FRCU - GIMCE: Grupo de Investigación de Mecánica Computacional y de Estructuras

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    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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    Evaluación del comportamiento mecánico del hormigón celular espumado reforzado con fibras de polipropileno aplicado a vigas de Bernoulli con armadura tradicional de acero
    (2023-11-03) Retamal, Facundo Atuel; Rougier, Viviana Carolina
    El hormigón armado es uno de los materiales de construcción más utilizados en el mundo y sus aplicaciones son numerosas y variadas [1]. Debido a los avances tecnológicos y desafíos arquitectónicos, surge la necesidad de desarrollar nuevos tipos de hormigones y también soluciones estructurales innovadoras. Se genera así el interés por utilizar estructuralmente hormigones especiales, diseñados para usos específicos. Entre ellos, se pueden mencionar el hormigón liviano (HL) y el hormigón reforzado con fibras, entre otros [2]. El hormigón celular espumado (HCE) se clasifica como HL y su comportamiento estructural sigue este supuesto [3]. Se compone de cemento, agua, espuma preformada y puede incorporar o no, arena u otro agregado fino, además de adiciones minerales activas o inertes, entre otras variantes para su preparación. Comparado con el hormigón normal (HN), posee menor rigidez y mayor fragilidad [4], como es habitual en los HL. A pesar de esto, y debido, entre otros factores, a las situaciones descriptas en el párrafo anterior, el uso estructural del HC y, en particular, del HCE, está aumentando, con variadas investigaciones al respecto [5, 6, 7, 8]. En este trabajo se evaluó el comportamiento a flexión del HCE simple y reforzado con fibras de polipropileno (HCERFPP) a través de la confección y evaluación de vigas con estos materiales y de su comparación con una viga de control (VC) elaborada con HN, obteniéndose resultados prometedores.
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    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.
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    Comportamiento mecánico de vigas de gran altura de hormigón reforzado con fibras: análisis experimental
    (2023-11-03) Denardi, Miqueas Ceferino; Rougier, Viviana Carolina
    El hormigón tiene una resistencia a la tracción considerablemente menor que a compresión. El uso de fibras como agregado a la masa de hormigón es una alternativa útil al refuerzo tradicional de barras de acero. Muchos estudios han demostrado que el uso de fibras en el hormigón permite una reducción de la cuantía de barras de acero en distintas aplicaciones estructurales [1], [2], [3], [4], [5],[6]. La utilización del hormigón reforzado con fibras resulta de gran interés desde el punto de vista práctico y económico en el caso particular de vigas de gran altura (VGA) que por sus características de comportamiento mecánico requieren de gran cantidad de armadura de refuerzo, [7],[8],[9],[10],[11],[12],[13]. En este trabajo se muestran los resultados de una campaña experimental en la que se evaluó la efectividad del uso de fibras de acero e híbridas (de acero y macrofibras de polipropileno) como agregado al hormigón en VGA, en reemplazo parcial de la armadura tradicional de barras de acero. Actualmente no hay a nivel nacional una normativa sobre el uso de fibras como refuerzo en hormigones, por ello, este trabajo es un aporte al conocimiento del comportamiento mecánico de dicho material compuesto.
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    Vigas de gran altura de hormigón reforzado con fibras. Evaluación de la resistencia al corte
    (2021-06-05) Rougier, Viviana Carolina; Denardi, Miqueas Ceferino; Vercesi, Darío Orestes
    Concrete is very strong in compression, but it has a very low tensile strength. To improve its tensile strength, reinforcing steel is often used in the concrete. However, the reinforcement of the cementitious matrix with discrete fibers has gained increasing recognition. The addition of fibers randomly distributed as reinforcement of cement-based matrices can produce a material with improved tensile strength and deformational characteristics. Different types of fibers can be employed to reinforce concrete. Nevertheless, the use of steel fibers is particularly attractive in concrete members with high reinforcement congestion, like deep beams, when conventional stirrups can be eliminated or reduced. So, the effects of steel fibers on the shear strength of reinforced concrete deep beams were evaluated by different ways: experimental, theoretical, and numerical. A total of six beams were subjected to a concentrated load P at their center and two steel fiber volume fractions were used. Two specimens were elaborated with plain concrete and longitudinal steel reinforcement. Web reinforcement was used in one of those beams and the other was made without stirrups. The others four specimens were built with steel fibers reinforced concrete (SFRC), longitudinal steel reinforcement and without stirrups. The test results indicated that the fibers influenced the shear strength of reinforced concrete deep beams. Shear strength increased with increasing fiber volume fraction, but steel fibers could not totally replace the conventional steel stirrups. Comparisons between experimental shear strength values and predictions, using empirical models developed by different authors, showed satisfactory results. In addition, the comparison between numerical and experimental values indicated that finite element analysis (FEA) was a reliable tool to simulate nonlinear behavior of SFRC deep beams.
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    Estudio experimental de la resistencia al corte de vigas de gran altura de hormigón reforzado con fibras.
    (2022-09-30) Denardi, Miqueas Ceferino; Rougier, Viviana Carolina
    Las vigas de gran altura (VGA) son utilizadas en numerosas estructuras tales como edificios de altura y fundaciones, entre otras. Se ha demostrado que el uso de fibras de acero e híbridas (mezcla de fibras de acero y polipropileno) como refuerzo en el hormigón proporciona un mayor control de fisuración e incremento de la tenacidad. Por ello, el uso de las fibras hibridas, en reemplazo total o parcial de la armadura convencional de estribos, resulta de interés en VGA, en las que suelen existir grandes congestionamientos de armaduras. En este trabajo se presentan los resultados de una campaña experimental en la que se evaluó la contribución en resistencia y ductilidad de las fibras de acero e híbridas en el comportamiento a corte de VGA. Para ello, se ensayaron a flexión, VGA de Ho Ao con barras y estribos tradicionales de acero, y vigas de hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA) y de hormigón reforzado con fibras híbridas (HRFH) con una reducción del 33% del refuerzo de estribos verticales y sin estribos horizontales. Se observó que las VGA de hormigón con fibras alcanzaron cargas máximas de entre un 4 % y un 8% mayores a las de las vigas con armadura mínima a corte y mostraron una mayor resistencia residual post pico de cargas. Los resultados se muestran a partir de tablas y gráficos. Finalmente, se emiten algunas conclusiones.
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    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.
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    Mechanical behavior of reinforced concrete hybrid beams made with normal concrete, foamed cellular concrete and fber reinforced foamed cellular concrete
    (2023-10-13) Retamal, Facundo Atuel; Rougier, Viviana Carolina
    Cellular concrete has increased in popularity in the construction industry due to its particular characteristics. It is classifed as lightweight concrete and its structural behavior is consistent with this defnition, showing less rigidity and more brittleness compared to normal concrete. In this work, experimental results obtained through bending tests on hybrid beams formed by two layers, one of normal concrete and the other of foamed cellular concrete, reinforced with polypropylene fbers, are presented. In this way, it was sought to increase the rigidity of the elements subjected to bending, through the incorporation of the normal density concrete layer and, in addition, to reduce the fragility of the foamed cellular concrete, through the addition of polypropylene fbers. Furthermore, the interface between both layers was treated with chemical glue for concrete, to achieve a better structural behavior of the elements. Characterization of the materials used was also carried out. In this way, the mechanical properties of the diferent concrete are analyzed and compared and the bending behavior of the hybrid beams is evaluated. Conclusions are drowned.
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    Estudio numérico probabilístico de la capacidad resistente de tubos de HRFA con distribución aleatoria de fibras
    (2023-04-10) Ferrado, Luis Facundo; Escalante, Mario Raúl; Rougier, Viviana Carolina
    En este trabajo, se presenta un estudio numérico para evaluar la capacidad de carga de tubos de HRFA considerando una orientación y distribución de fibras aleatoria. Para ello, se simuló el ensayo de tres aristas a través de un modelo de elementos finitos 3D en combinación con el método de Monte Carlo. Las fibras son representadas como elementos discretos distribuidos aleatoriamente en la masa de hormigón. El fenómeno de arrancamiento es considerado a través de una modificación del modelo constitutivo del acero. Además, se realizó un estudio paramétrico considerando variaciones en el dosaje de fibras y la clase de hormigón. Los resultados mostraron que la aleatoriedad en la distribución y orientación de las fibras afecta significativamente la carga máxima alcanzada con los tubos de HRFA. Sin embargo, esta carga máxima no varía sensiblemente cuando la distribución sigue una función de probabilidad uniforme, siendo la clase de hormigón el parámetro predominante.
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    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.