Analisis seccional de elementos de hormigón armado sometidos a fatiga, incluyendo secciones

275 Pages·2008·3.96 MB·English

by  Carlos Zanuy Sánchez

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE
CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

ANÁLISIS SECCIONAL DE ELEMENTOS DE
HORMIGÓN ARMADO SOMETIDOS A FATIGA,
INCLUYENDO SECCIONES ENTRE FISURAS

TESIS DOCTORAL

CARLOS ZANUY SÁNCHEZ
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

2008
© Carlos Zanuy Sánchez
ISBN: 978-84-691-2465-9
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA DE MEDIOS
CONTINUOS Y TEORÍA DE ESTRUCTURAS

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE
CAMINOS, CANALES Y PUERTOS

ANÁLISIS SECCIONAL DE ELEMENTOS DE
HORMIGÓN ARMADO SOMETIDOS A FATIGA,
INCLUYENDO SECCIONES ENTRE FISURAS

CARLOS ZANUY SÁNCHEZ
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

DIRECTORES DE TESIS

LUIS ALBAJAR MOLERA
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
PABLO DE LA FUENTE MARTÍN
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

2008

Tribunal nombrado por el Mgfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica de
Madrid, el día ….. de ……………. de 200….

Presidente:
Vocal:
Vocal:
Vocal:
Secretario:
Suplente:
Suplente:

Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día ….. de …………. de 200….
en la E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la U.P.M.
Calificación: ……………………………………….
EL PRESIDENTE LOS VOCALES

EL SECRETARIO

A mis padres y hermanos

Índice

Índice.................................................................................................................................I
Resumen...........................................................................................................................V
Abstract..........................................................................................................................VII
Agradecimientos.............................................................................................................IX
Notación.........................................................................................................................XI

Capítulo 1. Introducción................................................................................................1
1.1. Motivación....................................................................................................1
1.2. Objetivos.......................................................................................................3
1.3. Metodología y organización de la Tesis.........................................................4

Capítulo 2. La fatiga del hormigón: planteamiento del problema...................................7
2.1. Introducción...................................................................................................7
2.2. Generalidades de la fatiga..............................................................................8
2.2.1. Definiciones...........................................................................................8
2.2.2. Aproximación a la fatiga por medio de la Mecánica de la Fractura.........9
2.2.3. El proceso de fatiga del hormigón. Conceptos previos..........................11
2.3. Fatiga del hormigón en compresión.............................................................16
2.3.1. Comportamiento bajo una carga de compresión centrada de amplitud
constante 16
2.3.2. El efecto del gradiente de tensiones......................................................19
2.4. Fatiga de elementos de hormigón armado....................................................22
2.5. Modelos teóricos existentes.........................................................................27
2.5.1. Modelos basados en las curvas S-N......................................................27
2.5.2. La Mecánica del daño continuo............................................................30
2.5.3. Modelos recientes desarrollados en la Universidad del Ruhr (Alemania)
38
2.6. Adherencia entre hormigón y armadura........................................................41
2.7. Discusión y conclusiones.............................................................................41

Capítulo 3. Propuesta de modelo teórico. Fatiga del hormigón en compresión y
aplicación a la sección armada fisurada.......................................................................43
3.1. Introducción.................................................................................................43
3.2. Objetivos y ámbito de aplicación.................................................................44
3.3. Antecedentes...............................................................................................45
3.4. Modelo del material.....................................................................................46
3.4.1. Modelo de comportamiento estático del hormigón...............................46
I
3.4.2. Modelo de comportamiento del hormigón bajo carga cíclica................47
3.4.3. Procesos variables................................................................................49
3.4.4. Ciclos tracción – compresión................................................................51
3.4.5. Obtención de las leyes de evolución de las variables del modelo durante
el proceso cíclico.................................................................................................52
3.4.5.1. Selección de la curva S-N.............................................................53
3.4.5.2. Ley de evolución de la deformación (ε - N)..................................58
3.4.5.3. Ley de evolución del módulo de deformación (E - N)...................64
3.5. Análisis seccional........................................................................................70
3.5.1. Estrategia de análisis............................................................................71
3.5.2. Fatiga de la armadura...........................................................................75
3.6. Comparación con trabajos experimentales de la literatura............................76
3.6.1. Elementos no armados. Estudio de la influencia de la excentricidad de la
carga 76
3.6.2. Columnas de hormigón armado............................................................79
3.6.3. Vigas de hormigón armado ..................................................................83
3.6.3.1. Vigas de Schläfli (1999)...............................................................83
3.6.3.2. Vigas de Johansson (2004)...........................................................91
3.6.3.3. Vigas de Lambotte (1963 – 1965).................................................97
3.7. Conclusiones .............................................................................................101

Capítulo 4. Análisis teórico y experimental del tirante de hormigón armado bajo carga
repetida.....................................................................................................................103
4.1. Introducción...............................................................................................103
4.2. El hormigón en tracción.............................................................................104
4.2.1. Fenomenología y resultados experimentales.......................................104
4.2.2. Comportamiento del hormigón en tracción bajo cargas repetidas........106
4.3. El hormigón armado: estudio del tirante.....................................................109
4.3.1. El tirante bajo carga estática...............................................................109
4.3.1.1. Generalidades.............................................................................109
4.3.1.2. Ecuaciones que gobiernan el comportamiento del tirante............113
4.3.1.3. La ley de adherencia hormigón - acero.......................................115
4.4. Modelo analítico........................................................................................124
4.4.1. Planteamiento....................................................................................124
4.4.2. Aplicación..........................................................................................129
4.4.2.1. Un caso de carga estática............................................................129
4.4.2.2. Un caso de carga repetida...........................................................132
4.5. Modelización mediante elementos finitos...................................................134
4.5.1. Planteamiento....................................................................................134
4.5.2. Aplicación..........................................................................................136
4.6. Análisis de la influencia de las distintas variables que intervienen en el
problema de fisuración..........................................................................................138
4.6.1. Influencia de los parámetros de adherencia.........................................139
4.6.2. Influencia de parámetros no relativos a la ley adherencia....................142
4.7. Ensayos de tirantes de hormigón armado sometidos a cargas cíclicas.........146
4.7.1. Concepción y objetivos de los ensayos...............................................146
4.7.2. Descripción de los ensayos.................................................................146
II