reforzamiento de estructuras con fibra de carbono

Reforzamiento de estructuras con fibra de carbono

¿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

¿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

¿Porqué reforzar?

Sismo en Japón Marzo11, 2011

Preventiva

• Disminuir la vulnerabilidad de los elementos de la estructura

• Actualización por nuevas cargas o reglamentos vigentes

Tipos de Intervención

Correctiva

• Restituir condiciones originales en elementos dañados (fuego, ambientes agresivos, sismos, etc.)

• Mejorar comportamiento

Sistemas de Reforzamiento Estructural

Arriostramientos MetálicosPantallas en Concreto Reforzado

Encamisados en Concreto Encamisados en Acero

Placas Metálicas

Adición de Perfiles Metálicos

Contrafuertes Postensado Externo

Materiales Compuestos FRP

Disipadores de Energía

Aislamiento Sísmico

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

Incrementan la resistencia y/o la rigidez de la estructura

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

¿Qué son los materiales compuestos FRP?

FIBRES POLYMER MATRIX

FRPFibras Matriz (Polímero)

Son materiales compuestos a base de polímeros reforzados con fibras

(FIBER REINFORCED POLYMER)

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)

Fibras más comunes:

Vidrio (GFRP), Aramida (AFRP), Carbono (CFRP)

60,000

50,000

40,000

30,000

20,000

10,000

Deformación (%)

0 1 2 3 4 5

VidrioAramidaCarbonoBasalto Carbon (ultra-alto módulo)Acero fy = 4200 kg/cm2

Industria automotríz... Deportes....

¿En donde se utilizan los materiales compuestos?

Industria Aeroespacial..

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...

En la construcción de...

Puentes vehiculares Puentes vehiculares de elementos FRP de elementos FRP prefabricadosprefabricados

Puente colgante Alberfeldy, Scotland, 112 m, 1990

Puentes peatonales con FRP’s prefabricados

Puente Bradberry

Estructuras reforzadas con barras de refuerzo FRP

Especialmente usadas en ambientes agresivos

ión Perfiles estructurales Perfiles estructurales

de formas diversas de formas diversas

Postes Postes

Trincheras Trincheras

Y mucho más ... Y mucho más ...

En el refuerzo de estructuras existentes....

Como refuerzo externamente adherido a Como refuerzo externamente adherido a elementos estructuraleselementos estructurales

Fibra de CarbonoFibra de Carbono

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

Ventajas de un FRP con fibra de carbono

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

– 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

Estructuras ¿reforzadas?

Corrosión en los cables del postensado

Estructuras ¿reforzadas?

• 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..

International Concrete Repair Institute, 2006

National Research Council, 2004

National Cooperative Highway Research

Program, 2004

¹Urs Meier, EMPA, CH 8600 Dubendorf-Zurich, Switzerland

Se basan en gran cantidad de investigación a nivel mundial

¹Urs Meier, EMPA, CH 8600 Dubendorf-Zurich, Switzerland

Diseño por flexión: ACI 440.2R

Aplicación NSM (Near Surface Mounted)

Aplicación externamente adherida

Diseño por cortante: ACI 440.2R

f = 0.85 Adherido en forma de “U”

f = 0.85 Adherido lateralmente

f = 0.95 Completamente envuelto

ffefvf s

)cossen(dfAV

Confinamiento: ACI 440.2R

Aumento de capacidad a carga axialAumento en la resistencia a cortanteAumento de resistencia a flexión y ductilidadConfinamiento de traslapes

Confinamiento: ACI 440.2R

no confinado confinamiento ligero fuerte confinamiento (debilitamiento) fuerte confinamiento (endurecimeinto)

Refuerzo de Mampostería: ACI 440.7R

Refuerzo a flexión, cargas fuera del plano

Tiras de CFRP

Refuerzo a cortante, cargas en el plano

Reforzamiento de conexiones, ACI 440-Chap-13

Reforzamiento de conexiones, ACI 440-F

Apoyo Técnico de Sika

Evaluación

Materiales Estructural

DiagnósticoEnsayes

Estartegia de reparación y protección.

Análisis costo - desempeño

Asesoría en el diseño a calculistas.

Capacitación

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

Condiciones antes de la aplicación

¡No debe haber daños en ¡No debe haber daños en proceso!proceso!

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

Reparación de daños:

Inyectar grietas mayores a 0.3 mm de espesor para prevenir fallas por delaminación en la fibra de carbono

30-100 cm30-100 cm

Preparación de superficie

OBJETIVO:

Lograr una óptima adherencia entre el sustrato y el adhesivo

SUSTRATOS:

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

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

Más de 200 proyectos exitosos de estructuras reforzadas en México...

... nos han dado experiencia

Gracias por su atención !!!orozco.hugo@mx.sika.com

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