ES2838948T3 - Método de diseño y fabricación de estructuras de hormigón basado en la verificación de la resistencia a la fatiga del hormigón mediante ensayo - Google Patents

Método de diseño y fabricación de estructuras de hormigón basado en la verificación de la resistencia a la fatiga del hormigón mediante ensayo Download PDF

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Abstract

Método (100) de diseño y fabricación de elementos (122) estructurales de hormigón que comprende: a. una fase (110) de diseño, que incluye: a.1) especificación de las características mecánicas de un hormigón (111), incluyendo al menos un valor (115) de resistencia a la fatiga como uno de los parámetros de diseño de un proyecto; y a.2) definición de las dimensiones (112) de los elementos estructurales de hormigón que van a fabricarse que, en combinación con los parámetros de diseño especificados en la etapa a.1) incluyendo dicho valor (115) de resistencia a la fatiga, permiten resistir las tensiones esperadas a lo largo de la vida (113) útil de dichos elementos (122) de hormigón; b. una fase (120) de fabricación y control, que incluye: b.1) fabricar dichos elementos (122) estructurales de hormigón usando un hormigón (121) y siguiendo las dimensiones (112) de los elementos definidas en la etapa a.2); y b.2) realizar controles (123 y 124) de calidad que incluyen la extracción de muestras (326) de hormigón durante una fase (121) de producción de hormigón y la ejecución de ensayos (328) de resistencia a la fatiga en dichas muestras (326) de hormigón con el fin de verificar (331) que los resultados (329) de los ensayos son según un valor (115) de resistencia a la fatiga que se especifica en la etapa a.1) del proyecto (111).

Description

DESCRIPCIÓN
Método de diseño y fabricación de estructuras de hormigón basado en la verificación de la resistencia a la fatiga del hormigón mediante ensayo
La presente invención se refiere en general a un método de diseño estructural basado en la verificación de la resistencia a la fatiga del hormigón mediante ensayos, como parámetro de control principal del plan de garantía de calidad de una cadena de producción de hormigón precolado.
Campo técnico
La invención se refiere a la ciencia de materiales e ingeniería civil, y en particular al diseño de estructuras de hormigón expuestas a carga en ciclos durante sus vidas útiles.
Antecedentes de la invención
Las estructuras y componentes de maquinaria sometidos a cargas dinámicas son propensos a experimentar la formación de fisuras y a su crecimiento dependiendo del tiempo en que los elementos estén resistiendo estas cargas, también denominadas cargas de fatiga.
La formación de una fisura y su propagación implica una disminución progresiva de la resistencia del elemento estructural o elemento de maquinaria que ya no puede funcionar de la forma deseada para la que se diseñó y, tras un tiempo determinado experimentando el efecto de la fatiga, se reduce la resistencia residual del elemento estructural, hasta el punto de que se alcanza la falla. Por tanto, es esencial poder predecir con precisión y en tiempo real la velocidad de deterioro de la resistencia residual y la vida útil restante del elemento estructural.
La mecánica de fracturas es una rama de la ciencia relacionada con el estudio de la propagación de fisuras en materiales. Este campo usa métodos de mecánica de sólidos analítica para obtener la fuerza motriz sobre una fisura y los de mecánica de sólidos experimental para caracterizar la resistencia del material a la fractura. Este campo de la mecánica ayuda a predecir la vida útil de estructuras y componentes de maquinaria. La mecánica aplicada cubre el análisis de los campos de tensiones en el extremo de la fisura así como las deformaciones elásticas y plásticas del material en las proximidades de la fisura. La ciencia de materiales está relacionada con los procesos de fractura en la escala de átomos y dislocaciones en forma de impurezas y granos.
Con el fin de realizar un uso satisfactorio de la mecánica de fracturas en una aplicación de ingeniería, es esencial tener algún conocimiento del campo técnico total.
La fatiga es el debilitamiento de un material producido por cargas aplicadas repetidamente. Es el daño estructural progresivo y localizado que se produce cuando un material se somete a cargas cíclicas.
Puede producirse falla por fatiga si la carga aplicada produce un aumento en la tensión en un punto o una zona del material, con valores locales que superan el límite elástico siempre como resultado de la presencia de microfisuras, microcavidades, fluencia local, etc. Si la tensión es estática, la fluencia local y la redistribución de la tensión sobre el material circundante no generan ningún estado crítico y el material alcanza falla sólo bajo cargas considerablemente mayores. Por el contrario, en el caso de cargas dinámicas y cíclicas, la aplicación repetida de tensión conduce a la propagación de fisuras hasta que finalmente se alcanza el estado de falla y el elemento estructural se rompe. Los valores de tensión máxima nominal que producen un daño de este tipo pueden ser mucho menores que la resistencia del material citada normalmente como límite de tensión final.
A diferencia de las estructuras y los componentes de maquinaria metálicos, históricamente las estructuras de hormigón no se han diseñado para someterse a tensiones de fatiga debidas a ciclos de carga a lo largo de sus vidas útiles, lo que condiciona su geometría y dimensiones. Para estos casos, habitualmente se elegía una estructura de acero o una estructura compuesta por otro material que pudiera resistir a la fatiga.
Generalmente, se usaba hormigón para estructuras que, aunque podían resistir puntualmente ciclos de carga, estaban sometidas a otras acciones estáticas mucho más determinantes para su diseño y dimensionamiento que la fatiga.
La ciencia de materiales ha permitido desarrollar fórmulas de hormigón que alcanzan niveles de resistencia superiores a los anteriores y, por tanto, la ingeniería civil, con el fin de ampliar los campos de aplicación del material, ha hecho posible usar hormigón en el diseño de estructuras más exigentes en lo que se refiere a la fatiga.
No obstante, los códigos y las normas internacionales actuales que rigen el diseño de las estructuras de hormigón, y otros documentos, como por ejemplo: "Guideline for the Certification of Wind Turbines Edition 2010", Germanischer Lloyd, todavía son vagos en relación con el análisis de la fatiga y no permiten alcanzar el nivel de detalle de valoración necesario para optimizar el diseño de estructuras sometidas a cargas cíclicas, cuyas dimensiones están condicionadas por la resistencia a la fatiga del hormigón.
La formulación convencional se limita a obtener una resistencia a la fatiga del hormigón a partir del valor de la resistencia a la compresión del material, sin considerar muchos fenómenos que influyen significativamente en la resistencia a la fatiga del hormigón. Las incertidumbres asociadas con la falta de conocimiento sobre estos efectos se cubren, en los códigos y las normas, aplicando varios coeficientes de reducción importantes, para mayor seguridad.
En los casos más habituales, cuando el diseño de la estructura y sus dimensiones no están condicionados por las cargas cíclicas que afectarán a la estructura a lo largo de su vida útil, el procedimiento convencional se considera suficiente para verificar que la estructura no experimentará falla por fatiga.
No obstante, en aquellos casos especiales en los que la estructura se somete a cargas cíclicas en una cantidad tal que su diseño y dimensiones están condicionados por la resistencia a la fatiga del hormigón, el hecho de aplicar la formulación convencional implica el sobredimensionamiento de la estructura y el aumento de su coste.
Sumario de la invención
El fin de la presente invención es proporcionar una metodología para mejorar el diseño de estructuras de hormigón sometidas y condicionadas por cargas cíclicas a lo largo de sus vidas útiles. Para este fin, la invención consiste en un método de diseño y fabricación de elementos estructurales de hormigón basado en la especificación de un valor de resistencia a la fatiga del hormigón que se verifica más tarde como un parámetro de control principal de un plan de garantía de calidad (QAP) llevado a cabo durante la fase de producción de los elementos estructurales de hormigón. El método difiere de la práctica convencional en la desvinculación total de resistencia a la fatiga del hormigón de la resistencia a la compresión del material.
La invención contiene un procedimiento completo para incluir los ensayos de fatiga de control en el plan de garantía de calidad (QAP) de cualquier proyecto. Este procedimiento consiste en un plan de toma de muestras y ensayos, un procedimiento de ensayo y las especificaciones para la disposición de ensayos, el procedimiento para analizar los resultados de ensayo, los criterios de conformidad para validar los elementos estructurales de hormigón fabricados con el material controlado y la definición de un plan para el tratamiento de la no conformidad.
Además, la invención incluye el diseño de una máquina de fatiga para ensayos simultáneos que garantiza el rendimiento de la metodología definida y el desarrollo de un procedimiento de ensayo de corta duración que se basa en la predicción de la vida útil a la fatiga del hormigón según la velocidad de deformación secundaria experimentada por cada espécimen de ensayo.
Específicamente, la presente invención propone un método de diseño y fabricación de elementos estructurales de hormigón que implica las etapas siguientes:
a. una fase de diseño, que incluye:
a.1) especificación de las características mecánicas de un hormigón, incluyendo al menos un valor de resistencia a la fatiga como uno de los parámetros de diseño de un proyecto; y
a. 2) definición de las dimensiones de los elementos estructurales de hormigón que van a fabricarse que, en combinación con los parámetros de diseño especificados en la etapa a.1) incluyendo dicho valor de resistencia a la fatiga, permiten resistir las tensiones esperadas a lo largo de la vida útil de dichos elementos estructurales de hormigón;
b. una fase de fabricación y control, que incluye:
b.1) fabricar dichos elementos estructurales de hormigón usando un hormigón y siguiendo las dimensiones de los elementos definidas en la etapa a.2); y
b.2) realizar controles de calidad que incluyen la extracción de muestras de hormigón durante una fase de producción de hormigón y la ejecución de ensayos de resistencia a la fatiga en dichas muestras de hormigón con el fin de verificar que los resultados de los ensayos son según un valor de resistencia a la fatiga que se especifica en la etapa a.1) del proyecto.
El hormigón usado en la fabricación de los elementos estructurales de hormigón se obtiene realizando una formulación de hormigón y produciendo un hormigón según las características mecánicas del hormigón especificadas en la etapa a.1) del proyecto.
Durante la etapa a.2), los elementos estructurales de hormigón se dimensionan mediante cálculo, considerando las características mecánicas del hormigón especificadas en la etapa a.1). Este procedimiento puede proporcionar información relevante adicional para la especificación del hormigón, por ejemplo relacionada con el peso de la estructura, y por tanto puede ser necesario redefinir las características mecánicas del hormigón, volviendo a las etapas a.1) y a.2), con el fin de alcanzar el resultado más adecuado de la fase de diseño.
En la etapa a.1) entre varios parámetros, también se usa el valor de resistencia a la compresión como parámetro de diseño, pero el valor de resistencia a la compresión está completamente desvinculado y es independiente de dicho valor de resistencia a la fatiga, de tal manera que el valor de la resistencia a la fatiga es diferente de un valor de resistencia a la fatiga dependiente que puede deducirse según una reducción teórica de la resistencia a la compresión del hormigón. Por tanto, teniendo un valor de resistencia a la compresión definido, pueden especificarse y evaluarse valores de resistencia a la fatiga diferentes durante la etapa a.1) de la fase de diseño con el fin de lograr el hormigón más conveniente para la estructura calculada. Obviamente, teniendo también un valor de resistencia a la fatiga definido, también pueden evaluarse diferentes valores de resistencia a la compresión, o ambos parámetros pueden modificarse independientemente entre sí y evaluarse.
La resistencia a la compresión y la resistencia a la fatiga especificadas estarán en un rango de valores de resistencia técnicos que pueden lograrse.
Según el presente estado de la técnica, la resistencia a la compresión especificada puede estar comprendida entre 10 y 200 MPa y la resistencia a la fatiga especificada puede estar comprendida entre 10 y 200 MPa, pero estos rangos pueden aumentarse usando mejoras técnicas adicionales en el campo del hormigón sin escapar del alcance de protección de la presente invención.
En una realización, los elementos de hormigón producidos en la etapa b.1) incluyen barras de refuerzo, tendones, tendones pretensados, barras postensadas y/o tendones postensados, y estas barras y/o tendones se consideran en la etapa a.2) de definición de las dimensiones de dichos elementos estructurales de hormigón.
En otra realización, los elementos de hormigón producidos en la etapa b.1) incluyen fibras de refuerzo y estas fibras se consideran en la etapa a.2) de definición de las dimensiones de dichos elementos estructurales de hormigón. En esos casos, los ensayos de resistencia a la fatiga se realizan en muestras de hormigón y/o especímenes de ensayo de hormigón que incluyen fibras de refuerzo.
La aceptación de todos los elementos de hormigón producidos en la etapa b.1) se evaluará según los resultados obtenidos durante los controles de calidad llevados a cabo en la etapa b.2) que incluirán al menos ensayos de resistencia a la compresión y ensayos de resistencia a la fatiga que se realizarán en muestras de hormigón endurecidas realizadas con hormigón procedente de pastones usados para fabricar dichos elementos estructurales de hormigón.
A partir de lo anterior puede resumirse que el método propuesto consiste en desvincular la resistencia a la fatiga de la resistencia a la compresión, tratando la primera propiedad como una especificada por el proyecto y controlada directamente por medio de controles de calidad proporcionados en un plan de garantía de calidad (QAP). Por tanto, la resistencia a la fatiga no puede deducirse a partir de los resultados de los ensayos de resistencia a la compresión. Por tanto, han de realizarse ensayos de resistencia a la fatiga específicos independientemente de los ensayos de resistencia a la compresión.
Según la invención, la implementación de la fase b.2) relacionada con la realización de dichos controles de calidad incluye, en una realización preferida, las etapas siguientes:
b.2.1) diseño de un plan de toma de muestras adaptado a un volumen de producción y una tasa de elementos de hormigón estructurales, que permite obtener muestras de hormigón representativas de poblaciones, asociadas con lotes de control de producción, cuyos tamaños posibilitan una caracterización adecuada del fenómeno de fatiga del hormigón;
b.2.2) diseño de un plan de ensayos según un historial de tensiones esperadas de dichos elementos de hormigón estructurales y sus frecuencias críticas, considerando el rendimiento de diferentes series de ensayos en cada muestra de especímenes con el fin de caracterizar el comportamiento de fatiga del hormigón para diferentes niveles de tensión;
b.2.3) obtención de muestras de hormigón siguiendo el plan de toma de muestras definido en la etapa b.2.1) y los especímenes requeridos por el plan de ensayos definido en la etapa b.2.2);
b.2.4) fabricación de especímenes de ensayo de hormigón con las muestras de hormigón obtenidas en la etapa b.2.3) según el plan de ensayos definido en la etapa b.2.2);
b.2.5) ejecución de ensayos de resistencia a la fatiga en especímenes de ensayo de hormigón fabricados en la etapa b.2.4) según las especificaciones del plan de ensayos definido en la etapa b.2.2);
b.2.6) evaluación de los resultados de ensayo obtenidos en la etapa b.2.5) mediante la aplicación de procedimientos estadísticos que consisten en el ajuste de una función de distribución adecuada y la obtención después de parámetros de caracterización con el fin de determinar los valores de diseño de la resistencia asociada con un estado límite final de fatiga; y
b.2.7) verificación de la aceptación del elemento de hormigón estructural fabricado en la etapa b.1) comprobando que el valor de resistencia a la fatiga del hormigón obtenido tras la evaluación de los resultados de ensayo en la etapa b.2.6) es igual a o mayor que el valor de resistencia a la fatiga especificado por el proyecto en la etapa a.1). Además, en un modo característico de esta invención, los ensayos de resistencia a la fatiga citados de dichos controles de calidad de la etapa b.2) se realizan en una pluralidad de especímenes de ensayo de hormigón de un modo simultáneo e independiente mediante al menos una máquina de ensayo de fatiga que produce de manera cíclica, con una frecuencia controlada, una fuerza de compresión predefinida cuya magnitud se controla y una liberación posterior de dicha fuerza de compresión sobre dichos especímenes de ensayo de hormigón. Con el fin de implementar esto, la pluralidad de especímenes de ensayo de hormigón se coloca a lo largo de un eje longitudinal de dicha máquina de ensayo de fatiga, trasmitiéndose la fuerza de compresión predefinida de magnitud controlada a lo largo de dicho eje y afectando a todos los especímenes de ensayo de hormigón simultáneamente. En una realización preferida, los especímenes de ensayo de hormigón se insertan en cápsulas dispuestas como un tren de cápsulas ubicado a lo largo de dicho eje longitudinal de la máquina de ensayo de fatiga de tal manera que la disposición de las cápsulas permite la transmisión de carga a lo largo del tren.
La deformación experimentada por cada espécimen de ensayo de hormigón se registra mediante sensores durante todo el ensayo de resistencia a la fatiga con el fin de relacionar la deformación de cada espécimen de ensayo de hormigón con la vida útil a la fatiga del hormigón de dicho espécimen de ensayo.
Según otra característica de la invención, la duración de los ensayos de resistencia a la fatiga puede reducirse por medio de la predicción de la vida útil a la fatiga del hormigón, sin agotar realmente todos los ciclos de dichos ensayos de resistencia a la fatiga, a partir de una relación entre el número de ciclos resistidos N y la velocidad de deformación secundaria que debe obtenerse previamente a partir de otros ensayos de resistencia a la fatiga llevados a cabo en especímenes de ensayo de hormigón fabricados con el mismo material o similar.
El método propuesto en esta invención puede aplicarse al diseño y la fabricación de elementos estructurales de hormigón (in situ o precolados) que pueden usarse en:
• estructuras sometidas a cargas eólicas, seleccionadas entre: torres de turbina eólica y cimentaciones, rascacielos, puentes grandes, instalaciones industriales;
• estructuras sometidas a cargas de las olas seleccionadas entre: rompeolas y estructuras en alta mar que incluyen cimentaciones de estructura, cimentaciones de torre eólica y cimentaciones de plataforma;
• estructuras sometidas a altas cargas cíclicas debidas a determinados sistemas de transporte, seleccionadas entre: tableros de puente de hormigón, subestructuras de ferrocarril incluyendo sistemas de vía sin balasto y traviesas de hormigón; y
• estructuras sometidas a vibraciones inducidas por maquinaria industrial seleccionadas entre: cimentaciones de máquina y soportes de máquina.
Así, como posible ejemplo se proporciona una torre de turbina eólica que comprende varios elementos estructurales de hormigón, prefabricados o fabricados in situ, conectados por sus porciones extremas, en la que los elementos estructurales de hormigón se producen según el método de diseño y fabricación descrito y en el que dichos elementos estructurales de hormigón trabajan en un rango de tensión de fatiga más amplio que el rango establecido por la práctica convencional, según el cual el valor de la resistencia a la fatiga depende simplemente de la resistencia a la compresión del hormigón.
Otras características de la invención se dan a conocer en la siguiente descripción detallada de una realización a modo de ejemplo.
Breve descripción de los dibujos
La invención y sus ventajas pueden entenderse más fácilmente a partir de la siguiente descripción detallada cuando se toma conjuntamente con los dibujos adjuntos en los que:
• La figura 1 muestra dos diagramas de flujo que ilustran conjuntamente una realización de la invención propuesta que incluye la valoración del daño por fatiga en la fase de diseño y la verificación de la aceptación del producto durante la fase de fabricación que comprende un plan de garantía de calidad (QAP) basado en el comportamiento de fatiga del hormigón, además del control tradicional basado en la resistencia a la compresión del hormigón.
• La figura 2 muestra dos diagramas de flujo que ilustran conjuntamente una realización del procedimiento tradicional de valorar el daño por fatiga de la estructura en la fase de diseño y la verificación de la aceptación del producto durante la fase de fabricación como resultado de un plan de garantía de calidad que se basa en la evaluación de la resistencia a la compresión del hormigón.
• La figura 3 muestra un diagrama de flujo del procedimiento de control de calidad propuesto que ilustra un ejemplo del plan de garantía de calidad, basado en la evaluación de la resistencia a la fatiga del hormigón, y las etapas implicadas en el procedimiento que va a seguirse.
• La figura 4 muestra una vista desde arriba esquemática de un ejemplo de máquina de ensayo de fatiga para someter a ensayo simultáneamente 30 especímenes.
• La figura 5 muestra un diagrama explicativo que ilustra una curva típica para la evolución de la deformación con respecto a los ciclos en ensayo de fatiga, donde puede apreciarse la tendencia de comportamiento del hormigón en lo que se refiere a la deformación a lo largo del ensayo y pueden observarse las diferentes ramas de la curva, siendo la segunda rama y su pendiente las más significativas para la evaluación de los resultados del ensayo de fatiga. • La figura 6 muestra a modo de ejemplo un diagrama explicativo que ilustra la relación entre la velocidad de deformación secundaria experimentada por varios especímenes de hormigón a lo largo de sus ensayos de fatiga y el número de ciclos resistidos por cada uno de ellos.
• La figura 7 muestra a modo de ejemplo un diagrama con una curva SN típica.
• La figura 8 ilustra a modo de ejemplo una matriz de configuraciones de ensayo para un posible plan de ensayos con el fin de completar la explicación del plan de garantía de calidad basándose en la evaluación de la resistencia a la fatiga del hormigón facilitada en la figura 3 siguiendo las enseñanzas de esta invención.
• La figura 9 muestra a modo de ejemplo un gráfico que ilustra los resultados del ensayo de fatiga en relación con la curva SNd, asociados con la resistencia a la fatiga del hormigón definida por el proyecto, con el fin de verificar la conformidad de un conjunto de especímenes de hormigón con respecto a la especificación del hormigón.
Descripción detallada de la invención
El método de diseño propuesto se basa en la verificación de la resistencia a la fatiga del hormigón mediante ensayo como parte del plan de garantía de calidad (QAP) llevado a cabo durante la producción.
El valor de diseño de la resistencia a la fatiga del hormigón fcd,fat es el parámetro que caracteriza la resistencia a la fatiga del material. Su valor se especifica por el proyecto y se verifica más tarde, pero independientemente de la resistencia a la compresión del hormigón.
La práctica convencional consiste en especificar el valor característico de la resistencia a la compresión fck como el único parámetro de resistencia que controlar en el plan de garantía de calidad, mientras que el resto de las propiedades que describen el comportamiento del hormigón se derivan de la resistencia a la compresión. A diferencia de la práctica convencional, el método propuesto en esta invención consiste en desvincular la resistencia a la fatiga de la resistencia a la compresión, tratando la primera propiedad como una especificada por el proyecto y controlada directamente en el plan de garantía de calidad.
El valor de diseño de la resistencia a la fatiga del hormigón fcd,fat debe estar relacionado con una serie de parámetros que representan las condiciones de trabajo reales de la estructura propuesta y que no se han tenido en cuenta en las normas actuales. Estos parámetros pueden ser:
• Edad de referencia para la resistencia a la fatiga tRef. Edad a la que comienza a calcularse el daño por fatiga en la valoración de la estructura.
• Humedad relativa de referencia para la resistencia a la fatiga RHRef. Humedad relativa mínima, especificada por proyecto, para la que se define el valor de diseño de la resistencia a la fatiga.
• Frecuencia de referencia para la resistencia a la fatiga fRef. Frecuencia de carga principal especificada por el proyecto, para la que se define el valor de diseño de la resistencia a la fatiga.
Estos parámetros también deben fijarse durante el diseño de la estructura y deben aparecer en la documentación del proyecto (dibujos, documentos de producción de garantía de calidad, etc.).
Las siguientes secciones explican las etapas para aplicar el método definido al diseño de estructuras de hormigón y la metodología desarrollada para verificar el valor de diseño de la resistencia a la fatiga del hormigón mediante ensayos llevados a cabo durante la fase de producción como parte principal de la valoración de calidad.
1. Aplicación de diseño
La valoración del daño por fatiga sufrido por la estructura de hormigón se lleva a cabo según una formulación basada en la regla de Miner:
1
d =Z < 1 (1)
i D = Z i N ( S )
El daño total D se calcula como la suma de daños producidos por cada uno de los ciclos de carga, i, que actúan sobre la sección durante su vida útil.
Según la expresión 1, N (yS k) representa el valor de diseño del número de ciclos de resistencia Nd. El factor de seguridad y para usar en el procedimiento de valoración es el producto de los tres factores de seguridad parciales generales para cargas, materiales y consecuencias de falla, es decir:
y= yrym-yn (2)
Puesto que fd
Figure imgf000007_0002
m implica Sd
Figure imgf000007_0001
n lo que se refiere a los valores de d escribirse como:
1
d = Z < 1 (3)
i D = Z i N (Sccd, i, máx, cd, i, mín)
Donde Scd,mín y Scd,máx son los niveles de tensión mínima y máxima para el ciclo i, que se define como
Scd,máx = yf <Tc,i,máx/fcd,fat (4)
Scd,mín = yf (7c,i,mín/fcd,fat
Con:
(Tcymáx es la tensión pico para cada ciclo i.
oc,i,mín es la tensión valle para cada ciclo i.
fcd,fat es la resistencia a la fatiga de diseño, que incluye implícitamente los factores de seguridad parciales Ym y Yn. Es el parámetro que caracteriza a la resistencia a la fatiga del material. Su valor se especifica en el proyecto del mismo modo que la resistencia a la compresión estática.
yf es el factor de seguridad para las cargas.
Ym es el factor de seguridad para el material. En este caso, su valor está representado implícitamente a través de la resistencia a la fatiga de diseño.
Yn es el factor de seguridad para consecuencias de falla. Su valor se incluye en el valor de resistencia a la fatiga de diseño
Una vez definidos los niveles de tensión, se obtiene una curva S - N con el fin de relacionar la vida útil a la fatiga del hormigón, expresada en lo que se refiere a los ciclos de resistencia N, y los niveles de tensión asociados. Esta curva
S - N puede definirse según cualquier expresión apropiada, tal como la mostrada en la figura 0.7.
Tras evaluar el número de ciclos de resistencia para cada ciclo de tensión, el daño de cada uno de ellos corresponde a:
Figure imgf000007_0003
Finalmente, todos los daños se suman para comprobar que:
D = Z D < 1 (6)
Si se verifica esta comprobación, la región estudiada cumple el estado de fatiga límite final.
2. Ensayos y garantía de calidad
2.1. Términos, definiciones, símbolos y abreviaturas
Con el fin de desarrollar de manera apropiada el procedimiento experimental para verificar la resistencia a la fatiga mediante ensayo e incluir este procedimiento como parte del plan de garantía de calidad de la producción, es necesario definir una serie de términos y parámetros que se usarán a lo largo de las siguientes secciones, así como las abreviaturas y símbolos que hacen referencia a los mismos.
2.1.1. Conceptos generales
• Pastón
Cantidad de hormigón fresco que se mezcla en un ciclo de funcionamiento de una mezcladora de pastones, descargada durante 1 minuto de una mezcladora continua o transportada ya mezclada en un camión mezclador cuando la carga requiere más de un ciclo de una mezcladora de pastones o más de un minuto de funcionamiento de una mezcladora continua.
• Carga
Cantidad de hormigón transportado en un vehículo que comprende uno o más pastones.
• Incremento
Cantidad de hormigón tomado de la operación individual de una cuchara o dispositivo de toma de muestras similar.
• Muestra
Cantidad de hormigón tomada de una parte de un pastón o masa de hormigón
• Espécimen
Pieza de hormigón representativa de la calidad del material. Su forma, dimensiones y tolerancias, fabricación, curado y conservación generalmente están normalizados. Se usa para someter a ensayo con el fin de caracterizar determinadas propiedades del material. Puede moldearse o mecanizarse.
2.1. 2. Parámetros de ensayo
Con el fin de introducir el procedimiento experimental, también es necesario definir varios parámetros:
• [m] Número de configuraciones de ensayo
Número total de diferentes combinaciones de niveles de tensión que se define que se llevan a cabo con los ensayos.
• [Ci] Configuración de ensayo (siendo i = 1...m)
Combinación del tamaño y la forma, los niveles de tensión mínimos y máximos, y la frecuencia de carga del espécimen.
Para facilitar la comprensión de la nomenclatura usada, los subíndices numéricos que acompañan a la letra C para definir una configuración de ensayo específica se cambian por letras. Por tanto: Ci e {Ca, Cb, Cc, Cm}
• [ni] Número de muestras sometidas a ensayo según la configuración Ci
Número de muestras sometidas a ensayo según la misma configuración de ensayo Ci. Cada muestra está representada en cada configuración de ensayo por un solo espécimen Pj Al final, ni es el número de especímenes sometidos a ensayo según cada configuración de ensayo.
• [Sj] Muestra (con j = 1...ni)
Volumen de hormigón que se considera como la unidad de producción de control de un lote (que está compuesto por varias muestras). El material de una muestra se usa para fabricar un conjunto de especímenes.
El tamaño de la muestra se define por el número de especímenes que van a someterse a ensayo y corresponde con el número de configuraciones de ensayo, m.
• [Pij] Espécimen (con i = 1...m y j = 1...ni)
Pieza de hormigón moldeada o mecanizada individual que procede de una muestra de control. Cada uno de los especímenes Pij de una muestra de ensayo Sj se someterá a ensayo según una configuración de ensayo diferente.
• [Lmxn] Lote de ensayo
Un lote de ensayo es un conjunto de muestras o especímenes de ensayo que se considera representativo (con respecto a su comportamiento en estado fresco y sus características mecánicas) de un grupo de productos terminados, un lote, debido a que se fabrican en condiciones de producción uniformes con material que procede de los mismos pastones.
• [tEnsayo] Edad del hormigón en el momento del ensayo
Edad de cada espécimen de hormigón al comienzo de su ensayo de fatiga, en días.
• [fEnsayo] Frecuencia de carga para ensayos de fatiga
Frecuencia de carga para ensayos de fatiga (Hz).
• [RHEnsayo] Humedad relativa de hormigón en el momento del ensayo
Humedad relativa del ambiente de almacenamiento para las muestras de hormigón antes de los ensayos de fatiga, en porcentaje (%).
2.2. Plan de toma de muestras
La invención implica la definición de un plan de toma de muestras que se realizará según el volumen de producción asociado con cada proyecto específico y la velocidad de producción de la fábrica. Esto será una información específica para cada proyecto, según el volumen de producción requerido y el diseño de la estructura particular. Las muestras de hormigón para la evaluación de la conformidad deben seleccionarse aleatoriamente y tomarse, por ejemplo, según la norma EN 12350-1 [1] o ASTM C172 [2],
La frecuencia de toma de muestras debe definirse como parte del plan de toma de muestras. Podría ser según la tabla 17 del apartado 8.2, norma EN 206 |3|, a la velocidad que dé el mayor número de muestras para la producción inicial o continuada, según sea apropiado, o cualquier otra razón y frecuencia que permitan la realización de un análisis estadístico correcto a partir de los datos obtenidos, tal como puede observarse en STP 169D [4], secciones 3 y 4.
Cada muestra se usará para fabricar especímenes de ensayo según las necesidades del plan de ensayos ().
2.3. Plan de ensayos
Los ensayos de fatiga se realizarán según diferentes configuraciones de ensayo C. Para cada configuración de ensayo, se someterá a ensayo un conjunto de muestras Sj representativo.
Un conjunto de muestras representativo está asociado con un lote de control. La figura 0.8 muestra la concepción general de todos estos aspectos.
El plan de ensayos debe especificar el número m de configuraciones de ensayo Ci, el número ni de muestras sometidas a ensayo en cada configuración de ensayo Ci, el número de especímenes por muestra y la distribución de las configuraciones de ensayo en el plano S - N con el fin de garantizar una buena cobertura de ambas ramas de las curvas S - N.
2.4. Especificación de ensayo
Esta sección especifica un procedimiento para someter a ensayo especímenes de hormigón endurecido con el fin de verificar la resistencia a la fatiga del hormigón. Las fases del procedimiento se han definido como ejemplo.
2.4.1. Principio
Los especímenes de ensayo se someten a ciclos de carga para abordar la falla por fatiga en una máquina de ensayo que puede diseñarse siguiendo, en la medida de lo posible, las especificaciones para máquinas de compresión conforme, por ejemplo, a las normas EN 12390-4 [5], ASTM C39 [6] o AASHTO T22 [7].
2.4.2. Procedimiento
El procedimiento de ensayo puede implicar las fases siguientes:
• Selección de los niveles de tensión.
En primer lugar, según la configuración de ensayo que va a someterse a ensayo, se seleccionan un par de tensiones, máxima y mínima, de los ciclos de carga, améx y amín (pico y valle, respectivamente), lo que conduce al número de ciclos de resistencia N establecido para cada configuración de ensayo.
El par de valores de tensión, máxima y mínima, améx y amín conducen a un valor medio amedio. La diferencia entre cualquiera de ellos y el valor medio lleva a la amplitud de los ciclos (en lo que se refiere a las tensiones), aamp.
a a máx ^ a mín
medio (7)
2
a máx mín
amp
2
También se define la frecuencia de cargas de los ciclos de tensión ÍEnsayo.
• Preparación y colocación de especímenes
Se requiere secar el exceso de humedad de la superficie del espécimen antes de colocarlo en la máquina de ensayo. También es necesario secar todas las superficies de soporte de la máquina de ensayo, limpiar y eliminar cualquier gravilla suelta y otro material extraño de las superficies del espécimen que estará en contacto con las platinas.
No debe usarse envasado, otras platinas auxiliares ni bloques de separación entre el espécimen y las platinas de la máquina de ensayo.
Finalmente, antes de comenzar el ensayo, debe garantizarse que el espécimen se coloque en el centro con respecto a una de las platinas.
• Precarga
Una vez que el espécimen de ensayo está colocado, debe aplicarse una precarga para ajustar las platinas al espécimen con el fin de garantizar una alineación correcta del eje de carga. La precarga puede ser de entre el 3,0 y el 4,0% de la compresión final del hormigón.
Entonces, desde este punto de tensión, se aplica la carga medida definida para el ensayo, según la configuración del ensayo, Pmedia.
Pmedia = amedia ' Anom (8)
• Carga
El ensayo comienza una vez llevada a cabo la fase de precarga. Puede realizarse en control de carga.
El número de ciclos de resistencia, N se obtiene como resultado del ensayo y también el historial de deformación experimentada por el espécimen durante el ensayo.
2.5. Disposición de ensayos
Los requisitos para el rendimiento de la máquina de ensayo pueden ser los mismos que los especificados en la norma EN 12390-4 [5], ASTM C39 [6] o a As HTO T22 [7], para el rendimiento de las máquinas usadas para determinar la resistencia a la compresión del hormigón con los siguientes requisitos adicionales:
• Capacidad de ejecutar ciclos de carga programados (a diferentes frecuencias).
• Capacidad de aumentar y reducir la carga a velocidad constante (con una variación máxima de 0,2 MPa/s. • Capacidad de mantener una carga constante a valores nominales seleccionable (con una variación máxima de el 5%).
No obstante, se ha diseñado una máquina de ensayo específica para reducir la duración de la campaña experimental de ensayos de fatiga, haciendo que sea más fácil y más barata la incorporación al plan de garantía de calidad que está realizándose durante el procedimiento de fabricación del elemento estructural. Ver sección 3.1. “Máquina de ensayos de fatiga” para una explicación detallada.
2.6. Factores de conversión
La metodología desarrollada incluye la introducción de un factor de conversión r con el fin de tener en cuenta las diferencias entre las condiciones durante los ensayos y las condiciones experimentadas por la estructura deseada en su entorno real. Todas las diferencias deben tenerse en cuenta por medio de la definición de varios factores de conversión parciales r
El factor de conversión r puede evaluarse como el producto de los factores parciales r calibrados para cada condición o diferencia implicada como:
r = n r (9)
A continuación se enumeran una serie de factores de conversión parciales como ejemplo. No obstante, esta lista puede aumentarse en tantos factores como sea necesario con el fin de introducir todas las correcciones requeridas.
• [rs] Efecto del tamaño, efecto de la forma y factor de condiciones límite
Los ensayos de fatiga se realizan en especímenes de ensayo cuyo tamaño no coincide necesariamente con el grosor deseado de la estructura y cuya forma afecta a la distribución de tensiones durante el ensayo. Además, mientras está realizándose el ensayo, los especímenes se someten a condiciones límite que pueden influir en el comportamiento mecánico del material. Estos tres fenómenos están relacionados de manera inherente y no es posible separarlos. Por tanto, puede calibrarse un coeficiente rs para tener en cuenta la influencia de estos tres efectos en la resistencia a la fatiga del hormigón.
• [ r ] Factor de frecuencia de carga
Los ensayos de fatiga se realizan a determinadas frecuencias, mientras que la estructura deseada funciona en un espectro continuo de cargas que contienen todas las frecuencias. Puede ser necesario estimar el valor del factor r para tener en cuenta las diferencias entre las frecuencias de carga y ensayo.
• [ r ] Factor de edad
Debido a la larga duración inherente del ensayo de fatiga, es inevitable realizar los ensayos en muestras de diferentes edades. Por tanto, puede ser necesario un factor de conversión de edad r para tener en cuenta las diferencias entre la edad de referencia (para la que se define) y la edad del ensayo.
• [ r H Factor de humedad relativa
Los ensayos de fatiga se realizan en muestras que se han almacenado desde el momento de su fabricación en un entorno determinado con una humedad relativa específica. Esta condición puede modificar significativamente los resultados del ensayo de fatiga. Por tanto, puede ser necesaria la calibración de rRH con el fin de tener en cuenta las diferencias entre las condiciones de humedad reales y del ensayo.
• r Factor de mano de obra
Las condiciones de mano de obra, por ejemplo la producción según las condiciones de laboratorio en lugar de las condiciones reales, pueden influir en las propiedades estructurales de manera considerable (por ejemplo, las propiedades de las juntas en las estructuras montadas, las orientaciones de las fibras en el caso de usar hormigón reforzado con fibras, etc.). Si estos efectos se consideran esenciales, puede ser necesario estimar el valor del factor de conversión r para tener en cuenta las diferencias entre condiciones reales y del ensayo.
2.6.1. Campaña de calibración
La calibración de los factores r se lleva a cabo independientemente de la campaña experimental asociada con el control de calidad de la producción de cada proyecto específico.
Pueden tenerse en cuenta los parámetros de referencia establecidos por el proyecto para definir el valor de diseño de la resistencia a la fatiga del hormigón y los parámetros que influyen en la campaña experimental real.
El tamaño de muestra de calibración ncsr debe ser lo suficientemente grande como para obtener una buena representación del comportamiento de la población en algunas condiciones específicas.
La campaña de calibración debe estar compuesta por tantos pares de series de calibración como se requiera para evaluar todas las diferencias entre los parámetros de ensayo mencionados anteriormente y los parámetros de referencia según el proyecto.
2.7. Resultados de evaluación
La valoración llevada a cabo con los resultados del ensayo de fatiga se basa en un análisis estadístico. Las etapas del procedimiento diseñado se muestran a continuación en orden de aplicación.
2.7.1. Evaluación de los niveles de tensión
Los niveles de tensión, Scd,mín(C) y Scd,méx(C) para cada configuración de ensayo Ci pueden definirse como la razón entre la tensión valle o pico, respectivamente, y el valor de diseño de la resistencia a la fatiga, como se introdujo en la sección:
^ c, mín (C i )
Scd, mín ) (10)
fcd, fat
^c, máx (C i )
Scd, máx (C i )
f cd, fat
2.7.2. Curva SN para Scd,mín
Una vez definidos los niveles de tensión, puede obtenerse una curva SN para cada nivel de tensión mínimo Scd,mín. según la cláusula.
2.7.3. Análisis estadístico
El análisis estadístico puede llevarse a cabo según la función de distribución que ajusta de un modo mejor los datos obtenidos a partir de los ensayos. Luego, el análisis se completa añadiendo diferentes niveles de confianza y factores de seguridad, según varios coeficientes que dependen del método elegido. A continuación, se describen dos posibles métodos: la aproximación clásica y el método bayesiano.
I. Aproximación clásica
La aproximación clásica es uno de los métodos propuestos por la ISO 2394 [8] para ocuparse del diseño estructural basándose en modelos experimentales. Este método también está documentado por la ISO 12491 [9] y la ISO 16269 [10].
El método permite llegar al 95% de valores de supervivencia (valores de característica inferiores) con un nivel de confianza específico, a partir de los resultados de prueba, según la siguiente ecuación:
Figure imgf000012_0001
Donde:
• Rk,est es el valor de característica más bajo,
• mR es el valor medio de muestra,
• sr es la desviación estándar de muestra,
• ks es un coeficiente basándose en la distribución t no central de Student. Depende del tamaño de muestra n, de la probabilidad p correspondiente al fractil deseado (con respecto a la probabilidad de supervivencia) y en el nivel de confianza elegido.
El valor de característica resultante se corrige más adelante para cubrir las diferencias entre las condiciones de sometimiento a ensayo y las condiciones de estructura pensadas, por medio del factor de conversión n como se describió en la sección.
Luego, el nivel de tensión máximo Scd,méx asociado a cada configuración de ensayo Ci se reduce adicionalmente mediante el factor de seguridad y, que se obtiene de la siguiente manera:
Figure imgf000013_0002
Esto conduce por tanto a un punto en el plano logioN - Scd,máx que debe estar por encima de la curva SNi calculada anteriormente.
II. Método bayesiano
El método bayesiano es otro método propuesto por la ISO 2394 [8] para ocuparse del diseño estructural basándose en modelos experimentales, específicamente si se desea una evaluación directa de los resultados de prueba. Este método también está documentado por la ISO 12491 [9].
El método permite estimar directamente el valor de diseño a partir de datos de ensayo según la siguiente ecuación:
Figure imgf000013_0001
Donde:
• Rd es el valor de diseño de los resultados de prueba,
• mR es el valor medio de muestra,
• sr es la desviación estándar de muestra,
• n es el número de ensayos realizados bajo la misma configuración de ensayo C.
• tvd es el coeficiente de la distribución de Student. Depende del número considerado de grados de libertad (v = ni -1) y del coeficiente, ¡ r . ¡ r = oo • p donde p es el índice de fiabilidad objetivo y oo es el valor de diseño para el coeficiente de influencia del método de fiabilidad de primer orden (FORM).
El valor de diseño resultante se corrige más adelante para cubrir las diferencias entre las condiciones de sometimiento a ensayo y las condiciones de estructura pretendidas, por medio del factor de conversión n, calculado como se describe en la cláusula.
Esto conduce por tanto a un punto logioN - Sc¡,máx en el plano que debe estar sobre la curva SNi calculada anteriormente.
2.8. Criterios de conformidad
Para cada ensayo de configuración Ci el valor de diseño del logaritmo del número de ciclos resistidos se valora según un procedimiento estadístico. En el ejemplo expuesto, este análisis se basa en dos métodos diferentes:
• Evaluación directa mediante aproximación clásica,
• Evaluación directa mediante el método bayesiano.
El lote se aceptará si los valores obtenidos aplicando los análisis estadísticos son seguros, por encima de la curva SNd calculada obtenida a partir del valor especificado de resistencia a la fatiga fcd,fat.
2.9. Tratamiento de la no conformidad
En caso de no conformidad es necesario tener en cuenta un procedimiento para gestionar el lote afectado. Las siguientes acciones pueden formar parte del procedimiento mencionado anteriormente, para emprenderse en el caso de no conformidad:
• Comprobar los resultados de ensayo y si la evaluación ha sido equivocada, emprender acciones para eliminar y corregir errores.
• Verificar si hay realmente alguna configuración de ensayo con no conformidades o si todas ellas están fuera de conformidad.
• Si la no conformidad se refiere a los resultados de sólo una configuración de ensayo, repetir el ensayo (misma configuración) en muestras adicionales, que se fabricaron con el mismo material y por tanto son representativas del mismo lote.
• Si se confirma la no conformidad o si hay más de una configuración de ensayo fuera de conformidad, pueden emprenderse las siguientes acciones correctivas en orden de aparición, que incluyen una revisión de tratamiento de procedimientos de control de producción relevantes:
- Informar al/a los especificador(s) y al/a los usuario(s) con el fin de evitar cualquier daño consecuente.
- Comprobar las máquinas de ensayos y calibrarlas de nuevo con muestras de patrón monitorizadas con el fin de asegurarse de que el error se debe al hormigón y no al equipo de ensayo.
- Comprobar las tolerancias en normas locales para controlar el rechazo de unidades.
- Comprobar y repetir la valoración de estructura con el fin de verificar el comportamiento correcto de la estructura incluso con una resistencia a la fatiga reducida (obtenida a partir de ensayos) con respecto al valor especificado. - Comprobar las cargas usadas para el diseño en colaboración con el diseñador de la estructura.
- Evaluar las opciones posibles para consolidar la estructura o repararla.
- Demoler/reemplazar las unidades que no cumplen el requisito para piezas nuevas.
• Registrar acciones en los elementos anteriores.
Si los resultados de ensayo de conformidad no satisfacen los requisitos, antes de demoler o reemplazar las piezas, pueden realizarse ensayos complementarios en núcleos tomados de la estructura o los componentes. Además, puede llevarse a cabo una combinación de ensayos en núcleos y ensayos no destructivos en la estructura o los componentes.
3. Procedimiento de ensayos acelerado
Debido a la gran duración intrínseca de ensayo de fatiga y el alto coste que implica la ejecución del número requerido de ensayos de fatiga para un análisis estadístico adecuado de los resultados, la aplicación apropiada de la invención puede ser difícil o incluso imposible para muchos proyectos. Con el fin de facilitar la aplicación del método definido y su inclusión en el plan de garantía de calidad asociado a la fase de producción de cada proyecto, se han desarrollado dos estrategias:
• La primera de ellas consiste en la ejecución del ensayo de fatiga simultáneamente sobre varios especímenes de hormigón con el fin de aumentar la velocidad de obtención de resultados. Esto puede llevarse a cabo usando diversas máquinas de ensayos o, lo que es producto de la invención, usando solamente una máquina de ensayos de fatiga que permite someter a ensayo varios especímenes simultáneamente.
• La segunda estrategia propuesta se refiere a un procedimiento de ensayo de corta duración basándose en el historial de tensiones de cada espécimen a lo largo del ensayo.
Estas estrategias pueden aplicarse independientemente entre sí o juntas, según las restricciones de programación. Ambas se detallan a continuación.
3.1. Máquina de ensayos de fatiga
Tal como se ha comentado anteriormente, la estrategia para acelerar la obtención de datos se basa en el rendimiento de varios ensayos de fatiga simultáneamente. El modo óptimo de llevar a cabo este plan consiste en usar una máquina de ensayos que permite realizar muchos ensayos de fatiga al mismo tiempo. Un ejemplo de esta máquina se muestra en la figura 0.4.
3.1.1. Principio de funcionamiento general
La máquina de ensayos diseñada (ver esquema de la figura 0.4) se basa en la definición de un tren de especímenes de ensayo. El eje longitudinal tiene un cilindro de accionamiento en un extremo y un tapón de reacción en el otro. La característica principal de la máquina de fatiga es que permite someter a ensayo varios especímenes simultáneamente hasta que todos ellos alcanzan el punto de rotura. Esto es posible debido al diseño de las cápsulas, donde se colocan los especímenes de ensayo, permite la transmisión de carga de un modo correcto a lo largo del tren, independientemente del estado de las muestras.
La máquina diseñada permite determinar las cargas máxima y mínima y las tensiones de los ciclos de carga así como medir la deformación experimentada por cada uno de los especímenes durante el ensayo. Esto se lleva a cabo por medio de dos sistemas de medición con el fin de comparar los datos obtenidos y hacer las correcciones necesarias.
3.1.2. Requerimientos de rendimiento
La máquina de ensayos de fatiga se diseña de acuerdo con los criterios de rendimiento que se establecen, considerando como imprescindibles los requisitos añadidos y expuestos nuevamente a continuación:
• Capacidad de ejecutar ciclos de carga programados (a diferentes frecuencias).
• Capacidad de aumentar y reducir la carga a velocidad constante (con una variación máxima de 0,2 MPa/s. • Capacidad de mantener una carga constante a valores nominales seleccionable (con una variación máxima de el 5%).
3.1.3. Ejemplo de dimensionamiento
En la figura 0.4 se muestra un ejemplo de máquina de ensayo de fatiga. Esta específicamente tiene capacidad para 30 especímenes de prueba, un cilindro de accionamiento de 1 MN y un grupo hidráulico asociado que permite trabajar con caudal variable de hasta 100 l/min. Con este actuador y este grupo se podrían realizar ensayos de fatiga cómodamente con frecuencias de carga de 1 Hz y una amplia gama de muestras en cuanto a tamaño (entre cubos de 40 mm y cubos de 150 mm) y calidad del hormigón (de 20 MPa a 150 MPa).
3.1.4. Evaluación comparativa en términos de ejecución
Se ha estimado la duración de una campaña experimental de ensayos de fatiga que se ha propuesto como parte del plan de control de calidad para el proceso de fabricación de un parque eólico de 100 torres. Todas las torres tienen alturas entre 100 y 120 m, un volumen de hormigón por torre de alrededor de 230 m3 y turbinas eólicas instaladas de 2 MW. La tasa de producción considerada es de 2 torres / semana, lo que implica una producción de 460 m3 por semana.
La evaluación del período de tiempo necesario para llevar a cabo el plan de control de calidad asociado al parque eólico con las características establecidas anteriormente, se realiza considerando la posibilidad de ensayar las muestras en una máquina convencional, ensayando las muestras una tras otra, individualmente, o mediante una máquina de ensayo que permite ensayar 30 especímenes simultáneamente, como la que se ha dimensionado en el ejemplo del apartado anterior.
La realización de los ensayos de fatiga en una sola máquina de ensayo convencional requeriría un período de 30 años, mientras que el uso de la máquina de ensayo de fatiga diseñada permite realizar los ensayos en un período de 1 año, a un ritmo definido por el número de muestras que se pueden probar simultáneamente en la máquina de fatiga.
Un año sería el plazo necesario para fabricar el total de piezas necesarias para 100 torres y, por tanto, sería posible considerar la campaña de fatiga como parte del plan de control de calidad del proceso de fabricación de las torres del parque eólico.
3.2. Procedimiento de ensayo de corta duración
La segunda estrategia propuesta, con el fin de acelerar la obtención de datos a partir de ensayos de fatiga, se basa en la definición de un procedimiento de ensayo de corta duración que consiste en la extrapolación de la vida útil a la fatiga según el historial de tensión de cada espécimen de hormigón.
Los especímenes de hormigón sufren deformaciones durante los ensayos de fatiga que pueden registrarse. La tensión aumenta gradualmente al aumentar el número de ciclos de tensión. Si la deformación se traza como una función del número de ciclos de resistencia, la curva resultante es similar a la mostrada en la figura 0.5.
La curva £ — N se analiza dividiéndola en 3 ramas relacionadas con las diferentes fases del desarrollo de tensión. Generalmente, esta curva presenta un aumento rápido al principio, desde 0 hasta que se alcanza el 10% de vida total, un aumento uniforme desde el 10 hasta aproximadamente el 80% (rama secundaria) y luego un aumento rápido hasta fallo.
Es especialmente importante para este procedimiento el desarrollo de tensión en la rama secundaria en la que el aumento de deformación £ es constante. La inclinación de esta rama se denomina velocidad de deformación secundaria, é.
Existe una fuerte relación entre la velocidad de deformación secundaria é y el número de ciclos hasta la falla N o la vida útil a la fatiga, tal como se muestra en la figura 0.6.
El procedimiento de ensayo de corta duración consiste en la predicción del número de ciclos de resistencia a falla o, lo que es lo mismo, la vida útil a la fatiga del espécimen, a partir de la relación entre N y é que se obtiene previamente a partir de otros ensayos de fatiga llevados a cabo en especímenes de hormigón fabricados con el mismo material. La predicción puede llevarse a cabo al principio de la rama secundaria sin agotar realmente todos los ciclos, lo que significa que el tiempo empleado en el ensayo ejecución se reduce.
El hecho de llevar a cabo los ensayos con la máquina de fatiga definida anteriormente, que puede realizar varios ensayos simultáneamente, y tras el procedimiento de ensayo de corta duración explicado en esta sección, permite reducir la duración de la campaña experimental hasta varios centenares de veces en comparación con la aplicación del procedimiento estándar.
4. Comparación entre el nuevo método y la práctica estándar
Con el fin de destacar las diferencias entre el método propuesto 100 y el método estándar 200, la figura 0.1 muestra un diagrama de flujo del método propuesto 100, que incluye una fase de diseño 110, y una fase de fabricación 120, y la figura 0.2 muestra un diagrama de flujo del método estándar 200, según el estado de la técnica, que incluye una fase de diseño estándar 210 y una fase de fabricación estándar 220.
De acuerdo con el estado de la técnica, mostrado en la figura 0.2, la fase de diseño estándar 210 comprende la especificación de las características mecánicas de un hormigón 211 que incluye un valor de resistencia a la compresión 214 como un parámetro de diseño principal. El valor de resistencia a la fatiga 215 se deriva a partir de dicho valor de resistencia a la compresión 214 aplicando una formulación establecida y aprobada por un código o norma internacional 230 de tal manera que el valor de resistencia a la fatiga 215 depende completamente del valor de resistencia a la compresión 214 especificado por el proyecto 211. Una vez definidos los niveles de tensión y dependiendo de dicho valor de resistencia a la fatiga 215, una curva de ciclos de tensión 216, denominada después curva S — N, se obtiene con el fin de relacionar la vida útil a la fatiga del hormigón, expresada en términos de ciclos de resistencia N, y los niveles de tensión asociados. Esa curva 216 se define según la expresión propuesta por el código o la norma que rige el proyecto. La fase de diseño estándar 210 del método estándar 200 incluye también la definición de las dimensiones 212 de elementos estructurales de hormigón.
Una vez que se obtiene dicho valor de resistencia a la fatiga 215, y tras la definición de las dimensiones del elemento estructural de hormigón, en combinación con un historial de tensión de estructuras similares 213, puede realizarse una valoración de daño de fatiga 217. Si el resultado de dicha valoración es el pronóstico de una falla estructural, la fase de diseño 210 tiene que ajustarse, si no, la fase de diseño estándar 210 se considera completada 219.
La fase de fabricación estándar 220 incluye la formulación y la producción de un hormigón 221 según las características mecánicas 211 especificadas en la fase de diseño estándar 210. Los elementos 222 estructurales de hormigón diseñados se producen usando dicho hormigón formulado y producido 221 y también se obtienen muestras de hormigón para llevar a cabo el control de calidad 224 que se basa principalmente en ensayos de resistencia a la compresión de especímenes fabricados con dicho hormigón producido 221, que constituyen generalmente el ensayo de control de calidad que valora el cumplimiento de las características mecánicas especificadas del hormigón 211, produciendo la aceptación 228 de los elementos 222 estructurales de hormigón fabricados, o el rechazo 227 de dichos elementos 222 estructurales de hormigón fabricados. La descripción anterior corresponde al método estándar 200.
En lugar de lo anterior, la figura 0.1 muestra el método propuesto 100, en el que la fase de diseño 110 incluye la especificación de las características mecánicas de un hormigón 121, que incluye como uno de los parámetros de diseño de un proyecto 111 la resistencia a la compresión 114 así como la resistencia a la fatiga 115 del hormigón pero siendo ambos parámetros independientes y no estando relacionados entre sí, y por tanto especificándose independientemente. Esta es la primera diferencia principal entre el método estándar de diseño de elementos 200 estructurales de hormigón y el método propuesto 100. Una vez definidos los niveles de tensión, y dependiendo de dicha resistencia especificada a la fatiga 115, se obtiene una curva de ciclos de tensión, denominada después curva Sn 116 (véase la figura 0.7 como ejemplo) con el fin de relacionar la vida útil a la fatiga del hormigón, expresada en términos de ciclos de resistencia N, y los niveles de tensión asociados. Esa curva 700 puede definirse según cualquier expresión apropiada.
La definición de las dimensiones 112 del elemento estructural de hormigón también se lleva a cabo como parte de dicha fase de diseño 110.
Se realiza una valoración de daño de fatiga 117 combinando las características mecánicas especificadas del hormigón 121, la curva S — N 116, las dimensiones 112 del elemento estructural de hormigón y también un historial de tensión 113 obtenido a partir de estructuras similares en el pasado. Como resultado de dicha valoración de daño de fatiga 117, puede pronosticarse una falla de estructura 118, forzando a modificar los parámetros de diseño determinados en la fase de diseño 110 o el diseño para superar la evaluación, produciendo la aceptación del diseño 119.
La fase de fabricación 120 propuesta incluye la formulación y la producción de un hormigón 121 que puede ser según las características mecánicas del hormigón especificadas en la fase de diseño estándar 110. Este hormigón producido 121 se usa en la fabricación de los elementos 122 estructurales de hormigón, y también en la obtención de muestras de hormigón usadas en los controles de calidad de fatiga 123 y también en los controles de calidad de compresión 124. Se obtiene una pluralidad de especímenes a partir de dichas muestras de hormigón y ensayos de resistencia a la compresión y se realizan ensayos de resistencia a la fatiga 328 en dichos especímenes 327 con el fin de determinar si dicho hormigón producido 121 cumpliría la especificación de la fase de diseño 110 propuesta produciendo la aceptación 128 de los elementos 122 estructurales de hormigón fabricados o no, produciendo el rechazo 127 de dichos elementos 122 estructurales de hormigón fabricados. El control de calidad, enfocado en la evaluación de resistencia a la fatiga del hormigón 123 y también de resistencia a la compresión 124, constituye una diferencia esencial entre el método estándar mostrado en la figura 0.2 y el método propuesto mostrado en la figura 0.1, que incluye ensayos de resistencia a la fatiga 328 en el procedimiento de control de calidad. Esto es necesario puesto que en el método propuesto 100, la resistencia a la compresión 114 especificada y la resistencia a la fatiga 115 especificada no están relacionadas entre sí, y por tanto el resultado del ensayo de resistencia a la compresión no proporciona información sobre la resistencia a la fatiga de los elementos 122 estructurales de hormigón fabricados, siendo necesario el rendimiento de los ensayos de resistencia a la fatiga 328 citados.
Una descripción detallada de las etapas propuestas para realizar el plan de garantía de calidad (QAP) de fatiga descrito anteriormente se muestra en la figura 0.3.
El plan de garantía de calidad (QAP) de fatiga incluye el diseño de un plan 324 de toma de muestras y un plan 325 de ensayos según los requisitos de producción y provisiones de vida útil de hormigón, que proporciona información que permite la caracterización del fenómeno de fatiga asociado a toda la población de hormigón.
Una vez que se ha definido el plan 324 de toma de muestras, se obtienen muestras 326 de hormigón a partir del hormigón producido durante la producción de hormigón 121, y se fabrican especímenes 327 de ensayo a partir de dichas muestras 326 de hormigón.
El número de muestras 326 de hormigón se definirá mediante el plan 324 de toma de muestras, y el número de especímenes 327 de ensayo producido a partir de cada muestra 326 de hormigón se definirá mediante el número de ensayos diferentes que van a realizarse en cada muestra 326 de hormigón, definido en el plan 325 de ensayos, por tanto cada muestra 326 de hormigón se someterá a diferentes condiciones de ensayo, por ejemplo diferentes frecuencias o niveles de tensión, y será necesario un solo espécimen 327 a partir de una muestra de hormigón para cada condición de ensayo. Entonces, los especímenes 327 de ensayo se someterán a ensayos 328 de fatiga, y luego se evaluarán 330 los resultados 329 con el fin de verificar la aceptación de producto 331.
Los ensayos 328 de fatiga requieren mucho tiempo puesto que cada espécimen 327 de ensayo ha de someterse a miles de ciclos de compresión con el fin de determinar el debilitamiento del espécimen 327 a lo largo del ensayo de fatiga 328, y ha de someterse a ensayo una gran cantidad de especímenes 327 para determinar la resistencia a la fatiga de cada muestra 326 de hormigón en dichas diferentes condiciones de ensayo.
Para lograr una reducción de coste de tiempo de dichos ensayos 328 de fatiga, se ha desarrollado una máquina 400 de ensayos de fatiga especial, permitiendo unos ensayos simultáneos e independientes de una pluralidad de especímenes 327 de ensayo usando una sola máquina 400 de ensayos, mostrada esquemáticamente en la figura 0.4.
En dicha máquina 400 de ensayos, se coloca una pluralidad de especímenes 327 de ensayo de hormigón a lo largo de un eje de la máquina 400 de ensayos de fatiga que conforma un tren 401 de ensayo colocado entre un cilindro 404 de accionamiento y un tapón 405 de reacción, e insertado en cápsulas 402. Dichas cápsulas 402 permiten la transmisión de una fuerza de compresión a través de los especímenes 327 de ensayo.
El desplazamiento del cilindro de accionamiento en la dirección del eje con una velocidad, aceleración y fuerza controladas producirán la compresión simultánea de todos los especímenes 327 de ensayo, permitiendo el ensayo simultáneo de una pluralidad de especímenes de ensayo con una sola máquina 400.
Cada espécimen 327 de ensayo se monitorizará independientemente por sensores, que detectan la deformación experimentada por cada espécimen 327 de ensayo.
Preferiblemente dichas cápsulas 402 podrán transmitir las fuerzas de compresión a través de los especímenes 327 de ensayo al tiempo que dichos especímenes 327 de ensayo soportan las fuerzas de compresión cíclicas. Obviamente, no todos los especímenes 327 de ensayo sometidos simultáneamente a ensayo en la máquina 400 de ensayos de fatiga alcanzarán la falla al mismo tiempo debido a la heterogeneidad del hormigón. Dichas cápsulas 402 retendrán cualquier fragmento de los especímenes 327 de ensayo colapsados y transmitirán la fuerza de compresión en lugar del espécimen 327 de ensayo colapsado desde el anterior hasta el espécimen 327 de ensayo posterior. Esta característica permitirá que la máquina 400 de ensayos propuesta continúe con el ensayo de fatiga 328 hasta que todos los especímenes 327 de ensayo de hormigón alcancen la falla aunque algunos de ellos colapsen antes que los demás.
Las siguientes secciones introducen, por medio de varios ejemplos, la relación entre el método de diseño que se ha desarrollado basándose en la resistencia a la fatiga mejorada obtenida mediante ensayo, y el procedimiento de diseño general (práctica estándar).
4.1. Comparación en términos de parámetros de diseño técnicos
El primer nivel de comparación se refiere a los parámetros de diseño técnicos que se han usado convencionalmente para determinar la resistencia a la fatiga del hormigón.
El método desarrollado permite tener en cuenta muchos aspectos como la humedad relativa del ambiente, las frecuencias de carga o la edad del hormigón entre otras, que están excluidas por las normas actuales. Todo esto lleva a la obtención de un valor realista de la resistencia a la fatiga del hormigón para cada caso específico, que redunda en tensiones más altas admisibles para el material.
Por un lado, la tensión máxima resistida por un material específico para un número dado de ciclos va a analizarse según la práctica estándar y usando el método desarrollado (verificación de fatiga mediante ensayos).
Por otro lado, el análisis se enfocará en la calidad del hormigón (en términos de resistencia característica a la compresión) que se requiere según cada metodología para resistir el mismo número de ciclos de tensión para el mismo valor de tensión máxima asociada.
4.1.1. Tensiones permisibles máximas
El material que va a analizarse es un hormigón con una resistencia característica a la compresión de 70 MPa (C70) que alcanza la falla de fatiga en 106 ciclos de tensión.
Tras realizar los cálculos relevantes, que no se incluyen en el presente documento con el fin de simplificar el texto, la conclusión relacionada con la tensión máxima Oc,máx resistida por una estructura 1 millón de veces (106 ciclos) y hecha de este hormigón C70 es:
• Según la formulación de código modelo (1990) [11]:
Oc,máx = 12,98 MPa, que significa el 19% de fck
• Según la formulación de Eurocódigo 2, [12] y [13]:
Oc,máx = 13,84 MPa, que significa el 20% de fck
• Según el método de diseño desarrollado:
Oc, máx = 22,61 MPa, que significa el 32% de fck
Este ejemplo se ha desarrollado para un hormigón convencional de 70 MPa de resistencia característica a la compresión pero puede analizarse también para otros valores de resistencia cualesquiera.
Según la metodología desarrollada, las estructuras de hormigón pueden trabajar sometidas a tensiones de fatiga más altas que aquellas que supuestamente soportan de acuerdo con las regulaciones actuales, siendo siempre seguras.
4.1.2. Grados de calidad de hormigón
Tal como se mencionó anteriormente, otra forma de ver las diferencias entre ambas metodologías es comparar el grado de calidad de hormigón requerido para la estructura, en términos de resistencia característica a la compresión, para resistir N ciclos según Oc,máx siguiendo la práctica estándar y según la nueva metodología.
Por tanto, si la tensión máxima considerada Gc,máx = 13,0 MPa, y el valor asociado de ciclos resistidos N=106 ciclos, entonces:
• Según el código modelo (1990) [11], se necesitaría un hormigón con: fck = 70 MPa.
• Según el Eurocódigo 2, [12] y [13], se necesitaría un hormigón con: fck = 65 MPa.
• Según el método de diseño se necesitaría un hormigón con: fck = 40 MPa.
4.2. Comparación en términos de tipología estructural resultante
El método descrito anteriormente se aplica principalmente en el diseño de estructuras de hormigón como turbinas eólicas.
Por tanto, el segundo nivel de comparación se refiere a los resultados que pueden obtenerse aplicando este nuevo método en el diseño de estructuras de hormigón en lugar del procedimiento general establecido por los códigos y las normas actuales (IEC 61400 [14] y código modelo 1990 [11]).
La determinación precisa de la resistencia a la fatiga del hormigón se refleja principalmente en parámetros de la geometría de la torre como el grosor de pared y, por tanto, el volumen de hormigón.
El ejemplo se particulariza para una torre de hormigón pretensada que es de 100 m de alto. La turbina eólica pensada es una turbina eólica de 2,0 MW.
Considerando un hormigón C80 (fck = 80 MPaJ, el grosor de pared mínimo requerido por el cuerpo de torre puede ser de 10,0 cm si se aplica la resistencia precisa a la fatiga obtenida por medio de la metodología desarrollada; mientras que si se sigue la práctica estándar, el grosor requerido es, al menos, de 16,0 cm.
En términos de volumen de hormigón, puede decirse que con la aplicación del nuevo método, la torre pretensada requerirá 190 m3 de hormigón y, según la formulación general, el volumen de hormigón requerido sería de 300 m3. Esto implica una reducción de, al menos, el 35% en el coste de producción de hormigón y en el peso de la torre, así como una reducción en costes de transporte.
Alternativamente, si el análisis se realiza en términos de grados de calidad del hormigón, considerando un espesor de pared de 16 mm y un volumen total de hormigón por torre de 300 m3, se necesitaría un hormigón de 45 MPa de resistencia característica a la compresión en lugar de un hormigón de 80 MPa, según exige la normativa vigente. Referencias
[1] CEN (2009), EN 12350-1, Testing fresh concrete - Part 1: Sampling. Comité europeo de normalización, 2009. 20 [2] ASTM (2014). ASTM C172 / C172M-14a Standard Practice for Sampling Freshly Mixed Concrete. American Society of the International Association of Testing and Materials, 2014. 20
[3] CEN (2013). EN 206, Concrete. Specification, performance, production and conformity. Comité europeo de normalización, 2013. 20
[4] Joseph F. Lamond and James 14. Pielert. Significance of tests and properties of concrete and concrete-making materials. American Society of the International Association of Testing and Materials, 2006. 20
[5] CEN (2001). EN 12390-4, Testing hardened concrete - Part 4: Compressive strength - Specification for testing machines. Comité europeo de normalización, 2001. 21, 23
[6] ASTM (2015). ASTM C39 / C39M-15a, Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens. American Society of the International Association of Testing and Materials, 2015. 21, 23
[7] AASHTO (2014). AASHTO T22-14, Standard Method of Test for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens. American Association of State Highway and Transportation Officials, 2014. 21, 23
[8] ISO (1998). ISO 2394:1998 General principles on reliability for structures. Organización internacional de normalización, 1998. 27, 28
[9] ISO (1997). ISO 12491:1997 Statistical methods for quality control of building materials and components. Organización internacional de normalización, 1997. 27, 28
[10] ISO (2014). ISO 16269: Statistical interpretation of data. Organización internacional de normalización, 2014. 27 [11] CEB-FIP (1990). CEB-FIP Model Code 1990, Design Code. Final Draft. Comite Euro-International du Beton, Bulletins d'Information Nos. 203-205, 1991. 41, 42, 43
[12] CEN (2004). EN 1992- 1 -1, Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings. Comité europeo de normalización, 2004. 41, 42
[13] CEN (2005). EN 1992-2, Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 2: Concrete bridges - Design and detailing rules. Comité europeo de normalización, 2005. 41, 42
[14] IEC (2008). IEC 61400-1 Wind turbines - Part 1: Design requirements. Comisión electrotécnica internacional, 2008. 43

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Método (100) de diseño y fabricación de elementos (122) estructurales de hormigón que comprende:
a. una fase (110) de diseño, que incluye:
a.1) especificación de las características mecánicas de un hormigón (111), incluyendo al menos un valor (115) de resistencia a la fatiga como uno de los parámetros de diseño de un proyecto; y
a. 2) definición de las dimensiones (112) de los elementos estructurales de hormigón que van a fabricarse que, en combinación con los parámetros de diseño especificados en la etapa a.1) incluyendo dicho valor(115) de resistencia a la fatiga, permiten resistir las tensiones esperadas a lo largo de la vida (113) útil de dichos elementos (122) de hormigón;
b. una fase (120) de fabricación y control, que incluye:
b.1) fabricar dichos elementos (122) estructurales de hormigón usando un hormigón (121) y siguiendo las dimensiones (112) de los elementos definidas en la etapa a.2); y
b.2) realizar controles (123 y 124) de calidad que incluyen la extracción de muestras (326) de hormigón durante una fase (121) de producción de hormigón y la ejecución de ensayos (328) de resistencia a la fatiga en dichas muestras (326) de hormigón con el fin de verificar (331) que los resultados (329) de los ensayos son según un valor (115) de resistencia a la fatiga que se especifica en la etapa a.1) del proyecto (111).
2. Método según la reivindicación 1, en el que dicho hormigón usado en la fabricación de los elementos (122) estructurales de hormigón se obtiene realizando una formulación de hormigón y produciendo un hormigón (121) según las características mecánicas del hormigón especificadas en la etapa a.1) del proyecto (111).
3. Método según la reivindicación 1, en el que dichas características mecánicas de un hormigón especificado en la etapa a.1) del proyecto (111) incluyen además un valor (114) de resistencia a la compresión como parámetro de diseño completamente desvinculado de dicho valor (115) de resistencia a la fatiga, estando ambos parámetros especificados por el proyecto y siendo independientes entre sí.
4. Método según la reivindicación 1, en el que dicha fase b.2) incluye las etapas siguientes:
b.2.1) diseño de un plan (324) de toma de muestras adaptado a un volumen de producción y una tasa de elementos (122) de hormigón estructurales, que permite obtener muestras (326) de hormigón representativas de poblaciones, asociadas con lotes de control de producción, cuyos tamaños posibilitan una caracterización adecuada del fenómeno de fatiga del hormigón;
b.2.2) diseño de un plan (325) de ensayos según un historial (113) de tensiones esperadas de dichos elementos (122) de hormigón estructurales y sus frecuencias críticas, considerando el rendimiento de diferentes series de ensayos en cada muestra de especímenes con el fin de caracterizar el comportamiento de fatiga del hormigón para diferentes niveles de tensión;
b.2.3) obtención de muestras (326) de hormigón siguiendo el plan (324) de toma de muestras definido en la etapa b.2.1) y los especímenes requeridos por el plan (325) de ensayos definido en la etapa b.2.2);
b.2.4) fabricación de especímenes (327) de ensayo de hormigón con las muestras (326) de hormigón obtenidas en la etapa b.2.3) según el plan (325) de ensayos definido en la etapa b.2.2)
b.2.5) ejecución de ensayos (328) de resistencia a la fatiga en especímenes (327) de ensayo de hormigón fabricados en la etapa b.2.4) según las especificaciones del plan (325) de ensayos definido en la etapa b.2.2); b.2.6) evaluación (330) de los resultados (329) de ensayo obtenidos en la etapa b.2.5) mediante la aplicación de procedimientos estadísticos que consisten en el ajuste de una función de distribución adecuada y la obtención después de parámetros de caracterización con el fin de determinar los valores de diseño de la resistencia asociada con un estado límite final de fatiga;
b.2.7) verificación de la aceptación (331) del elemento estructural de hormigón fabricado en la etapa b.1) (122) comprobando que el valor de resistencia a la fatiga del hormigón obtenido tras la evaluación (330) de los resultados (329) de ensayo en la etapa b.2.6) es igual a o mayor que el valor (115) de resistencia a la fatiga especificado por el proyecto (111) en la etapa a.1).
5. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que dichos ensayos (328) de fatiga, de dichos controles (123 y 124) de calidad de la etapa b.2) se realizan en una pluralidad de especímenes (327) de ensayo de hormigón de un modo simultáneo e independiente mediante al menos una máquina (400) de ensayo de fatiga.
6. Método según las reivindicación 5, en el que dicha al menos una máquina (400) de ensayo de fatiga produce de manera cíclica, con una frecuencia controlada, una fuerza de compresión predefinida cuya magnitud se controla y una liberación posterior de dicha fuerza de compresión sobre dichos especímenes (327) de ensayo de hormigón.
7. Método según la reivindicación 6, en el que la pluralidad de especímenes (327) de ensayo de hormigón se colocan a lo largo de un eje longitudinal de dicha máquina (400) de ensayo de fatiga, trasmitiéndose la fuerza de compresión predefinida de magnitud controlada a lo largo de dicho eje y afectando a todos los especímenes (327) de ensayo de hormigón simultáneamente.
8. Método según la reivindicación 5, en el que dichos especímenes (327) de ensayo de hormigón se insertan en cápsulas (402) dispuestas como un tren (401) de cápsulas ubicado a lo largo de dicho eje longitudinal de la máquina (400) de ensayo de fatiga de tal manera que dicha disposición de las cápsulas (402) permite una transmisión de carga a lo largo del tren (401).
9. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que la deformación experimentada por cada espécimen (327) de ensayo de hormigón se registra mediante sensores durante todo el ensayo (328) de resistencia a la fatiga con el fin de relacionar (500) la deformación de cada espécimen (327) de ensayo con la vida (500) útil a la fatiga del hormigón de dicho espécimen (327) de ensayo.
10. Método según la reivindicación 9, en el que la duración de los ensayos (328) de resistencia a la fatiga se reduce por medio de la predicción de la vida útil a la fatiga del hormigón, sin agotar realmente todos los ciclos de dichos ensayos (328) de resistencia a la fatiga, a partir de una relación entre el número de ciclos resistidos N y la velocidad (600) de deformación secundaria que se obtuvo previamente a partir de otros ensayos (500) de resistencia a la fatiga llevados a cabo en especímenes (327) de ensayo de hormigón fabricados con el mismo material o similar.
11. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que los elementos (122) de hormigón producidos en la etapa b.1) incluyen barras de refuerzo, tendones, barras pretensadas, tendones pretensados, barras postensadas y/o tendones postensados, y en el que dichas barras y/o tendones se consideran en la etapa a.2) de definición de las dimensiones de dichos elementos (122) estructurales de hormigón.
12. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que dichos elementos (122) de hormigón producidos en la etapa b.1) incluyen fibras de refuerzo, y en el que dichas fibras se consideran en la etapa a.2) de definición de las dimensiones de dichos elementos (122) estructurales de hormigón y en el que los ensayos de resistencia a la fatiga se realizan en muestras (326) de hormigón y/o especímenes (327) de ensayo de hormigón que incluyen fibras de refuerzo.
13. Método según cualquier reivindicación anterior en el que los elementos (122) estructurales de hormigón, precolados o fabricados in situ, se usan en:
- estructuras sometidas a cargas eólicas, seleccionadas entre: torres de turbina eólica y cimentaciones, rascacielos, puentes grandes, instalaciones industriales;
- estructuras sometidas a cargas de las olas seleccionadas entre: rompeolas y estructuras en alta mar que incluyen cimentaciones de estructura, cimentaciones de torre eólica y cimentaciones de plataforma;
- estructuras sometidas a altas cargas cíclicas debidas a determinados sistemas de transporte, seleccionadas entre: tableros de puente de hormigón, subestructuras de ferrocarril incluyendo sistemas de vía sin balasto y traviesas de hormigón; y
- estructuras sometidas a vibraciones inducidas por maquinaria industrial seleccionadas entre: cimentaciones de máquina y soportes de máquina.
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