Resumen de De la evidencia experimental al modelo mecánico y ecuaciones de diseño: La CSCT para el diseño a cortante

Aurelio Muttoni, Miguel Fernández Ruiz

• español

  Desde los inicios del hormigón estructural hasta la fecha se han dedicado muchos esfuerzos de investigación a la cuestión del diseño a cortante de elementos sin armadura transversal. Esto ha permitido una serie de avances notables en la comprensión del fenómeno, que en la actualidad se admite como dependiente de un número de mecanismos de transferencia de cortante en el hormigón fisurado, tales como el engranamiento entre los áridos, relacionado con la abertura de fisura y su deslizamiento, la capacidad remanente a tracción del hormigón tras la fisuración, el efecto pasador de las armaduras y la inclinación de la biela comprimida.En los últimos años, equipos independientes de investigadores han confirmado esto a través de medidas detalladas llevadas a cabo con Correlación de Imagen Digital (Digital Image Correlation) sobre los ensayos realizados, y mediante la integración de las leyes constitutivas que gobiernan la transferencia del cortante. De acuerdo a la realidad física contemplada, se han desarrollado teorías claras y basadas en la ciencia permitiendo a los investigadores, por un lado replicar la respuesta ante el cortante de una manera realista, y por el otro llevar a cabo predicciones más exactas sobre la capacidad resistente de los elementos.Una de estas teorías, cimentada en datos experimentales y respaldada por la modelización mecánica, es la Teoría de la Fisura Crítica de Cortante (Critical Shear Crack Theory, CSCT por sus siglas en inglés). En este artículo, se reseñan las leyes fundamentales de la teoría, y se relacionan con la respuesta experimental de vigas sometidas a cortante. Basándose en estos principios, se presenta un modelo físico-mecánico con objeto de implementar los conceptos básicos del CSCT. En función de estos resultados, se justifica la pertinencia de definir un criterio para evaluar los fallos de cortante, que se pueda formular de una manera simplificada y adecuada para el diseño. El objetivo de este criterio es conducir a expresiones de diseño coherentes,lo suficientemente simples como para ser utilizadas en la práctica.Es especialmente interesante mencionar que el fundamento mecánico del modelo permite reproducir naturalmente fenómenos físicos, tales como los efectos debidos a la deformación del acero pasivo o el efecto de escala, que pueden ser evaluados de una forma exacta teniendo en cuenta la respuesta no lineal de un elemento de hormigón armado posiblemente fisurado. Este planteamiento es coherente con la física subyacente y es considerablemente más general que los llevados a cabo en el pasado, donde las fórmulas empíricas se corregían con un término debido al efecto de escala, para considerar este fenómeno (teniendo como consecuencia que la fórmula no fuera necesariamente consistente o válida fuera de sus rangos de calibración). En base a la evidencia referida, este artículo responde de una manera científica, detallada y transparente a las críticas realizadas por A. A.Dönmez and Z. P. Bažant en relación a las hipótesis de CSCT.

• English

  Many research efforts have so far been devoted to the topic of shear design of members without transverse reinforcement since the first development in structural concrete. This has allowed a number of significant advances in the understanding of the phenomenon, which is currently acknowledged to depend upon a number of shear-transfer actions in cracked concrete such as aggregate interlocking related to crack opening and sliding, the residual tensile strength of concrete after cracking, dowelling of the reinforcement and the inclination of the compression chord.In the last years, independent teams of researchers have confirmed this by means of detailed measurements on tests performed with Digital Image Correlation and by integrating constitutive laws governing the transfer of shear. In agreement to the observed physical reality, clear and scientifically based theories have been developed allowing researchers to reproduce the shear response in a realistic manner and to perform more accurate predictions on the strength of members. One of these theories, grounded on experimental facts and supported by mechanical modeling, is the Critical Shear Crack Theory (CSCT). In this paper, the fundamentals of the theory are reviewed, linking them to the experimental response of beams in shear. Based upon these fundamentals, a general physical-mechanical model is presented to implement the CSCT basic ideas. On the basis of these results, the aptness of defining a criterion to assess failures in shear is justified, which can be formulated in a simplified manner and is suitable for design. The aim of this criterion is to lead to consistent design expressions, sufficiently simple to be used in practice.It is particularly interesting that the mechanical basis of the model allows natural reproduction of physical phenomena, such as size and reinforcement strain effects, that can be assessed in an accurate manner considering the nonlinear response of a potentially cracked reinforced concrete member. This approach is consistent with the underlying physics and is significantly more general than approaches followed in the past, where empirical formulas were corrected with a size effect term to account for this phenomenon (imposing an effect on a formula which is not necessarily consistent or valid outside its ranges of calibration). Based on the evidence reviewed, this article replies in a scientific, detailed, and transparent manner to a number of criticisms by A. A. Dönmez and Z. P. Bažant on the assumptions of the CSCT.