Estudio teórico de capacidad de deformación de soportes esbeltos de hormigón armado con fibras de acero sometidos a esfuerzos combinados de axil y carga lateral

El estudio de la ductilidad es muy importante en elementos estructurales sometidos a esfuerzos combinados, ya que nos determina la capacidad de resistencia y a la deformación. Actualmente son escasos los ensayos experimentales para el estudio de soportes esbeltos sometidos a carga axial y carga lateral cíclica, donde también hay carencia de estudios con respecto a hormigones de alta resistencia y adicion de fibras metálicas (Caballero-Morrison et al (2011)[5]). Se ha desarrollado un modelo numérico utilizando el software Opensees (http://opensees.berkeley.edu). Opensees es una herramienta de simulación disponibles en la Red para la simulación de Ingeniería Sísmica (Nees). En el análisis numérico se consideran las leyes constitutivas de hormigón reforzado con fibras confinados y no confinados bajo cargas cíclicas, y las leyes constitutivas para las barras de acero bajo cargas cíclicas y sometido a pandeo. Se ha realizado un estudio teórico de comportamiento inelástico de soportes esbeltos de hormigón definiéndose un modelo numérico en Opensees; dicho modelo ha sido calibrado con 25 ensayos experimentales propios. Los parámetros de estudio utilizados son: el nivel de axil, esbeltez a cortante, resistencia del hormigón, la cuantía de la armadura transversal, el tamaño de la sección y la adición de fibras metálicas en la masa del hormigón.El estudio de la ductilidad es muy importante en elementos estructurales sometidos a esfuerzos combinados, ya que nos determina la capacidad de resistencia y a la deformación. Actualmente son escasos los ensayos experimentales para el estudio de soportes esbeltos sometidos a carga axial y carga lateral cíclica, donde también hay carencia de estudios con respecto a hormigones de alta resistencia y adicion de fibras metálicas (Caballero-Morrison et al (2011)[5]). Se ha desarrollado un modelo numérico utilizando el software Opensees (http://opensees.berkeley.edu). Opensees es una herramienta de simulación disponibles en la Red para la simulación de Ingeniería Sísmica (Nees). En el análisis numérico se consideran las leyes constitutivas de hormigón reforzado con fibras confinados y no confinados bajo cargas cíclicas, y las leyes constitutivas para las barras de acero bajo cargas cíclicas y sometido a pandeo. Se ha realizado un estudio teórico de comportamiento inelástico de soportes esbeltos de hormigón definiéndose un modelo numérico en Opensees; dicho modelo ha sido calibrado con 25 ensayos experimentales propios. Los parámetros de estudio utilizados son: el nivel de axil, esbeltez a cortante, resistencia del hormigón, la cuantía de la armadura transversal, el tamaño de la sección y la adición de fibras metálicas en la masa del hormigón

Comportamiento de soportes esbeltos de hormigón armado con fibras de acero sometidos a esfuerzos combinados de axil y carga lateral cíclica

La ductilidad es un indicador de la capacidad de deformación en estructuras sometidas a esfuerzos combinados de axil y carga lateral cíclica. El elemento estructural sometido a estos esfuerzos debe ser capaz de absorber y de disipar la energía sin que se produzca una significativa perdida de capacidad resistente. En la actualidad, las normativas para el diseño sísmico estructural, (EC-8 (2004)[4], ACI-318(11)[1]) especifican la disposición de la cuantía de armadura transversal a disponer en las zonas críticas susceptibles de albergar una rótula plástica. Para niveles altos de axil es necesario disponer una cuantía importante de armadura transversal. Dicha cuantía puede suponer problemas durante la puesta en obra del hormigón. La literatura técnica señala como una posible solución para mejorar la ductilidad de este tipo de soportes utilizar hormigón con fibras en su masa. Por otro lado, los efectos de segundo orden que se producen en los soportes influyen en la capacidad de deformación (Bae y Bayrak (2006)[8]); y en la literatura técnica son escasos los ensayos experimentales de soportes cuya esbeltez sea superior a 6.5. Por tales razones se han realizado 25 ensayos experimentales donde se estudian parámetros como la resistencia del hormigón, la esbeltez geométrica de la pieza, la cuantía de armadura tranversal, el nivel de axil reducido, la sección transversal y la adición de fibras metálicas en la masa del hormigón. Estos ensayos tienen como objetivo conocer la capacidad de deformación y de resistencia sometidos a una carga axial y carga lateral cíclica según los parámetros mencionados anteriormente; y además han de servir para calibrar modelos numéricos y validar métodos simplificados.La ductilidad es un indicador de la capacidad de deformación en estructuras sometidas a esfuerzos combinados de axil y carga lateral cíclica. El elemento estructural sometido a estos esfuerzos debe ser capaz de absorber y de disipar la energía sin que se produzca una significativa perdida de capacidad resistente. En la actualidad, las normativas para el diseño sísmico estructural, (EC-8 (2004)[4], ACI-318(11)[1]) especifican la disposición de la cuantía de armadura transversal a disponer en las zonas críticas susceptibles de albergar una rótula plástica. Para niveles altos de axil es necesario disponer una cuantía importante de armadura transversal. Dicha cuantía puede suponer problemas durante la puesta en obra del hormigón. La literatura técnica señala como una posible solución para mejorar la ductilidad de este tipo de soportes utilizar hormigón con fibras en su masa. Por otro lado, los efectos de segundo orden que se producen en los soportes influyen en la capacidad de deformación (Bae y Bayrak (2006)[8]); y en la literatura técnica son escasos los ensayos experimentales de soportes cuya esbeltez sea superior a 6.5. Por tales razones se han realizado 25 ensayos experimentales donde se estudian parámetros como la resistencia del hormigón, la esbeltez geométrica de la pieza, la cuantía de armadura tranversal, el nivel de axil reducido, la sección transversal y la adición de fibras metálicas en la masa del hormigón. Estos ensayos tienen como objetivo conocer la capacidad de deformación y de resistencia sometidos a una carga axial y carga lateral cíclica según los parámetros mencionados anteriormente; y además han de servir para calibrar modelos numéricos y validar métodos simplificados

Integración de tensiones en secciones de hormigón sometidas a flexocompresión esviada

En el presente articulo se describe un método numérico para la integración de las tensiones en las zonas no fisuradas de secciones de hormigón de forma cualquiera, sometidas a esfuerzos axiles y de flexión esviada. Dicha integración se lleva a cabo mediante un algoritmo automático que subdivide la zona no fisurada en un pequeño número de áreas cuadrangulares e integra las tensiones en cada una de ellas mediante cuadratura de Gauss. Este método se ha aplicado a diferentes tipos de secciones, variando sistemáticamente la profundidad e inclinación de la fibra neutra. Estos resultados se comparan con los obtenidos mediante la integración de las mismas secciones a partir de la conocida técnica de subdivisión en celdillas. Dichas comparaciones se establecen desde el punto de vista de precisión de los resultados y rapidez en la ejecución.Peer Reviewe

Integración de tensiones en secciones de hormigón sometidas a flexocompresión esviada

En el presente articulo se describe un método numérico para la integración de las tensiones en las zonas no fisuradas de secciones de hormigón de forma cualquiera, sometidas a esfuerzos axiles y de flexión esviada. Dicha integración se lleva a cabo mediante un algoritmo automático que subdivide la zona no fisurada en un pequeño número de áreas cuadrangulares e integra las tensiones en cada una de ellas mediante cuadratura de Gauss. Este método se ha aplicado a diferentes tipos de secciones, variando sistemáticamente la profundidad e inclinación de la fibra neutra. Estos resultados se comparan con los obtenidos mediante la integración de las mismas secciones a partir de la conocida técnica de subdivisión en celdillas. Dichas comparaciones se establecen desde el punto de vista de precisión de los resultados y rapidez en la ejecución.Peer Reviewe

Integración de tensiones en secciones de hormigón sometidas a flexocompresión esviada

En el presente articulo se describe un método numérico para la integración de las tensiones en las zonas no fisuradas de secciones de hormigón de forma cualquiera, sometidas a esfuerzos axiles y de flexión esviada. Dicha integración se lleva a cabo mediante un algoritmo automático que subdivide la zona no fisurada en un pequeño número de áreas cuadrangulares e integra las tensiones en cada una de ellas mediante cuadratura de Gauss. Este método se ha aplicado a diferentes tipos de secciones, variando sistemáticamente la profundidad e inclinación de la fibra neutra. Estos resultados se comparan con los obtenidos mediante la integración de las mismas secciones a partir de la conocida técnica de subdivisión en celdillas. Dichas comparaciones se establecen desde el punto de vista de precisión de los resultados y rapidez en la ejecución

Nueva propuesta para el cálculo de la esbeltez límite inferior en soportes intraslacionales de hormigón armado

En este artículo, se propone una expresión para el cálculo de la esbeltez límite inferior en soportes intraslacionales de hormigón armado de sección rectangular, cuya finalidad es distinguir cuando los efectos de segundo orden pueden ser despreciados en el cálculo. Esta expresión es válida para: hormigones convencionales y de alta resistencia, bajo carga instantánea como sostenida y, tanto para solicitaciones de flexo-compresión recta como esviada. Partiendo de un criterio basado en acotar la pérdida relativa de capacidad resistente del soporte respecto a la de la sección transversal en un 10% en términos de flexión y utilizando un modelo numérico como referencia se han analizado los distintos parámetros que influyen en la esbeltez límite inferior. Los principales factores han sido incluidos en la expresión propuesta. Finalmente, la expresión propuesta se ha comparado con los resultados provenientes del modelo numérico y del EC-2 (2003)

Experimental research on high strength concrete slender columns subjected to compression and uniaxial bending with unequal eccentricities at the ends

This paper presents an experimental research on 32 columns tested with unequal eccentricities at the ends. The purpose of this research is twofold: first, the contribution to the knowledge of these components and second, to calibrate and check simplified approaches. The analyzed variables are: the concrete strength (normal and high strength), the slenderness, the amount of longitudinal reinforcement, the ratio between eccentricities at the ends and the relative eccentricity applied. Ultimate strength and deformed shape of the column have been analyzed and simplified approaches proposed by EC-2 (2004) and by ACI- 318 (2008) have been compared with experimental results. In general, the accuracy of the simplified methods proposed in the EC-2 (2004) and the ACI-318 (08), for HSC columns is lower than for NSC columns. Ductility factor (lD) according to (EC-8 (2005)) has been assessed among the experimental tests in order to compare the displacement capacity. In general, ductility increases when the relative eccentricity (e2/b), the ratio between eccentricities (b), and the amount of longitudinal reinforcement (ql) increase, and when the slenderness of the column (kg) and the concrete strength (fc) decreases.This work is enclosed in a research project on slender columns carried out by Instituto de Ciencia y Tecnologia del Hormigon (ICI-TECH) of the Universitat Politecnica de Valencia. This research was funded through grants from the Ministerio de Ciencia y Innovacion de Espana with research projects BIA 2006-06429. The experimental program was developed in the Laboratory of Concrete of the Construction Engineering Department of the Universitat Politecnica de Valencia.Leite, L.; Bonet Senach, JL.; Pallarés Rubio, L.; Miguel Sosa, P.; Fernández Prada, MÁ. (2013). Experimental research on high strength concrete slender columns subjected to compression and uniaxial bending with unequal eccentricities at the ends. Engineering Structures. 48:220-232. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2012.07.039S2202324

Cm-factor for RC slender columns under unequal eccentricities and skew angle loads at the ends

Reinforced concrete slender columns, in general, are subjected to a non-uniform bending moment law, due to the occurrence of unequal eccentricities and skew angles at the ends. Design codes suggest calculating an equivalent moment factor Cm in each bending direction with the aim of reducing the analysis of the column to another equivalent one with equal eccentricities and angles at the ends. This paper presents a new equation to compute the equivalent moment factor Cm derived from the numerical model. This model has been calibrated and checked with 255 experimental tests from the literature. The experiments correspond to RC slender columns, pinned pinned and subjected to short-term ultimate loads and unequal eccentricities at the ends, for both uniaxial bending and biaxial bending. In HSC slender columns, a factor k3 is proposed to be applied along the concrete cover region in order to take into account the concrete cover spalling off. From the comparison with the current formula of the design codes (ACI-318 and Eurocode 2), the proposed Cm increases the safety factor for low and medium slenderness of the column (&#955;g < 20), low levels of axial load (N/Ncr < 0.50), high-strength concrete (50 < fc < 100 MPa) and double curvature bending (&#946; < 0). The proposed formula allows reinforced concrete slender columns to be both checked and designed with enough accuracy for practice engineering, and is simple to apply.The content of this article is part of a research work carried out by the Universitat Politecnica de Valencia and the Institute of Concrete Science and Technology (ICITECH). The authors of this work wish to thank the Research Bureau of the Spanish Ministry of Economy and Competitivenes, the Plan E and the European Regional Development Fund for the co-funding of the research projects BIA2006-06429 and BIA BIA-2012-32645.Da Costa Lino Leite, LC.; Bonet Senach, JL.; Pallarés Rubio, L.; Miguel Sosa, P. (2014). Cm-factor for RC slender columns under unequal eccentricities and skew angle loads at the ends. Engineering Structures. 71(15):73-87. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.04.020S7387711

Behavior of RC columns under unequal eccentricititess and skew angle loads at ends

In the design of slender concrete columns, such as civil or architecture constructions, biaxial compression loads with unequal eccentricities and skew angles at both ends is a common situation. However, in the literature, there is a lack of experimental data subjected to this type of load both casted with normal and high strength concrete. The scarcity of experimental results prevent from calibrating numerical models and contrasting the reliability of the simplified approaches proposed in the Standards. In this paper, 36 slender columns subjected to biaxial compression with unequal eccentricities and skew angles at the ends. The following parameters have been considered in this research: concrete strength, eccentricities ratios at both ends, eccentricity value, and the combination of different skew angles. Ultimate strength and deformed shape of the columns have been analyzed. Simplified approaches proposed by EC-2(2004) and ACI-318(11) have been compared with the experimental data and conservative results have been reached with different accuracy depending on the studied parameters. Less accurate results are obtained for high strength concrete.This work is enclosed in a research project on slender columns carried out by Instituto de Ciencia y Tecnologia del Hormigon (ICI-TECH) of the Universitat Polittcnica de Valencia. This research was funded through grants from the Ministerio de Ciencia y Innovacion de Espana with research projects BIA 2006-06429 and European Funds of Regional Development. The experimental program was developed in the Laboratory of Concrete of the Construction Engineering Department of the Universitat Politecnica de Valencia.Da Costa Lino Leite, LC.; Bonet Senach, JL.; Pallarés Rubio, L.; Miguel Sosa, P.; Fernández Prada, MÁ. (2012). Behavior of RC columns under unequal eccentricititess and skew angle loads at ends. Engineering Structures. 40(5):254-266. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2012.02.01725426640