Diseño a cortante de vigas de hormigón armado con armadura de acero y armadura externa de FRP mediante el mecanismo de bielas y tirantes y algoritmos genéticos

Abstract

[ES] El uso de materiales compuestos como método de refuerzo de estructuras de hormigón armado se está extendiendo cada vez más en los últimos años. De los tres tipos de refuerzo, refuerzo a flexión, confinamiento y refuerzo a cortante, considerados en las guías de diseño publicadas hasta ahora, el último no se ha desarrollado todavía lo suficiente y, por tanto, se requieren todavía muchos estudios numéricos y experimentales que permitan progresar en su conocimiento. En el estudio numérico llevado a cabo en este trabajo, se ha desarrollado un modelo, basado en el mecanismo de bielas y tirantes, de la capacidad a cortante de vigas de hormigón armado reforzadas externamente con armadura de FRP. A la contribución del hormigón, se le añade la contribución del tirante del mecanismo resistente óptimo de bielas y tirantes de la viga estudiada. Ésta última incluye las contribuciones de las armaduras interna y externa. El mecanismo resistente óptimo se obtiene mediante la resolución de un problema de optimización, resuelto usando algoritmos genéticos, que permite determinar la geometría óptima de la configuración de bielas y tirante. El modelo propuesto se ha evaluado estimando la capacidad a cortante de vigas reforzadas con FRP ensayadas experimentalmente. Asimismo, se ha llevado a cabo la comparación de las predicciones del modelo con aquéllas obtenidas directamente de algunas de las normativas de hormigón y guías de diseño de refuerzo con FRP publicadas.

[EN] The use of composite materials to strengthen reinforced concrete structures has become increasingly popular in recent years. Three types of strengthening - bending, confinement and shear - have been addressed in the design guides published to date, although the third has been insufficiently developed. Further theoretical and experimental study is needed to obtain a fuller understanding of the mechanisms involved. In the theoretical study described in this paper, a strut and tie-based model was developed to determine the shear strength of reinforced concrete beams strengthened with fibre-reinforced polymer (FRP) bonded plates The contribution made by the concrete is reinforced by the effect of the tie, i.e., account is taken of the contributions of both the internal and external reinforcement, corresponding to the optimal strut-and-tie resisting mechanism. The optimal strength mechanism is found by solving an optimization problem with gene tic algorithms that define the optimal strut and tie geometry. The model proposed was validated by estimating the shear strength of experimentally tested FRP-strengthened beams. Model predictions were also compared to the predictions directly obtained by applying the methods set out in a number of concrete standards and design guides on FRP strengthening.