Índice
Comportamiento de una Estructura Reforzada Sometida a doble Corte.
AUTORES
1. Introducción
Frente al incremento del uso de los
materiales compuestos conformados por polímeros reforzados con fibras largas
(FRP) como una alternativa de refuerzo de las estructuras, es importante buscar
nuevas herramientas que permitan estudiar su comportamiento para optimizar su
diseño y utilización tanto en la reparación de los elementos estructurales con
cierto nivel de daño, como en la rehabilitación de los elementos que requieren
tener un mejor comportamiento dentro de la estructura. En las edificaciones,
los polímeros reforzados más utilizados como refuerzo son los compuestos con
fibras de vidrio (GFRP), con fibras de carbono (CFRP) y con fibras de aramida
(AFRP).
materiales compuestos conformados por polímeros reforzados con fibras largas
(FRP) como una alternativa de refuerzo de las estructuras, es importante buscar
nuevas herramientas que permitan estudiar su comportamiento para optimizar su
diseño y utilización tanto en la reparación de los elementos estructurales con
cierto nivel de daño, como en la rehabilitación de los elementos que requieren
tener un mejor comportamiento dentro de la estructura. En las edificaciones,
los polímeros reforzados más utilizados como refuerzo son los compuestos con
fibras de vidrio (GFRP), con fibras de carbono (CFRP) y con fibras de aramida
(AFRP).
Los laminados de fibras con carbono
CFRP están compuestos por carbono (fibras) y epoxi (matriz) que en conjunto
permiten el adecuado comportamiento en una, dos y tres direcciones en función
de la orientación de las fibras. En los ensayos realizados se han usado
laminados unidireccionales. Cuando estos se utilizan como refuerzo para
estructuras de hormigón armado, reúnen todos los requisitos para resistir los
esfuerzos de tracción y permiten su colocación exterior adhiriéndose por medio
de un epóxico.
CFRP están compuestos por carbono (fibras) y epoxi (matriz) que en conjunto
permiten el adecuado comportamiento en una, dos y tres direcciones en función
de la orientación de las fibras. En los ensayos realizados se han usado
laminados unidireccionales. Cuando estos se utilizan como refuerzo para
estructuras de hormigón armado, reúnen todos los requisitos para resistir los
esfuerzos de tracción y permiten su colocación exterior adhiriéndose por medio
de un epóxico.
2. Diseño y ejecución del experimento
2.1.
Descripción del ensayo de doble corte
Descripción del ensayo de doble corte
Para estudiar la transmisión de tensiones entre las capas
hormigón-epoxi-laminado CFRP, se ha diseñado un ensayo de doble corte. El
objetivo era poner en tracción un laminado y trasmitir el esfuerzo axial como
rasante en la zona reforzada sin que aparecieran efectos indeseables por
flexión. Para ello se han construido dos bloques de hormigón de 0,250 × 0,250 ×
1,000 m y se han unido de forma casi-simétrica mediante dos laminados de CFRP.
hormigón-epoxi-laminado CFRP, se ha diseñado un ensayo de doble corte. El
objetivo era poner en tracción un laminado y trasmitir el esfuerzo axial como
rasante en la zona reforzada sin que aparecieran efectos indeseables por
flexión. Para ello se han construido dos bloques de hormigón de 0,250 × 0,250 ×
1,000 m y se han unido de forma casi-simétrica mediante dos laminados de CFRP.
Cuando uno de los bloques sufre un estiramiento, los laminados de CFRP
entran en tracción y transmiten un esfuerzo axil simétrico y paralelo sobre el
otro bloque (fig. 1a). Los bloques de hormigón se han colocado en el interior
de un marco de carga y alineados con un actuador MTS de 100 kN como puede
observarse en la figura 1b. El bloque se conecta con el actuador mediante un
par de redondos embebidos en el centro de las piezas. Los laminados de CFRP se
pegan a ambos lados de los bloques con una longitud de adherencia menor en uno
de ellos para asegurar el fallo en dicha zona. Debajo de los bloques se colocan
delgadas láminas de teflón para reducir las fuerzas de fricción entre los
bloques y el marco. Antes de proceder al ensayo se comprueba que dichas fuerzas
son casi despreciables frente a la carga de rotura del sistema. El control del
actuador se realiza con control de carga mediante el sistema Flex-Test de MTS.
Todas las mediciones de desplazamientos, cargas y deformaciones se capturan de
forma continua mediante un adquisidor de datos MGCPlus-HBM.
entran en tracción y transmiten un esfuerzo axil simétrico y paralelo sobre el
otro bloque (fig. 1a). Los bloques de hormigón se han colocado en el interior
de un marco de carga y alineados con un actuador MTS de 100 kN como puede
observarse en la figura 1b. El bloque se conecta con el actuador mediante un
par de redondos embebidos en el centro de las piezas. Los laminados de CFRP se
pegan a ambos lados de los bloques con una longitud de adherencia menor en uno
de ellos para asegurar el fallo en dicha zona. Debajo de los bloques se colocan
delgadas láminas de teflón para reducir las fuerzas de fricción entre los
bloques y el marco. Antes de proceder al ensayo se comprueba que dichas fuerzas
son casi despreciables frente a la carga de rotura del sistema. El control del
actuador se realiza con control de carga mediante el sistema Flex-Test de MTS.
Todas las mediciones de desplazamientos, cargas y deformaciones se capturan de
forma continua mediante un adquisidor de datos MGCPlus-HBM.
Figura 1. Ensayo de doble corte.
La geometría del ensayo se indica en la figura 2, donde se ve que las
bandas de CFRP adheridas tienen una longitud de contacto diferente 0,21 m y
0,50 m. Una de las láminas tiene menor longitud con el propósito de inducir el
fallo en ese sector y que, de esta forma, se garantice que la rotura se produce
en dicho laminado súbitamente. Las bandas de CFRP tienen un ancho de 0,05 m y
un espesor de 0,0012 m.
bandas de CFRP adheridas tienen una longitud de contacto diferente 0,21 m y
0,50 m. Una de las láminas tiene menor longitud con el propósito de inducir el
fallo en ese sector y que, de esta forma, se garantice que la rotura se produce
en dicho laminado súbitamente. Las bandas de CFRP tienen un ancho de 0,05 m y
un espesor de 0,0012 m.
Figura 2. Geometría de la probeta del ensayo de doble corte.
2.2.
Materiales utilizados en el Ensayo
Materiales utilizados en el Ensayo
Laminado de CFRP: Está conformado
por fibra de carbono embebida en matriz epoxi. Presenta una orientación de
fibras unidireccional con bajo módulo elástico; la fibra de carbono utilizada
(sistema MBRACE de BASF) tiene una curva tensión – deformación completamente
lineal hasta la rotura.
por fibra de carbono embebida en matriz epoxi. Presenta una orientación de
fibras unidireccional con bajo módulo elástico; la fibra de carbono utilizada
(sistema MBRACE de BASF) tiene una curva tensión – deformación completamente
lineal hasta la rotura.
Epoxi: El sistema de adhesivo epoxi
para la adhesión de laminados está compuesto por dos productos, una capa de
imprimación MBRACE Primer y la capa adhesiva MBRACE Adhesive.
para la adhesión de laminados está compuesto por dos productos, una capa de
imprimación MBRACE Primer y la capa adhesiva MBRACE Adhesive.
Hormigón: Hormigón «in situ» recogido en
una obra en las inmediaciones de Terrassa. Se realizaron ensayos según el
control de calidad estándar que señala la EHE y se hicieron mediciones
complementarias sobre los bloques mediante ensayos no destructivos con
esclerómetro. Acorde con los resultados el hormigón corresponde a un H-50.
una obra en las inmediaciones de Terrassa. Se realizaron ensayos según el
control de calidad estándar que señala la EHE y se hicieron mediciones
complementarias sobre los bloques mediante ensayos no destructivos con
esclerómetro. Acorde con los resultados el hormigón corresponde a un H-50.
2.3.
Preparación de los ensayos
Preparación de los ensayos
2.3.1.
Preparación de la superficie del elemento de hormigón
armado
Preparación de la superficie del elemento de hormigón
armado
La preparación de la superficie de hormigón se
realizó con un martillo vibrador para dar una ligera rugosidad en la zona sobre
la que se fijan los laminados. Este ligero decapado mostrado en la figura 3
también permite eliminar zonas del hormigón que tengan defectos puntuales como
lechadas, carbonatación o pequeñas coqueras.
realizó con un martillo vibrador para dar una ligera rugosidad en la zona sobre
la que se fijan los laminados. Este ligero decapado mostrado en la figura 3
también permite eliminar zonas del hormigón que tengan defectos puntuales como
lechadas, carbonatación o pequeñas coqueras.
Figura 3. Zona central del bloque decapada.
2.3.2.
Aplicación del Adhesivo
Aplicación del Adhesivo
El adhesivo que es el producto
MBRACE Adhesive se aplicó sobre las superficies del hormigón decapado y del
laminado, como se muestra en la figura 5. Por medio de una espátula se aplicó
una capa de contacto de aproximadamente 1 mm de espesor, cubriéndose las
pequeñas irregularidades que existían en la zona a ser reforzada. En el caso en
que existan grandes oquedades deben tratarse, previamente, mediante morteros de
reparación estructural.
MBRACE Adhesive se aplicó sobre las superficies del hormigón decapado y del
laminado, como se muestra en la figura 5. Por medio de una espátula se aplicó
una capa de contacto de aproximadamente 1 mm de espesor, cubriéndose las
pequeñas irregularidades que existían en la zona a ser reforzada. En el caso en
que existan grandes oquedades deben tratarse, previamente, mediante morteros de
reparación estructural.
Figura 4. Capa de adhesivo.