Descripció del projecte
Durant la última dècada, l’ús del formigó reforçat amb fibres (FRF) ha experimentat una important crescuda gràcies a la seva acceptació com a material estructural en diferents normatives que regulen el formigó estructural a nivell nacional i internacional. Aquest material té gran rellevància en elements sotmesos a compressió la qual permet disminuir les tensions de tracció degudes a la possibles flexions exercides en ells. Les estructures d’obres subterrànies són un clar exemple on s’han desenvolupat les grans virtuts d’aquest material. Les grans pressions de terres exercides sobre els elements soterrats afavoreixen el seu ús en túnels i pous, amb la seva execució tant in-situ com mitjançant peces prefabricades. Els túnels de la línia de metro de Crossrail a Londres o els dels FGC a Terrassa són exemples on aquest material amb fibres d’acer és emprat en substitució de les convencionals dovelles prefabricades amb formigó armat.
No obstant, encara hi ha llacunes de coneixement sobre l’anàlisi no lineal i el disseny òptim d’elements estructurals de FRF amb fibres metàl·liques. Aquestes llacunes combinades amb la inèrcia del mercat i la manca de normativa extensa que permeti aplicar regles clares i específiques en el disseny, no permeten un ús més generalitzat d’aquest tipus de formigó.
En aquest projecte de recerca el gran repte del candidat serà la d’ampliar l’estat de coneixement del FRF amb fibres d’acer en el seu ús en les estructures d’obra subterrània per tal d’identificar llacunes de disseny dels seus principals elements i que permetin una optimització del material emprat.
Per això el candidat haurà de:
– Analitzar les possibles llacunes de coneixement en les normatives i guies actuals (Codi model 2010, RILEM, EHE-08, etc.) que puguin resultar en un disseny conservador dels elements en HRF en infraestructures soterrades.
– Analitzar com l’estat actual de l’art tracta aquests temes mitjançant dades d’assajos experimentals i simulació amb models d’elements finits no lineals, per ta de tenir en compte les no linealitats del material un cop les peces de FRF es fissuren. Un fort coneixement en projectes ja executats permetrà al candidat identificar possibles punts de millora per a futurs dissenys.
– Proposar regles per al pre-disseny (o disseny en sí) d’elements de FRF basades en dades experimentals disponibles i confirmades per simulacions numèriques realitzades pel candidat que permetin tenir eines fiables i segures a l’hora d’encarar nous projectes. La tesi es centra especialment en l’estudi dels efectes locals deguts a l’entrada de càrregues en els elements. Alguns exemples ha desenvolupar amb més profunditat són l’empenta de gats i la transmissió de les compressions circumferencials en anells de dovelles prefabricades a l’hora de dimensionar en estat límits últim i de servei.
– En especial, proposar una nova formulació que permeti tenir en compte la resistència residual a tracció posterior a la fissuració proporcionada per el FRF quan es sotmet l’element a càrregues concentrades tant de manera concèntrica com excèntrica.
– Les solucions optimitzades (tècnicament i econòmicament) del FRF hauran d’estudiar-se també des del punt de vista de la sostenibilitat, mitjançant eines multicriteri de presa de decicions.
L’objectiu final del projecte és disposar de regles anàlogues d’anàlisi i disseny d’elements estructurals de FRF d’efectes específics que la normativa i les guies actuals sí disposen per a elements de formigó armat i pretensat. Aquestes noves guies han de permetre assolir solucions constructives més òptimes i competitives i alhora més respectuoses amb el medi ambient, mitjançant l’optimització del consum de matèries primeres alhora que mantenen els estàndards de qualitat i seguretat estructural.
