Caracterización estadística de los modelos de confinamiento y determinación de coeficientes parciales de seguridad para el refuerzo de pilas de puentes de hormigón mediante materiales compuestos (CFRP)
- Autores: José Luis Chambi Chuquichambi
- Directores de la Tesis: Joan Ramón Casas Rius (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2012
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Sergio Horacio Oller Martínez (presid.), Antoni Cladera Bohigas (secret.), Lluís Torres Llinás (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
El continuo deterioro y/o daños causados en las estructuras de hormigón durante su vida útil, son fenómenos inevitables que conlleva el paso del tiempo y viene a ser un problema importante que ha conducido al desarrollo de nuevos materiales compuestos para el refuerzo estructural. En el caso de puentes, las situaciones en las que se hacen necesarias intervenciones de refuerzo pueden ser: estructuras afectadas por patologías inherentes a problemas de durabilidad, estructuras mal proyectadas y/o mal ejecutadas, estructuras que han sido dañadas por causas externas (impacto de vehículos, incendio, sismo, desastres naturales, etc.), estructuras afectadas por un cambio de uso o por un aumento de la carga de proyecto, o para soportar futuros sismos. Frente a ello, los métodos de refuerzo tradicional tales como el recrecido de hormigón, postensado exterior y refuerzo con chapas de acero, frecuentemente tienen desventajas inherentes como el incremento del peso de la estructura, la corrosión del acero y su elevado costo de manipulación y colocación. Ante estos inconvenientes, y más concretamente refiriéndonos al refuerzo de pilas de puentes, en años recientes se ha incrementado el uso de polímeros reforzados con fibra (FRP) como elemento de confinamiento de elementos de hormigón sometidos a compresión, debido a sus excelentes propiedades mecánicas y químicas, incrementando principalmente la resistencia y ductilidad de las pilas de hormigón. Sin embargo, su aplicación presenta aún lagunas que exigen seguir investigando aspectos como la falta de códigos y normas, la falta de experiencia en el comportamiento a largo plazo, la susceptibilidad al fuego, etc. Existen incertidumbres en las bases de cálculo durante el dimensionamiento de este refuerzo, una de ellas está precisamente en los coeficientes parciales de seguridad para el hormigón confinado que se deben adoptar en el diseño. Por ello, la presente tesis doctoral pretende aportar conocimientos en este campo, y más concretamente, definiendo dichos coeficientes parciales de seguridad para el hormigón confinado para el diseño del refuerzo de pilas de puentes de hormigón armado con polímeros reforzados con fibras de carbono (CFRP), mediante proceso de calibración basado en fiabilidad estructural. En ese sentido, primeramente, se ha recopilado toda la información bibliográfica disponible referida principalmente a dos aspectos: descripción de modelos de confinamiento para hormigón confinado con CFRP y datos de ensayos experimentales para la elaboración de una base de datos. Los modelos de confinamiento considerados en este estudio para elementos de hormigón de sección circular son de: Mander et al. 1988, Pilakoutas y Mortazavi 1997, Toutanji 1999, Spolestra y Monti 1999, Eid y Paultre 2008, Teng et al. 2009, Wu y Zhou 2010. Aplicando las expresiones de predicción de estos modelos a los datos experimentales recogidos en la base de datos, obtenemos como resultado tensiones y deformaciones últimas, y con ellos, mediante un análisis estadístico de valores teóricos respecto a valores experimentales para cada modelo de confinamiento, y, tras un análisis comparativo entre los diferentes modelos definimos el modelo que mejor ajuste presenta respecto a los datos experimentales (modelo de Teng et al. 2009). Para dicho modelo, se ha realizado la caracterización estadística. Puesto que es poco probable esperar que un formato de norma de diseño estructural pueda representar todas las situaciones de diseño, los sistemas estructurales y tipologías de pilas de puentes para los cuales se ha realizado la calibración en este estudio, son los puentes de tramo recto de varios vanos con pilas de hormigón armado tipo columnas circulares. Las pilas pueden estar formadas por un fuste único o bien por dos fustes. Esta tipología de tablero y de pila cubre la mayor parte de los puentes existentes en las actuales vías de comunicación. Para definir los coeficientes parciales de seguridad para el hormigón confinado ?cc, se ha realizado la calibración basado en fiabilidad estructural, para un rango posible de soluciones de refuerzo con CFRP en las tipologías de pilas de puentes de los sistemas estructurales estudiados. Para ello, se tienen en cuenta las incertidumbres de las variables que intervienen, y mediante simulación se caracterizan estadísticamente las variables de resistencia y solicitación. Teniendo caracterizadas estas dos variables, según los niveles requeridos de seguridad estructural se determina la probabilidad de fallo o índice de fiabilidad para diferentes valores de ?cc. Los coeficientes parciales de seguridad quedarán definidos para aquellas situaciones, tales que, los índices de fiabilidad calculados en las pilas reforzadas dimensionadas con dichos coeficientes, den valores iguales o superiores al índice de fiabilidad objetivo, que en este estudio se ha fijado en . Finalmente, la propuesta de coeficientes parciales de seguridad a utilizar es la siguiente: ?cc = 1,15 para tmín ? t ? 2 mm ?cc = 1,30 para t > 2mm
