3. 3
¿Por qué mejorar el hormigón y las
estructuras de hormigón estructural?
4. 4
Introducción
• Construcción sostenible
Carbono- y clima-neutro
Reusabilidad (economía circular)
Extender la vida útil de las estructuras
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
5. 5
Economía
• Costo de materiales
• Costo de
construcción
• Costo de transporte
Medio
ambiente
• Emisiones CO2
• Materiales
• Transporte
• Agua
• Suelos
Factores
sociales
• Impactovisual
• Retrasosen el tráfico
• Empleo
Sostenibilidad
14. 14
Materiales
• Hormigón con fibras
• Hormigón bajo en cemento Portland
• UHPC y nuevas mezclas
• Mas allá del hormigón: geopolimeros
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
15. 15
Hormigón con fibras
• Tradicional: Fibras de acero
– Mejora propiedades mecánicas del material
• Tensión, fatiga, Modulo de ruptura
– Mejora propiedades estructurales
• Cortante, torsión, punzonamiento
• Nuevas opciones:
– Acero reciclado
– Plásticos
– Materiales naturales renovables
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
Fuente: Bekaert
16. 16
Hormigón bajo en cemento
• Uso de otros materiales
pozzolanicos
– Cenizas volantes
– GGBS
– Otros materiales finos (materiales
de desecho)
– Cemento reusado
• Buscar mezclas a base de
modelos (distribución de
partículas)
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
Fuente: asocem.org.pe
17. 17
UHPC
• Alta capacidad
• Alta durabilidad
• Desarollo de mezclas
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
Poptahof, Delft
Fuente: Hi-Con
20. 20
Entender el comportamiento
estructural
• Nuevos modelos
– Fatiga
– Cortante
• Nuevas herramientas
– Inteligencia artificial
– Análisis probabilístico
– Análisis con elementos finitos no lineales
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
21. 21
Modelos para fatiga – hormigón en
compresión
Lantsoght, E.O.L.; van der Veen, C.; de Boer, A. Proposal for the fatigue
strength of concrete under cycles of compression. Construction and
Building Materials 2016, 107, 138-156.
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
22. 22
Modelo de fatiga mejorada para
análisis
•Comparación a resultados de experimentos para Smin = 0,05
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
23. 23
Modelos para cortante – Critical shear
displacement theory
Yang, Y.; Walraven, J.; den Uijl, J.A. Shear Behavior of Reinforced
Concrete Beams without Transverse Reinforcement Based on Critical
Shear Displacement. Journal of Structural Engineering 2017, 143,
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
24. 24
Experimentos
Vigas en cortante
• Cambiar posición de carga
• Influencia de distribución
de momento a capacidad
en cortante
• Fotogrametría + LVDT
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
25. 25
Modelos para cortante en losas –
Strip model
Lantsoght, E.O.L.; van der Veen, C.; de Boer, A.; Alexander, S.D.B.
Extended Strip Model for Slabs under ConcentratedLoads. ACI Structural
Journal 2017, 114, 565-574.
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
26. 26
Experimentos - Losas en cortante
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
27. 27
Inteligencia articicial
Redes neuronales
artificiales
Forma de función
desconocida
Datos experimentales
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
28. 28
Capacidad a cortante de SFRC
ANN-
based
function
b d
av/
d
fc,cy
l
ρ fy F ften
f
Vutot
d
a
430
datapoints
Abambres, M. and E.O.L. Lantsoght, ANN-based Shear Capacity of Steel
Fiber-ReinforcedConcrete BeamsWithout Stirrups. fibers 7(10), 88, 2019
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
30. 30
Análisis probabilístico
Análisis probabilístico completo
• Análisis probabilístico completo
– Variabilidad de propiedades de
materiales
– Variabilidad de cargas
– Variabilidad de dimensiones
• Combinación con elementos
finitos
– Variabilidad espacial de
propiedades de materiales
• Resultado: probabilidad de falla
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
31. 31
Elementos finitos non-lineal
• Modelos avanzados
– Modelos avanzados de
materiales
– Capacidad en tensión de
hormigón
– Mecánica de la fractura
• Potencia computacional
necesaria
• LoA IV
Introducción
Materiales
Comportamient
o estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
Rijkswaterstaat, 2017, "Validation of the Guidelines for
Nonlinear Finite Element Analysis of Concrete
Structures - Part 3B: Pre-stressed beams. RTD 1016-
3B:2017.," RTD 1016-3B:2017, 113 pp.
33. 33
Compartamiento de elementos
avanzados
• Vigas de hormigón
pretensado
– Críticos para cortante
– Estribos no según la
normativa
– Perfil de tendones
• Colegas: Gabriela Zarate,
Fengqiao Zhang, Shozab
Mustafa, Min-kook Park,
Yuguang Yang
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamient
o estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
35. 35
Vigas Helperzoom
SeccionA-Aʹ SeccionB-Bʹ (C.L)
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamient
o estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
36. 36
Experimentos en las vigasIntroducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamient
o estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
37. 37
Detalles de los experimentos
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamient
o estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
38. 38
Protocolo de carga
Protocolo de carga HPZ03
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamient
o estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
39. 39
Resultados de las pruebas
HPZ01 HPZ02 HPZ03 HPZ04
Date 27/06/2019 12/09/2019 14/11/2019 16-17/12/2019
lgirder 10.51 m 11.1 m 12.28m 12.88 m
lspan 9.6 m 9.6 m 9.6 m 9.6 m
a 2903 mm 2903 mm 4400 mm 4400 mm
a/d 3.6 3.6 4.9 4.9
Fcrack 965 kN 1001 kN 1050 kN 1100 kN
Fshearcrack 1344 kN 1299 kN 1250 kN 1450 kN
FShear-tension crack 1480 kN 1350 kN 1600 kN 1750 kN
Fmax 1892.7 kN 1849 kN 1990 kN 2380 kN
δfail 51.5 mm 39.66 mm 60.91 mm 68.6 mm
Failure mode SC/FS SC/FS SC/CC SC/CC
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamient
o estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
42. 42
Global strain distribution
with 20 mm lens
Local strain distribution
with 90 mm lens
Crack opening (w) in x-
direction
Crack sliding (∆) in y-
direction
HPZ02
DIC
analysis
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamient
o estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
43. 43
1st bending crackShear cracks
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamient
o estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
HPZ02
AE
analysis
44. 44
Comparacion entre prueba y ACIIntroducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamient
o estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
45. 45
Efecto de posicion de la carga
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Laod(kN)
Deflection at loading point (mm)
HPZ01
HPZ02
HPZ03
HPZ04
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamient
o estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
48. 48
Comportamiento de estructuras
• Pruebas de laboratorio
– Sistema estructural losa-
entre-vigas
– Capacidad carga
monotonica y en fatiga
• Pruebas en el campo
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamient
o estructural –
estructuras
Resumen
50. 50
Capacidad bajo carga
monotonica
Amir, S., Van der Veen , C., Walraven, J. C., & de Boer, A. (2016).
Experiments on Punching Shear Behavior of PrestressedConcrete
Bridge Decks. Aci Structural Journal, 113(3), 627-636.
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamient
o estructural –
estructuras
Resumen
51. 51
Capacidad bajo fatiga
Lantsoght, E.O.L.; Van der Veen , C.; Koekkoek, R.T.; Sliedrecht, H.
Fatigue testing of transversely prestressed concrete decks. ACI Structural
Journal 2019, 116, 143-154.
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamient
o estructural –
estructuras
Resumen
54. 54
Pruebas de carga
• Pruebas de carga para
analizar capacidad de
puente existente
• Uso de sensores para
evaluar comportamiento
en tiempo real
• Demostrar que puente
resiste carga viva
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamient
o estructural –
estructuras
Resumen
55. 55
Pruebas de carga: Caso De Beek
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamient
o estructural –
estructuras
Resumen
56. 56
Resumen
• Construir con hormigón de
manera sostenible:
– Innovación al nivel de los
materiales
– Entender el comportamiento
estructural
• Investigación para enfrentar
los desafíos del siglo 21
Introducción
Materiales
Comportamiento
estructural –
elementos
básicos
Comportamiento
estructural –
elementos
avanzados
Comportamiento
estructural –
estructuras
Resumen
Estructura
Elemento
estructural
Material