Resumen de Resistencia a cortante de elementos de hormigón armado sin cercos sometidos a fatiga

Juan Manuel Gallego Martín, Carlos Zanuy Sánchez, Luis Albajar Molera

• español

  Las estructuras de hormigón armado son susceptibles de sufrir daño por fatiga cuando estas se ven sometidas a un elevado número de cargas repetidas. Muchas de estas estructuras no requieren armadura de cortante para satisfacer los requerimientos de diseño estático como por ejemplo los muros de contención o las losas de tableros de puente. Un informe del RILEM del año 1984 puso de manifiesto la necesidad de estudiar el fenómeno de la fatiga por cortante con el objetivo de evitar este tipo de fallo frágil. A pesar de ello, muchas de las normativas actuales no incluyen una comprobación del nivel de seguridad frente a este tipo de fallo y aquellas que lo hacen proponen expresiones de tipo empírico en lugar de modelos mecánicos avanzados. La resistencia a cortante de estos elementos sometidos a fatiga puede ser evaluada mediante curvas S-N que relacionan el nivel de oscilación de tensiones con el número de ciclos resistentes. Aunque este planteamiento basado en curvas S-N es deseable desde un punto de vista práctico, un enfoque racional es necesario para entender el proceso de fatiga.

  El objetivo principal de esta investigación es el de estudiar el comportamiento transversal de los voladizos de puentes de carretera con sección cajón (Fig. 1), construidos tradicionalmente sin armadura de cortante. Por lo general, el dimensionamiento a cortante de estos elementos se realiza atendiendo a criterios estáticos siendo poco frecuente en las normativas la estimación de la resistencia a cortante para cargas cíclicas.

  Los resultados experimentales muestran importantes diferencias entre los modos de fallo estático y cíclico en vigas de hormigón armado sin cercos. Estos resultados evidencian que vigas de hormigón armado sin cercos diseñadas para tener un tipo fallo estático dúctil por flexión pueden presentar un fallo de tipo frágil por cortante cuando estas se someten a cargas repetidas. Con el propósito de conseguir un conocimiento más avanzado en esta materia, se ha llevado a cabo una campaña experimental en el Laboratorio de Estructuras de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) con la finalidad de estudiar el comportamiento a cortante en vigas de hormigón armado de canto variable sin cercos sometidas a fatiga. Un total de cinco ensayos de fatiga han sido realizados para diferentes niveles de carga y esbelteces de cortante (Fig. 2), presentando diferentes modos de fallo. Estos elementos tratan de representar de forma simplificada los voladizos laterales de puentes de carretera de sección cajón.

• English

  Concrete structures are able to suffer fatigue when they are subjected to high number of cyclic loads. Many of these need not shear reinforcement to satisfy static design requirements, such as retaining walls or bridge deck slabs among others. A RILEM report in 1984 already put in evidence the necessity of studying shear fatigue in order to avoid this brittle failure. In spite of this, nowadays many structural concrete codes do not include a verification of the shear fatigue safety and those which include it still prefer empirical formulations instead of advanced mechanical models. Shear fatigue strength can be evaluated by S-N curves, which relate the stress oscillation level with the number of cycles that a beam can resist. Although this S-N based approach is desirable from the practical viewpoint a rational approach is necessary in order to understand the fatigue process.

  The main goal of this research is to study the cross behaviour of cantilevers belonging to road box-girder bridges (Fig. 1) that traditionally are designed without shear reinforcement. Designs are usually made on the basis of static strength and it is unusual that codes consider fatigue strength of concrete in shear. Accordingly, it is important to take into account the fatigue behaviour of structural members subjected to cyclic loads although these loads are lower than those which produce the static failure.

  Experimental works show important differences between the static and cyclic failure modes of reinforced concrete beams without stirrups. These works concluded that beams without transverse reinforcement, designed to have a ductile failure mode in flexure, can submit a brittle shear failure mode when they are subjected to repeated loads. In order to achieve a more advanced knowledge in this subject an experimental campaign has been carried out at the Laboratory of Structures of the Technical University of Madrid (UPM) with the purpose of study the fatigue shear behaviour of reinforced concrete haunched beams built without stirrups and subjected to fatigue loads. A total of five fatigue tests have been carried out with distinct load levels and shear span-to-depth ratios (Fig. 2) presenting different failures modes. These elements were designed to reproduce in a simplified form the lateral cantilevers of road box-girder bridges at real scale.