Fracture Monitoring in Encased Composite SFRC--Steel Beams Using DIC Under Static Loading

Riccardo Zanon; Vaibhav W. Masih; Markus Schäfer; Sohanth T. Maganty; Ángel De la Rosa; Gonzalo Ruiz

doi:10.33586/hya.2025.4147

Riccardo Zanon
Vaibhav W. Masih
Markus Schäfer
Sohanth T. Maganty
Ángel De la Rosa
Gonzalo Ruiz https://orcid.org/0000-0002-0352-0701

DOI: https://doi.org/10.33586/hya.2025.4147

Keywords: Encased composite SFRC--steel beams; DIC monitoring; crack width and spacing in composite structures; ductility of SFRC in compression.

Abstract

This study presents an experimental investigation into the fracture behavior of full-scale encased composite SFRC-steel beams. A total of six beams were tested under three-point bending, including both sagging and hogging configurations. One specimen in each configuration was subjected to a sustained load of 40% of its ultimate capacity to assess time-dependent cracking phenomena. Full-field strain and crack evolution were monitored using a Digital Image Correlation (DIC) system alongside conventional instrumentation. The DIC system enabled high-resolution tracking of strain localization, crack mouth opening displacement, and crack spacing across a 660~mm midspan region. Results show that SFRC effectively controlled crack propagation and delayed concrete crushing under both static and sustained loading. Sagging beams exhibited distributed cracking and higher ductility, while hogging configurations developed dominant cracks with localized opening. Sustained loading led to modest reductions in peak capacity (2-3\%) and slight increases in crack depth and opening, with DIC revealing strain redistribution and crack branching not captured by traditional sensors. The uppermost SFRC layer of all the beams exhibited strains of up to 1% without signs of crushing, and it did not spall, maintaining its resistance to compression throughout the test. These findings confirm the effectiveness of the compressive model for SFRC outlined in Annex L of Eurocode 2 at the structural scale.

Author Biography

Gonzalo Ruiz

Ingeniero de Caminos (1989) y Doctor (1996) por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Premio extraodinario de doctorado por la UPM. En 1999 se incorpora a la Escuela de Caminos de la Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM) en Ciudad Real después de hacer una estancia de investigación en el California Institute of Technology durante los años 1998 y 1999.

Lidera el Grupo de Mecánica de Materiales de la UCLM. Investigador especialista en mecánica avanzada de materiales de interés en ingeniería civil, especialmente fractura de hormigones avanzados —alta resistencia, hormigón con fibras— comportamiento dinámico y fatiga, con aproximación tanto experimental como numérica. En la actualidad el Grupo trabaja en las siguientes líneas: la caracterización de la vida en fatiga de hormigones avanzados por medio de modelos probabilistas, incluyendo aplicaciones tecnológicas; el análisis de la nucleación y propagación de daño y fractura en hormigón con fibras en régimen dinámico; la caracterización mecánica de bloques de tierra comprimida, que son una alternativa sostenible a la construcción con ladrillo convencional; y en el estudio de fractura y fragmentación por medio de métodos numéricos sin malla.

En su trabajo destacan también las actividades de innovación y transferencia. Es miembro fundador del Grupo Español de Fractura, SEIE-GEF; ha sido Secretario de la International Association of Fracture Mechanics for Concrete and Concrete Structures, IA-FraMCoS, (2010-2016) y es Tesorero de la European Society for Experimental Mechanics, EuraSEM. Es miembro del Comité CTN 140 de Aenor sobre la incorporación definitiva del Eurocódigo 2 en España y delegado en el Comité CEN TC250/SC2/WG1/TG2 que está redactando el anejo sobre hormigón con fibras del Eurocódigo 2. Ha sido Gestor del Área de Construcción (BIA) del Plan Estatal de Investigación Científica, Técnica y de Innovación (2009-2016). Es el director de la revista Hormigón y Acero, de la Asociación Española de Ingeniería Estructural.