Fatiga de bajo ciclaje de hormigón con fibra para altas deformaciones unitarias

Abstract

Las estructuras presentes en Chile se ven sometidas a sismos recurrentes de gran magnitud, induciendo en los materiales que constituyen los elementos estructurales el proceso de fatiga. En este contexto, se desarrolla el fenómeno de fatiga de bajo ciclaje, comúnmente relacionado con la rotura del acero de refuerzo, y en menor medida con la degradación del hormigón. En particular, una variable que ha sido investigada en los estudios enfocados en la fatiga de hormigón es la adición de fibra de refuerzo, debido a que mejora propiedades mecánicas como ductilidad, disipación de energía y vida a fatiga del hormigón. Diversos estudios han mostrado un buen desempeño de fibras de alcohol polivinílico (PVA) en ensayos de carga monotónica y fatiga en compresión en morteros. Sin embargo, el comportamiento de fibras de PVA en matrices de hormigón con árido grueso no ha sido ampliamente estudiado. En este contexto, el objetivo principal de la presente investigación es estudiar y comparar la respuesta experimental de probetas cilíndricas de hormigón simple y hormigón reforzado con fibras de PVA sometidas a ensayos de fatiga de bajo ciclaje (pre y post-peak) en compresión mediante el uso de la máquina universal. La metodología desarrollada consiste en la elaboración y ensayo de probetas cilíndricas de hormigón simple y hormigón reforzado con fibra de PVA (RECS 15/12 mm y RF 600/15 mm), considerando tres niveles de cuantía correspondientes a 0%, 1% y 2% medidas respecto al volumen geométrico de las probetas. El programa experimental considera dos niveles de degradación de la resistencia estática a la compresión (2% y 10%) y niveles máximos de tensión comprendidos entre el 75% y 95% de dicho parámetro. A partir de los resultados obtenidos se construyen modelos S-N (o de Wöhler), modelos de tasa de deformación secundaria versus vida a fatiga, y se estudia la existencia de una envolvente de deformaciones máximas en la falla de ensayos de fatiga de bajo ciclaje en compresión pre y post-peak. Los resultados finales muestran que la adición de fibra de PVA en la matriz de hormigón aumenta la ductilidad y la vida a fatiga de las muestras. En promedio, la resistencia a la compresión del hormigón reforzado con fibra disminuyó respecto al hormigón simple, alcanzando una disminución máxima de un 36% para probetas con contenido de fibra de 2% RF 600/15 mm. Además, los resultados sugieren que la relación entre la tasa de deformación secundaria y la vida a fatiga de una muestra es independiente del tipo de ensayo de fatiga al que es sometida (pre o post-peak). Finalmente, la superposición de las curvas de carga monotónica en compresión y las curvas de histéresis de los ensayos de fatiga pre y post-peak sugieren la existencia de una envolvente de deformaciones máximas en la falla de ensayos de fatiga de bajo ciclaje, la cual coincide de buena manera con la curva de carga monotónica en compresión.