de polímeros reforzados con fibras siguiendo la técnica NSM (Near Surface Mounted).
Evaluación de la capacidad de carga de tubos de hormigón reforzado con fibras híbridas
(2023-11-03) González, Federico Alejandro; Rougier, Viviana Carolina
En las últimas décadas, se ha extendido el uso de un solo tipo de fibras, ya sean de acero o sintéticas, como refuerzo del hormigón en tubos premoldeados. Sin embargo, el hormigón tiene comportamiento a la fractura en múltiples escalas y un tipo de fibra proporciona refuerzo solo en un nivel y dentro de un rango limitado de deformaciones. Por ello, un refuerzo más eficiente podría lograrse utilizando la combinación de fibras de diferentes materiales, geometría y/o características mecánicas [1]. El hormigón reforzado con dos o más tipos de fibras, combinadas racionalmente, se denomina Hormigón Reforzado con Fibras Híbridas (HRFH). El principal propósito de usar fibras híbridas es mejorar el control de la fisuración en diferentes zonas del hormigón, a distintas edades y niveles de carga [2]. Además, dos o más tipos de fibras, combinadas adecuadamente, generan mejoras en las propiedades físicas y mecánicas del material a partir de la acción de cada una de ellas [3], lo que conduce a la mejora de la respuesta estructural del elemento analizado [4, 5]. Actualmente, existen normas que regulan la utilización del hormigón reforzado con fibras para la fabricación de tubos en distintos países del mundo, como por ejemplo en España, Brasil y Estados Unidos. Sin embargo, dichas normas contemplan la utilización de un solo tipo de fibra como refuerzo, mientras que el uso de la combinación de diferentes tipos de fibras en este tipo de elemento ha sido escasamente estudiado [6]. En este trabajo se analiza experimentalmente la capacidad de carga de tubos de HRFH (THRFH), de acero y polipropileno, de 600 mm de diámetro interior sometidos al ensayo de compresión diametral de tres aristas. Los resultados se comparan con los obtenidos para tubos de hormigón armado (THA) Clase II según la norma IRAM 11503 [7] y con tubos de hormigón reforzados con fibras de acero (THRFA), elaborados y ensayados durante la misma campaña experimental.
Evaluación experimental del uso de fibras hibridas como refuerzo del hormigón en tubos premoldeados
(Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón., 2020-11-06) González, Federico Alejandro; Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl
El refuerzo de hormigón con fibras cortas, distribuidas aleatoriamente en la matriz, es una tecnología exitosa capaz de modificar el comportamiento frágil del hormigón simple. En la mayoría de los hormigones reforzados con fibras (HRF) se utiliza un solo tipo de fibra como refuerzo. Sin embargo, la fisuración del hormigón es un proceso a escalas múltiples y el uso de un solo tipo de fibra puede proporcionar refuerzo dentro de un rango limitado de deformaciones. Por ello, un refuerzo óptimo se puede obtener al combinar fibras de diferentes materiales, geometría y/o comportamiento mecánico. El hormigón reforzado con dos o más tipos fibras se denomina hormigón reforzado con fibras híbridas (HRFH). En este trabajo se evalúa el desempeño mecánico del HRFH, de acero (FA) y de polipropileno (FPP), en su aplicación en tubos de 600 mm de diámetro. Para ello, se determinan experimentalmente (ensayo de tres aristas) la capacidad de carga y el modo de falla de 8 tubos de HRFH (THRFH) elaborados con dos dosificaciones distintas de fibras. Los resultados son comparados con los obtenidos del ensayo de 4 tubos de hormigón reforzado con fibras de acero (THRFA) y 4 tubos de hormigón armado (THA) Clase II según IRAM 11503.
Finite element numerical analysis of the bearing capacity of hybrid fiber reinforced concrete pipes
(2017-11-05) González, Federico Alejandro; Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl
Reinforced concrete with two or more types of ﬁbers, rationally combined (hybrid fiber reinforced concrete,HFRC)may offer enhanced properties,especially in terms of ductility and crack control. The use of these concretes in drainage pipes, either partially or totally substituting steel meshes and bars of traditional reinforcement, might have a favorable impact on the optimization of the product in the precast industry from both technical and economic point of view. The HFRC can be prepared and placed into molds in a similar way as for plain concrete, where the ﬁbers are added to the mix just like any other aggregate. In this paper, as part of an initial stage of an on going research, the mechanical behaviour of hybrid reinforced concrete pipes (steel and polypropylene) is numerically assessed by simulation of the threeedge bearing test (TEBT). The HFRC is modeled as a homogeneous material with equivalent properties (macro model), in which the characteristic parameters of the material, used in the simulation, are obtained through an experimental study. The problem is solved by a nonlinear ﬁnite element code in which a coupled damage and plasticity constitutive model is used.Finally, the results are compared with experimental data obtained by another author.
Inspección de patologías en el puente sobre el arroyo Cala en la provincia de Entre Ríos
(2010-08-12) Schierloh, María Inés; Fernández, Facundo Nicolás; Gómez, Erika; González, Federico Alejandro
El presente trabajo, forma parte del Convenio Marco firmado entre la Vicegobernación de la Provincia de Entre Ríos y la U.T.N. Facultad Regional Concepción del Uruguay. Los puentes de hormigón armado, poseen en su interior barras de acero, las cuales por diferentes motivos se pueden corroer, y con el paso del tiempo, estos pueden quedar inutilizados o directamente colapsar. Un papel importante en la ocurrencia de este tipo de patología, tienen los diseños no adecuados a la durabilidad esperada, la falta de control de calidad durante la construcción, el aumento de niveles de contaminación, la falta de mantenimiento e imprevisiones de acciones tales como riadas, accidentes etc. Con el objetivo de dar una solución a la problemática planteada, se propuso realizar un relevamiento en los puentes de la red vial provincial comenzando con estudios de inspección de tipo visual y ensayos in-situ en el puente sobre el arroyo Calá, del que trata este trabajo. En los elementos analizados se detectaron problemas de corrosión de armaduras causadas, en principio, por la suma de diferentes factores, tales como defectos constructivos (escaso o inexistente recubrimiento, coqueras, etc.), filtraciones y acumulación de agua.
Inspección y evaluaciones de un puente carretero en la red vial de la provincia de Entre Ríos
(2012-09-05) González, Federico Alejandro; Romani, Lisandro.
Los puentes son puntos críticos en la red vial, no solo porque su restricción de uso o clausura implica desconectar un tramo completo para todo o parte del tránsito, afectando cuestiones socio-económicas; sino también porque representan potenciales lugares riesgososen cuanto a la seguridad vial. Una de las principales causas del deterioro de los puentes es la corrosión de sus armaduras de acero. Por ello y a los efectos de preservar la integridad estructural, resulta de gran importancia determinar el grado de daño que presenta el acero a causa del proceso corrosivo. En este trabajo se presentan los resultados de la evaluación realizada sobre un puente carretero ubicado en la ruta provincial No 39, de Entre Ríos. Para la evaluación del puente se plantearon tres etapas bien definidas: Inspección Preliminar, Inspección detallada y diagnóstico. Los resultados obtenidos mediante las técnicas utilizadas, analizados conjuntamente con características del hormigón, permitieron establecer un nivel de riesgo o de afectación de la estructura. El estudio presentado aquí forma parte de un proyecto de Inspección y Evaluación de Patologías en Puentes Situados sobre la Red Vial Provincial, Gestión de Mantenimiento.
Refuerzo de columnas de Hº Aº con armadura de estribos deficiente utilizando PRFC
(Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2018-04-06) Rougier, Viviana Carolina; Escalante, Mario Raúl; González, Federico Alejandro; Denardi, Miqueas Ceferino
Existen numerosas situaciones en las que es necesario incrementar la capacidad portante de elementos sometidos a solicitaciones de compresión, como columnas y pilas de puentes. Dichas situaciones pueden comprender cambios de uso y aumentos de carga, deficiencias de llenado en moldes, errores de proyecto y todos aquellos casos en que las estructuras han resultado dañadas (sismos, impactos, cargas explosivas). El refuerzo externo de columnas de hormigón armado con polímeros reforzados con fibras (PRF) es una solución que ha dado muy buenos resultados, lográndose mejoras en la ductilidad y resistencia ultima de columnas con diferentes tipos de daño. En este trabajo se evalúa experimentalmente la eficiencia del refuerzo externo con bandas de polímeros reforzados con fibras de carbono (PRFC) en la mejora de resistencia y ductilidad de columnas de hormigón armado, de sección cuadrada, con armadura de estribos deficiente. Se analiza la respuesta tensión-deformación axial y modos de falla de columnas con dos separaciones de estribos. Los niveles de resistencia y ductilidad alcanzados por los elementos reforzados sugieren que el refuerzo externo de PRF, mejora el comportamiento cuando existen deficiencias en el refuerzo convencional de estribos de acero. La comparación entre valores experimentales de resistencia máxima a compresión y estimaciones realizadas a partir de modelos empíricos de otros autores, muestra resultados satisfactorios.
Simulación numérica del ensayo de compresión diametral en tubos de hormigón reforzado con fibras híbridas
(2023-11-09) González, Federico Alejandro; Rougier, Viviana Carolina
En las últimas décadas, los tubos de hormigón reforzados con fibras se han introducido con éxito en la industria de la construcción. En este trabajo, se evalúa numéricamente mediante la simulación del ensayo de compresión diametral de tres aristas (ECD) el comportamiento mecánico de tubos de hormigón reforzados con la combinación de fibras de acero y polipropileno (THRFH). Dicha combinación se denomina comúnmente hibridación. El hormigón reforzado con fibras híbridas se modela como un material homogéneo equivalente con propiedades promedio (macro modelo). El problema se resuelve mediante un código de elementos finitos no lineal en el que se utiliza un modelo constitutivo de daño y plasticidad acoplados. Finalmente, los resultados se comparan con datos obtenidos a través de una campaña experimental en la que se elaboraron y ensayaron 6 THRFH con dos dosificaciones distintas de fibras combinadas. El modelo numérico reproduce con razonable aproximación la capacidad de carga y deformación de los THRFH, teniendo en cuenta la gran cantidad de variables involucradas en el problema.

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