Resumen
En la actualidad muchas estructuras de hormigón armado necesitan ser
reforzadas debido a diversas razones: errores en el proyecto o construcción,
deterioro debido a efectos ambientales, cambios de uso o mayores
requerimientos en los códigos.
Los materiales compuestos, también conocidos como polímeros reforzados con
fibras (FRP), están constituidos por fibras continuas de gran resistencia y rigidez
embebidas en un material polimérico. Los FRP se utilizan cada vez más en
aplicaciones estructurales debido a sus excelentes propiedades (elevadas
resistencia y rigidez específicas y resistencia a la corrosión).
Una de las aplicaciones más atractivas es el refuerzo de pilares mediante
confinamiento para incrementar su resistencia y ductilidad. El confinamiento
puede conseguirse pegando capas de FRP envolviendo el pilar en la dirección
de los cercos (con las fibras orientadas en dirección perpendicular al eje del
elemento).
Se han realizado numerosos estudios experimentales en probetas cilíndricas
pequeñas confinadas con encamisados de FRP y sometidas a compresión
axial, y se han propuesto varios modelos sobre el hormigón confinado con FRP.
Es sabido que el confinamiento de pilares de sección no circular es menos
eficiente. En una sección circular, el FRP ejerce una presión de confinamiento
uniforme sobre todo el perímetro, mientras que en una sección rectangular la
acción de confinamiento se concentra en las esquinas.
Esta tesis presenta los resultados de una investigación experimental sobre el
comportamiento de probetas de hormigón de sección cuadrada confinadas con
FRP y sometidas a compresión centrada. Se realizaron un total de 42 ensayos
investigándose el comportamiento en las direcciones axial y transversal. Las
variables del estudio incluyen: la resistencia del hormigón, el tipo de fibras (vidrio
o carbono), la cuantía de refuerzo y el radio de curvatura de las esquinas. Los resultados de los ensayos realizados muestran que el confinamiento con
FRP puede mejorar considerablemente la resistencia y ductilidad de pilares de
hormigón armado de sección cuadrada con las esquinas redondeadas. La
mejora conseguida es mayor en los hormigones de baja resistencia que en los
de resistencia media. La deformación de rotura de la camisa de FRP es menor
que la que se obtiene en ensayos de tracción normalizados del laminado, y la
eficiencia del confinamiento depende en gran medida del radio de redondeo de
las esquinas.
Los resultados se han comparado con los obtenidos según los modelos teóricos
más aceptados. Hay dos parámetros críticos en el ajuste de los modelos: el
factor de eficiencia de la deformación y el efecto de confinamiento en secciones
no circulares. Nowadays, many existing RC structures are in need of repair and strengthening
for several reasons: design or construction errors, deterioration caused by
environmental effects, change in use of the structures or revisions of code
requirements.
Composite materials, also known as fibre reinforced polymers (FRP), are
composed of high strength and stiffness continuous fibres embedded in a
polymer material. FRP materials are being increasingly used in many structural
applications due to their excellent properties (high strength- and stiffness-toweight
ratio, good corrosion behaviour).
One of the most attractive applications of FRP is the confinement of concrete
columns to enhance both strength and ductility. Concrete confinement can be
achieved by bonding layers of hoop FRP around the column (fibres oriented
perpendicular to the longitudinal axis).
Many experimental studies have been conducted on small-scale plain concrete
specimens of circular cross-sections confined with FRP and subjected to pure
axial compressive loading, and several design models have been proposed to
describe the behaviour of FRP-confined concrete. It is widely accepted that the
confinement of non-circular columns is less efficient than the confinement of
circular columns. In a circular cross section, the jacket exerts a uniform confining
pressure over the entire perimeter. In the case of a rectangular cross section, the
confining action is mostly concentrated at the corners. This thesis presents the results of a comprehensive experimental investigation on
the behaviour of axially loaded square concrete specimens confined with FRP. A
total of 42 compression tests were conducted, and the behaviour of the
specimens in the axial and transverse directions were investigated. The
parameters considered in this study are: concrete strength, type of fibres (glass
or carbon), amount of FRP reinforcement and corner radius of the cross section. The tests results indicate that FRP confinement can enhance considerably the
compressive strength and ductility of RC square columns with rounded corners.
The enhancement is more pronounced for low- than for normal-strength concrete.
The rupture strain of the FRP jacket is lower than the ultimate strain obtained by
standard tensile testing of the FRP material, and the confinement efficiency
significantly depends on the corner radius.
The confined concrete behaviour was predicted according to the more accepted
theoretical models and compared with experimental results. There are two key
parameters which critically influence the fitting of the models: the strain efficiency
factor and the effect of confinement in non-circular sections.
