Estudio experimental del comportamiento del hormigón confinado sometido a compresión

Abstract

La tesis presenta los resultados de un extenso estudio experimental de probetas cilíndricas de hormigón sometidas a confinamiento lateral cargadas axialmente. En el estudio se consideró el confinamiento activo y pasivo. El confinamiento activo consistió en aplicar una presión hidrostática en una célula triaxial y el confinamiento pasivo fue mediante tubos de acero rellenos de hormigón y probetas de hormigón zunchadas con polímeros reforzados con fibras (FRP) de carbono y vidrio. Se ensayaron hormigones de baja y alta resistencia, con resistencias características de 25 y 60 MPa, sometidos a diferentes niveles de confinamiento. En el caso del confinamiento activo la presión hidrostática aplicada para el hormigón de baja resistencia varió entre 0 y 35 MPa, y para el hormigón de alta resistencia entre 0 y 50 MPa. Para el confinamiento pasivo con tubo de acero el hormigón fue moldeado en tubos de acero de diferentes espesores - 1.8 mm, 4.5 mm y 7.6 mm. En este caso la carga de compresión fue aplicada sobre la superficie de hormigón y sobre la sección mixta. Para las probetas zunchadas con FRP, se usaron entre 1 y 6 capas de FRP para el hormigón de baja resistencia y entre 1 y 12 capas para el de alta resistencia. <br/>Los principales resultados del estudio están basados en la caracterización del comportamiento tensión-deformación de los hormigones bajo los diferentes tipos y niveles de confinamiento. En general, se observó que el confinamiento incrementa la capacidad de carga y la deformación axial máxima del hormigón, con incrementos relativamente mayores en el hormigón de baja resistencia que en el de alta resistencia. Se han definido parámetros para determinar la ductilidad de la respuesta post pico que permite la comparación de los diferentes tipos de confinamiento.<br/>En el hormigón confinado con tubo de acero, la máxima tensión de compresión en el hormigón de baja resistencia fue 4.2 veces la tensión de compresión del hormigón sin confinar mientras que para el de alta resistencia solo fue de 2.5 veces. Asimismo, en el hormigón confinado con FRP, el uso de 6 capas de fibras de carbono incrementa 2.6 veces la tensión máxima en el hormigón de baja resistencia mientras que para 12 capas del mismo material en el de alta resistencia solo se incrementó ligeramente (es decir, 3.1). Como se esperaba, las fibras de vidrio fueron menos efectivas que las fibras de carbono en ambos hormigones.<br/>En general, se alcanzaron niveles de tensión similares con los diferentes tipos de confinamiento. Sin embargo, la ductilidad difiere considerablemente con el confinamiento con tubo de acero alcanzando valores de deformabilidad mucho mayores que en el caso del confinado con FRP.

The thesis presents results of an extensive experimental study of cylindrical specimens of concrete subjected to compressive loading under lateral confinement. Both active and passive confinements were considered in the study. Active confinement consisted of hydrostatic pressure applied in a triaxial cell and passive confinement was applied through steel jackets and fiber reinforced polymer (FRP) wrapping with carbon and glass fibers. Nomal and high strength concretes of 25 and 60 MPa characteristic were tested under different levels of confinement. <br/>In the case of the active confinement, the hydrostatic pressure applied to the normal strength concrete varied from 0 to 35 MPa and for high strength concrete it varied from 0 to 50 MPa. For the passive confinement applied through steel jackets, the concrete was cast in steel tubes of different thicknesses - 1.8, 4.5 and 7.6 mm. The compressive loading in this case was applied on either the concrete surface or the entire composite surface. For the FRP wrapped specimens, 1 to 6 layers of FRP were used for the normal strength concrete and 1 to 12 layers for the high strength concrete.<br/>The main results of the study are based on the characterization of the axial stress-strain behavior of the concretes under the different types and levels of confinement. In general, it is observed that confinement increases the load-carrying capacity and the maximum axial strain of the concrete, with relatively higher increases in the normal strength concrete than in the high strength concrete. Parameters have been defined for determining the ductility of the response in the post-cracking regime that permits the comparison of the different types of confinement.<br/>In the concrete confined in steel tubes, the maximum compressive stress in the normal strength concrete was 4.2 times the uniaxial compressive strength in the normal concrete while the maximum stress was only 2.5 times in the high strength concrete for the same tube thickness. Similarly, in the concrete wrapped with FRP, the use of 6 layers of carbon fibers increased the maximum compressive stress 2.6 times in the normal concrete while 12 layers of the same material yielded only a slightly higher level of strengthening (i.e., 3.1) in the high strength concrete. The glass fibers were less effective in both concretes than the carbon fibers, as expected.<br/>In general, similar levels of strength were achieved with the different types of confinement. However, the ductility of the response differs considerably with the steel tube confinement yielding much higher deformability than the FRP wraps.