MECANISMOS DE RESPUESTA FRENTE AL ESFUERZO CORTANTE EN VIGAS ...

659 Pages·2007·15.89 MB·Spanish

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL-CONSTRUCCION
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR
DE
INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
TESIS DOCTORAL
MECANISMOS DE RESPUESTA FRENTE
AL ESFUERZO CORTANTE
EN VIGAS PREFABRICADAS
Autor: David Fernández-Ordóñez Hernández
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
DIRECTORES:
Prof. D. ÁNGEL APARICIO
Prof. D. JOSÉ CALAVERA
Prof. D. FLORENCIO DEL POZO
Madrid, Abril de 2001
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL-CONSTRUCCION
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR
DE
INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
TESIS DOCTORAL
MECANISMOS DE RESPUESTA FRENTE
AL ESFUERZO CORTANTE
EN VIGAS PREFABRICADAS
Autor: David Fernández-Ordóñez Hernández
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
DIRECTORES:
Prof. D. ÁNGEL APARICIO
Prof. D. JOSÉ CALAVERA
Prof. D. FLORENCIO DEL POZO
Madrid, Abril de 2001
TESIS DOCTORAL: MECANISMOS DE RESPUESTA FRENTE AL
ESFUERZO CORTANTE EN VIGAS
PREFABRICADAS
AUTOR: DAVID FERNANDEZ-ORDONEZ HERNÁNDEZ
El tribunal nombrado por el Mgfco. Y Excmo. Sr. Rector de la Universidad
Politécnica de Madrid, el día de de
para juzgar la Tesis Doctoral arriba citada, compuesto por los siguientes
Sres.:
PRESIDENTE:
VOCAL:
VOCAL:
VOCAL:
VOCAL:
VOCAL SECRETARIO:
Acuerda otorgarle la calificación de,
Madrid, de de
MECANISMOS DE RESPUESTA FRENTE
AL ESFUERZO CORTANTE
EN VIGAS PREFABRICADAS
AGRADECIMIENTOS.
En primer lugar a los tres directores de esta Tesis, Ángel Aparicio, José Calavera y Florencio del
Pozo, sin sus indicaciones y ánimo no me habría sido posible llegar a terminarla.
A todas las personas que participaron en los ensayos de Intemac en Madrid y en la Escuela de
Caminos de Barcelona, en particular a Jorge Ley y Jaime Fernández de Intemac y a Gonzalo
Ramos y Ravindra Gettu de la Escuela de Caminos de la UPC de Barcelona.
A mi mujer, Alicia, y a mis hijos Marcos y Sara. Suyas han sido muchas de las horas que han
servido para finalizar esta tarea.
A mis padres que me enseñaron a trabajar y de los que aprendí a distinguir el bien del mal. En
particular a mi padre, que siempre me animó a continuar y que no ha podido ver el trabajo
terminado.
RESUMEN
En la realización de los estudios de este trabajo se han seguido las siguientes fases y
metodología:
1. Estudio y análisis de la documentación bibliográfica existente.
2. Análisis de los ensayos existentes sobre rotura por cortante.
3. Análisis de los ensayos sobre rotura por cortante realizados para FEDECE.
Rotura por compresión en la biela.
4. Realización de un modelo racional estructural de respuesta frente al esfuerzo
cortante.
5. Contraste entre el modelo desarrollado y los ensayos analizados.
6. Conclusiones finales.
Se ha desarrollado un modelo racional que ha sido luego ampliamente contrastado con los
ensayos reales que se han realizado sobre la rotura de elementos por esfuerzo cortante.
Se han revisado los ensayos sobre cortante realizados por F. Leonhardt en 1961 en Stuttgart
junto a R. Walter. También se han analizado los ensayos de M.P. Nielsen y M.W. Braestrup
en la Universidad Técnica de Dinamarca en 1980, y por último se han analizado los
ensayos llevados a cabo por Teófilo Serrano en el CEDEX en el año 1982. En estos
ensayos la rotura de los elementos se produjo principalmente por compresión en las bielas
de cortante o en la cabeza comprimida tras la plastificación de los cercos de cortante.
Además se han revisado los numerosos datos de los ensayos realizados para FEDECE por
fNTEMAC y por la Escuela de Ingenieros de Caminos de Barcelona, dirigidos por los
tres catedráticos directores de esta tesis. En estos ensayos la rotura de las vigas
prefabricadas se produjo directamente en las bielas de cortante, sin plastificación previa de
los cercos.
Se ha desarrollado un modelo racional en el que se combina la resistencia frente al esfuerzo
cortante a través del mecanismo de la celosía, originalmente ideado por Ritter y Morsch,
con el mecanismo que forman el arco y el tirante inscritos en la viga, propuesto por los tres
catedráticos autores de los Ensayos Fedece.
El modelo propuesto tiene en cuenta la redistribución entre los mecanismos de la celosía y
del arco-tirante cuando uno de los dos alcanza su máxima capacidad portante.
Se ha podido verificar una correlación adecuada entre las previsiones del modelo teórico
racional y los ensayos sobre la rotura por cortante realizados por los distintos autores cuya
rotura última ha sido producida mediante mecanismos de rotura distintos, tanto por
compresión directa en las bielas de compresión, como por plastificación inicial de los
tirantes y posterior compresión de las bielas o la cabeza superior.
En todos los casos estudiados se ha obtenido, con el modelo propuesto, el mismo
mecanismo de rotura que se produjo en los ensayos, tanto en los casos de rotura por
compresión oblicua "directa" de los ensayos de Barcelona, como en los de rotura del
hormigón de las almas tras la plastifícación de los cercos en los ensayos del CEDEX y
Stuttgart.
Se puede considerar que el trabajo desarrollado en esta Tesis ha servido para demostrar que
el mecanismo de resistencia frente a esfuerzo cortante es muy complejo y que puede ser
aproximado mediante el modelo propuesto, que contiene dos sistemas resistentes que
interaccionan entre si en función de las características mecánicas de los elementos que los
componen y del historial de cargas.
El uso del modelo propuesto permitiría afinar la respuesta de elementos lineales frente a
solicitaciones de flexión y cortante combinados. Aunque no se ha buscado explícitamente,
se puede obtener del sistema la tracción en la cabeza traccionada a flexión y la compresión
en la cabeza comprimida. Ambas dependen fuertemente del modo de armado a flexión y a
cortante.
III
SUMMARY
The following work methodology has been followed in this document:
1. Study and analysis of available bibliography
2. Analysis of existing tests on shear failure
3. Analysis on shear failure made for FEDECE. Failure in compression of the
struts
4. Establish a structural rational model for shear
5. Evaluation of the tests with the model
6. Final conclusions
There has been developed a rational model that has been later fully evaluated with real
scale elements shear tests.
Shear tests checked were originally made by F. Leonhardt in 1961 in Stuttgart with R.
Walter. Also have been checked tests by M.P. Nielsen and M.W. Braestrup in Technical
University of Denmark in 1980, and fínally some test made by Teófilo Serrano in CEDEX
(Spain) during 1982 have been analyzed.
Furthermore a number of data from the tests made for FEDECE by Intemac and the
Technical School of Civil Engineers of Barcelona, under the direction of the Professors that
are directors of this Thesis, have been analyzed. In these tests the failure of the elements,
precast beams in this case, was produced directly in the shear struts, without previous
plastifícation of shear reinforcement.
The rational model developed combines resistance to shear with the strut and tie model,
originally developed by Ritter and Mórsch, and the inscribed arch and tensión tie model, as
proposed by the three professors that made Fedece Tests.
Proposed model takes into account redistribution between both mechanisms of strut and tie
as well as the inscribed arch and tensión tie, when one of the mechanisms reaches its
máximum load capacity.
It has been possible to verify a correct correlation between previsions of the theoretical
model and shear failure tests made by several authors, both in the case of direct
compression in shear struts and with former plastifícation of shear ties and subsequent
compression of shear struts or compression top chord.
In all studied cases it has been obtained the same failure mechanism in the model as was in
the tests. This has occurred, both in the case of direct compression in the shear struts, as
was the case of Barcelona Tests, and also the case of failure in compression of shear struts
after former plastifícation of shear ties, as in the case of Stuttgart shear test and CEDEX
shear tests.
IV
With the work made in this Thesis it can be demonstrated that the mechanism of resistance
regarding shear is very complex and that can modeled with enough approximation with the
proposed model. This model has within two shear resisting mechanisms that interact
depending on the different mechanic characteristics of its elements and the history of loads.
The use in design of the proposed model can allow to adjust the response of linear elements
regarding combined bending and shear. Although it has not been explicitly looked for, it
can be deduced from the model the tensión in bending tensión chord and the compression
in the bending compression chord. Both depend strongly in the way that shear and bending
reinforcement is designed.