UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO HENRÍQUEZ UREÑA

(UNPHU)

Facultad de Ciencia y Tecnología

Escuela de ingeniería civil

“REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN CON FIBRAS DE CARBONO”

Trabajo de grado que optar por el título de ingeniería civil

Sustentado por:

Magdiel joel abreu 11-0023

Pablo Valerio 12-0689

Asesor:

Ing. Cesar Torres

Santo domingo D.N

2014

PROBLEMA DE LA INVESTIGACION

Muchas veces un diseño o una construcción deficiente, la corrosión del refuerzo, el cambio

de uso de una edificación, sumados a innumerables efectos ambientales crean la necesidad

de pensar en reforzar una estructura.

En la Republica Dominicana, históricamente el reforzamiento se ha hecho de manera

convencional, ya sea agrandando las secciones estructurales o colocando elementos

metálicos que ayuden a tomar las cargas.

En los últimos años la reparación, rehabilitación y mejora de los elementos estructurales

existentes como vigas, columnas, trabes, muros de concreto, muros de ladrillo o block, han

estado entre los más importantes retos de la ingeniería civil. La necesidad de reforzar una

estructura surge de un evento imprevisto.

Otra de las desventajas en el país en las estructuras es el cambio de incremento de cargas y

los errores y defecto en la construcción debido al mal uso de códigos de diseño según la

característica de dicha edificación, así también como daños estructurales por evento

accidentales (sismos) sabiendo que el país está ubicada sobre una falla sismológica como

consecuencia pueden provocar la pérdida total de edificaciones ya deterioradas, destacando

que tenga reforzamiento de acero pero sabiendo que el acero tienda a corroerse o alguna

edificación que no tenga reforzamiento.

La Sociedad Dominicana de Sismología e Ingeniería Sísmica expresó su preocupación por

que a pesar del alto nivel de riesgo sísmico que tiene el país, el Gobierno no ha acogido las

sugerencias de reforzar escuelas, hospitales y otros edificios públicos. Sus directivos dicen,

además, que no ha servido de aprendizaje para las autoridades el espejo  terrible que

significó el  fuerte sismo de Haití en enero de 2010. (Odalis mejía  2 de febrero 2012)

PREGUNTAS

1. ¿Qué tan factible es el reforzamiento con fibra de carbono o sistema FRP en el área de

costo-beneficio?

2. ¿Por qué utilizar el refuerzo a base de fibras de carbono envés de refuerzo con acero?

3. ¿Cómo funciona el sistema FRP y como se aplica para un buen uso del sistema?

4. ¿En qué caso sería factible la aplicación de este método, y que parte de la estructuras

pueden ser reforzados con este material?

OBJETIVO GENERAL

Fundamentar la conveniencia de Implementar fibras de carbono en columnas, trabes, losas

y muros para la disminución de los efectos de cargas externas imprevistas o no

consideradas en el diseño de la estructura.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

-Analizar el costo-beneficio en la implementación de fibras de carbono como refuerzo en

las estructuras de hormigón.

-Comparar el refuerzo a base de fibras de carbono con otros métodos de acero.

-Conocer el procedimiento constructivo detallado correspondiente a la aplicación de las

fibras de carbono.

-Identificar en qué casos es factible la aplicación de este método, y que tipo de estructuras

pueden ser reforzados con este material.

 JUSTIFICACION

Debido al crecimiento de las necesidades diarias tanto económicas como sociales las edificaciones deben cambiar de uso en la mayoría de los casos incrementos de cargas como ser viviendas que se vuelven salones de eventos, aberturas de muros, construcción de muros, modificación de entrepisos, etc. Reforzar vigas de hormigón armado, con metales o con Hormigón armado muchas veces no es una solución confortable, otra solución que se puede plantear es la demolición, estos procedimientos generan muchas desventajas como son:

-La demora en su ejecución.

-Desalojo de los ambientes afectados en el proceso del refuerzo.

-Un incremento en peso muerto.

Los polímeros reforzados con fibras de carbono se puede decir que son una novedad en nuestro medio, este puede ser el motivo por el cual se tiene desconfianza en su utilización como también poca práctica.

Se pretende mostrar que las Platinas de polímeros reforzados con fibra de carbono, en comparación con los materiales tradicionales de la construcción en la ejecución de refuerzos son mucho más ventajosas debido a que tienen propiedades mecánicas más resistentes que las del acero tradicional entre los principales beneficios que se puede obtener:

-Menor intervalo de tiempo.

-Mayor trabajabilidad.

-Menor espacio para su ejecución.

- Mayor durabilidad

-Menor peso muerto.

ANTECEDENTES

Los materiales compuestos se han utilizado en la rama de la ingeniería aeronáutica, militar, naval desde 1940 (ACI 440R, 2007) y debido al desempeño adecuado que han tenido, se ha tratado de implementar en otros campos como la ingeniería civil, en la que han tenido aceptación principalmente el uso de Polímeros Reforzados con Fibra de carbono (PRFC).

La aplicación de estos materiales en la ingeniería civil ha sido investigada.

Fujisaki (1997) se enfocó a la prefabricación y refuerzo de estructuras contra sismo. Cusson y Xi (2003) realizaron estudios de la durabilidad de los PRFC.

En Europa algunas investigaciones han girado en torno de rehabilitación de estructuras históricas (Motavalli y Czaderski, 2007).

Una de las presentaciones de estos materiales compuestos es laminar. Según

Meier (1997), la primera aplicación de este tipo sucedió en Europa, en el puente Kattenbush en Alemania en 1986; se utilizaron 20 tiras de un laminado polimérico reforzado con fibras de vidrio. Otro ejemplo es el puente Ibach en

Suiza, en el que se utilizó, por primera vez, un refuerzo constituido por PRFC

(Juvandes, 1996). Para el año 2000, estos países publicaron los primeros documentos de homologación de construcción y recomendaciones de uso de los PRFC lo que permitió el aumento de confianza a nivel producción, proyecto y aplicación (Alarcón, 2002).

En Japón los sistemas de refuerzo con PRFC se desarrollaron en 1980 y se aplicaron por primera vez en 1992 en el proceso de refuerzo y confinamiento de elementos en un puente en Tokio (Meier, 1997).

Después, los PRFC, continuos y unidireccionales en forma de manta y tejidos se utilizaron para el refuerzo sísmico, flexión y cortante a través del confinamiento de columnas, y pilas de concreto. La reconstrucción de la ciudad de Kobe, después de haber sido devastada por el sismo de Hanshin en enero de 1995, son ejemplos de la importancia de los materiales compuestos en el refuerzo y/o reparación de estructuras (JCI TC952, 1998). En 1994 se realizaron procesos similares de restauración mediante encamisado de 200 pilas en puentes de Los Ángeles y Santa Mónica (ACI 440-96, 1996).

Con respecto a la optimización del uso de los PRFC, Barros (2007) menciona que es posible colocar los PRFC solo en algunas zonas y que las ecuaciones propuestas por el ACI para diseño son conservadoras. Rahul et al. (2005) realizó trabajos de optimización en PRFC laminares sujetos a cargas de impacto utilizando algoritmos genéticos. En el área aeroespacial Iyengar y Gupta (1997) realizaron estudios de minimización del peso de los materiales compuesto laminados. Mencionan que el análisis de optimización en este tipo de materiales es más complejo que en el acero porque el número de variables es mayor.

Berget al (2006) describen la aplicación de los PRFC a un puente vehicular de concreto reforzado. Realizaron análisis comparativos de la cantidad de material y tiempo de mano de obra con y sin PRFC. Recomienda realizar trabajos a futuro de optimización de estos materiales compuestos para disminuir costos.

Seleemet al. (2010) varió la longitud de las placas de PRFC numéricamente para el reforzamiento de vigas de concreto. El enfoque de su estudio era la falla por adherencia que es una de las principales limitaciones al utilizar los PRFC.