Modelos de cálculo del hormigón confinado con FRP: estudio comparativo

• Autores: Ana de Diego Villalón, Angel Arteaga Iriarte, Jaime Fernández Gómez
• Localización: Resúmenes de comunicaciones, 2014, ISBN 978-84-89670-80-8, págs. 157-158
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Design models on FRP-confined concrete: a comparative study
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• Resumen
  • español

    El uso de polímeros armados con fibras (FRP) en el refuerzo de estructuras existentes es cada vez más común debido a las ventajosas propiedades que poseen estos materiales.

    Una de las aplicaciones más atractivas es el refuerzo mediante confinamiento de pilares de hormigón armado en estructuras existentes como puentes o edificios. El confinamiento se aplica generalmente a elementos en compresión con el fin de mejorar su capacidad de carga o incrementar su ductilidad. A diferencia del acero, que aplica una presión de confinamiento constante después de plastificar, el FRP tiene un comportamiento elástico hasta rotura y por lo tanto ejerce una acción de confinamiento continuamente creciente. Numerosos estudios experimentales han demostrado que el confinamiento con FRP puede incrementar considerablemente la resistencia y ductilidad del hormigón. Han mostrado asimismo que la respuesta tensión–deformación tiene una forma característica, aproximadamente bilineal, como se muestra en la figura.

    Inicialmente el comportamiento es similar al del hormigón sin confinar, ya que la presión de confinamiento ejercida por el FRP es muy pequeña. Una vez que se alcanza el valor de la resistencia del hormigón sin confinar, el hormigón se fisura, se incrementa notablemente su deformación transversal, y se activa plenamente la acción de confinamiento del FRP. Esta segunda parte de la curva tiene una pendiente aproximadamente constante, hasta alcanzarse la rotura del FRP. Un aspecto muy importante es que la deformación medida en el FRP en el momento de la rotura es en la mayoría de los casos, mucho menor que la deformación última del FRP ensayado a tracción.

    En los últimos años se están proponiendo también diferentes modelos teóricos y se han publicado en diversos países recomendaciones de cálculo. El objetivo de este trabajo es revisar los principales modelos teóricos propuestos en las recomendaciones de cálculo publicadas, y hacer una comparación de los mismos en cuanto a la predicción de la tensión y deformación axial últimas del hormigón confinado con FRP, que son los parámetros más determinantes desde el punto de vista del cálculo del refuerzo. Se analizan en profundidad los principales aspectos que se han identificado como claves en el comportamiento del hormigón confinado con FRP, como es la deformación de rotura del FRP, o la menor eficacia del confinamiento en secciones cuadradas o rectangulares respecto a las circulares.

  • English

    Fibre Reinforced Polymers (FRP) are increasingly used in strengthening concrete structures, due to the favourable properties possesseed by these materials. One of the most attractive applications is the confinement of reinforced concrete columns in existing structures such as bridges and buildings. Confinement is generally applied to members in compression with the aim of enhancing their load carrying capacity or their ductility. FRP, as opposed to steel that provides a constant confining pressure after yileding, have an elastic behaviour up to failure and therefore exert a monotonic increasing confining action. Numerous experimental studies have shown that confinement applied by FRP can substantially increase the concrete strength and ductility. The stress-strain response is approximately bilinear, as illustrated in the figure. Initially, the behaviour is similar to that of unconfined concrete, since the FRP exerts a limited confinement pressure. Once the concrete reaches the strain relating to peak stress for unconfined concrete, it starts to crack and the FRP jacket is fully activated. This second branch of the stress-strain curve has a nearly constant slope until failure is attained by FRP rupture. A key issue is that the FRP rupture strain in FRP confined concrete columns is significantly lower than the ultimate tensile strain obtained from the tensile test of a flat coupon.

    In recent years, different models are being developed, and design guides have been published worlwide. The aim of this work is to review the main theoretical models proposed by the guides and to compare the predictions of the ultimate axial stress and strain of the confined concrete, which are the most relevant parameters from a design standpoint. Key issues as the ultimate FRP strain or limitations of strengthening columns of non-circular cross-sections are analyzed.