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El ABC del reforzamiento estructural. ¿Por qué reforzar?, ¿Qué sistemas existen?, ¿Qué son los materiales compuestos FRP y sus beneficios?
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Reforzamiento de estructuras con fibra de carbono
Co
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¿Porqué reforzar?
• Actualización a nuevos reglamentos
• Cambio de uso resultante en incremento de cargas
• Diseño inadecuado
• Errores y defectos en la construcción
• Daños estructurales por eventos accidentales (sismos)
• Corrosión en el acero de refuerzo
• Eliminación total o parcial de elementos estructurales existentes
1950 2010
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¿Porqué reforzar?
Sismo en Chile Febrero 27, 2010
Sismo en Baja California Abril 4, 2010
Sismo en Haití Enero 12, 2010
Sismo en China Abril 14, 2010
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¿Porqué reforzar?
Sismo en Japón Marzo11, 2011
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Preventiva
• Disminuir la vulnerabilidad de los elementos de la estructura
• Actualización por nuevas cargas o reglamentos vigentes
Tipos de Intervención
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Tipos de Intervención
Correctiva
• Restituir condiciones originales en elementos dañados (fuego, ambientes agresivos, sismos, etc.)
• Mejorar comportamiento
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Sistemas de Reforzamiento Estructural
Arriostramientos MetálicosPantallas en Concreto Reforzado
1 2
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Encamisados en Concreto Encamisados en Acero
3 4
Sistemas de Reforzamiento Estructural
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Placas Metálicas
Adición de Perfiles Metálicos
5 6
Sistemas de Reforzamiento Estructural
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Contrafuertes Postensado Externo
7 8
Sistemas de Reforzamiento Estructural
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Materiales Compuestos FRP
9
Sistemas de Reforzamiento Estructural
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Disipadores de Energía
10
Sistemas de Reforzamiento Estructural
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Aislamiento Sísmico
11
Sistemas de Reforzamiento Estructural
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ión 1. Arriostramientos metálicos
2. Pantallas en concreto reforzado
3. Encamisado en concreto reforzado
4. Encamisado metálico
5. Platinas metálicas
6. Adición de perfiles metálicos
7. Contrafuertes
8. Postensionamiento externo
9. Materiales Compuestos FRP
10. Disipadores de energía
11. Aislamiento sísmico
Modifican la respuesta de la estructura
Sistemas de Reforzamiento Estructural
Incrementan la resistencia y/o la rigidez de la estructura
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Desplazamiento
Fuerza basal
Espectro de demanda
Incremento de resistencia y ductilidad
Incremento de rigidez, resistencia y ductilidad
Incremento de rigidez y resistencia
Estructura vulnerable
Modificación de los espectros de respuesta
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¿Qué son los materiales compuestos FRP?
+ =
FIBRES POLYMER MATRIX
FRP
+ =
FIBRES POLYMER MATRIX
FRPFibras Matriz (Polímero)
FRP
Son materiales compuestos a base de polímeros reforzados con fibras
(FIBER REINFORCED POLYMER)
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Fibras: Proveen resistencia y rigidez (vidrio, aramida, carbono)
Matriz (polímero): Provee protección, confinamiento y distribuye los esfuerzos en todas las fibras.
Ø = 5 a 25 μm (micrones)
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Fibras más comunes:
Vidrio (GFRP), Aramida (AFRP), Carbono (CFRP)
60,000
50,000
40,000
30,000
20,000
10,000
0
Esfu
erzo
(kg/
cm2 )
Deformación (%)
0 1 2 3 4 5
VidrioAramidaCarbonoBasalto Carbon (ultra-alto módulo)Acero fy = 4200 kg/cm2
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Industria automotríz... Deportes....
¿En donde se utilizan los materiales compuestos?
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Industria Aeroespacial..
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BOEING 787:
50 % de su peso es de materiales compuestos
AIRBUS A 380: 25 % de su peso es de materiales compuestos
En la fabricación de aviones...
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En la construcción de...
Puentes vehiculares Puentes vehiculares de elementos FRP de elementos FRP prefabricadosprefabricados
Co
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Puente colgante Alberfeldy, Scotland, 112 m, 1990
En la construcción de...
Puentes peatonales con FRP’s prefabricados
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Puente Bradberry
Estructuras reforzadas con barras de refuerzo FRP
En la construcción de...
Especialmente usadas en ambientes agresivos
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ión Perfiles estructurales Perfiles estructurales
de formas diversas de formas diversas
Postes Postes
Trincheras Trincheras
Y mucho más ... Y mucho más ...
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En el refuerzo de estructuras existentes....
Como refuerzo externamente adherido a Como refuerzo externamente adherido a elementos estructuraleselementos estructurales
Fibra de CarbonoFibra de Carbono
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Sistemas de Reforzamiento CFRP
+
Fibras(carbono CFRP,
vidrio GFRP,aramida AFRP)
Resina
Polímero =
Láminas o barraspre-curadas
Tejidos para formar láminas curadas en sitio
SikaWrapSikaWrap
Sika CarbodurSika Carbodur
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Ventajas de un FRP con fibra de carbono
CFRP
Muy bajo peso
5 veces más ligero que el acero
Resistentes a la corrosión
Electromagnéticamente inertes
Muy alta resistencia
Muy versátiles
Útiles en múltiples aplicaciones Rapidez en la colocación
> 30,000 kg/cm2
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– Bajo costo de materiales
– Alto costo de instalación
– Mediano tiempo de instalación
– Presenta corrosión
– Pesado
– Alto costo de mantenimiento
FRP vs reforzamiento con acero
Acero FRP– Alto costo de materiales
– Bajo costo de instalación
– Corto tiempo de instalación
– No presenta corrosión
– Ligeros (no aumentan la Carga Muerta ni modifican la arquitectura o geometría)
– Bajo costo de mantenimiento
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Estructuras ¿reforzadas?
Corrosión en los cables del postensado
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Estructuras ¿reforzadas?
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• Reporte Técnico No. 55 Concrete Society Committee, Reino Unido (UK), (2000).
• Federation Internationale du Beton. FIB-Bulletin 14 y FIB-Bulletin 35 Guías europeas internacionales (2001 y 2006, respectivamente)
• Nacional Research Council, Italia, 2004• Seismic Rehabilitation of Concrete Structures, Japan Concrete
Institute (2008)• ACI 440.2R de Estados Unidos (2008)• ACI 440.7R de Estados Unidos (2010)• ACI 440-F Aspectos sísmicos (Próximamente)
Guías de diseño (reforzamiento y rehabilitación sísmica)
Entre otros..
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International Concrete Repair Institute, 2006
National Research Council, 2004
National Cooperative Highway Research
Program, 2004
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¹Urs Meier, EMPA, CH 8600 Dubendorf-Zurich, Switzerland
Se basan en gran cantidad de investigación a nivel mundial
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¹Urs Meier, EMPA, CH 8600 Dubendorf-Zurich, Switzerland
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Diseño por flexión: ACI 440.2R
Aplicación NSM (Near Surface Mounted)
Aplicación externamente adherida
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Diseño por cortante: ACI 440.2R
f = 0.85 Adherido en forma de “U”
f = 0.85 Adherido lateralmente
f = 0.95 Completamente envuelto
f
ffefvf s
)cossen(dfAV
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Confinamiento: ACI 440.2R
Aumento de capacidad a carga axialAumento en la resistencia a cortanteAumento de resistencia a flexión y ductilidadConfinamiento de traslapes
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Confinamiento: ACI 440.2R
no confinado confinamiento ligero fuerte confinamiento (debilitamiento) fuerte confinamiento (endurecimeinto)
Falla
+
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Refuerzo de Mampostería: ACI 440.7R
Refuerzo a flexión, cargas fuera del plano
Tiras de CFRP
Refuerzo a cortante, cargas en el plano
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Reforzamiento de conexiones, ACI 440-Chap-13
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Reforzamiento de conexiones, ACI 440-F
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Reforzamiento de conexiones, ACI 440-F
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Apoyo Técnico de Sika
Evaluación
Materiales Estructural
DiagnósticoEnsayes
Estartegia de reparación y protección.
Análisis costo - desempeño
Asesoría en el diseño a calculistas.
Capacitación
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Procedimiento de aplicación:
Reparar daños
(inyección de grietas, saneo de acero corroído, etc.)
Trazar las zonas de aplicación
Preparación de la superficie
Realizar pruebas de adherencia
Verificar las condiciones de aplicación
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Condiciones antes de la aplicación
¡No debe haber daños en ¡No debe haber daños en proceso!proceso!
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Reparación de daños:
Paso 1 : Protección del acero Sikatop Armatec 110 Sikadur 32
Paso 4 : Inhibidor de corrosión preventivo Sikaferrogard 903
Paso 2: Puente de adherencia Sikatop Armatec 110 Sikadur 32
Paso 6: Recubrimiento de protección Sikaguard 550W SikaUretano Premium
Paso 5: Mortero para regularizar Sikatop 121 Sika 101
Paso 3: Mortero de reparación Sikamonotop 412 SikaGrout
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Reparación de daños:
Inyectar grietas mayores a 0.3 mm de espesor para prevenir fallas por delaminación en la fibra de carbono
....
..
....
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....
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....
..
30-100 cm30-100 cm
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Preparación de superficie
OBJETIVO:
Lograr una óptima adherencia entre el sustrato y el adhesivo
SUSTRATOS:
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Video
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Pruebas de adherencia
Para verificar la calidad del concreto y su correcta preparación, realizar la prueba pull-off (resistencia del concreto a la tensión directa)
El esfuerzo mínimo requerido para realizar un refuerzo con FRP es de 15 kg/cm2
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Protección
Cuando sea el caso, los sistemas deben ser protegidos con recubrimientos apropiados contra:
Radiación UV (Sika Uretano o Sikagard 550 W)
Protección antifuego (Sikacrete 213 F)
Temperaturas de servicio de corta duración mayores a 60°C
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Más de 200 proyectos exitosos de estructuras reforzadas en México...
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... nos han dado experiencia
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