Tesis doctoral de Carlos Zanuy Sanchez
El efecto de la fatiga sobre elementos de hormigón armado no es normalmente considerado en la fase de diseño estructural. Incluso en los códigos de diseño más avanzados, el tratamiento está basado en el estado estático de tensiones y en el concepto de las curvas s-n, que proporcionan el número de ciclos de carga resistentes.A pesar de eso, la fatiga del hormigón es un proceso de progresiva microfisuración del material que conlleva, a nivel macroscópico, un cambio continuo de las propiedades mecánicas. Las losas de tableros de puentes en sentido transversal, las losas de transición entre estribo y terraplén en puentes de carretera, estructuras bajo la acción del oleaje o del viento, son elementos de hormigón armado sometidos a alto número de ciclos donde ya se han publicado problemas de fatiga. La evaluación de la capacidad resistente de estructuras antiguas ante incrementos de cargas y el diseño estructural orientado a toda la vida útil requieren también tener en cuenta los mecanismos de degradación como la fatiga.La tesis aborda el estudio de la influencia de las cargas repetidas en el comportamiento de estructuras de hormigón armado que trabajan fundamentalmente a flexión, tanto en rotura como en servicio. En este tipo de elementos, la fatiga puede tener lugar de tres formas: fatiga del hormigón en compresión, fatiga de la armadura y fatiga de la adherencia hormigón – acero. Una probeta de hormigón sometida a carga repetida experimenta un continuo crecimiento de sus deformaciones máximas y permanentes, a la vez que una reducción de su rigidez. Para evaluar la influencia de la fatiga en elementos armados, se ha elaborado un modelo de material para el hormigón, dependiente del número de ciclos, la calidad del material y los niveles entre los que oscila la tensión. Además, para su aplicación al análisis de elementos estructurales, se ha definido un criterio de acumulación de la degradación que tiene en cuenta la degradación en procesos de límites de la tensión variable.El modelo de material ha sido introducido después en una metodología de análisis seccional que permite reproducir la evolución de la distribución de tensiones y deformaciones durante la vida a fatiga de un elemento, a la vez que calcular el número de ciclos de carga resistentes. El estudio llevado a cabo muestra que dentro de la sección se desarrolla un proceso de redistribución de tensiones a la vez que aumentan las deformaciones. Esta capacidad redistributiva de elementos armados que trabajan a flexión explica que el modo de fallo por fatiga de vigas sea por rotura frágil de la armadura incluso ante cargas elevadas en las que el fallo por fatiga del hormigón podría ser previsible empleando las actuales metodologías basadas en el estado tensional estático. El análisis realizado en la tesis muestra que el fallo por fatiga del hormigón es posible en elementos sobre-armados ante cargas máximas elevadas, además de elementos comprimidos como soportes. La fragilidad o no del fallo por fatiga es asimismo estudiada en función del tipo de fallo: por el acero o el hormigón.El estudio del comportamiento en servicio de elementos ante cargas repetidas ha requerido analizar la influencia de la colaboración de las secciones entre fisuras, efecto tension – stiffening. Para ello, se ha incluido en la metodología de análisis la progresiva reducción de la adherencia entre acero y hormigón a tracción a través de la evolución en las leyes tensión de adherencia – deslizamiento. El acoplamiento de los fenómenos de degradación de los bloques traccionado y comprimido permiten estudiar la evolución de flechas y fisuras en elementos cargados de forma repetida. El estudio es especialmente importante para calcular los valores residuales de estas variables, que son crecientes con el número de ciclos y definen la respuesta en servicio por razones estéticas y de durabilidad.La tesis ha contado con dos campañas experimentales, con ensayos de fatiga en tirantes armados a tracción y de vigas de hormigón armado, ambos ante carga repetida. Los ensayos han confirmado los análisis teóricos y han permitido refinar algunas tendencias.Las conclusiones alcanzadas permiten evaluar la sensibilidad a fatiga de elementos de hormigón armado de una forma realista y comprensible. Asimismo, se presentan una serie de diagramas con recomendaciones prácticas en cuanto al número de ciclos resistentes y la forma de fallo por fatiga.
Datos académicos de la tesis doctoral «Analisis seccional de elementos de hormigon armado sometidos a fatifa, incluyendo secciones entre fisuras«
- Título de la tesis: Analisis seccional de elementos de hormigon armado sometidos a fatifa, incluyendo secciones entre fisuras
- Autor: Carlos Zanuy Sanchez
- Universidad: Politécnica de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 17/09/2008
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Luis Albajar Molera
- Tribunal
- Presidente del tribunal: avelino Samartin quiroga
- enrique Hernandez montes (vocal)
- Jaime Planas rosello (vocal)
- j.s. Cruz paulo (vocal)