2026-04-17T09:18:23Zhttps://riubu.ubu.es/oai/requestoai:riubu.ubu.es:10259/78552023-12-14T12:51:09Zcom_10259_2699col_10259_2723
Flexural fatigue of high-strength plain and fiber-reinforced concrete: influence of mesostructure and study of size effect
Mena Alonso, Álvaro
Vicente Cabrera, Miguel Ángel
González Cabrera, Dorys Carmen
Universidad de Burgos. Departamento de Ingeniería Civil
Fiber-reinforced concrete
Flexural fatigue
Micro-computed tomography
Mesostructure
Size effect
Hormigón reforzado con fibras
Fatiga por flexión
Micro-tomografía computarizada
Mesoestructura
Efecto tamaño
Materiales de construcción
Resistencia de materiales
Ingeniería civil
Building materials
Strength of materials
Civil engineering
3312.09 Resistencia de Materiales
3313.04 Material de Construcción
3305.05 Tecnología del Hormigón
3305.33 Resistencia de Estructuras
Equal fatigue tests in concrete, meaning those performed on exactly equal or
homothetic specimens subjected to the same stress levels, present two problems yet to be
solved. On the one hand, the high dispersion of the results, which causes the fatigue life
in two apparently identical elements to vary by up to two or more orders of magnitude.
On the other hand, the size effect, whereby fatigue strength decreases with increasing
element size.
The aim of this research work is to study these two issues in depth. Regarding the first
one, the influence of the dispersion of concrete mesostructure on the dispersion of fatigue
results will be studied; in particular, it will be evaluated whether the stochastic
arrangement of fibers (in fiber concrete) or pores (in plain concrete) explains the
variability of fatigue life. As for the size effect, fatigue tests will be performed on
geometrically similar specimens subjected to the same equivalent stress levels.
Macroscopic damage indicators, such as crack opening, will be used to determine the
magnitude of the size effect and its variation according to the type of concrete (plain
concrete and fiber-reinforced with different fiber contents).
The results reveal that the arrangement of fibers and pores varies significantly in
apparently identical specimens, and that this partly explains the dispersion of fatigue
results. However, the estimation of the fatigue response of concrete from its
mesostructure requires complex models, comprising several geometrical parameters of
various components. In this work, a methodological approach to the problem is made,
proposing mesostructure parameters that are reasonably predictive. With respect to the
size effect, it is observed that the presence of fibers reduces the size effect on fatigue life,
almost nullifying it. Furthermore, it is concluded that the secondary crack opening rate
(dCMOD/dn) is an adequate parameter to explain the fatigue life in general, and the size
effect in particular.
Los ensayos de fatiga en hormigón iguales, entendiéndose como tales, los realizados
en probetas exactamente iguales u homotéticas sometidas a los mismos niveles de
tensiones, presentan dos problemáticas aún por resolver. Por un lado, la elevada
dispersión de los resultados, que provoca que la vida a fatiga en dos elementos
aparentemente idénticos pueda variar hasta en dos o más órdenes de magnitud. Por otro
lado, el efecto tamaño, por el cual la resistencia a fatiga disminuye con el aumento del
tamaño del elemento.
En este trabajo de investigación se pretende profundizar en el estudio de estas dos
cuestiones. Con respecto a la primera, se va a estudiar la influencia de la dispersión de la
mesoestructura del hormigón en la dispersión de los resultados de fatiga; en particular, se
evaluará si la disposición estocástica de las fibras (en hormigón con fibras) o de los poros
(en hormigón en masa) explica la variabilidad de la vida a fatiga. En cuanto al efecto
tamaño, se realizarán ensayos de fatiga en probetas geométricamente similares sujetas a
los mismos niveles de tensión equivalente. A través de indicadores macroscópicos de
daño, como la apertura de fisura, se determinará la magnitud del efecto tamaño y su
variación en función del tipo de hormigón (en masa y con diferentes contenidos de fibras).
Los resultados revelan que la disposición de las fibras y los poros varía
significativamente en probetas aparentemente idénticas, y que esto explica en parte la
dispersión de los resultados de fatiga. No obstante, la estimación de la respuesta en fatiga
del hormigón a partir de su mesoestructura requiere de modelos complejos, que
comprendan varios parámetros geométricos de diversos componentes. En este trabajo se
realiza una aproximación metodológica al problema, proponiendo parámetros de la
mesoestructura que son razonablemente predictivos. Con respecto al efecto tamaño, se
observa que la presencia de fibras reduce el efecto tamaño en la vida fatiga, hasta
prácticamente anularlo. Además, se concluye que la tasa de apertura de fisura secundaria
(dCMOD/dn) es un parámetro adecuado para explicar la vida a fatiga en general, y el
efecto tamaño en particular.
2023-10-09T10:56:41Z
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2023
2023-06-21
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
http://hdl.handle.net/10259/7855
10.36443/10259/7855
eng
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