Resistencia a cortante de los forjados de vigueta pretensada y bovedilla

Abstract

A pesar de que los forjados de vigueta pretensada y bovedilla se han utilizado desde los años 40 en prácticamente todo el mundo, los modelos que actualmente se utilizan para su cálculo frente al Estado Límite Último de cortante adolecen de falta de base teórica e incluso experimental. El objetivo principal de esta tesis es contribuir al avance del conocimiento del comportamiento frente a la rotura de las vigas que componen los forjados de vigueta pretensada y bovedilla, fundamentalmente a cortante. Para ello, y en primer lugar, se ha llevado a cabo una extensa revisión del estado actual del conocimiento de la resistencia a cortante, tanto para los nervios que componen los forjados de vigueta pretensada y bovedilla, como para vigas con sección en T sin armadura a cortante, así como una profunda investigación de campañas experimentales anteriores. Se han realizado dos campañas experimentales sobre nervios de forjados de vigueta pretensada y bovedilla a flexión y cortante. Las principales variables de diseño han sido: el espesor de la capa de compresión, el tipo de vigueta, la cuantía de armado longitudinal, la tensión en el hormigón de la vigueta debida al pretensado y el canto total del forjado. Los resultados obtenidos han sido analizados para estudiar la influencia de las citadas variables, y se han comparado con las predicciones de los métodos que se utilizan para el diseño de este tipo de elementos. Además, los elementos ensayados se han analizado mediante el software TINSA-EVO, basado en un refinado modelo de análisis seccional no lineal y fisuración distribuida con rotación, con el objetivo de entender mejor la distribución de tensiones a nivel seccional en este tipo de elementos. Los resultados de este análisis se han comparado con los resultados experimentales. Finalmente se ha propuesto un modelo mecánico de dimensionamiento frente a estado límite último para forjados de vigueta pretensada y bovedilla. El modelo mecánico presenta resultados satisfactorios frente a los nervios de forjado de vigueta pretensada y bovedilla ensayados. Se ha extrapolado el modelo para el cálculo de la resistencia a cortante de vigas con sección en T sin armadura a cortante, obteniendo también en este caso resultados satisfactorios, y coherentes, con los resultados de las campañas experimentales existentes en la bibliografía. Por último, se plantean varias sugerencias de futuras líneas de trabajo, resultado de la evolución del conocimiento sobre el tema de estudio durante el desarrollo de esta tesis doctoral

Although beam-and-block floors have been in use around the world since the 40s, the models currently used to calculate shear failure strength lack a strong theoretical foundation and even experimental data is sparse. The aimof this research is to contribute to our knowledge of the behavior and strength of beam-and-block floors, principally those exposed to shear stress. To achieve this objective, an extensive review of the current state of the knowledge of shear strengths for beam-and-block floors, and T-section beams without shear reinforcement was done, as well as in-depth research into the previous experimental results. An experimental programme testing the beams that form beam-and-block floors under a load point was performed. Main design variables were: flange thickness, precast beam type, degree of longitudinal reinforcement, stress in the precast concrete caused by prestressing, and beam-and-block floor depth. Results were analyzed to study the influence of these variables, and are also compared with the predictions generated by the methods used to design these types of elements. Additionally, tested elements were analyzed using the TINSA-EVO software, which is based on a smeared-crack, nonlinear sectional model with rotating-cracks, to better understand the stress distribution in the section of this type of elements. Results of this analysis were compared with the experimental results. Furthermore, a mechanical model for the design and prediction of beam-and-block floor resistance was proposed. The mechanical model agreed with the experimental results. The model was extrapolated to calculate the shear strength of T-section beams without shear reinforcement, and the model was in good agreement with experimental results from the literature. Finally, some recommendations for future studies are made based on these findings.