Hormigones reforzados con barras corrugadas poliméricas adicionadas con fibras

Hormigones Reforzados con Barras Corrugadas deMaterial de Matriz Polimérica Adicionada con Fibras (FRP- Fibre Reinforced Polymer)

Félix L. Suárez Riestra

Nuevos Materiales y Sistemas para la Ejecución

Máster en Rehabilitación Arquitectónica. E.T.S. Arquitectura . A Coruña. Curso 2011/12


“…Tenemos lo suficiente para construir con técnicas avanzadas, si sabemos de ellas. [...]

La aviación y la conquista espacial nos han señalado rumbos, mismos que nosotros queremos ignorar. [...]

Queremos seguir sosteniendo la artesanía en vez de meternos en el nuevo mundo de la industria de la construcción. [...]

No hemos querido emplear ni los materiales, ni los procedimientos de las nuevas técnicas"

BARBARA ZETINA, Fernando

"Materiales y procedimientos de construcción".

Editorial National Text Book. México (1990).




























¿Factores determinantes de la vida en servicio de un elemento de hormigón armado?




Hormigón armado




Hormigón armado COMPOSITE





HORMIGÓN





HORMIGÓN ARMADO (REFUERZO)






Material pétreo






Material pétreo Inerte






Material pétreo Inerte Estable






Material pétreo Material metálico Inerte Estable






Material pétreo Material metálico Inerte Sometido a procesos de

oxidación Estable







oxidación Estable Inestable








VIDA DEL CONJUNTO








VIDA DEL CONJUNTO

VIDA DEL ACERONuevos Materiales y Sistemas para la Ejecución


“La obtención de nuevos, singulares y asombrosos materiales descubiertos a través de la nanotecnología, están modificando nuestra comprensión del mundo y nuestro futuro inmediato.

La arquitectura tendrá que utilizar estos materiales, tarde o temprano, para concebir el espacio que habitaremos en el siglo XXI”

OCAMPO RUIZ, Ernesto. “Nanotecnología y Arquitectura”

UNAM. México (1998)



ACTITUD TECNOLÓGICA



ACTITUD TECNOLÓGICA Protección adecuada del acero




Dosificaciones




DosificacionesRecubrimientos




DosificacionesRecubrimientosMedidas constructivas





Art. 3 7 º “Dura bilid a d d e l ho rm ig ó n y d e la s a rm a dura s ”EHE-0 8 Ins truc c ió n d e Ho rm ig ó n Es truc tura l (R. D. 1 2 47 /2 0 0 8 , d e 1 8 d e julio )






ACTITUD CIENTÍFICA






ACTITUD CIENTÍFICA ¿Es posible concebir un material de refuerzo con PROPIEDADES MECÁNICAS análogas a las del acero pero dotado de PROPIEDAES FÍSICAS que no resulten afectadas por procesos de despasivación (oxidación)?



“La investigación y desarrollo de nuevos materiales constituye una actividad básicamente multidisciplinar que requiere el concurso de la Física, la Química y la Ingeniería y que en la actualidad ha adquirido unos

niveles muy elevados de conocimiento tanto científico como tecnológico.

Este hecho hace posible el diseño de materiales con composición y propiedades muy específicas que, en su caso, pudieran ser requeridos para el correcto desarrollo de las tecnologías emergentes (energía,

comunicación, transporte, salud, medio ambiente, etc.).

Estas tecnologías modelarán el bienestar y progreso de los ciudadanos en las próximas décadas, al igual que ocurrió con los plásticos y semiconductores en los años cincuenta”

MIIJANGOS, Carmen; MOYA, José“Nuevos materiales en la sociedad del siglo XXI”

Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Madrid (2007)



COMPOSITES FRP (FIBRE REINFORCED POLYMER) Material de Matriz Polimérica Adicionada con Fibras




- Propiedades Mecánicas Resistencia a tracción Alto módulo de elasticidad





















- Propiedades Físicas





- Propiedades Físicas Resistencia frente a los agentes agresores: Cloruros, Carbonatos y Oxígeno (agua).






Configuración del material (composite)







Propiedades mecánicas Propiedades físicas








MATRIZNuevos Materiales y Sistemas para la Ejecución







FIBRAS MATRIZNuevos Materiales y Sistemas para la Ejecución







FIBRAS MATRIZNuevos Materiales y Sistemas para la Ejecución


DISEÑO DEL FRP

MATRIZ



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

elevado módulo elástico;



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ


elevada tensión de rotura a tracción junto con una adecuada deformación;



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ



mínima variación de resistencia y rigideces entre las diferentes fibras;



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ




estabilidad de las propiedades durante la fabricación;



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ





uniformidad de los diámetros de las mismas;



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ





uniformidad de los diámetros de las mismas;

capacidad de adaptarse a diferentes formas.



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Unir las fibras



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Unir las fibras

Distribuir y transferir la carga entre las fibras



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Unir las fibras

Distribuir y transferir la carga entre las fibras

Proteger las fibras de ataques exteriores



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Fibras de VIDRIO (GFRP)



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Fibras de VIDRIO (GFRP)



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Fibras de VIDRIO (GFRP)Fibras de CARBONO (CFRP)



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Fibras de VIDRIO (GFRP)Fibras de CARBONO (CFRP)



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Fibras de VIDRIO (GFRP)Fibras de CARBONO (CFRP)Fibras de ARAMIDA (AFRP)



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Fibras de VIDRIO (GFRP)Fibras de CARBONO (CFRP)Fibras de ARAMIDA (AFRP)



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Fibras de VIDRIO (GFRP)Fibras de CARBONO (CFRP)Fibras de ARAMIDA (AFRP)Fibras BASÁLTICAS (BFRP)



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

Fibras de VIDRIO (GFRP)Fibras de CARBONO (CFRP)Fibras de ARAMIDA (AFRP)Fibras BASÁLTICAS (BFRP)



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

TERMOENDURECIBLES



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

TERMOENDURECIBLES Polímeros epoxi



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

TERMOENDURECIBLES Polímeros epoxi Resinas poliéster



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ

TERMOENDURECIBLES Polímeros epoxi Resinas poliéster Ésteres de vinilo



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ




DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ


TERMOPLÁSTICAS



DISEÑO DEL FRP

FIBRAS MATRIZ


TERMOPLÁSTICAS



“La combinación de una fibra con una resina, da lugar a un material compuesto de matriz polimérica. Un buen número de estos materiales compuestos han surgido para aprovechar las excelentes propiedades de las

fibras en elementos estructurales donde tienen que soportar estados tensionales complicados, con cargas concentradas y esfuerzos de flexión, torsión y compresión.

La matriz polimérica orienta las fibras en la dirección adecuada, distribuye las tensiones entre ellas, las protege de la abrasión y del ataque químico, proporcionando la rigidez necesaria para evitar el pandeo de las

mismas en compresión.

Sin embargo, no sólo las propiedades mecánicas estructurales del material son interesantes, es su conjugación con la ligereza del material lo que les confiere propiedades específicas (por unidad de peso)

elevadas capaces de competir y superar a muchos materiales tradicionales en numerosos ámbitos de aplicación.”

HERNANDEZ; Silvia; GONZÁLEZ, Carlos

“Materiales compuestos: una tecnología madura”

Ancinfor. Nº 35 (Abril 2010)



PROPIEDADES DE LAS FIBRAS







Tensión-Deformación de las fibras de refuerzo habituales(a Carbono (Alto módulo); b Carbono (Alta Resistencia)AFRP; c Aramida (Kevlar

49); d S-glass; e E-glass; f Basalto)



PROPIEDADES DE LA MATRIZ



PROPIEDADES DE LA MATRIZ- PROPIEDADES GENERALES DE LA MATRIZ TERMOENDURECIBLE







- PROPIEDADES GENERALES DE LA MATRIZ TERMOPLÁSTICA




- PROPIEDADES GENERALES DE LA MATRIZ TERMOPLÁSTICA



PROPIEDADES DE LAS BARRAS FRP





















































































- DENSIDAD




- DENSIDAD




- DENSIDAD

- COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA




- DENSIDAD

- COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA




- PROPIEDADES MECÁNICAS




- PROPIEDADES MECÁNICAS







- COMPORTAMIENTO A TRACCIÓN





Diagrama Tensión-Deformación de un composite epoxi en la dirección de las fibras

(a GFRP; b AFRP; c CFRP)
































- COMPORTAMIENTO A COMPRESIÓN
















- COMPORTAMIENTO A CORTANTE




- COMPORTAMIENTO A CORTANTE- Escasa resistencia a cortante




- COMPORTAMIENTO A CORTANTE- Escasa resistencia a cortante Evitar diseños para resistir estos esfuerzos




- COMPORTAMIENTO A CORTANTE- Escasa resistencia a cortante Evitar diseños para resistir estos esfuerzos







- CREEP O FATIGA




- CREEP O FATIGA - Propiedad viscoelástica




- CREEP O FATIGA - Propiedad viscoelástica Propiedades no constantes en el tiempo





FLUENCIA





FLUENCIA





FLUENCIA

Gráfica característica de un ensayo deformación-tiempoNuevos Materiales y Sistemas para la Ejecución




FLUENCIA

Curvas S-N normalizadas para diferentes composites



CONFORMACIÓN FÍSICA DE LAS BARRAS




- Singularidad del FRP




- Singularidad del FRP Adherencia




- Singularidad del FRP Adherencia - Adhesión entre el hormigón y el FRP: se debe a las acciones moleculares entre materiales en la superficie de contacto.




- Singularidad del FRP Adherencia - Adhesión entre el hormigón y el FRP: se debe a las acciones moleculares entre materiales en la superficie de contacto.- Rozamiento o fricción: depende de los materiales adheridos a la superficie de la barra.




- Singularidad del FRP Adherencia - Adhesión entre el hormigón y el FRP: se debe a las acciones moleculares entre materiales en la superficie de contacto.- Rozamiento o fricción: depende de los materiales adheridos a la superficie de la barra.- Resistencia a corte: debida a irregularidades superficiales del FRP (corrugas)












- Singularidad del FRP Adherencia - Adhesión entre el hormigón y el FRP: se debe a las acciones moleculares entre materiales en la superficie de contacto.- Rozamiento o fricción: depende de los materiales adheridos a la superficie de la barra.- Resistencia a corte: debida a irregularidades superficiales del FRP (corrugas)- Resistencia a compresión: debida a las corrugas o resaltes de la barra.
















- Singularidad del FRP Adherencia




- Singularidad del FRP Adherencia - Longitudes de anclaje sobredimensionadas




- Singularidad del FRP Adherencia - Longitudes de anclaje sobredimensionadas- Longitudes de anclaje según tratamiento de la barra




- Singularidad del FRP Adherencia - Longitudes de anclaje sobredimensionadas- Longitudes de anclaje según tratamiento de la barra- Longitudes de anclaje según diámetro de la barra





PATRÓN DE ENSAYO DEL FABRICANTE






“PULL O UT” “BEAM”







































SIEMPRE ANCLAJE EN PATILLA






Conformación en fábrica de la barra






Conformación en fábrica de la barra



DURABILIDAD DE LAS BARRAS




- AGENTES AGRESORES:





- Humedad: Reblandecimiento de la matriz según composición






- Temperatura: Modificación de la viscosidad de la matriz







- Radiación ultravioleta: Superficie expuesta








- Cloruros : Prácticamente insensible









- Alcalinidad: No se ven afectadas por la bajada de PH










- Acciones mecánicas: Creep o fatiga










- Acciones mecánicas: Creep o fatiga

FACTORES DE DISEÑO



FACTORES DE DISEÑO



FACTORES DE DISEÑO

- Factor de reducción ambiental (Ce)



FACTORES DE DISEÑO

- Factor de reducción ambiental (Ce)- Factor de reducción por contenido de humedad (Nmo)



FACTORES DE DISEÑO

- Factor de reducción ambiental (Ce)- Factor de reducción por contenido de humedad (Nmo)- Factor de corrección por temperatura media anual (NT)



FACTORES DE DISEÑO

- Factor de reducción ambiental (Ce)- Factor de reducción por contenido de humedad (Nmo)- Factor de corrección por temperatura media anual (NT)- Factor de corrección por vida en servicio requerida (NSL)



FACTORES DE DISEÑO

- Factor de reducción ambiental (Ce)- Factor de reducción por contenido de humedad (Nmo)- Factor de corrección por temperatura media anual (NT)- Factor de corrección por vida en servicio requerida (NSL)- Factor de seguridad del Material (γf)



FACTORES DE DISEÑO




ufeu fCf ⋅=

FACTORES DE DISEÑO




ufeu fCf ⋅=

fenv

kuf N

ff

γ⋅=

FACTORES DE DISEÑO




ufeu fCf ⋅=

fenv

kuf N

ff

γ⋅=

SLTmoenv NNNN ++=



Resultados de rotura del compuesto en ensayos de flexión (GFRP)




Resultados de rotura del compuesto en ensayos de flexión (CFRP)




Resultados de rotura del compuesto en ensayos de flexión (CFRP)

Resultados de rotura del compuesto en ensayos de flexión (AFRP)





Resultados de rotura del compuesto en ensayos de cortante (GFRP)




Resultados de rotura del compuesto en ensayos de cortante (CFRP)




Resultados de rotura del compuesto en ensayos de cortante (CFRP)

Resultados de rotura del compuesto en ensayos de cortante (AFRP)





Taipei Metro. Taiwán (China. 2006)







Kowloon (Hong Kong)




Kowloon (Hong Kong)





Crow Creek Bridge. City of Bettendorf. Iowa (USA. 2006)







Dubai Metro (United Arab Emirates)




Dubai Metro (United Arab Emirates)





Casino de Macao (China)







Parking-Garaje. Newton. MA (USA)




Parking-Garaje. Newton. MA (USA)





ST. Pietersheim Fortress. (Bélgica)







Rudland Castle. Gales (Gran Bretaña)




Rudland Castle. Gales (Gran Bretaña)







Technology

Hormigones reforzados con barras corrugadas poliméricas adicionadas con fibras