Optimización del concreto reforzado con fibras de acero y polipropileno en pisos industriales, basado en análisis experimental y numérico

Abstract

Resumen Estudios como los de Alani (2013) y CEMEX (2002) dicen que la función principal de los pisos de concreto en el sector industrial es permitir un adecuado soporte a la aplicación de cargas. De manera similar, afirman que debido a estas cargas, se acentúa la posibilidad de un agrietamiento del piso. Por esta razón, se han utilizado técnicas como el refuerzo con varillas de acero. Lamentablemente estos refuerzos tienden a ser obsoletos, debido a la necesidad de una protección tridimensional contra la fisuración del concreto y un proceso constructivo en un menor tiempo. El estudio del agrietamiento del concreto ha sido investigado y se ha concluido que la fisuración se presenta cuando existen fuerzas que exceden la resistencia a tensión del concreto. En este contexto, el uso de fibras como refuerzo se presenta como una solución a este problema. Varios estudios han demostrado que las fibras de acero y polipropileno, se utilizan con tres objetivos principales: reducir el ancho de fisura, alcanzar un comportamiento dúctil tras el agrietamiento; y contribuir a un mejor control, ya que mejora la resistencia residual, ductilidad y características mecánicas del mismo. Sin embargo, es importante considerar que el costo del uso de estos elementos de refuerzo es elevado. Por ello, es necesario un análisis de optimización, que permita lograr eficientar las respuestas mecánicas considerando la interacción piso-suelo. La presente tesis analiza la contribución de las fibras de acero y polipropileno a la respuesta mecánica y el agrietamiento de piso de concreto apoyados en terraplenes de diferentes características mecánicas. Con este objetivo, el estudio contempla análisis experimentales, así como modelaciones por elemento finito y análisis estadístico de optimización. Los resultados muestran una buena capacidad mecánica del piso reforzado con fibras en bajas dosificaciones y espesores de entre 70 y 80 mm, presentando una alta rigidez cuando son apoyados en suelos de arena limosa con 2 % de cemento.

Abstract Alani (2013) and CEMEX (2002) said that the main function of concrete slabs in the industrial sector is to generate an adequate support to apply loads. Also they affirm that these loads increase the possibility of cracks generation in the concrete. For this reason, the use of conventional reinforced concrete has been applied in concrete floors. Unfortunately, this reinforcement tends to be obsolete, due to the scarce tridimensional protection against the cracking and the requirement to reduce the time of construction process. The study of cracking process in the concrete has been invested. It has been concluded that the cracking occurs when the loads exceed the tensile strength of the concrete. In this context, the use of fiber reinforced concrete has been presented as a solution to this problem. Also, it has been demonstrated that steel and polypropylene fibers are used with three main aims: reduce the crack width, achieve a ductile behavior in the post-cracking phase; and control the cracking process. In this context, the fiber reinforced concrete increases the residual strength, ductility and mechanical behavior of the concrete. However, it is important to consider that the cost of the fiber as reinforcement is high. So, optimization analysis is necessary in order to efficiently achieve the mechanical responses in the interaction slab-embankment. This thesis analyzes the contribution of steel and polypropylene fibers in mechanical responses and cracking process in fiber reinforced concrete slabs, when these are supported on embankments with different mechanical characteristics. To this end, the study was divided in experimental stages, finite element analysis and optimization statistical analysis. The results show good mechanical ability in fiber reinforced concrete floor with low dosage and thickness between 70 and 80 mm, with high rigidity when it is supported in loamy sand and 2% of cement.