Estudio experimental del efecto tamaño en la resistencia a cortante de elementos de hormigón

Abstract

[Resumen]: El comportamiento de elementos de hormigón a cortante es y ha sido en la última época un tema de constante debate en el área de la ingeniería estructural. Existe gran distancia entre la realidad del fenómeno y la interpretación de las normativas, que suelen proporcionar expresiones semi-empíricas con ajustes basados en análisis estadísticos. Dentro de este paradigma, asociado principalmente a elementos de hormigón armado, la reducción de la tensión tangencial media resistida a medida que aumenta su dimensión representativa, fenómeno conocido como efecto tamaño, se alza como uno de los aspectos a los que es necesario aportar más información empírica. Sin embargo, la experimentación en este campo es reducida debido a la dificultad de este tipo de ensayos en escalas representativas. Es en este punto donde se han centrado los esfuerzos de esta investigación, intentando identificar y cuantificar los mecanismos resistentes que aparecen en un elemento sometido a grandes solicitaciones tangenciales. Para ello, se ha realizado una campaña experimental sobre vigas de gran canto: 1.00 m (serie S), 1.50 m (serie M) y 2.00 m (serie L) de canto con longitud suficiente no incurrir en un efecto arco y, así mismo, poder realizar un ensayo a cortante sobre cada vano. Durante los ensayos se ha monitorizado y medido de manera directa (extensometría clásica) e indirecta (videocorrelación) los posibles mecanismos resistentes analizados en la bibliografía relativa: cabeza de compresión, armadura, armadura longitudinal y transmisión de tensiones en la fisura principal. El presente documento expone los resultados de la campaña experimental descrita. Además se realiza un estudio de la situación existente a día de hoy de la relación entre la realidad de la capacidad resistente a cortante de elementos de grandes dimensiones y las interpretaciones realizadas por las normativas vigentes.

[Abstract]: The behaviour of concrete elements subjected to shear stress is and has been in recent time subject of constant discussion on structural engineer area. There is a great distance between the reality of the phenomenon and the standards interpretation, which tend to propose semi-empiric expressions with adjustments based on statistical analysis. Within this paradigm, mainly associated with reinforced concrete elements, the reduction of the average shear stress capacity as their characteristic dimension increases— known as the size effect—emerges as one of the aspects that requires further empirical evidence. However, experimental research in this field is limited due to the difficulty of conducting tests at representative scales. It is at this point where the efforts of the present research have been focused, aiming to identify and quantify the resisting mechanisms that develop in an element subjected to high shear demands. To this end, an experimental campaign was carried out on deep beams with depths of 1.00 m (Series S), 1.50 m (Series M), and 2.00 m (Series L), with sufficient span length to avoid arching effects and to allow for shear testing in each span. During the tests, the possible resisting mechanisms discussed in the literature were monitored and measured both directly (using conventional strain gauges) and indirectly (through digital image correlation), including the compression strut, transverse reinforcement, longitudinal reinforcement, and stress transfer across the main crack. This document presents the results of the described experimental campaign. In addition, it includes an analysis of the current state of the relationship between the actual shear capacity of large-scale elements and the interpretations provided by existing design codes.