Estudio de estructuras aporticadas prefabricadas con uniones basadas en hormigones con fibras

Abstract

La construcción prefabricada constituye una alternativa atractiva en el desarrollo de una gran variedad de proyectos, debido entre otros aspectos a las ventajas asociadas a la re-ducción de los plazos de ejecución, la mano de obra y las labores a realizar in situ, una relación de costes mas favorable, el menor impacto ambiental, el mayor control y la ca-lidad final de los elementos. Sin embargo su uso extendido es limitado en ocasiones por la inadecuada valoración de algunas singularidades propias de los sistemas prefabricados, siendo las conexiones un factor crítico. El desempen˜o de las conexiones puede condicio¬nar totalmente el comportamiento de la estructura, además de ser la parte del proceso constructivo que se realiza in situ y durante el cual se requiere dar solución a los incon-venientes usualmente presentes en el montaje de la estructura. Por otra parte, el desarrollo de nuevos materiales abre una ventana a la innovación en los elementos, los procesos y los sistemas constructivos. En particular el desarrollo de los hor-migones con fibras de muy alta resistencia (High Performance Fibre Reinforced Cement Composites, HPFRCC) ha establecido una línea de investigación de gran dinamismo, en-focada principalmente a identificar aplicaciones que permitan el máximo aprovechamiento de las sobresalientes propiedades del material y den respuestas a problemas comunes en la práctica, estableciendo un balance entre el costo y el desempen˜o de la solución. Se aborda en esta Tesis la incorporación de materiales del tipo HPFRCC para el desarrollo de uniones de continuidad entre elementos prefabricados, en particular se estudia su uso en la conformación de solapes de armadura rectos y de corta longitud. En primer lugar se plantea y evaluá experimentalmente el comportamiento de los solapes en elementos a fle-xión, siendo realizado el análisis de los resultados experimentales mediante una valoración comparativa con resultados reportados en la bibliografía y desarrollando una herramienta numérica de carácter iterativo que permite el estudio simplificado de solapes de armadu¬ra. Posteriormente, la conexión de continuidad propuesta es considerada para plantear y evaluar experimentalmente una solución de conexión viga-pilar interior para pórticos de elementos prefabricados. La configuración propuesta presenta características que la dife-rencian de propuestas anteriores, ofrece solución a algunos inconvenientes comunes en el desarrollo de conexiones de este tipo y permite plantear un proceso constructivo simple, ágil e innovador. Se trata por tanto de una contribución al estudio y desarrollo de soluciones para la co-nexión de elementos prefrabricados, ofreciendo una alternativa concreta y viable para el caso particular de conexiones viga-pilar y definiendo futuras líneas de investigación para el estudio de soluciones de conexión en otras tipologías estructurales. Abstract Precast construction is regarded as an appealing alternative to be considered in a wide range of construction projects. It is due among other factors to the advantages related to the reduction in construction schedules, work force and in situ labors, as well as a more favorable cost-benefit relation, lower environmental impacts and greater control and final quality of the elements. However, the use of precast construction is sometimes limited by an inappropriate assessment of several typical singularities of these construction systems. Being the connections a critical factor and one of the most important singularities, they can determine the general behavior of the structure. Besides, connections represent the construction process stage developed in situ during which common problems at the struc¬ture assemblage process have to be faced. The development of new materials is an opportunity to innovate in the design of elements and construction systems. In particular, the development of the High Performance Fiber Reinforced Cement Composites (HPFRCC) has defined a dynamic research line, which is mainly focused on identifying applications that take advantage of its outstanding proper¬ties and give alternatives to common practical problems. This Thesis studies the incorporation of the HPFRCC to develop continuity connections for precast structures. In particular, the use of these materials in reinforcement splices using short splice lengths is studied. A two stage experimental study was carried out. Du¬ring the initial stage, four beam flexion tests were performed to experimentally assess the behavior of short splices in simple flexural elements. The experimental results are com-pared with results from similar tests reported in the literature and an iterative routine is developed to study reinforcement splices. In the second stage, a new interior beam-column connection for moment resisting frames was proposed and tested. The proposed configu¬ration has characteristics which make it different from former proposals, gives alternative solutions to some common drawbacks in this kind of connections and defines an efficient, safe and innovative construction process. Therefore, this Thesis is a contribution to the study and development of solutions for connecting precast elements. A viable alternative to be used in the particular case of beam-column connections is proposed. Furthermore, several future research lines to study connection solutions in other structural typologies are defined