Resumen de Cortante último en vigas de hormigón armadas con barras FRP sin armadura transversal

Antonio R. Marí Bernat, Antoni Cladera Bohigas, Eva Oller Ibars, Jesús Miguel Bairán García

• español

  Debido a su durabilidad, elevadas relaciones resistencia/peso, y buena resistencia a la fatiga, los polímeros reforzados con fibras (FRP) se consideran una alternativa competitiva en relación al acero para la armadura pasiva de las estructuras de hormigón.

  Sin embargo, la armadura FRP presenta algunas diferencias cuando se compara con armadura de acero, como un bajo módulo de elasticidad y un diagrama tensión-deformación elástico-lineal hasta rotura, que implica una ausencia de comportamiento plástico.

  En la bibliografía existente, se pueden encontrar ecuaciones de diseño a cortante de vigas armadas con FRP sin armadura transversal, algunas de las cuales han sido incluidas en guías de diseño. Al comparar los cortantes últimos experimentales con los teóricos según estas formulaciones, se observa una gran dispersión, debida a que las ecuaciones existentes, en su mayoría, se basan en un ajuste empírico de resultados experimentales.

  En este artículo se presenta un modelo mecánico, simple, racional y basado en la observación experimental, para la predicción de la resistencia a cortante de vigas de hormigón armadas con FRP sin armadura transversal sometidas a carga puntual. Se supone que, justo antes de rotura, el cortante se resiste exclusivamente por la cabeza comprimida del hormigón en la sección crítica, situada en el extremo de la fisura de cortante más cercana al apoyo. Se desprecia la fricción en las fisuras y el efecto pasador, lo cual tiene sentido en este tipo de estructuras dada la flexibilidad de la armadura de FRP (ver Fig. 1). La rotura se produce cuando la tensión principal en la cabeza comprimida del hormigón alcanza la resistencia a tracción del hormigón. Se ha desarrollado una ecuación simple (Ec. 1) que considera explícitamente los parámetros que rigen la resistencia a cortante, como la resistencia a tracción del hormigón, la cuantía de armadura longitudinal y la relación entre el módulo de elasticidad de armadura pasiva y hormigón (α).

  vu,t=ζ•Vu,t/(fct•b•d)=ζ• ((1.072-0.01•a)•c/d+0.036)) (Ec.1) donde c/d es la profundidad relativa de la fibra neutra, calculada suponiendo una distribución de tensiones lineal en la cabeza de compresión, y ζ es el factor de efecto tamaño.

  Se ha verificado el ajuste del método propuesto comparando las predicciones del modelo con los resultados de 144 ensayos de vigas de hormigón armadas con FRP y con una base de datos previamente publicada de vigas armadas con acero que fallan a cortante, obteniéndose mejores resultados que los proporcionados por las ecuaciones de diseño de recomendaciones vigentes (Fig. 2).

• English

  Due to their durability, high strength-to-weight ratio, and good fatigue properties, fiber reinforced polymers (FRP) are considered an advantageous alternative to steel for internal reinforcement of concrete structures. However, the FRP reinforcement presents some differences when compared to steel reinforcing bars, such as a lower modulus of elasticity and a linear elastic stress-strain diagram up to rupture, which implies a lack of plastic behavior.

  In the existing literature, shear design equations of FRP reinforced concrete beams without stirrups have been developed, and many of them have been included in the shear provisions of the codes of practice. When comparing the experimental to the theoretical predictions of the ultimate shear force in FRP reinforced beams without stirrups, a significant difference can be observed. This difference can be explained by the fact that the shear design equations are mainly empirically based, and are obtained by adjustments of equations to experimental results.

  A mechanical, simple, rational and based on experimental observation model, for the prediction of the shear strength of FRP reinforced concrete beams without shear reinforcement subjected to point load is presented in this paper. It is assumed that, just before failure, the shear is resisted exclusively by the concrete flexural compression head at the critical section, placed at the tip of the shear crack closer to the support. The aggregate interlock and dowel action effects are neglected due to the flexibility of the internal FRP rebars (see Fig. 1). Failure is considered to occur when the principal tensile stress at the concrete head reaches the concrete tensile strength. A simple design equation (Eq. 1) is provided, which explicitly account for those parameters governing the shear strength, such as the concrete tensile strength, the amount of longitudinal reinforcement ratio and the ratio between the elastic modulus of the longitudinal reinforcement and the concrete (α).

  vu,t=ζ•Vu,t/(fct•b•d)=ζ• ((1.072-0.01•a)•c/d+0.036)) (Eq. 1) where c/d is the relative neutral axis depth, calculated assuming a linear stress distribution of stresses in the concrete chord, and ζ is the size effect factor.

  The accuracy of the proposed method has been verified by comparing the model predictions with the results of 144 tests on FRP reinforced concrete beams and with a previously published database on steel reinforced concrete beams failing on shear, providing better results than those obtained using the design equations of current codes of practice (Fig. 2).