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In the last decades, experimental and numerical studies on steel fiber-reinforced concrete have shown that providing suitable fiber content and distribu-tion in the matrix can improve the post-cracking strength of concrete. Although there is a large database of experimental and finite element model shear tests of steel fiber-reinforced concrete beams, there are not profuse test data and finite element models available for steel fiber-reinforced concrete beams with traditional transverse shear reinforcement (stirrups). In this work, the shear behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced concrete beams with three different types of reinforcement is analyzed. For this purpose, a comparative study has been previously carried outo validate the finite element model with conventional rebars. From the results, it was observed that the maximum shear load increased by 39% to 48% depending on the type of steel fibers used, with respect to concrete without fiber reinforcement. The length and number of fibers had a direct effect on crack initiation and propagation., En las últimas décadas, los estudios experimentales y numéricos, sobre el hormigón reforzado con fibras de acero, han demostrado que un contenido y una distribución adecuados de las fibras en la matriz pueden mejorar la resistencia del hormigón tras la fisuración. Aunque existe una amplia base de datos de ensayos experimentales y numéricos a cortante de vigas de hormigón reforzado con fibras de acero, no se dispone de profusos datos de ensayos y modelos de elementos finitos para vigas de hormigón reforzado con fibras de acero con armadura transversal tradicional a cortante (estribos). En este trabajo se analiza el comportamiento a cortante de vigas de hormigón de ultra altas prestaciones reforzado con fibras con tres tipos diferentes de refuerzo. Para ello, previamente se ha realizado un estudio comparativo para validar el modelo de elementos finitos con armaduras convencionales. A partir de los resultados, se observó que la carga máxima de cortante aumentaba entre un 39% y un 48%, en función del tipo de fibras de acero utilizadas, respecto al hormigón sin refuerzo de fibras. La longitud y el número de fibras tenían un efecto directo sobre el inicio y la propagación de las fisuras.

El present treball final de màster se centra en l'estudi del comportament a tallant de bigues isostàtiques amb secció doble T de formigó pretesat, utilitzant armadures de polímers reforçats amb fibres (FRP). Aquest estudi forma part de campanya experimental en la Universitat Politècnica de Catalunya “Straduravius” RTI2018-097314-B-C21, que busca desenvolupar sistemes constructius sostenibles i de major durabilitat, amb l'ús de tecnologies innovadores com les FRP com a alternativa a la tradicional utilització d'acer de reforç pretesat en bigues, mitigant els problemes de corrosió i millorant la durabilitat de les estructures. La recerca es va basar en assajos experimentals desenvolupats en el Laboratori de Tecnologia d'Estructures i Materials de la Universitat Politècnica de Catalunya "LATEM", juntament amb modelatge numèric en ABAQUS per a comprendre el comportament de les bigues. Es van comparar els resultats obtinguts amb armadures de diferents materials (acer, carboni, vidre i vidre amb propietats termoplàstiques) per a avaluar la seva eficiència en estructures de formigó pretesat, i es va concloure que el nivell de pretesat aplicat a les armadures de FRP incideix directament en la capacitat estructural de les bigues, aconseguint majors càrregues abans de la fallada per tallant, i a més així tenir menors desplaçaments. També es va poder evidenciar que la fibra que més similitud va tenir amb les armadures d'acer va ser la CFRP, possiblement a causa del seu mòdul d'elasticitat i a la superfície menys llisa que el GFRP. A més, es va poder obtenir models numèrics que s'ajusten satisfactòriament als assajos realitzats en el laboratori el que permet utilitzar-los com a laboratori virtual per a l'obtenció de dades on prèviament no s'havia considerat instrumentació., El presente trabajo final de master se centra en el estudio del comportamiento a cortante de vigas isostáticas con sección doble T de hormigón pretensado, utilizando armaduras de polímeros reforzados con fibras (FRP). Este estudio forma parte de campaña experimental en la Universidad Politécnica de Cataluña “Straduravius” RTI2018-097314-B-C21, que busca desarrollar sistemas constructivos sostenibles y de mayor durabilidad, con el uso de tecnologías innovadoras como las FRP como alternativa a la tradicional utilización de acero de refuerzo pretensado en vigas, mitigando los problemas de corrosión y mejorando la durabilidad de las estructuras. La investigación se basó en ensayos experimentales desarrollados en el Laboratorio de Tecnología de Estructuras y Materiales de la Universidad Politécnica de Cataluña "LATEM", junto con modelación numérica en ABAQUS para comprender el comportamiento de las vigas. Se compararon los resultados obtenidos con armaduras de distintos materiales (acero, carbono, vidrio y vidrio con propiedades termoplásticas) para evaluar su eficiencia en estructuras de hormigón pretensado, y se concluyó que el nivel de pretensado aplicado a las armaduras de FRP incide directamente en la capacidad estructural de las vigas, alcanzando mayores cargas antes del fallo por cortante, y además así tener menores desplazamientos. También se pudo evidenciar que la fibra que más similitud tuvo con las armaduras de acero fue la CFRP, posiblemente debido a su módulo de elasticidad y a la superficie menos lisa que el GFRP. Además, se pudo obtener modelos numéricos que se ajustan satisfactoriamente a los ensayos realizados en el laboratorio lo que permite utilizarlos como laboratorio virtual para la obtención de datos donde previamente no se había considerado instrumentación., The present master's final work focuses on the study of the shear behavior of isostatic beams with prestressed concrete double T-section, using fiber reinforced polymer (FRP) reinforcement. This study is part of the experimental campaign at the Polytechnic University of Catalonia "Straduravius" RTI2018-097314-B-C21, which seeks to develop sustainable and more durable construction systems, with the use of innovative technologies such as FRP as an alternative to the traditional use of prestressed steel reinforcement in beams, mitigating corrosion problems and improving the durability of structures. The research was based on experimental tests developed at the Structures and Materials Technology Laboratory of the Polytechnic University of Catalonia "LATEM", together with numerical modeling in ABAQUS to understand the behavior of the beams. The results obtained with reinforcement of different materials (steel, carbon, glass and glass with thermoplastic properties) were compared to evaluate their efficiency in prestressed concrete structures, and it was concluded that the level of prestressing applied to FRP reinforcement has a direct impact on the structural capacity of the beams, reaching higher loads before shear failure, and thus allowing for lower displacements. It was also possible to show that the fiber that was most similar to steel reinforcement was CFRP, possibly due to its modulus of elasticity and the less smooth surface than GFRP. In addition, it was possible to obtain numerical models that fit satisfactorily to the tests carried out in the laboratory, which allows using them as a virtual laboratory to obtain data where previously no instrumentation had been considered.

El present treball de fi de màster forma part integral del projecte STRADURAVIUS, que busca desenvolupar criteris de disseny i mètodes de construcció duradors i eficients per a estructures pretesades amb tendons de polímers reforçats amb fibres (FRP). Aquest estudi s'enfoca a analitzar i caracteritzar el comportament a tallant de bigues sotmeses a assajos experimentals, amb èmfasis en el comportament de fissures monitorat mitjançant la tècnica de correlació d'imatges digitals (DIC). La metodologia comprèn la preparació i instrumentació convencional de bigues i l'aplicació de càrregues incrementals fins a la falla en set elements. Posteriorment, es processen les dades experimentals i de DIC, permetent una anàlisi comparativa, i extraient informació sobre l'obertura de les fissures, la seva separació, l'angle de la fissura principal i altres paràmetres rellevants. A partir d'aquesta recerca es conclou que tant el nivell de pretesat com l'elecció del material per a l'armadura activa han demostrat tenir un impacte significatiu en el comportament de les bigues. En un sentit, s'ha observat que un major nivell de pretesat es correlaciona amb una major capacitat de càrrega última i una menor obertura de les fissures. D'altra banda, les bigues reforçades amb GFRP van exhibir una resposta estructural menys rígida en comparació amb les bigues reforçades amb CFRP. Notablement, la biga de control, que estava reforçada amb acer i tenia un nivell de pretesat mitjà, va mostrar la càrrega última més alta i el menor desplaçament, en contrast amb la biga reforçada amb CFRP que tenia un nivell de pretesat nul i va presentar la càrrega última a tallant més baixa., El presente trabajo de fin de máster forma parte integral del proyecto STRADURAVIUS, que busca desarrollar criterios de diseño y métodos de construcción duraderos y eficientes para estructuras pretensadas con tendones de polímeros reforzados con fibras (FRP). Este estudio se enfoca en analizar y caracterizar el comportamiento a cortante de vigas sometidas a ensayos experimentales, con énfasis en el comportamiento de fisuras monitorizado mediante la técnica de correlación de imágenes digitales (DIC). La metodología comprende la preparación e instrumentación convencional de vigas y la aplicación de cargas incrementales hasta la falla en siete elementos. Posteriormente, se procesan los datos experimentales y de DIC, permitiendo un análisis comparativo, y extrayendo información sobre la apertura de las fisuras, su separación, el ángulo de la fisura principal y otros parámetros relevantes. A partir de esta investigación se concluye que tanto el nivel de pretensado como la elección del material para la armadura activa han demostrado tener un impacto significativo en el comportamiento de las vigas. En un sentido, se ha observado que un mayor nivel de pretensado se correlaciona con una mayor capacidad de carga última y una menor apertura de las fisuras. Por otro lado, las vigas reforzadas con GFRP exhibieron una respuesta estructural menos rígida en comparación con las vigas reforzadas con CFRP. Notablemente, la viga de control, que estaba reforzada con acero y tenía un nivel de pretensado medio, mostró la carga última más alta y el menor desplazamiento, en contraste con la viga reforzada con CFRP que tenía un nivel de pretensado nulo y presentó la carga última a cortante más baja., The present master's thesis is an integral part of the STRADURAVIUS project, aiming to develop durable and efficient design criteria and construction methods for prestressed structures using fiber-reinforced polymer (FRP) tendons. The focus of the present tesis is on analyzing and characterizing the shear behavior of beams through experimental tests, with emphasis on investigating crack behavior using Digital Image Correlation (DIC). The methodology involves preparing and conventionally instrumenting the beams, applying incremental loads until failure in seven specimens. Subsequently, experimental and DIC data are processed, enabling comparative analysis and extracting information regarding crack opening, spacing, angle of critical shear crack, and other relevant parameters. This research leads to the conclusion that both the level of prestressing and the choice of material for the active reinforcement have been shown to have a significant impact on the behavior of the beams. In one sense, it has been observed that a higher prestressing level correlates with higher ultimate load capacity and lower crack opening. On the other hand, GFRP-prestressed beams exhibited less stiff structural response compared to CFRP-prestressed beams. Notably, the control beam, which was reinforced with steel and had a medium prestressing level, showed the highest ultimate load and the lowest displacement, in contrast to the CFRP-strengthened beam that had zero prestressing level and presented the lowest ultimate shear load.

Despite the numerous studies made showing that the addition of steel fibres to concrete enhances the shear strength of RC beams, current design formulations are still empirical and present large scatter in front of the test results. In this paper, the previously developed Multi-Action Shear Model is extended to SFRC beams without stirrups, adopting an analytical formulation to evaluate the residual tensile stress of SFRC and incorporating the effects of the crack bridging capacity of SFRC in the shear resisted trough the different shear-transfer mechanisms. The proposed model predicts the tests results included in a recently published database with 448 shear tests with less scatter than any of the existing models., The financial support provided by the University of Messina (Italy), through the scholarship granted for a two-months research and teaching stage of the first author, is acknowledged. This work is part of the Research Projects BIA2015-64672-C4-1-R, funded by the Spanish Ministry of Economy and competitiveness, and RTI2018-097314-B-C21, funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation., Postprint (published version)

[Resumen:] A medida que mejoran la tecnología y disponibilidad de las resinas, el campo de aplicación del anclaje post instalado se va extendiendo a situaciones de mayor demanda mecánica. En el caso planteado en este estudio, se analiza la adecuación de anclajes post instalados de gran capacidad en un muro pantalla y una losa de hormigón armado de gran tamaño situados en zona sísmica. El anclaje tipo objeto de estudio se conforma con barras de acero equivalente al B500S de 32 mm de diámetro instalado con resina en un taladro de 40 mm de diámetro y 800 mm de profundidad. El procedimiento de validación más común para estos casos es el recogido en la norma ACI 355.4-11 (Qualification of Post-Installed Adhesive Anchors in Concrete). En esta norma se prescribe un diseño de probeta de la norma dirigido a anclajes de pequeño tamaño que, extrapolado al caso de estudio, haría inviable el ensayo. En este trabajo se propone un nuevo diseño de probeta compatible con los condicionantes mecánicos conceptuales de la ACI 355.4. Sobre el nuevo diseño se aplican procedimientos de ensayo análogos a los marcados por la norma para obtener las características mecánicas de la unión hormigón-resina-barra en caso de sismo: (1) tracción hasta rotura tras cargas cíclicas, con apertura de fisura de forma controlada de 0.5 mm durante todo el ensayo; (2) carga transversal hasta rotura tras cargas cíclicas, con apertura de fisura de forma controlada 0.5 mm durante todo el ensayo. Como resultado de las baterías de ensayos se obtienen los valores garantizados (percentil del 95 %) para hormigones de resistencia reducida (hipótesis conservadora prescrita por la normativa) y se compara su comportamiento con hormigones de resistencia convencional., [Abstract:] This research focuses on the development of a characterization system for large (32 mm), resin-bonded post-installed anchors in concrete in case of an earthquake. It is based on the tests required by ACI 355.4- 11 and its conditions, proposing a new test and test design that meets these since the design proposed in the standard makes the test unfeasible. Tensile characterization tests are carried out on cracked concrete (0.3 mm crack opening), seismic tension (0.5 mm crack opening plus loading cycles) and seismic shear (0.5 mm crack opening plus loading cycles) obtaining guaranteed values (95% percentile) for reduced resistance concretes.

To evaluate how the size effect affects the stresses developed along the compression chord in a beams subjected to shear forces, a simplified experimental program was developed on 50 prismatic specimens subjected to a splitting test. The studied parameters were: dimensions, slenderness, concrete compressive strength, and maximum aggregate size. To capture the post-peak behavior of the concrete, the load was introduced as a function of the crack width, through appropriate control algorithms. Digital Image Correlation (DIC) in a 2D configuration has also been used to accurately capture the formation, width and propagation of cracks to corroborate the experimental measurements., The financial support provided by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) and the European Funds for Regional Development (FEDER), through the Research projects: BIA2015-64672-C4-1-R and BIA2017-84975-C2-2-P and through the Excellence network BIA2015-71484-REDT., Postprint (published version)

Se presentan los estudios llevados a cabo sobre el tablero de un puente de hormigón armado, construido en 1929 en Gelida (Barcelona) sobre el río Anoia, formado por 11 vanos isostáticos de 10,5 m de luz, con vigas sección en ¿, armadas con barras lisas levantadas y cercos. Se han realizado ensayos de cortante sobre vigas en T y de punzonamiento en la losa superior, así como predicciones teóricas de los resultados experimentales. La estructura ha mostrado gran resistencia frente a solicitaciones tangentes y gran rigidez, pese a la heterogeneidad del hormigón, del uso de barras lisas y de la presencia de corrosión local, satisfaciendo los requisitos de seguridad y aptitud al servicio establecidos en las normativas actuales., Este trabajo se ha desarrollado en el contexto del proyecto BIA2015-64672-C4-1-R, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España. La Diputación de Barcelona, ha facilitado las vigas ensayadas, así como su corte, manipulación en obra y transporte al laboratorio. El equipo de la UPC agradece enormemente la colaboración de la ingeniera de la Diputación de Barcelona, Maria Josep Palau, de los ingenieros de la empresa constructora Pasquina y de la Dirección de Obra, Sergi Font y José Escudero, entre otros, por su inmensa ayuda, así como a los técnicos del Laboratorio de Tecnología de Estructuras y Materiales de la UPC, Carlos Hurtado, Jordi Cabrerizo y Robert McAloon, por su dedicación y entrega. Finalmente, se agradece a los estudiantes Felipe Baba, Alberto Sarmiento y Raúl Salinas quienes han desarrollado su tesis de Máster en el contexto de este proyecto., Postprint (published version)