PLAN NACIONAL DE I D I PROGRAMA DE TRANSPORTES

1
PLAN NACIONAL DE IDI PROGRAMA DE TRANSPORTES

• Proyecto de investigación TRA99-0974
• ESTABLECIMIENTO DE BASES DE CÁLCULO Y CRITERIOS
  DE
• PROYECTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE HORMIGÓN
• DE ALTA RESISTENCIA PARA INFRAESTRUCTURAS
• DEL TRANSPORTE VIARIO Y FERROVIARIO
• UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA
• DEP.INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCION
• ETS INGENIEROS DE CAMINOS DE BARCELONA
• Ciudad Real, 25 y 26 de Junio de 2001

2
INDICE DE LA PRESENTACIÓN
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA

• 1. CARACTERISTICAS GENERALES DEL PROYECTO
• 2. OBJETIVOS CONCRETOS
• 3. ACTIVIDADES DESARROLLADAS
• 4. ACTIVIDADES PENDIENTES
• 5. VALORACIÓN FINAL

3
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Motivación

• Hormigon Alta Resistencia Altas Prestaciones.
• Mayor resistencia, mayor durabilidad, mayor
  rigidez. Obras más ligeras, durables, económicas
  y atrevidas
• Deseo de proyectistas y constructores de utilizar
  HAR en las obras, pero inexistencia de cobertura
  legal (Normativa)
• Necesidad de extender la Instrucción EHE hasta
  100 MPa
• Como proyectar y calcular estructuras de HAR?
• Necesidad de Conocer los mecanismos resistentes
  básicos flexión, cortante, adherencia/anclaje,
  fisuración, deformaciones

4
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Objetivos generales

• Investigar el comportamiento estructural de
  elementos de HAR y proponer unas bases de cálculo
  y criterios de proyecto que permitan diseñar
  estas estructuras con seguridad, funcionalidad y
  economía
• Proponer modificaciones a la Instrucción de
  Hormigón Estructural EHE y, si procede, a otros
  códigos (EC-2, fib) para incorporar con garantía
  estructuras de HAR
• Fomentar el proyecto y construcción del HAR,
  mediante la difusión de los resultados de este
  proyecto y a través de conferencias, congresos,
  cursos y monografías.

5
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Otras caracteristicas del proyecto

• Equipo investigador actual
• 4 profesores ordinarios doctores y 3 profesores
  asociados
• 2 doctorandos y 2 tesinandos
• 1 Técnico investigador y 1 técnico de laboratorio
• Duración 3 años (1999-2002). Presupuesto 11.6
  Mpta.
• Entes Promotores Observadores
• Ministerio de Fomento. Secretaría General Técnica
• ALVISA (Empresa de Prefabricación)
• TEC-CUATRO, Ingenieros Consultores

6
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Objetivos concretos

• Identificar las características diferenciales del
  HAR y su incidencia en el comportamiento
  estructural
• Identificar lagunas en los métodos de cálculo y
  proyecto de hormigón convencional para ser
  aplicados a HAR.
• Estudio de diversos estados límite y adaptación
  de los modelos de comportamiento al caso del HAR
  Cortante, flexocompresión, pandeo, fisuración,
  deformaciones.
• Elaboración de bases de cálculo y recomendaciones
  de proyecto. Propuesta de cambios a realizar en
  normativas.

7
Objetivos concretos
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA

• Características diferenciales del
• Hormigón de Alta Resistencia
• - Relación tensión-deformación
• - Módulo de Deformación
• - Deformación última. Fragilidad.
• - Resistencia post-pico
• - Resistencia a tracción
• - Fluencia y retracción
• - Adherencia con el acero

8
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades desarrolladas (1)

• Elaboración de un estado del conocimiento
  orientado a conocer el comportamiento de
  estructuras de HAR
• Resultados experimentales (se dispone de una
  completa base de datos experimentales,
  especialmente de ensayos frente a esfuerzo
  cortante)
• Tratamiento en diferentes normativas,
  comparación entre ellas y verificación con los
  ensayos
• Obras construidas significativas, realizadas con
  HAR

9
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades desarrolladas (2)

• Creación grupo de trabajo en ACHE, Asociación
  Científico Técnica de Hormigón Estructural, para
  la redacción de unas Recomendaciones para el
  proyecto de estructuras de HAR.
• El coordinador y el secretario del grupo, son
  miembros del equipo investigador del proyecto.
• Participan proyectistas, constructores,
  fabricantes materiales, universitarios,
  prefabricadores, administración y centros ID
• Lleva 1 año trabajando. Apoyo a la elaboración
  del estado del conocimiento, parte de normativa y
  obras construidas. Será fundamental su
  colaboración en la fase final.

10
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades desarrolladas (3)

• Campaña experimenta para estudiar el
  comportamiento frente a esfuerzo cortante (Tesis
  doctoral A. Cladera)
• - Influencia de la resistencia a compresión del
  hormigón sobre la resistencia a cortante de
  vigas, con y sin armadura de cortante.
• - Armadura mínima para prever rotura frágil en
  elementos de HAR
• - Influencia de la cuantía de armadura
  transversal en la resistencia a cortante
• - Posibilidad de aumentar la deformación del 2
  al 2,5 de la armadura transversal en ELU para
  calcular la resistencia a cortante

11
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades desarrolladas (4)

• Esfuerzo cortante Campaña experimental
• - Vigas de 2.40 m. de luz, con sección
  rectangular de 20x40 cm.
• - 4 resistencias a compresión hormigón 50, 60,
  70 y 90 Mpa
• - 3 Con armadura de cortante y 1 sin armadura de
  cortante
• - 2 vigas de cada tipo. Total 16 ensayos.

12
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
EVOLUCION DE LOS ENSAYOS   La campanya
experimental consta de 16 tests sobre vigas de HC
y HAR (ver tabla). Hasta la fecha se han
fabricado y ensayado 8 vigas, estando actualmente
analizando los resultados. Se preve que la
campanya se reinicie a principios de septiembre
(por cierto, a ver si encontramos un
tesinando)    
    Hasta la fecha se han fabricado y ensayado
las H60 y las H70.  
cotas en cm
Actividades desarrolladas (5)
    Ver siguiente pagina                          
             
13
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
 
Actividades desarrolladas (6)

• Campaña experimental. Instrumentación y
  Fabricación de las vigas en la factoría de ALVISA
  (Huesca)

       
14
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
 
Actividades desarrolladas (7)

• Campaña experimental. Esquema del ensayo
•  

       
15
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
 
Actividades desarrolladas (8)

• Rotura vigas sin armadura transversal 

H 60-1
H 70-1
       
16
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
 
Actividades desarrolladas (9)

• Rotura vigas con armadura transversal 

H 60-2
H 70-2
       
17
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
 
Actividades desarrolladas (10)

• Rotura vigas con armadura transversal 

H 60-3
H 70-3
       
18
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
 
Actividades desarrolladas (11)

• Rotura vigas con armadura transversal 

H 60-4
H 70-4
       
19
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
 
Actividades desarrolladas (12)

• Campaña experimental. Análisis de resultados

Hasta la fecha se han fabricado y ensayado 8 de
las 16 vigas, las H60 y las H70. Actualmente se
estan analizando los resultados. La campaña se
reiniciará a principios de septiembre de 2001.
  La única conclusión provisional es que la
instrucción EHE infravalora el efecto tamaño y
queda del lado de la inseguridad para vigas sin
armadura de cortante (poco frecuente en HAR).
       
20
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades desarrolladas (13)

• Elaboración de modelo de análisis estructural
  avanzado que permita evaluar la influencia del
  uso del HAR en estructuras solicitadas a
  flexocompresión recta. (Tesis Doctoral J.
  ORorke, en desarrollo).
• - Análisis no lineal por el material y la
  geometría.
• - Ecuación constitutiva uniaxial instantánea.
  Confinamiento.
• - Comportamiento en tracción. Tension
  stiffenning.
• - Comportamiento diferido. Fluencia y retracción.
• - ELU de flexión. Redistribución de esfuerzos.
  Ductilidad.
• - Estudio ELU de inestabilidad. Método
  simplificado soportes
• - Efectos estructurales en el tiempo. Piezas
  prefabricadas.

21
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades desarrolladas (14)

• Actividades de difusión Cursos y Congresos
• - Jornadas Técnicas de ACHE (Mayo 2000). Ponencia
  sobre Bases de cálculo de estructuras de HAR
• - Congreso IBRACON (Instituto Brasileiro del
  Concreto). Ponencia invitada sobre el HAR en la
  EHE. Agosto 2000.
• - Symposium y curso Univ.de Sao Paulo, Brasil
  (2000). Conferencia invitada Proyecto puentes
  prefabricados HAR
• - Curso de Master Univ. de Tucuman (Argentina).
  Analisis no lineal de estructuras de HAR,
  Septiembre 2000.

22
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades desarrolladas (15)

• Publicación artículos (en elaboración o
  pendientes de aceptación)
• Cladera, A.,Capell,J. y Marí, A., Shear tests of
  High Strength Concrete Beams with minimum
  reinforcement, Engineering Structures, Elsevier,
  (2002)
• Cladera, A., Marí, A. Shear Strength of High
  Strength Concrete Beams.
• Structural Concrete, fib Journal, (2001)
• Cladera, A., Collins, M.P y Marí, A. . The
  Modified Compression Field Theory applied to HSC
  beams, Canadian Journal of Civil Engineering
  (2002)
• Cladera, A., Marí, A. Y Collins, M.P.
  Aproximación histórica a los modelos de cálculo
  a cortante de estructuras de hormigón. Hormigón
  y Acero, (2002)

23
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades desarrolladas (16)
 

• Asesoramiento en el proyecto del Puente de Los
  Tilos en la Isla de La Palma (Canarias).
  Aplicación directa del trabajo desarrollado en el
  proyecto, y de trabajos previos (Colaboración con
  Ferrovial-Agroman)

24
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades desarrolladas (17)
 

• Arco de 250 m. de luz (record de España en su
  tipo) con arco y pilas de hormigón de alta
  resistencia (80 Mpa). Tablero mixto.
• Construido por avance en voladizo, con tirantes
  provisionales. Sometido a importantes acciones
  del viento (construcción y en servicio).

25
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades desarrolladas (18)

• Comportamiento no lineal por el material
• Comportamiento diferido
• Construcción evolutiva longitudinal/transversal
• Efectos 2º orden, e interacción entre todos
• Optimización de la sección del arco, pilas,
  tablero y del armado.

26
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades pendientes de desarrollo (1)

• Finalizar campaña de ensayos frente a cortante.
  Análisis de resultados y conclusiones parciales.
• Comparación resultados con modelos de resistencia
  a cortante CEB-FIP Model Code, EHE y MCFT
  (Collins)
• Propuesta y verificación de una formulación de
  cálculo a cortante más adecuada para HAR
• Estudio de un nuevo tipo de ensayo push-off que
  reproduzca mejor el efecto cortante-fricción en
  vigas y, en su caso, desarrollo del ensayo.

27
BASES DE CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN DE
ALTA RESISTENCIA
Actividades pendientes de desarrollo (2)

• Utilización sistemática del modelo de análisis no
  lineal desarrollado para el estudio de los
  estados limite de fisuración y deformabilidad.
• Elaboración de las Recomendaciones para el
  proyecto de estructuras de HAR, en colaboración
  con GT/1.4 de ACHE.
• Propuesta de modificaciones de la EHE y de EC-2
  para corregir inadecuaciones relativas al HAR
• Difusión de resultados publicaciones en
  revistas, ponencias en congresos, organización
  con ACHE del II Congreso de Nacional de HAR e
  impartición de cursos y conferencias.