orientaciÓn y distribuciÓn de fibras...

APLICACIONES ESTRUCTURALES DEL HORMIGÓN CON FIBRAS EN EDIFICACIÓN

Pablo PUJADAS ÁLVAREZ

Barcelona, 4 Junio de 2013

ORIENTACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE FIBRAS ASOCIADAS AL SISTEMA DE

PUESTA EN OBRA

HRFINTRODUCCIÓN

MOTIVACIONES

HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS (HRF)

2

Modifica el comportamiento no lineal

EFECTO PUENTE

Mecanismos: debonding y pull-out

Mayor tenacidad resistencia residual

Substitución total o parcial de la armadura convencional

wk

σε

u/2

sem

inar

iohr

f

HRF

HORMIGONES QUE INCLUYEN EN SU COMPOSICIÓN FIBRAS CORTAS, DISCRETAS Y ALEATORIAMENTE DISTRIBUIDAS EN SU MASA

EHE-08

ORIENTACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE FIBRAS ASOCIADAS AL SISTEMA DE PUESTA EN OBRA

HRFINTRODUCCIÓN

MOTIVACIONES

HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS (HRF)

3

sem

inar

iohr

f

HORMIGONES QUE INCLUYEN EN SU COMPOSICIÓN FIBRAS CORTAS, DISCRETAS Y ALEATORIAMENTE DISTRIBUIDAS EN SU MASA

Orientación final de las fibras NO es aleatoria resultado final de una serie de etapas

EHE-08

ORIENTACIÓN DE LAS FIBRAS

EFECTOS DINÁMICOS

GEOMETRIA DEL ENCOFRADO

PROCESO DE HORMIGONADO

PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO


HRFMOTIVATIONS

MOTIVACIONES

ESTRUCTURA

MATERIAL

PROPIEDADES DEL MATERIAL

ASPECTOS TECNOLÓGICOS

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL

DOSIFICACIÓNMICRO-ESTRUCTURA

DISEÑO

4

DISEÑO DEL HORMIGÓN REFORAZADO CON FIBRAS

ESFUERZOS PARA COMPRENDER:

INFLUENCIA EN EL CÁLCULO Y PUESTA EN OBRA DEL HRF

ENTENDER EL CÓMO Y EL PORQUE DE LA ORIENTACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LAS FIBRAS EN EL HORMIGÓN

aspectos tecnologicos el material HRF

respuesta estructural

sem

inar

iohr

f


HRFPARTES

ORGANIZACIÓN Y OBJETIVOS5

Analizar la influencia de la distribución y orientación de las fibras en larespuesta estructural del material.

¿Cómo? y ¿Por qué? se orientan las fibras

¿Qué métodos existen para cuantificar la orientación y cuantía de las fibras?

Ejemplo práctico de la importancia de la consideración de la orientación

PARTE1influencia…

PARTE2¿por qué?

PARTE3¿cuantifica?

RESPUESTAMECANICA

FACTORESDETERMINANTES METODOS

METODOLOGÍA

PARTE4ejemplo

ELEMENTOSTIPOLOSA

sem

inar

iohr

f


PART I:ORIENTACIÓN – RESPUESTA MECÁNICA

sem

inar

iohr

f6

¿Es importante la orientación de las fibras?


7

HRFPARTE I

INFLUENCIA EN LA RESPUESTA MECÁNICA

0

10000

20000

30000

0 1000 2000 3000CMOD (microns)

Load (N)

sem

inar

iohr

f


8

HRFPARTE I

EFICIENCIA DE LAS FIBRAS

resistencia postfisuración proporcional al número de fibras efectivaspresentes en las fisuras activas

EFICIENCIA ESPA

CIAL

1

0 CUANTÍA

sem

inar

iohr

f


la efectividad de las fibras depende de su orientación

90⁰

45⁰

10⁰

0 ÁNGULO

EFICIENCIA

HRFPARTE I

CONCLUDING REMARKS9

sem

inar

iohr

f


El HRF no es un material isótropo, las fibras no proporcionan un refuerzouniforme en las tres direcciones con igual rendimiento en todas ellas.

Existen orientaciones preferenciales puede ser una ventaja o unadesventaja en función de la aplicación

y, es de especial interés el poder entender – controlar - considerar.

PART II:FACTORES DETERMINATES

sem

inar

iohr

f10

¿ Cómo y por qué se orientan las fibras?


11

HRFPARTE II



GEOMETRÍA DEL ENCOFRADO

EFECTOS DINÁMICOSPROCESO DE

HORMIGONADOPROPIEDADES EN ESTADO FRESCO

MATERIAL PROCESO DE PRODUCCIÓN ESTRUCTURA

sem

inar

iohr

f


Causas de la orientación de las fibras. Anisotropismo

12

HRFPARTE II



MATERIAL

PROCESO DE PRODUCCIÓN

ESTRUCTURA

1

2

3

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE II

INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO13

1

3

2

orientación y distribución de las fibras REOLOGÍA del HRF

HRF convencional vs. HRF autocompactante

HRF

CONVENCIONAL MASA GRANULAR

AUTOCOMPACTANTE SUSPENSIÓN LIQUIDA

DIFERENTEORIENTACIÓN

sem

inar

iohr

f



EFECTOS DINÁMICOS




HRFPARTE II




EFECTOS DINÁMICOS



1

3

2

orientación y distribución de las fibras REOLOGÍA del HRF

HRF convencional vs. HRF autocompactante

HRF

CONVENCIONAL MASA GRANULAR

AUTOCOMPACTANTE SUSPENSIÓN LIQUIDA

DIFERENTEORIENTACIÓN

DIFERENTE

50.0 zyx

30.0y60.0 zx

X

Y

Z

Gravity direction

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE II




EFECTOS DINÁMICOS



1

3

2

HRF

AUTOCOMPACTANTE SUSPENSIÓN LIQUIDA 30.0y

60.0 zx

0

0,3

0,6

0,9

1,2

1,5

1,8

0 100 200 300 400 500 600 700

Number of fibers

ηX + ηZ

Average: 1.152 (±0.193)

Campaña experimental (Molins et al, 2008)

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE II

FLUJO DE HORMIGONADO16



EFECTOS DINÁMICOS



sem

inar

iohr

f


…al flujo de hormigonado podemos considerar diferentes patrones

este efecto es más evidente para hormigones con baja viscosidad

la orientación se ve afectada por la velocidad de flujo y el tiempo

1

3

2

FLUJO DE HORMIGONADO

HRFPARTE II

EFECTOS DINÁMICOS17

1

3

2

sem

inar

iohr

f


EFECTOS DINÁMICOS





FLUJO DE HORMIGONADO

HRFPARTE II

EFECTOS DINÁMICOS. VIBRACIÓN18


GEOMETRIA DEL

ENCOFRADO

EFECTOS DINÁMICOS



1

3

2X

Y

Z

Gravity direction

la vibración puede producirtambién la rotación y laalineación de las fibraspreferentemente en unadirección específica (Gettu etal., 2005).

la vibración externa tiende aorientar las fibras en un planoperpendicular a la dirección dela vibración (Eddington yHannant, 1972), con latendencia hacia una orientaciónde la fibra plana (Soroushian yLee, 1990; Kooiman, 2000),

cuanto más se hace vibrar elHRF más tienden a alinearse lasfibras en el plano horizontal.

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE II

SCOPE OF THE RESEARCH19



EFECTOS DINÁMICOS



1

3

2

sem

inar

iohr

f


las fibras tienden a tomar una orientación preferencial, paralelas a lasuperficie encofrada (efecto pared).

B0.5 L

0.5 L

0.5 L

H

0.5 L

Zone with 0 B.C.

Zone with 1 B.C.

Zone with 2 B.C.

HRFPARTE II




EFECTOS DINÁMICOS



1

3

2

sem

inar

iohr

f


las fibras tienden a tomar una orientación preferencial, paralelas a lasuperficie encofrada (efecto pared).

es necesario precisar que este efecto sólo es local (en el hormigón encontacto con el encofrado), pero puede ser importante en elementos depoco espesor y cuando las fibras son largas.

HRFPARTE II

EJEMPLO. ELEMENTO TIPO VIGA21

a) b)

X

Z

Y

a) b)T1C T2C T1C T2C

Z

X X

Y

a) b) c) d)

Fisura menos desarrollada

T1C T1CT2CT2C

Distribucióndelasfisurasparaa)yd)testigosT1C;yb)yc)testigosTC

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE II

CONCLUDING REMARKS22

sem

inar

iohr

f


existen orientaciones preferentes en la matriz de hormigón resultado deaspectos tan diversos como el hormigonado y sistema de puesta en obra,modo de vibración, efecto borde de los moldes y el método de producción,…

las acciones impuestas en cada una de las fases del proceso de produccióninducen numerosas interacciones que modifican la orientación de las fibras

PART III:MÉTODOS PARA SU DETERMINACIÓN

sem

inar

iohr

f23

¿Cómo podemos determinar la orientación final de las fibras?


HRFPARTE III

DETERMINACIÓN DE LA ORIENTACIÓN Y CUANTÍA24

MÉTODO MEDIDA TÉCNICA REFERENCIA

DESTRUCTIVO

INDIRECTO

Contaje manual + expression teórica de Krenchel (1975)Soroushian and Lee (1990); Gettu et al.

(2005); Dupont and Vandewalle (2005)

Ensayos mecánicosKooiman (2000); Barragán (2002);

Grünewald (2004); Pujadas et al. (2011)

DIRECTO

Análisis de imagen Grünewald, 2004; Lappa, 2007

Rayos X Van Gysel, 2000; Robins et al.,2003; Vandewalle et al., 2008

Tomografía computarizada Molins et al., 2008; Stälhi and van Mier, 2007

NO DESTRUCTIVO

DIRECTO

Espectroscopía de impedancia en corriente alterna Ozyurt et al., 2006; Ferrara et al., 2008

Línea de transmisión coaxial Torrents et al., 2007; Van Damme et al., 2004

Antena de ondas guía Roqueta et al., 2009

Resistividad eléctrica Lataste et al., 2008

Resistividad magnetica Faifer et al., 2010

Método inductivo Torrents, 2012

influencia directa de las fibras (y su orientación) sobre la resistencia residual

la anisotropía del HRF ventaja o desventaja (en función de la aplicación)

EL PODER CONOCERLA Y CONSIDERARLA EN EL DISEÑO DE LAS ESTRUCTURAS RESULTA A LA VEZ IMPORTANTE Y NECESARIO

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE III

ENSAYOS DESTRUCTIVOS25

CONTEO MANUAL

DETERMINACION DEL PESO

RAYOS - XANÁLISIS DE IMAGEN

Ejemplos de ensayos DESTRUCTIVOS directos e indirectos

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE III

ENSAYOS DESTRUCTIVOS26

sem

inar

iohr

f


• Simplicidad y bajo coste

• Aplicable a todo tipo de fibras

• Información de la superficie de fractura

• Impracticable para micro-fibras y altoscontenidos de fibras

• Time-consuming

CONTEO MANUAL

DETERMINACIÓN DEL PESO

ANÁLISIS DE IMAGEN

• Bajo coste • Time-consuming

• Solo control de dispersión

• Permite medidas individuales

• Sin limitaciones de diametro o cuantía

• Requiere de imágenes de alta resolución

• Únicamente para fibras de acero

X-Ray / TAC

• Permite medidas individuales

• Sin limitaciones de tipo de fibra

• Construcción de modelos 3D

• Limitación del ancho de las muestras

• Costoso economicamente

• Impracticables para el uso industrial

HRFPARTE III

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS27

sem

inar

iohr

f


MÉTODO MEDIDA TÉCNICA REFERENCIA

NO DESTRUCTIVO

DIRECTO

Espectroscopía de impedancia en corriente alterna Ozyurt et al., 2006; Ferrara et al., 2008

Línea de transmisión coaxial Torrents et al., 2007; Van Damme et al., 2004

Antena de ondas guía Roqueta et al., 2009

Resistividad eléctrica Lataste et al., 2008

Resistividad magnetica Faifer et al., 2010

Método inductivo Torrents et al., 2012

x

z y

x

z y

x

z y

podemos determinar la fracción de fibras que seencuentran orientadas en cada dirección

una fibra a lo largo del flujo magnético modifica elcoeficiente de inducción mientras que una que loatraviesa prácticamente no lo modifica

PARTE IIICUBIC SPECIMEN

1

3MULTIDIRECTIONAL TEST (MDPT)

INDIRECT TENSION TEST FOR FIBRE REINFORCED CONCRETE IN CUBIC

SPECIMEN

Pujadas (2013)

2BARCELONA TEST (BCN)

DOUBLE PUNCH TEST (DPT)

INDIRECT TENSION TEST FOR PLAIN CONCRETE

Chen (1970)

INDIRECT TENSION TEST FOR fibre REINFORCED CONCRETE

Molins et al. (2008)

28

sem

inar

iohr

f


MDPT: double punching test en probeta prismática

Únicamente las fibras orientadas de acuerdo con las tensiones trabajan

PARTE IIIGENERAL IDEA

29

determinar la resistencia a fisuración, resistencia residual y tenacidadconsiderando la orientacion de las fibras

sem

inar

iohr

f


HRFEXTRA MATERIAL

a) b)

sem

inar

iohr

f


PARTE III

HRFPARTE III

ASSES fibre ORIENTATION32

Post-cracking beaviour proportional to the contribution of fibresalignes in the plane perpendicular to the load

Expresion proportional to the to the contribution of fibres

Writing in relative terms amout of fibres in each direcction

~ , ,

,

~ , ,

,

~ , ,

,

0 4 , ~

0 4 , ~

0 4 , ~

%

%

%

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE III

VALIDATION WITH CUBIC SPECIMENS AND SAMPLE CORE33

STEEL FIBRES NON DESTRUCTIVE TEST

MÉTODO ELEMENTO X Y Z

Método propuestoProbetas moldeadas 39% 38% 23%

Testigos T1C 40% 29% 31%Testigos T2C 38% 30% 32%

Torrents et al. (2012) Blanco (2013)

Probetas moldeadas 40% 40% 20%Testigos T1C 40% 30% 30%

sem

inar

iohr

f



Vertical core

Horizontal core

Barragán et al. (2007)

HRFPARTE III

ENSAYOS DESTRUCTIVOS_MECÁNICOS34

sem

inar

iohr

f

Mora (2008)

45°

P

fR fRR R

Pujadas (2013)

Di Prisco y Ferrara (2013)

HRFPARTE III


sem

inar

iohr

f


Importantes avances en relación a los métodos no destructivos, enparticular para las fibras de acero.

Hasta el presente, la caracterización completa de la distribución yorientación de las fibras requiere métodos destructivos.

Sinergia entre los métodos destructivos y no destructivos puedeproporcionar un enfoque razonable para aplicaciones estructurales.

PART IV:EJEMPLO

sem

inar

iohr

f36

¿Cómo podemos determinar la orientación final de las fibras?


HRFPARTE IV

APROXIMACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS ACTUALES

SPECIMENLEVEL STRUCTURELEVEL

¿? ¿?

constitutive eq.characterizationmechanicalproperties

fibreorientationconditions

Procedimientos en CODIGOS y NORMATIVAS

Los procedimientos basados en ANALISIS INVERSO + NO CONSIDERAN LA ORIENTACIÓN

ASPECTOS QUE INFLUENCIAN LA ORIENTACION DE LAS FIBRAS

εELUε(‰)

σfct

o

favourableorientationunfavourable orientation

SPECIMENLEVEL STRUCTURELEVEL

¿? k

mechanicalproperties

fibreorientationconditions

constitutiveeq.characterization

37



EFECTOS DINÁMICOSPROCESO DE

HORMIGONADOPROPIEDADES EN ESTADO FRESCO

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE IV

ELEMENTOS TIPO LOSA38

neopreno

200mm

20mm

caballete

neopreno

6 full‐scale FRC slabs

• 3,0x3,0x0,2 m• 2,0x3,0x0,2 m• 1,5x3,0x0,2 m

Carga punctual en el centro

Hormigonado desde el centro

Apoyo en los 4 lados (1/2)

Configuración hiperestaticacon redistribución de

momentos buscando la activacion de las fibras en más

de una direccion

14 transducers measure the deflection

PARAMETROS

9Kg/m3

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE IV

ELEMENTOS TIPO LOSA39

sem

inar

iohr

f


EXTRA MATERIAL

a) b)

sem

inar

iohr

f


PARTE IV

40

a) b)

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE IV

41

a) b)

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE IV

42

a) b)

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE IV

a) b)

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE IV

44

HRFINTRODUCCIÓN


sem

inar

iohr

f


SLABS TESTS

doct

oral

thes

is

ANALYSIS OF THE CONTITUTIVE EQUATIONS

∗1

1

1

∗

coeficientes efecto favorable de las orientación cuando el ratio aumenta

46

PFRCBEAMELEMENT PFRCSLABELEMENT

1 ⁄ ∗ 0,5

0,5 0,6 ⁄ ∗ 0,50,981,001,021,041,061,081,101,121,141,16

0 0,25 0,5 0,75 1

ψ[‐]

bshort/blarge [‐]

PARTICULAR CASE FOR THE EXPERIMENTAL PROGRAM


SLABS TESTS

doct

oral

thes

is

ANALYSIS OF THE CONTITUTIVE EQUATIONS

∗1

coeficientes efecto favorable de las orientación cuando el ratio aumenta

47

PFRCBEAMELEMENT PFRCSLABELEMENT

PARTICULAR CASE FOR THE EXPERIMENTAL PROGRAM


Slab ηfσ2 [‐] ηfσ3 [‐]S 1.00 1.00M 1.17 2.23L 1.42 2.84

11

11

HRFPARTE III


sem

inar

iohr

f


BCNTEST(TCOD– δ)

NEWTEST(MDPT)

CONSTITUTIVEEQUATION

CINEMATICALRELATIONSHIP

CUBICSPECIMEN

DIRECTAPPROACH

1 2 3

ORIENTATIONOFFIBRES

%x ‐%y ‐%z

Pujadas (2013)

Parámetros a tener en cuenta:

Propriedades en fresco

Efectos del llenado

Vibración

Distancia de flujo

Geometría del encofrado

Medir

Calcular

Mantener constante

Metodología aislada

Perspectiva integrada y secuencial

sem

inar

iohr

f


HRFPARTE IV

49

CONCLUDING REMARKS

gracias por su atención

sem

inar

iohr

f

¿? ¿?¿? ¿? ¿?

¿?¿

…

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN

E.T.S. INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS. UPC.

Pablo PUJADAS Á[email protected]

Barcelona, 4 Junio de 2013

orientaciÓn y distribuciÓn de fibras...

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