Taller de Investigacion 2 Tema, Objetivo y Alcance

USO DE COMPOSITOS EN CONSTRUCIONES INDUSTRIALES

8.- MARCO TEÓRICOEl trabajo de la gente que se dedica a la tarea de la investigación nos llevó a recabar información muy valiosa que acerca de manera importante al entendimiento de este avance en el uso de los compositos de fibra de polímero en la construcción específicamente de puentes. Las principales potencias han estado realizando trabajos experimentales que unidos al trabajo científico, han conformado una serie de aplicaciones que si bien no son la solución total al problema de la construcción de puentes, si han abierto el camino para que futuras generaciones hagan de estos trabajos tareas relevantes que concreticen el cambio de los materiales tradicionales por nuevos componentes que en la vida de hoy se les puede dar una aplicación que rinda nuevas expectativas al mundo en la construcción de puentes.

“Uso de compositos de fibras de polímero reforzado en construcción de puentes.”

8.1.- Introducción al material.

8.1.1.- Definición.

El compuesto se define como una combinación mecánicamente separable de dos o más materiales de los componentes, de diferente nivel molecular y mezclado a propósito con el fin de obtener un nuevo material con propiedades óptimas, como diferente en las propiedades de las componentes.

Los materiales compuestos se han utilizado en construcción durante siglos. Uno de los primero fue el uso de la paja como refuerzo en barro y arcilla ladrillos de la antigua Egipcios. La combinación del acero de refuerzo y concreto ha sido la base para una serie de sistema estructurales utilizados para la construcción en el siglo pasado.

Los materiales compuestos, también denominados compositos, son aquellos formados por la combinación de dos o más materiales, que se diferencian en función, forma o composición a escala macroscópica. Esta combinación permite obtener un material final cuyas propiedades son superiores a las de los constituyentes por separado

La nueva clase de materiales compuestos, que han estado ganando gradualmente la aceptación de los ingenieros civiles son de fibra. Compuestos poliméricos reforzados, desarrollados principalmente para la industria aeroespacial y de defensa estructuras. Compuestos reforzado con fibra de polímero son la combinación de resinas poliméricas, actuando como aglutinantes, con los conjuntos de fibras fuertes y rígidos que actúan como la fase de refuerzo.

La combinación de la fase matriz con una fase de refuerzo produce un nuevo sistema material, diferente a la de acero de hormigón armado (es decir, de hormigón armado, en general, rara vez contiene más de 5 % de refuerzo, mientras que en los materiales compuestos de FRP, de acuerdo con diversos fuentes.)

En la naturaleza es posible encontrar materiales que pueden ser considerados “materiales compuestos”, debido a que están formados por un mínimo de dos constituyentes, como es el caso de la madera, que presenta un refuerzo de fibras de celulosa envuelta en una matriz de resinas naturales o lignina.(Imagen 1)

También en el cuerpo humano existen materiales compuestos, como son los huesos, formado por una especie de cemento cálcico y fibras de colágeno (Imagen 2). La palabra material compuesto es referida principalmente a aquellos materiales formados por una matriz orgánica (polímero) y un refuerzo en forma de fibras continuas, que puede ser de vidrio, de carbono o de aramida. Los materiales compuestos así constituidos son denominados comúnmente FRP (Fibre Reinforced

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Polymer). Las fibras son las encargadas de proporcionar las propiedades mecánicas al material, mientras que la matriz transfiere los esfuerzos de una fibra a otra además de mantenerlas unidas.

Imagen 1 Imagen 2

8.2.- Componentes 8.2.1.- Fibras 8.2.1.1.- Definición y funciones

Una fibra es un material hecho en un largo filamento. De acuerdo con, una sola fibra por lo general tiene un diámetro de hasta 15 μm. Los diámetros más grandes aumentan la probabilidad de defectos superficiales. La relación de aspecto de la longitud y el diámetro puede ser desde mil hasta el infinito en fibras continuas. [1]

Las funciones de las fibras son para llevar la carga y proporcionar rigidez, resistencia, estabilidad térmica y otras propiedades estructurales al FRP. Para llevar a cabo estas funciones, las fibras en FRP compuesto deben tener un alto módulo de elasticidad, alta resistencia a la rotura, baja variación de la fuerza entre las fibras, alta estabilidad de su fuerza.

8.2.1.2.- Formas de fibras

Hay diversas formas de fibras utilizadas como refuerzo de polímero materiales compuestos. Los fabricantes de los elementos estructurales de materiales compuestos de FRP general presentar la variedad de técnicas de refuerzo en las guías de diseño. [2]

Roving como refuerzo de una dimensión de compuestos de polímeros: Suave itinerante Itinerante entrelazado Fibras entrelazadas en un bucle para conectar mecánicamente mechas vecinos; Itinerante enredado Fibras engrapadas Fibras picadas Con el fin de reforzar los elementos de superficie en más de una dirección de refuerzo se aplican las

siguientes formas: Tejidos itinerantes suaves Entrelazadas itinerantes telas Esteras

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8.2.2.- Tipos de fibras

El tipo de fibras utilizado como el refuerzo es los conceptos básicos para la clasificación de materiales compuestos de FRP. Hay tres tipos de fibras que dominan la industria de ingeniería civil:

Fibras de vidrio Carbono Aramida

Los materiales compuestos están constituidos por dos componentes principales: un material aglutinante denominado matriz (que en el caso de los FRP es polimérica), y un material de refuerzo correspondiente a las fibras, que se encuentran adheridas a la matriz. Además de estos constituyentes, se emplean normalmente otros dos componentes como son cargas y aditivos que dotan a los materiales compuestos de características particulares para cada tipo de fabricación y aplicación. La combinación de diferentes matrices con distintos tipos de fibras, permite conseguir materiales con propiedades mecánicas muy especiales que se adaptan a los distintos aspectos que requiere un determinado diseño, lo que da como resultado una gran cantidad de combinaciones obteniéndose así muchos tipos de materiales compuestos. En general estos materiales se suelen distinguir en función de su tipología o bien en función del tipo de sustancias constituyentes. Así también, pueden ser clasificados según la naturaleza de la microestructura de la fase dispersa (refuerzo) o bien, en función de la naturaleza de la matriz.

Los compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras (FRP) son los de mayor importancia tecnológica, y en función del tipo de fibra empleada pueden distinguirse en:

Polímeros reforzados con fibra de vidrio o GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) Polímeros reforzados con fibra de carbono o CFRP (Carbón Fiber Reinforced Polymer) Polímeros reforzados con fibra de aramida o AFRP (Aramid Fiber Reinforced Polymer) [2]

Las fibras son las encargadas de proporcionar las propiedades estructurales a los materiales compuestos, a través de las cuales se alcanzan elevados valores específicos de rigidez y resistencia en su dirección longitudinal. Estas propiedades son función tanto del porcentaje como de la orientación de las fibras.

Las fibras presentan una microestructura muy anisotrópica, formada por hilos o cilindros de diámetro comprendidos entre 7 y 30 μm (una millonésima parte de un metro) aproximadamente. El empleo de fibras de estas dimensiones en los materiales compuestos. El empleo de fibras muy finas otorga al material compuesto una mayor resistencia última.Las fibras más finas tienen mayor flexibilidad y, por lo tanto, una mayor capacidad de deformarse sin alcanza la ruptura. Las principales fibras que se emplean con materiales poliméricos son de naturaleza cerámica, siendo las de mayor aplicación las fibras de vidrio y las de carbono. También se usan comúnmente las fibras de naturaleza orgánica, como las de aramida.

8.2.2.1.- Fibras de vidrio

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Las fibras de vidrio son una forma procesada de vidrio, que se compone de un número de óxidos (óxido de sílice), junto con otras materias primas (como caliza, ácido bórico fluorita, arcilla). Se fabrican dibujando los óxidos fundidos en filamentos que van desde 3 μm hasta 24 μm. [3]

8.2.2.1.1.- Tipos de fibras de vidrio

A-vidrio (alcalino): de alto álcali (25% de sosa y cal), muy buena resistencia a la productos químicos, propiedades eléctricas inferiores.

C-vidrio (química): resistencia química extremadamente alta. Se utiliza principalmente como superficie tejido en la capa externa de las tuberías en química / agua y tanques

Vidrio E (eléctrico): bajo álcali, buena aislamiento eléctrico y fuerte resistencia al agua (> 50% refuerzo es de vidrio E).

S-glass (fuerza): 40-70% más alto resistencia a la tracción de E-vidrio. D-vidrio (dieléctrico): bajo dieléctrico constante con superiores eléctrica propiedades, las propiedades

mecánicas son no tan bueno como vidrio E.

Las desventajas de las fibras de vidrio son:

Bajo módulo de Young (Tabla 1) Baja humedad Resistencia alcalina Baja resistencia debido a la rotura por esfuerzos plazo.

Tabla 1 Propiedades de las fibras

8.2.2.2.- Fibras de carbón

Las fibras de carbono son un tipo de fibra de alto rendimiento disponible para la sociedad civil aplicación de ingeniería. Son fabricados por pirolisis controlada y cristalización de los precursores orgánicos a temperaturas superiores a 2000 ° C. [5]

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En este proceso, cristalitos de carbono se producen y orientan a lo largo de la longitud de la fibra. Hay tres opciones de precursor utilizado en el proceso de fabricación de fibras de carbono:

Precursores de rayón Poliacrilonitrilo (PAN) precursores Precursor de brea.

Precursores del PAN son la principal precursores de fibras de carbono comerciales. Se produce aproximadamente 50 % de la masa original de la fibra. Precursores PITCH (especie de alquitrán) también tienen un alto rendimiento de carbono a un costo menor.

Las fibras de carbono tienen un alto módulo de elasticidad y resistencia a la fatiga que los de vidrio fibras. Teniendo en cuenta la vida útil, los estudios sugieren que la fibra de carbono reforzado con polímeros llega a tener más potencial que las fibras de aramida y vidrio. Sus desventajas incluyen inherente anisotropía (reducción de la fuerza radial), los requisitos relativamente altos de energía en su producción, así como los costos relativamente altos.

8.2.2.3. - Fibras de Aramida

La fibra de poliamida aromática o mejor conocida como fibra de aramida es una de las dos fibras de alto rendimiento utilizado en aplicaciones de ingeniería civil. Es fabricado por extrusión de una solución de poliamida aromática a una temperatura entre -50 ° C y -80 ° C en un cilindro caliente a 200 ° C. Las fibras que quedan de la evaporación se estiran y luego dibujan para aumentar su resistencia y rigidez.

Durante este proceso, las moléculas de aramida se convierten en altamente orientados en la dirección longitudinal. Las fibras de aramida tienen ventajas:

Alta estática Fatiga dinámica Impacto fortalezas. Las desventajas son: Baja resistencia a la compresión (500-1000 MPa) Reducción de resistencia a largo plazo (rotura por tensión) Sensibilidad a la radiación UV.

Otro inconveniente de fibras de aramida es que son difíciles para el corte y mecanizado.

8.2.2.3.1.- Características de las Fibras de Aramida

Polímero orgánico haciendo girar una fibra sólida de una mezcla de productos químicos líquidos Alta resistencia y baja densidad Buena resistencia al impacto (para aplicaciones balísticas) Sistema de relleno de cáscara de hormigón

8.3.- Matriz

8.3.1.- Definición y funciones

Material de la matriz es un polímero compuesto de moléculas hechas de unidades más simple y pequeñas llamadas monómeras. La matriz debe tener un módulo más bajo y una mayor elongación que los de fibras, por lo que las fibras puede transportar la carga máxima. Las importantes funciones del material de la matriz en FRP compuesto incluyen:

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Vinculante las fibras entre sí, y se fijaron en el geométrica deseada acuerdo;

La transferencia de la carga a las fibras por adherencia y / o la fricción Proporcionar rigidez y forma a la pieza estructural Aislar las fibras de modo que puedan actuar por separado, lo que resulta en lento o ninguna grieta

propagación

Tipo de material de la matriz y su compatibilidad con las fibras también significativamente afectar el modo de fallo de la estructura. Componentes de la matriz (resinas, cargas y aditivos)

8.3.2.- Resinas

Las resinas son el componente principal de una matriz. Clasificados por la fabricación método y propiedades, los grandes tipos de resinas son termoplásticos y termoestables polímeros. Los polímeros termoplásticos son dúctiles en la naturaleza y más resistente que termoestable polímeros. Sin embargo, tienen rigidez y resistencia inferior.

Pueden ser reformados por simple calentamiento y enfriamiento. Dado que las moléculas no son reticulares, los termoplásticos son flexibles y deformables. Ellos tienen una escasa resistencia a la fluencia a alta temperatura y más susceptibles a los disolventes de plásticos termoestables.

Para las estructuras de FRP se utilizan hoy en día principalmente polímeros termoestables. Por lo general a partir de precursores líquidos o semisólidos. Estos precursores se endurecen en una serie de reacciones químicas llamadas de “poli condensación”, polimerización o curado. Al final de proceso de fabricación, que se convierte en sólido duro, produciendo una unión fuerte de red tridimensional de la cadena de polímero.

El poliéster es la matriz de uso más frecuente, ya que ofrece un buen compuesto todo- propiedades redondas. El poliéster insaturado se puede dividir en tres grupos principales:

Orthopolyester Isopolyester Viniléster

8.3.3.- Rellenos

La función de los rellenos es llenar la forma de un perfil con el fin de reducir el uso de refuerzo y de la matriz de los materiales más caros. Ellos hacen posible la reducción del precio del producto final.

Rellenos más popularmente utilizados son materiales inorgánicos, tales como carbonato de calcio, caolinita y óxido de aluminio.

8.3.4.- Aditivos

Los aditivos son componentes constituyentes que pueden añadirse a la matriz de material compuesto para modificar sus propiedades y mejoran su rendimiento. Los aditivos incluyen catalizadores, colorantes, retardantes y otros ingredientes que se expanden y mejoran la capacidades de la matriz. Dependiendo de su propósito, los aditivos se pueden dividir en dos grupos fundamentales de acuerdo con: aditivos y función relacionada con los procesos aditivos.

8.3.5.- Propiedades mecánicas

Básicamente, las propiedades de FRP compuestos reforzados dependen de las propiedades de sus componentes, su relación de volumen, la orientación de las fibras en la matriz y propiedades de la unión fibra - matriz.

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Generalmente, todos los materiales compuestos tienen ciertas propiedades comunes que son el resultado de su naturaleza compuesta y la presencia de refuerzo. Estas propiedades son: anisotropía (dependiendo del tipo de refuerzo), de baja densidad, física y propiedades mecánicas del material compuesto en función de sus componentes y sus respectivas proporciones, alta resistencia a la corrosión y la oxidación, relativamente alta mecánico propiedades y capacidad de formar formas complejas.

Las propiedades de los materiales compuestos de FRP pueden ser mejoradas mediante la combinación de dos o más diferentes tipos de fibras en la misma matriz. Un ejemplo es un material compuesto de vidrio y fibras de carbono, que tiene una alta resistencia a la tracción, alta resistencia al impacto (de una calidad CFRP que no tiene cuando no está combinado con fibras de vidrio), y se puede producir en bajo costo. [6]

8.3.6.- Tipos de Estructuras8.3.6.1.- Estructuras híbridas Se entiende por estructuras híbridas las superestructuras de puentes que combinan elementos de FRP con elementos de materiales tradicionales. Los estribos y pilares suelen ser de materiales tradicionales, aunque en los últimos años se ha desarrollado también un nuevo tipo de pilares híbridos formados por una camisa de FRP rellena de hormigón.

La tipología de puentes híbridos más comúnmente utilizada es la formada por tableros de FRP sobre vigas metálicas, de hormigón o madera. Los tableros de FRP, además de la ventaja de no poseer armadura de acero con la consiguiente resistencia a la corrosión debida a las sales de deshielo, poseen un peso propio muy reducido (aproximadamente el 20% de un tablero de hormigón equivalente) combinado con una alta resistencia. Su reducido peso permite la instalación de los tableros en poco tiempo con una mínima interferencia al tráfico, así como un posible incremento de la sobrecarga permitida en puentes existentes en los que se reemplace el tablero de hormigón. En la actualidad son ya cientos de puentes con tableros de FRP los que están en servicio en todo el mundo.

La pultrusión es un proceso automatizado de fabricación de perfiles que básicamente consiste en tirar de los refuerzos impregnados en resina a través de una hilera o molde y aportar calor para que polimerice la resina. Los tableros pultruídos están hechos con fibras de vidrio con matrices de poliéster o viniléster. El tablero se forma con diversos perfiles unidos entre sí mediante adhesivo. Necesitan apoyarse sobre vigas principales, que suelen ser de materiales tradicionales.

Los paneles sándwich están formados por dos láminas o pieles de FRP, de espesor relativamente reducido y paralelas entre sí, adheridas a un medio distanciado muy ligero que constituye el núcleo. El proceso de fabricación permite cambiar fácilmente los componentes y su espesor adaptando las propiedades del panel sándwich a las requeridas en cada proyecto. Los dos sistemas más utilizados son los tableros Kansas y Hardcore. Se utilizan normalmente para pequeñas luces

8.3.6.2.- Estructuras All-Composite

Se entiende por estructura all-composite las superestructuras de puentes (vigas y tableros) hechas íntegramente de materiales compuestos. Usualmente los estribos y pilares son de materiales tradicionales. En estas estructuras son evidentes las diferencias entre concepciones de puentes tradicionales con una simple sustitución del material y los primeros pasos hacia concepciones adaptadas a las propiedades del FRP.

DESARROLLO DEL TEMA

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En el presente trabajo se presenta primero en que consiste y lo que es un “compuesto” que se define como una combinación de dos o más materiales de los componentes y además cuentan con diferente nivel molecular y es mezclado a propósito con el fin de obtener un nuevo material con propiedades diferentes.Los materiales compuestos, también denominados compositos, son aquellos formado por la combinación de dos o más materiales. Esta combinación permite obtener un material final cuyas propiedades son superiores a las de los constituyentes por separado. También menciona que los materiales compuestos se han estado utilizado en la construcción de objetos o piezas durante mucho tiempo atrás y que no son materiales nuevos. Uno de los primeros materiales compuestos fue el uso de la paja como refuerzo en barro y arcilla ladrillos. Después le siguió la combinación del acero como refuerzo y también del concreto que ha sido la base para una serie de estructuras utilizados para la construcción durante todo el siglo pasado.

Hace referencia a la nueva clase de materiales compuestos, que han ganado la aceptación de los ingenieros durante nuestros tiempos y son los materiales compuestos de fibra.

La palabra material compuesto es referida principalmente a aquellos materiales formados por una matriz orgánica y un refuerzo en forma de fibras continuas, que puede ser de vidrio, de carbono o de aramida. Los materiales compuestos así constituidos son denominados comúnmente FRP (Fibre Reinforced Polymer).

Las fibras son las encargadas de proporcionar las propiedades mecánicas al material, mientras que la matriz transfiere los esfuerzos de una fibra a otra además de mantenerlas unidas.Las funciones de las fibras casi siempre son para llevar la carga y proporcionan a la pieza rigidez, resistencia, estabilidad térmica y otras propiedades estructurales al FRP. Para que las piezas puedan llevar a cabo estas funciones, las fibras de FRP compuesto deben tener un alto módulo de elasticidad, alta resistencia a la rotura, baja variación de la fuerza entre las fibras, alta estabilidad de su fuerza.Se indican las formas de las fibras que existen y que son utilizadas como refuerzo de polímero materiales compuestos y que los fabricantes de los elementos estructurales presentar la variedad de técnicas de refuerzo.

Hay tres tipos de fibras que dominan la industria de ingeniería civil:

Fibras de vidrio Fibras de Carbono Fibras de Aramida.

Fibras de vidrio

La fibra de vidrio es el material de refuerzo de mayor aplicación en el área de la construcción, debido principalmente a su disponibilidad, sus buenas características mecánicas y su bajo coste. Se sabe que las primeras aplicaciones en ingeniería han sido realizadas en materiales compuestos de fibra de vidrio y están constituidas por:

Sílice

Cal

Alúmina

Magnesita

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Que en esencia corresponden a las mismas materias primas que componen el vidrio. En general, este tipo de fibras presenta diámetro comprendido entre 8 y 15 μm. Dentro de las principales características que presentan las fibras de vidrio, se encuentran las siguientes:

Alta adherencia fibra‐matriz

Actúa como un buen aislante eléctrico

Tiene buena flexibilidad

Tipos de fibras de vidrio

Las tres clases de fibra de vidrio que más se utilizan en la industria de los materiales compuestos son las:

E‐glass (eléctrico) C‐glass (corrosión) S‐glass (estructural)

E-Glass (Imagen 3) C-Glass (Imagen 4) S-Glass (Imagen 5)

Fibras de Aramida

Las fibras de aramida es una de las dos fibras de alto rendimiento utilizado en aplicaciones de fabricación por extrusión de una solución de poliamida aromática. En este proceso las moléculas son altamente orientadas en la dirección longitudinal.

Las fibras de aramida tienen las siguientes ventajas:

Alta estática Fatiga dinámica Impacto fortalezas. Las desventajas de este tipo de fibras son: Baja resistencia a la compresión Rotura por tensión La sensibilidad a la radiación UV.

Fibras de Carbono

Las fibras de carbono son sólidos que presentan una morfología fibrosa en forma de filamentos, o una trenza de éstos, con un contenido mínimo en carbono del 92% en peso Es un material que presenta elevadas propiedades

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mecánicas, como es su módulo de deformación y su resistencia a la tracción, siendo especialmente de gran interés para su empleo en estructuras que se encuentran sometidas a cargas repetitivas o de fatiga.

Esto es debido a que sus propiedades mecánicas son poco sensibles a la aplicación de una carga de tipo cíclica. Estos materiales son obtenidos a partir de una fibra previa, la cual es llamada precursor, y aunque se han investigado una gran cantidad de precursores para estos fines, el PAN (poliacrilonitrilo) y el PITCH (que es una especie de alquitrán), son los dos más utilizados para la fabricación de la fibra de carbono. En el caso del PITCH, el petróleo, el carbón mineral y el policloruro de vinilo son las fuentes principales del alquitrán para la obtención de las fibras de carbono.

Así, las fibras que están basadas en el PAN tienen diámetros comprendidos entre 5 y 7 μm, mientras que las fibras cuyo precursor es el PITCH tienen diámetros que oscilan entre 10 y 12 μm.

Imagen 6 Fibra de carbono

Matriz

La matriz es un material aglutinante denominado matriz (que en el caso de los FRP es polimérica), el material de la matriz es un polímero compuesto de moléculas monómeras esta tiene un módulo más bajo y una elongación que es mayor a los de las fibras, por lo tanto las fibras transportan la carga máxima.Los compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras (FRP) son los de mayor importancia tecnológica, y en función del tipo de fibra empleada pueden distinguirse en:

Polímeros reforzados con fibra de vidrio o GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymer) Polímeros reforzados con fibra de carbono o CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) Polímeros reforzados con fibra de aramida o AFRP (Aramid Fiber Reinforced Polymer) [2]

Las funciones del material de la matriz en FRP compuesto son las siguientes:

Vinculante las fibras entre sí Transferencia de la carga a las fibras por adherencia Proporcionar rigidez Brindar protección a las fibras contra químicos Proporcionar color final y el acabado superficial para las conexiones.

Las resinas son el componente principal de una matriz son clasificados por la fabricación y las propiedades los dos grandes tipos de resinas que son:

Propiedades de los materiales compuestos

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Las propiedades de FRP compuestos reforzados dependen de las propiedades de sus:

Componentes Relación de volumen Orientación de las fibras en la matriz Propiedades de la unión fibra – matriz

Las propiedades de los materiales compuestos de FRP pueden ser mejoradas mediante la combinación de dos o más diferentes tipos de fibras en la misma matriz como ejemplo tomaremos un material compuesto de vidrio y fibras de carbono, que tiene una alta resistencia a la tracción, alta resistencia al impacto y se puede producir en bajo costo.

Estructuras sándwich para el diseño de elementos estructurales

Una estructura sándwich está compuesta por tres componentes:

Las alas del sándwich, formadas por láminas delgadas y resistentes El núcleo, denominado comúnmente core, correspondiente a un material ligero La interface, que es un adhesivo

Este tipo de configuración es de gran interés en materiales compuestos, porque permite aumentar la rigidez y resistencia de un elemento sometido a esfuerzos de flexión o compresión, sin apenas aumentar su peso. Un esquema general de una estructura tipo sándwich es mostrado en la imagen 7.

Imagen 7 Estructura tipo Sándwich

Cada uno de los elementos implicados cumple una función determinada. Las partes exteriores son los elementos resistentes, están realizadas con materiales de mejores propiedades que el resto; el núcleo, de material ligero, sus funciones principales son mantener separadas las pieles exteriores y transmitir los esfuerzos cortantes de una cara a la otra; y por último la interface, que tiene como función principal mantener unido todo el conjunto. Si un panel sándwich es sometido a flexión como se muestra en la imagen 8, las pieles exteriores experimentarán esfuerzos diferentes.

El núcleo debe mantener la distancia relativa entre las pieles y la distancia entre las pieles y la línea neutra. Debe el núcleo, por lo tanto, ser suficientemente resistente para soportar los esfuerzos de corte que se producen y evitar que se produzca un desplazamiento de las pieles en el sentido longitudinal. Debe también soportar los esfuerzos de compresión perpendicular a las pieles. Las pieles deberán ser capaces de resistir el esfuerzo de flexión al cual están sometidas a través de los correspondientes esfuerzos de tracción y compresión.

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Imagen 8 Flexión del panel sándwich

Aplicación de los materiales compuestos

El uso de los materiales compuestos está muy extendido en diversas áreas de desarrollo, siendo la industria aeronáutica y la automovilística donde mayores aplicaciones tienen. Algunos expertos señalan que algunas de las principales áreas de aplicación de los materiales compuestos son las siguientes:

Electrónica: Muchos equipos electrónicos y eléctricos actualmente son realizados en materiales compuestos. Sin la aplicación de estos materiales, sería económicamente imposible su desarrollo.

Aeronáutica:

Durante los últimos 50 años, la tecnología aeronáutica ha evolucionado, concediendo a los materiales compuestos un papel muy importante dentro de este campo. La ligereza de los materiales compuestos permite proteger el combustible ante diferencias de presión ambiental.

Antecedentes

Estructuras puente totalmente compuestas

All-composite

Estructuras de puentes All-compositos se entienden como los puentes con superestructuras construidas exclusivamente con materiales de FRP. Los elementos de la subestructura (estribos y pilares) suelen estar fabricados en materiales tradicionales. En estas estructuras las diferencias son que los conceptos de puentes tradicionales con simple sustitución de materiales hacia nuevos conceptos materiales - adaptado.

El primer puente de este tipo es el puente de Miyun, construido en China en 1982. Tiene un lapso de 20,7 m y se compone de seis vigas de sándwich de fibra de vidrio / poliéster laminado a mano. Los puentes con los conceptos de sustitución se han construido desde 1980. Estos son principalmente los puentes peatonales con vigas laterales en la superestructura consiste en perfiles de PRFV pultrusionados. Hay muchas compañías que se especializan en este tipo de construcciones: ejemplos son Fiberline Compositos en Dinamarca y ET Techtonics en EE.UU.

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Los ejemplos son: sistema de construcción modular ACCS involucra elementos de placa de pultrusión, utilizados por ejemplo en Aberfeldy Pasarela y las vigas en U laminado a mano incorporados en el camino del puente Smith en Butler Country, ambos ya construido en la década de 1990

Durante la aplicación de los polímeros armados con fibras se utilizan diferentes formas como son:

Laminados de FRP. Se utilizan principalmente en exteriores en sus dos presentaciones como laminas prefabricadas o como hojas tejidas.

Redondos de FRP. Son los que sustituyen a la armadura de acero tradicional estos tableros sirven por su resistencia y por no tener problemas con la corrosión ni mucho menos necesitan de mantenimiento.

Cables y tendones de pretensado. Principalmente hechos de fibra de carbono y que son considerados por su alta resistencia a la fatiga y bajando demasiado el costo del puente.

Perfiles de FRP. Conocidos también como sándwiches, son comprimidos de hormigón con laminados que aligeran las planchas del puente.

Es importante resaltar las construcciones que se hicieron durante el 2006 – 2007, se refiere al puente carretero en Alemania de igual forma el que se construyó en el estado de Hessen aquí se aprecia la tecnología innovadora así como sus costos económicos que rápidamente se fueron elevando en el mantenimiento pero estos mismos dejando de ser novedad reducen significativamente su aumento.

Algo que tiene gran importancia es el relleno de hormigón, usado en la industria de la construcción de casas únicamente por su innovación en el aspecto térmico. Este relleno de hormigón ahora se utiliza en las grandes columnas de los puentes ya que tiene características para eliminar y resistir las afecciones sísmicas. El hormigón como relleno es un material que da fortaleza sobre todo transferencia de fuerza entre el mismo y los materiales tradicionales, las columnas de este estilo son conocidas como refuerzos CSS utilizadas ahora no solo en la construcción de casas sino en cualquier tipo de construcción hasta llegar al campo de los puentes carreteros con una característica impórtate resistencia y duración a bajo costo.

Aplicaciones en la ingeniería

El empleo de materiales compuestos en puentes proporciona una alta capacidad de carga con un bajo peso del material. Esta característica evita importantes gastos en equipamiento pesados para su construcción y reduce considerablemente los tiempos de ejecución. Además, al ser materiales muy durables, no se corroen como en el caso del acero ni se pudren como la madera, reduciéndose como resultado los costes de reposición y mantenimiento. Algunas aplicaciones de materiales compuestos en el diseño y fabricación de puentes.En Dinamarca, mediante la aplicación de perfiles pultrusionados de polímero reforzado con fibra de vidrio, fue construido un puente en la década de los años 70´s, para cruzar la línea del ferrocarril en la ciudad de Kolding. Este puente tiene una longitud de 40 m y un ancho de 3 m, y es empleado para el paso de peatones, bicicletas y motocicletas. El puente fue diseñado para soportar una carga de hasta 500 kg, con el propósito de emplear máquinas removedores de nieve de hasta 5000 kg de peso.

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En Estados Unidos se han construido muchos puentes fabricados en materiales compuestos, donde se han desarrollado variadas técnicas y tipologías de tableros (tableros hardcore, tableros superdeck, tableros viga cajón). La gran mayoría de esto puentes construidos son para tráfico liviano

En España se han desarrollado diversas aplicaciones en la construcción de puentes, tanta para tráfico de peatones como puentes carreteros. En el año 2003 se construyó un puente en materiales compuestos para las obras de la avenida en la ciudad de Lérida, empleado específicamente para tránsito peatonal. Tiene una longitud de 38 m y un ancho de 3 m, siendo uno de los más largos de Europa en su categoría. Dicho puente está constituido por perfiles de viniléster reforzado con fibra de vidrio

La primera de estas aplicaciones se ha desarrollado en la Autovía del Cantábrico en el año 2004, con la construcción de un puente carretero para la Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento. Este puente tiene una longitud de 46 m con un total de cuatro vanos, dos centrales de 13 m y dos extremos de 10 m, y un ancho de 8 m. La solución adoptada ha consistido en la fabricación de pre losas formadas por fibra de vidrio y tres vigas cajón de sección trapezoidal fabricadas con fibra de carbono y rellena de espumas de poliuretano.

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CONCLUSIONES Una vez terminado el trabajo de investigación se obtuvieron las siguientes conclusiones que dejan una perspectiva clara del trabajo realizado.

[1] Por lo tanto los materiales que se deben de usar en la construcción de puentes hoy en día deben tener las características de resistencia, menor peso, mayor duración y bajo mantenimiento; esto los hace diferentes a los materiales tradicionales usados hace décadas.

[2] En consecuencia los compositos como materiales alternos a los tradicionales, han dado muestra de su gran aplicación en la construcción de puentes dejando atrás los costosos mantenimientos para su conservación; resultando tener más viabilidad en la construcción de puentes en diferentes contextos.

[3] Entonces las diversas tipologías en la construcción de puentes sustituyen cada día el uso de los materiales tradicionales por la demanda y vialidad de los compositos que satisfacen las necesidades en las nuevas estructuras de la edificación de puentes.

[4] Entonces queda claro que la construcción de puentes en donde se utilizan compositos tienen su aplicación directamente a pasos peatonales, cruces de ríos, es decir, en pequeñas construcciones

[5] Por ende el uso de los compositos en la aplicación de la construcción de puentes es el resultado de una serie de trabajos de investigación por llegar a la modernización de las nuevas construcciones respondiendo a los bajos costos y mayor resistencia, características de las construcciones de hoy en día.

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REFERENCIAS

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2. SKINNER J. M., A Critical Analysis of the Aberfeldy Footbridge, University of Bath, Scotland, Informe Inedito, Escocia.

3. BERNARD POTYRAŁA, Paweł “Use of Fibre Reinforced Polymer Composites in Bridge Construction. State of the Art in Hybrid and All-Composite”. Director: Joan Ramón Casas Rius. Universidad Politécnica de Cataluña, Departamento de Construcción, 2001.

4. LASCURAIN SÁNCHEZ, María Luisa. "Análisis de la actividad científica y del consumo de información de los psicólogos españoles del ámbito universitario durante el período 1986- 1995". Director: Elias Sanz Casado. Universidad Carlos III de Madrid, Departamento de Biblioteconomía y Documentación, 2001.

5. JARA MORI,Gonzalo Andrés “Estudio de la aplicabilidad de materiales compuestos al diseño de estructuras de contención de tierras y su interacción con el terreno, para su empleo en obras de infraestructura viaria” Director: Luis Fort López Tello. Universidad Politécnica de Madrid, Departamento de Ingeniería y Morfología del Terreno, 2008.

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Taller de Investigacion 2 Tema, Objetivo y Alcance