Mesoestructura, comportamiento mecánico y propiedades de transporte en hormigón: aplicación a hormigones dañados y hormigones especiales

El hormigón es un material compuesto a distintos niveles. A nivel mesoestructural se puede distinguir una matriz porosa de mortero que rodea a los agregados gruesos y las interfaces matriz-agregado, además se pueden observar diferentes tipos de defectos como defectos de compactación o fisuras de diverso origen. En el caso de hormigones reforzados con fibras se consideran las fibras como elementos distintivos de la mesoestructura. Si bien se ha reconocido la influencia de la estructura interna sobre las propiedades del hormigón son contados los trabajos que lo hacen en función de los parámetros medidos a nivel mesoestructural. En esta tesis se analiza la mesoestructura del hormigón y su vinculación con la respuesta mecánica y las propiedades de transporte.Concrete is a composite material at different levels. At the mesostructural level it can be seen as a porous mortar matrix that surrounds coarse aggregates and matrixaggregates interfaces, also different types of defects such as cracks or compaction defects can be distinguished. In the case of fibre reinforced concrete the fibres can be considered as distinct elements from the mesostructure. Although the influence of the internal structure of concrete over its properties had been recognized, there are few works where it was related with mesostructurals parameters. In this thesis the concrete mesostructure and its relationship with the mechanical response and transport properties in damaged, fibre reinforced and self compacting concretes are analysed.Doctor en Ingenierí

Mesoestructura, comportamiento mecánico y propiedades de transporte en hormigón : Aplicación a hormigones dañados y hormigones especiales

El hormigón es un material compuesto a distintos niveles. A nivel mesoestructural se puede distinguir una matriz porosa de mortero que rodea a los agregados gruesos y las interfaces matriz-agregado, además se pueden observar diferentes tipos de defectos como defectos de compactación o fisuras de diverso origen. En el caso de hormigones reforzados con fibras se consideran las fibras como elementos distintivos de la mesoestructura. Si bien se ha reconocido la influencia de la estructura interna sobre las propiedades del hormigón son contados los trabajos que lo hacen en función de los parámetros medidos a nivel mesoestructural. En esta tesis se analiza la mesoestructura del hormigón y su vinculación con la respuesta mecánica y las propiedades de transporte. En primer lugar se buscó una metodología para cuantificar el cuadro de fisuración (ancho y densidad de fisuras) y la distribución de los agregados de mayor tamaño y sus interfaces, como elementos característicos de la mesoestructura del hormigón. Para el caso particular de los hormigones con fibras se evaluaron la distribución y orientación del refuerzo. Como casos de aplicación se analizaron hormigones dañados por altas temperaturas, por contracción por secado y por reacción álcali-sílice. Se evaluaron fisuras en muestras de hormigón expuestas a distintas temperaturas o a secado en un ambiente con baja humedad, los diferentes niveles de daño se vincularon con la respuesta mecánica en compresión y tracción y con las propiedades de transporte (absorción capilar y permeabilidad). Estudios similares se realizaron sobre otras muestras de hormigón dañadas por altas temperaturas sometidas a cargas de larga duración. Se encontró que los distintos niveles de daño afectan en forma diferenciada a las propiedades de transporte, mientras la permeabilidad aumentó en forma continua con el aumento del ancho de fisuras, se observó que la absorción capilar tuvo un máximo para anchos intermedios de fisuras. Finalmente se estudiaron hormigones dañados por reacción álcali-sílice, abordando en este caso un aspecto original, considerando el desarrollo de las fisuras bajo cargas de larga duración así como sobre muestras libres de cargas. Se encontró un marcado efecto de las tensiones aplicadas sobre la propagación de las fisuras, las medidas de la orientación de las fisuras mostraron una clara relación con las propiedades mecánicas. El estudio de la mesoestructura también se aplicó para analizar hormigones reforzados con fibras y hormigones autocompactantes. Se estudiaron la orientación de fibras de acero y fibras de polipropileno en hormigón convencional vibrado y su influencia sobre los parámetros post fisuración obtenidos en ensayos de flexión sobre vigas entalladas. Además se analizó la orientación y distribución que adquieren las fibras de acero y la influencia de la forma de moldeo en hormigón autocompactante. Se encontró que en hormigones autocompactantes las fibras tienden a orientarse en planos horizontales, siendo fuertemente afectadas por el flujo de hormigón y el efecto pared del molde. Finalmente se evaluó la homogeneidad en base a la distribución de agregados en elementos esbeltos de hormigones autocompactantes con y sin refuerzo de fibras y elaborados con distintos tipos de agregados.Facultad de Ingenierí

Hormigones de ultra alta resistencia reforzados con fibras

Los materiales de ultra alta resistencia con cemento portland revisten interés para el refuerzo y reparación de construcciones de hormigón; el uso para la extensión de la vida en servicio de estructuras de hormigón armado o en estructuras expuestas cotidiana o potencialmente a acciones extremas como sismos y explosiones se destacan como aplicaciones. Estos materiales poseen resistencia a compresión superior a 150 MPa e incorporan microfibras de acero que incrementan la resistencia y generan un cuadro de fisuración múltiple. Este trabajo trata sobre los criterios de diseño y propiedades de este tipo de mezclas y se muestran resultados que evidencian el efecto de la incorporación de microfibras en la respuesta mecánica de losas y placas de 20 mm de espesor

Tenacidad y respuesta frente a cargas explosivas en hormigones de muy alta resistencia reforzados con fibras

El Hormigón de Muy Alta Resistencia Reforzado con Fibras aparece como un material promisorio para construir elementos de protección o estructuras expuestas a acciones extremas. Este trabajo muestra el efecto de la incorporación de fibras en un hormigón con una resistencia a compresión mayor a 100 MPa. Se comparan mezclas de hormigón simple y 4 hormigones que incorporan 40 u 80 kg/m3 de dos fibras de acero de diferente longitud. Luego de describir la obtención del material y la caracterización en flexión y compresión, se muestra la respuesta bajo cargas estáticas y frente a explosiones de losas cuadradas de 500 mm de lado y 50 mm de espesor. Los resultados evidencian la potencialidad del material ante acciones extremas; el refuerzo con fibras mantuvo la integridad de las piezas con una reducción significativa del daño y un cuadro de fisuración que manifiesta gran capacidad de absorción de energía

On the residual properties of damaged FRC

A discussion on the residual behaviour of Fibre Reinforced Concrete (FRC) is performed based on two selected cases of concrete degradation: the exposure at High Temperatures and the development of Alkali Silica Reactions. In addition, and taking in mind that the failure mechanism in FRC is strongly related with the fibre pull-out strength, the bond strength in damaged matrices was shown concluding that the residual bond strength is less affected than the matrix strength. As the damage increases, the compressive strength and the modulus of elasticity decrease, being the modulus of elasticity the most affected. There were no significant changes produced by the incorporation of fibres on the residual behaviour when compared with previous experience on plain damage concrete. Regarding the tensile behaviour although the first peak decreases as the damage increases, even for a severely damage FRC the residual stresses remain almost unaffected.Facultad de Ingenierí

On the residual properties of damaged FRC

A discussion on the residual behaviour of Fibre Reinforced Concrete (FRC) is performed based on two selected cases of concrete degradation: the exposure at High Temperatures and the development of Alkali Silica Reactions. In addition, and taking in mind that the failure mechanism in FRC is strongly related with the fibre pull-out strength, the bond strength in damaged matrices was shown concluding that the residual bond strength is less affected than the matrix strength. As the damage increases, the compressive strength and the modulus of elasticity decrease, being the modulus of elasticity the most affected. There were no significant changes produced by the incorporation of fibres on the residual behaviour when compared with previous experience on plain damage concrete. Regarding the tensile behaviour although the first peak decreases as the damage increases, even for a severely damage FRC the residual stresses remain almost unaffected.Facultad de Ingenierí

Comportamiento en compresión de hormigones dañados por temperatura

En el presente trabajo se analiza el efecto sobre el comportamiento bajo cargas de compresión de corta y larga duración de hormigones expuestos frente a altas temperaturas. Este estudio se encuadra dentro de una línea de investigación iniciada hace unos años sobre la respuesta mecánica de hormigones expuestos a altas temperaturas y se vincula con el “Proyecto Vida en Servicio de Estructuras de Hormigón”. Además de las consideraciones sobre los casos de aplicación específicos, el tema abordado tiene como objeto analizar el efecto de los defectos en la estructura del hormigón (como fisuras y microfisuras de diverso tamaño) sobre el comportamiento mecánico, y desde este punto de vista se relaciona con otros procesos de degradación del material.Facultad de Ingenierí

Evaluación de la respuesta mecánica de overlays de hormigón con fibras sobre sustrato de concreto asfáltico

El uso de overlays de Hormigón Reforzado con Fibras (HRF) aparece como una alternativa para la reparación y refuerzo en obras viales. Las fibras ejercen una acción de costura tanto sobre las juntas constructivas como sobre eventuales fisuras, y como consecuencia permiten reducir el espesor del refuerzo e incrementar la vida en servicio y prestaciones generales del pavimento. El diseño y comportamiento de refuerzos tipo whitetopping de bajo espesor está íntimamente ligado al nivel de adherencia con el sustrato; en este sentido la presencia de las fibras también reduce la propagación de fallas en la interfaz sustrato-overlay. Este trabajo muestra algunas experiencias orientadas al desarrollo de un método para evaluar la eficiencia de diferentes tipos de fibras en este tipo de aplicaciones. Con este fin se analiza la respuesta mecánica de probetas compuestas sustrato-overlay sometidas a ensayos de flexión. Se incluyen overlays de hormigón simple, de HRF con macrofibras sintéticas y de acero aplicados sobre concreto asfáltico como sustrato. Adicionalmente se estudió la adherencia en la interfaz mediante ensayos de corte.The use of overlays of Fiber Reinforced Concrete (FRC) appears as an alternative for the repair and reinforcement of pavements. The fibers make a sewing action over the construction joints and eventual cracks and, as a consequence, allow reducing the thickness of the repair and increase service life and the general performance of the pavements. The design and behaviour of thin concrete overlays is related to the bond level developed between the substrate and the overlay; in this sense the presence of fibers also reduces the propagation of cracks through the substrate-overlay interface. This work shows some experiences oriented to the development of a method for assessing the efficiency of different types of fibers in this kind of applications. With this aim, the mechanical response of substrate-overlay compound specimens subjected to flexure test is analysed. It includes overlays of simple concrete, of FRC with steel and synthetic macrofibers applied over asphalt as substrate. Additionally, the bond strength in the interface was studied by shear tests

Estudio de la distribución del refuerzo en hormigones con fibras

Los recientes avances en los tipos de fibras, así como en el diseño del hormigón, han dado lugar a nuevas aplicaciones estructurales para el Hormigón Reforzado con Fibras (HRF) que se suman a las tradicionales de este material. Entre ellas se destacan el uso de fibras de acero en hormigones de alta resistencia y el diseño de hormigones autocompactables reforzados con fibras; así como los hormigones con fibras sintéticas estructurales. En forma paralela se han propuesto criterios para el control de calidad de HRF que incluyen la valoración del contenido de fibras. Este artículo presenta un estudio sobre la distribución de fibras en probetas de HRF y sus efectos sobre las propiedades mecánicas del material

On the residual properties of damaged FRC

A discussion on the residual behaviour of Fibre Reinforced Concrete (FRC) is performed based on two selected cases of concrete degradation: the exposure at High Temperatures and the development of Alkali Silica Reactions. In addition, and taking in mind that the failure mechanism in FRC is strongly related with the fibre pull-out strength, the bond strength in damaged matrices was shown concluding that the residual bond strength is less affected than the matrix strength. As the damage increases, the compressive strength and the modulus of elasticity decrease, being the modulus of elasticity the most affected. There were no significant changes produced by the incorporation of fibres on the residual behaviour when compared with previous experience on plain damage concrete. Regarding the tensile behaviour although the first peak decreases as the damage increases, even for a severely damage FRC the residual stresses remain almost unaffected