Externamente servidumbre FRP refuerzo para Estructuras RC Informe tcnico sobre la Diseo y uso de polmero reforzado con fibra unida externamente refuerzo (FRP EBR) para estructuras de hormign armado preparado por un grupo de trabajo de la Grupo de Tareas 9.3 FRP (Fibra de polmero reforzado) refuerzo para estructuras de hormign 07 2001 Sujeto a las prioridades definidas por el Comit de Direccin y el Praesidium, los resultados de fib de trabajar en Comisiones y Grupos de Trabajo se publican en una serie numerada de forma continua de publicaciones tcnicas llamado 'Boletines'. Las siguientes categoras se utilizan: categora Reporte Tcnico State-of-Art informe Manual o Gua (con las buenas prcticas) Recomendacin Cdigo Modelo procedimiento de aprobacin mnima requerida antes de su publicacin aprobada por un Grupo de Tareas y los Presidentes de la Comisin aprobado por una Comisin aprobado por el Comit de Direccin de mentira o su Junta de Publicaciones aprobado por el Consejo de mentira aprobado por la Asamblea General de mentira Cualquier publicacin no haber cumplido los requisitos anteriores sern claramente identificados como anteproyecto. Este Boletn N 14 ha sido aprobado como un mentira Informe tcnico en la primavera de 2001 por mentira Grupo de Tareas 9.3 FRP (Reforzado con fibra de polmero) refuerzo de estructuras de hormign y el Presidente de la Comisin 9. El informe fue elaborado por el Grupo de Trabajo Externamente Bonded Estrado (EBR) de mentira Grupo de Tareas 9.3 FRP (FibreReinforced Polymer) refuerzo de estructuras de hormign: Thanasis Triantafillou1,2,4,5,9-3,6,7 (Coordinador, Grecia), Stijn Matthys3,4,6,8-2,9 (Secretario, Blgica) Katrien Audenaert6(Blgica), Gyrgy Balzs7(Hungra), Michael Blaschko4,9-2,3,8 (Alemania), Hendrik Blontrock9-3 (Blgica), Christoph Czaderski3,5,7 (Suiza), Emmanuelle David7,9-4 (Francia), Angello Di Tomasso8(Italia), William Duckett8(Reino Unido), Dick Hordijk2(Pases Bajos), Michael Leeming4-8,9 (Reino Unido), Heinz Meier2,8 (Suiza), Giorgio Monti6-4 (Italia), Richard Moss6 (Reino Unido), Uwe Neubauer4(Alemania), Roland Niedermeier4(Alemania), Bjrn Taljsten4,5-2,3,8 (Suecia), Gerhart Zehetmaier4(Alemania), Konrad Zilch8(Alemania) 1, 2, 3 ... 1, 2, 3 ... Nmero de captulo para el que esta persona fue el autor principal de la preparacin Nmeros de captulo para el que esta persona siempre y contribuciones Detalles de afiliacin completos de todos los miembros del Grupo de Grupos se pueden encontrar en la mentira Directorio. Imagen de la cubierta: Aplicaciones de FRP EBR en estructuras RC Fdration Internationale du bton (FIB), 2001 para este no impresos versin pdf-file en CD: Fdration Internationale du bton (FIB), 2002 Aunque la Federacin Internacional de Hormign Estructural mentira - Federacin internationale du bton - creado de la Junta y de la FIP, hace todo lo posible para asegurarse de que cualquier informacin dada es exacta, ninguna obligacin ni responsabilidad de cualquier tipo (incluida la responsabilidad por negligencia) es aceptado en este sentido por la organizacin, sus miembros, los funcionarios o agentes. Todos los derechos reservados. Ninguna parte de esta publicacin puede ser reproducida, modificada, traducido, almacenada en un sistema de recuperacin sistema o transmitida en cualquier forma o por cualquier medio, electrnico, mecnico, fotocopia, grabacin, o de otra forma, sin el permiso previo y por escrito. Publicado por primera vez el ao 2001 por la Federacin Internacional de Hormign Estructural (fib) como Boletn 14 Direccin postal: Case Postale 88, CH-1015 Lausana, Suiza Direccin postal: Instituto Federal de Tecnologa de Lausana - EPFL, departamento Gnie Civil Tel (41.21) 693 2747, Fax (41.21) 693 5884, E-mail fib@epfl.ch, web http://fib.epfl.ch ISSN 1562-3610 ISBN 2-88394-054-1 Impreso por Sprint-Digital-Druck Stuttgart Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. Prefacio En diciembre de 1996, el entonces JJE estableci un Grupo de Trabajo con el objetivo principal de directrices de diseo elaborados para el uso de FRP de refuerzo de acuerdo con el diseo formato del Cdigo Modelo CEB-FIP y Eurocdigo 2. Con la fusin de la Junta y de la FIP en mentira en junio de 1998, este Grupo de Trabajo se convirti en mentira TG 9.3 FRP refuerzo para el hormign estructuras en Comisin 9 Reforzar y Materiales y Sistemas de pretensado. La Tarea Grupo formado por unos 60 miembros, que representan la mayora de las universidades europeas, la investigacin institutos y empresas industriales que trabajan en el campo de refuerzo compuesto avanzado para estructuras de hormign, as como los miembros correspondientes de Canad, Japn y EE.UU.. Las reuniones se celebran dos veces al ao y en el nivel de la investigacin de su trabajo con el apoyo de la UE TMR (Formacin de la Unin Europea y la movilidad de los investigadores) de red "ConFibreCrete". El trabajo de mentira TG 9.3 se realiza mediante cinco grupos de trabajo (WP): 1. Pruebas de Material y de caracterizacin (MT & C) Coordinadores: C. Burgoyne, A. Gerritse 2. hormign armado (RC) Coordinadores: A. Hole, K. Pilakoutas 3. Concreto Pretensado (PC) Coordinador: L. Taerwe 4. Externamente Bonded Estrado (EBR) Coordinador: T. Triantafillou Coordinadores 5. Comercializacin y Aplicaciones (M & A): G. Pascale, A. Di Tommaso Este informe tcnico constituye el trabajo llevado a cabo a partir de la fecha por el partido EBR. La pertenencia a este subgrupo ha aumentado constantemente en los ltimos aos y hoy llega a un nmero en el orden de los 30. El grupo de trabajo se reuni por lo general dos veces al ao para un ao y medio reuniones das. Por otra parte, el Internet proporciona una excelente comunicacin plataforma. Un avance importante fue la creacin de una pgina de inicio, gracias a los esfuerzos de Stijn Matthys en la Universidad de Gante. Este boletn da pautas de diseo detalladas sobre el uso de FRP EBR, la prctica la ejecucin y el control de calidad, basado en la experiencia actual y el estado de la tcnica conocimiento de los miembros del grupo de tareas. El boletn es considerado como un informe de los progresos realizados desde No es el objetivo de este informe para cubrir todos los aspectos de RC con el fortalecimiento de los composites. En su lugar, se centra en aquellos aspectos que constituyen la mayora de los problemas de diseo. Varios de los temas presentados son objeto de investigacin y desarrollo en curso, y la detalles de algunos mtodos de modelizacin pueden ser sometidos a revisiones futuras. Como el conocimiento en este campo est avanzando rpidamente, el trabajo de la EBR WP continuar. A pesar de este lmite en su alcance, se ha hecho un esfuerzo considerable para presentar un boletn que es estado del arte en materia de fortalecimiento de las estructuras de hormign de hoy mediante el exterior unido refuerzo FRP. Todas las personas que han participado en la preparacin de este informe se mencionan en el pgina de derechos de autor. Otros reconocimientos se deben a Urs Meier (Suiza) y Ferdinand Rostasy (Alemania) para la revisin del documento, ya Richard Moss (Reino Unido) para asistencia lingstica. Para todos los miembros del WP EBR mi ms sincero agradecimiento se expresan para la de alta calidad y una amplia labor trados de forma voluntaria. Patras, marzo de 2001Thanasis Triantafillou Coordinador del WP EBR iii Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. Contenido 1 1.1 1.2 1.3 1.4 INTRODUCCIN Reparacin, fortalecimiento, modernizacin Externamente servidumbre refuerzo FRP (EBR) Aplicaciones de la EBR El contenido y la finalidad de este informe 2 2.1 2.2 2.3 FRP FORTALECIMIENTO DE MATERIALES Y TCNICAS Materiales para el fortalecimiento de FRP Sistemas FRP EBR Las tcnicas para el fortalecimiento de FRP 3 3.1 3.2 3.3 BASES DE DISEO Y CONCEPTO DE SEGURIDAD Bases de proyecto Concepto de seguridad Ductilidad 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 FORTALECIMIENTO FLEXIN General Situacin inicial Modos de fallo - estados lmite ltimos Anlisis de ULS Requisitos de ductilidad Estado lmite de servicio Resumen del procedimiento de diseo Casos especiales Apndice Captulo 4: Verificacin ULS de pelar-off en el anclaje extremo y en grietas de flexin 4-A.1 verificacin Anchorage y limitacin cepa FRP 4-A.2 Clculo de la lnea envolvente de tensiones de traccin 4-A.3 Verificacin de anclaje y de la transferencia de fuerza entre FRP y hormign 5 5.1 5.2 FORTALECIMIENTO EN esfuerzo cortante y torsin Fortalecimiento de cizalla Fortalecimiento en torsin 6 6.1 6.2 6.3 6.4 Sesenta y cinco ENCIERRO Introduccin Hormign confinado por refuerzo FRP externo bajo carga axial Confinamiento de columnas Confinamiento en regiones ssmicas para el aumento de ductilidad FRP como encofrado y refuerzo estructural iv Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. 7 7.1 7.2 7.3 DETALLADO REGLAS General Detallando con respecto al fortalecimiento de lay-out Anclajes especiales 8 8.1 8.2 8.3 8.4 EJECUCIN PRCTICA Y CONTROL DE CALIDAD Tcnicas Requerimientos generales Ejecucin prctica Control de calidad 9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11 CONSIDERACIONES DE DISEO ESPECIALES Y AMBIENTAL EFECTOS General Temperatura de transicin del vidrio Diseo de Fuego y proteccin Humedad Congelar y descongelar Exposicin a la luz UV Alcalinidad / acidez Creep, rotura por tensin y por corrosin bajo tensin Fatiga Impacto Rayo, la corrosin galvnica Referencias Smbolos v Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. Glosario Adherente - Un cuerpo celebrada a otro cuerpo mediante un adhesivo. Adhesivo - Sobre el fondo aplicado a las superficies de contacto para unir entre s mediante unin. Un adhesivo puede estar en forma lquida, el cine o en pasta. AFRP - Aramida reforzado con fibra de polmero. AR-Cristal - Soportes para "vidrio resistente a los lcalis" y se refiere al vidrio zirconia. Aramid - De alta resistencia, de alta rigidez fibras de poliamida aromtica. Bi-direccional - Una tira o tejido con fibras orientadas en dos direcciones en el mismo plano. Aglutinante - Un componente de un adhesivo que es el principal responsable de las fuerzas adhesivas que sostienen dos cuerpos juntos. Enlace - Ver adhesivo. Pandeo - Un modo de fallo general se caracteriza por la fibra de deflexin en lugar de romper debido a la accin de compresin. Fibra De Carbono - De fibra producida por el tratamiento de una fibra precursor orgnico de alta temperatura basado en el PAN (poliacrilonitrilo) rayn o el tono en una atmsfera inerte a temperaturas superiores 980 C. Las fibras pueden ser graphitised mediante la eliminacin todava ms de los tomos de carbono no por el calor el tratamiento por encima de 1650 C. CFRP - Fibra de carbono polmero reforzado. Cura - Para cambiar la estructura molecular y las propiedades fsicas de una resina termoendurecible por reaccin qumica a travs de calor y catalizadores o en combinacin, con o sin presin. Desunin - El fracaso local en la zona de unin entre el hormign y la servidumbre externa refuerzo. Delaminacin - Separacin de capas en un laminado, debido a la insuficiencia del adhesivo, ya sea en el propio adhesivo o en la interfase entre el adhesivo y el adherente. E-Cristal - Soportes para "vidrios elctricos" y se refiere al vidrio alumino-borosilicato con mayor frecuencia utilizado en materiales compuestos de matriz de polmero convencionales. Epxido - Compuesto que contiene un anillo de tres miembros compuesta por dos tomos de carbono y un tomo de oxgeno. Resina Epoxica - Una resina de polmero se caracteriza por grupos de molculas epxido. Tela, no tejidos - Un material formado a partir de fibras o hilos sin entrelazado. Tela, Tejido - Un material construida de entrelazados hilos, fibras o filamentos. Fibra - Un trmino general que se utiliza para referirse a los materiales filamentosos. Fibra se utiliza a menudo como sinnimo de filamento. Filamentos - Las fibras individuales de longitud indefinida usados en remolques, hilos o mechas. Filler - Una sustancia relativamente no adhesiva aadi a un adhesivo para mejorar su funcionamiento propiedades, la permanencia, la fuerza u otras cualidades. FRP - Reforzado con fibra de polmero. GFRP - Fibra de vidrio reforzado con polmero. vi Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. Fibra De Vidrio - Refuerzo de fibra hecha por el dibujo de vidrio fundido a travs de cepillado. Los refuerzo predominante para materiales compuestos de matriz polimrica. Conocido por su buena resistencia, procesabilidad y bajo coste. Temperatura de transicin vtrea (Tg) - Temperatura aproximada por encima del cual aument movilidad molecular provoca un material de caucho para convertirse en lugar de quebradizo. La medido valor de Tg puede variar, dependiendo del mtodo de ensayo. Pegamento - Ver adhesivo. Mano Lay-up - Un mtodo de fabricacin en el que las capas de refuerzo se colocan en un molde o en una estructura a mano y luego curados a la forma formado. Endurecedor - Sustancia que reacciona con la resina para promover o controlar el curado accin tomando parte en ella. Tambin una sustancia aadida a controlar el grado de dureza de la resina. Impregnar - Para saturar los huecos de un refuerzo con una resina manualmente o con una mquina. Cizallamiento interlaminar - Fuerza de corte que acta en la interfaz entre las capas adyacentes (laminas) de un laminado. Laminado - Para unir capas de material con un adhesivo. Adems, un producto hecho por unin juntos dos o ms capas de materiales. Lay-up - La colocacin de capas de refuerzo en un molde. Matriz - Material aglutinante en el que fibra de refuerzo est incrustado. Por lo general, un polmero, pero pueden tambin ser de metal o una cermica. Tiempo abierto - El intervalo de tiempo entre la difusin del adhesivo sobre el adherente y la finalizacin del montaje de las piezas de unin. PAN (poliacrilonitrilo) - Se utiliza como material de base o precursor en la fabricacin de determinadas fibras de carbono. Tono - Un material de alto peso molecular que es un residuo de la destilacin destructiva de carbn y derivados del petrleo. Parcelas se utilizan como materiales de base para la fabricacin de determinadas fibras de carbono de alto mdulo. Polister - Los polisteres insaturados son fabricados por reaccin de glicoles, ya sea con dibsico cidos o anhdridos. Los polisteres son normalmente curados a temperatura ambiente con un monmero tal como estireno. Polmero - Molcula grande formada por la combinacin de muchas molculas ms pequeas o monmeros en una patron regular. La polimerizacin - Reaccin qumica que une monmeros para formar polmeros. Post-curado - Una exposicin adicional temperatura elevada para mejorar las propiedades mecnicas. Duracin de la mezcla - Perodo de tiempo en el que una resina termoestable catalizada retiene suficientemente baja viscosidad para su procesamiento. Prepreg - Tejido o filamentos en forma plana de la resina impregnada de que se puede almacenar a muy baja temperatura para su posterior uso en moldes o mano estaba en marcha. La resina se cura parcialmente a menudo a un no pegajosas Estado libre. Cartilla - Un revestimiento aplicado a una superficie antes de la aplicacin de un adhesivo para mejorar la el rendimiento del bono. El recubrimiento puede ser un fluido de baja viscosidad que es tpicamente un 10% solucin del adhesivo en un disolvente orgnico, que puede humedecer la superficie adherente para dejar un revestimiento sobre el cual el adhesivo puede fluir fcilmente. vii Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. Pultrusin - Un sistema automatizado, proceso continuo para la fabricacin de varillas de material compuesto y formas estructurales que tienen una seccin transversal constante. Roving y / o remolques estn saturados de resina y tirado continuamente a travs de un troquel calentado, donde se forma la parte y se cur. El curado parte se corta a la longitud. Para algunas aplicaciones tejidos pueden ser incluidos en los perfiles. Masilla - Mortero de reparacin. Reforzamiento - Elemento clave aadi a la matriz para proporcionar las propiedades requeridas. Gamas de fibras cortas y continuas a travs de formas textiles complejas. Resina - Polmero con un peso molecular indefinido y con frecuencia alta y un ablandamiento o de fusin rango que exhibe una tendencia a fluir cuando se somete a estrs. Como matrices compuestas, resinas unir fibras de refuerzo. Roving - Una coleccin de haces de filamentos continuos, ya sea como hilos trenzados o como hilos retorcidos. Hoja - Ver tejido, no tejido. Duracion - Perodo de tiempo en el que un material puede ser almacenado y continuar para cumplir con el requisitos de las especificaciones, los restantes adecuado para su uso previsto. Corrosin Estrs - La corrosin debido al efecto de un ambiente corrosivo, que se activa en la presencia de estrs. Ruptura Estrs - La reduccin de la resistencia a la traccin debido a la carga sostenida. Tira - Formas de fibra y resina pre-fabricadas. Las tiras son normalmente pultruded. Termoplstico - Una matriz de material compuesto capaz de ser ablandado repetidamente por un aumento de temperatura y endurecido por enfriamiento. Thermoset - Matriz de material compuesto curado por calor y presin o con un catalizador en un infusible y el material insoluble. Una vez curado un termoestable no puede ser devuelto al estado sin curar. Tixotropa - Una caracterstica de los sistemas adhesivos para diluir al agitar isotrmica y para espesar al resto subsiguiente. Materiales tixotrpicos tienen una alta resistencia a la cizalladura esttica y baja resistencia a la cizalladura dinmica al mismo tiempo. Pierden su viscosidad bajo estrs. Remolque - Un paquete sin torsin de filamentos continuos, por lo general mediante un nmero seguido de K, lo que indica multiplicacin por 1000. Por ejemplo, 12 K de remolque tiene 12 000 filamentos. Unidireccional - Una tira de tela o con todas las fibras orientadas en la misma direccin. ster de vinilo - Una clase de resinas termoestables que contienen steres de cido acrlico y / o metacrlico cidos, muchos de los cuales han sido hechos a partir de resina epoxi. Cure se lleva a cabo, como con polisteres insaturados, por co-polimerizacin con otros monmeros de vinilo, tales como estireno. Viscosidad - Tendencia de un material para resistir el flujo. A medida que aumenta la temperatura, la viscosidad de mayora de los materiales disminuye. Deformacin - Hilos corriendo longitudinal y perpendicular al borde estrecha de tela tejida. Trama - Hilos perpendicular a la urdimbre en una tela tejida. Wet Lay-up - Paso de fabricacin que implica la aplicacin de una resina de refuerzo en seco. Hilo - Fibras continuamente retorcidos o hebras que son adecuados para tejer en telas. viii Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. 1 1.1 Introduccin Reparacin, fortalecimiento, modernizacin El tema de la mejora de la infraestructura de obra civil existente ha sido uno de los grandes importancia durante ms de una dcada. El deterioro de tableros de puentes, vigas, vigas y columnas, edificios, estructuras de estacionamiento y otros pueden ser atribuidos al envejecimiento, por motivos medioambientales degradacin, mal diseo inicial y / o construccin, la falta de mantenimiento, y accidental eventos como terremotos. Aumentar la decadencia de la infraestructura se combina con frecuencia con la necesidad de la actualizacin de manera que las estructuras pueden cumplir con los requisitos de diseo ms estrictas (Por ejemplo, el aumento de los volmenes de trfico en los puentes que superen las cargas iniciales de diseo), y por tanto la aspecto de la renovacin de la infraestructura de ingeniera civil ha recibido considerable atencin sobre el ltimos aos en todo el mundo. Al mismo tiempo, reforzamiento ssmico se ha convertido en al menos igualmente importante, especialmente en las zonas de alto riesgo ssmico. 1.2Externamente servidumbre refuerzo FRP (EBR) Los recientes acontecimientos relacionados con materiales, mtodos y tcnicas para el estructural fortalecimiento haber sido enorme. Una de las tcnicas de hoy el estado de la tcnica es el uso de reforzado con fibra de polmero (FRP) compuestos, los cuales se vieron actualmente estructural ingenieros como "nuevos" y altamente prometedores materiales en la industria de la construccin. Compuesto materiales para el fortalecimiento de las estructuras de ingeniera civil estn disponibles en la actualidad principalmente en el forma de: delgada unidireccional tiras (Con espesor del orden de 1 mm) hecha por pultrusin flexible hojas o telas, hecha de fibras en uno o al menos dos direcciones diferentes, respectivamente (y, a veces pre-impregnado con resina) En comparacin con el acero, diagramas tensin-deformacin tpicas para materiales compuestos unidireccionales bajo a corto plazo la carga monotnica se dan en la Fig. 1-1. (ACP) 6 GFRP 4 CFRP AFRP 2 Acero dulce 0.02 0.04 Fig. 1-1: tensin diagramas tensin-deformacin uniaxiales para diferentes FRP unidireccionales y acero. CFRP = carbono FRP, AFRP = aramida FRP, GFRP = FRP de vidrio. 1 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. Los motivos por los materiales compuestos se utilizan cada vez ms como el fortalecimiento de los materiales de refuerzo elementos de hormign se pueden resumir como sigue: la inmunidad a la corrosin; bajo peso (alrededor de de acero), dando como resultado una aplicacin ms fcil en el espacio confinado, la eliminacin de la necesidad de andamios y la reduccin de los costes laborales; muy alta resistencia a la traccin (tanto esttica y largo plazo, para ciertos tipos de materiales FRP); rigidez que puede adaptarse al diseo requisitos; gran capacidad de deformacin; y la disponibilidad prcticamente ilimitada en tamaos de FRP y la geometra y dimensiones FRP. Composites sufren de ciertas desventajas tambin, que no deben ser descuidada por los ingenieros: al contrario de acero, que se comporta de un elastoplstico manera, los materiales compuestos en general son lineales elstico al fracaso (aunque este ltimo se produce en general cepas) sin ninguna deformacin rendimiento o plstico significativa, lo que lleva a la reduccin de la ductilidad. Adems, el costo de los materiales sobre una base de peso es varias veces mayor que para el acero (Pero cuando se hacen comparaciones de costos sobre una base de fuerza, se vuelven menos desfavorable). Por otra parte, algunos materiales de FRP, por ejemplo carbono y aramida, tener la expansin trmica incompatible coeficientes con hormign. Por ltimo, su exposicin a altas temperaturas (por ejemplo, en caso de incendio) puede causar la degradacin prematura y colapso (algunas resinas epoxi empiezan ablandamiento a aproximadamente 45- 70 oC). Por lo tanto los materiales FRP no deben ser considerados como un reemplazo ciega de acero (o otros materiales) en aplicaciones de intervencin estructurales. En su lugar, las ventajas que ofrece ellos deben ser evaluados contra posibles inconvenientes, y las decisiones finales con respecto a su uso debe basarse en la consideracin de varios factores, incluyendo no slo mecnica aspectos de rendimiento, sino tambin constructibilidad y durabilidad a largo plazo. 1.3Aplicaciones de la EBR Composites han encontrado su camino como el fortalecimiento de los materiales de concreto reforzado (RC) elementos (tales como vigas, losas, columnas, etc.) en miles de aplicaciones en todo el mundo, en los que tcnicas de fortalecimiento convencionales pueden ser problemticos. Por ejemplo, uno de los ms populares tcnicas para la mejora de elementos RC ha implicado tradicionalmente el uso de placas de acero epoxi unido a las superficies externas (por ejemplo, zonas de tensin) de vigas y losas. Esta tcnica es sencilla y eficaz en lo que se refiere a los costos y el rendimiento mecnico, pero sufre de varias desventajas (Meier 1987): la corrosin de las placas de acero resultantes en enlace deterioro; dificultad en la manipulacin de placas de acero pesados en los sitios de construccin ajustados; necesidad de andamios; y la limitacin en las longitudes de placas disponibles (que son necesarios en el caso de la flexin fortalecimiento de vigas largas), resultando en la necesidad de juntas. Sustitucin de las placas de acero con Tiras de FRP (Fig. 1.2 a, b) proporciona soluciones satisfactorias a los problemas descritos anteriormente. Otra tcnica comn para el fortalecimiento de las estructuras de RC consiste en la construccin de hormign armado (ya sea arrojado en el lugar o el hormign proyectado) chaquetas (conchas) alrededor existente elementos. Jacketing es claramente muy eficaz en cuanto a resistencia, rigidez y ductilidad es refiere, pero es mano de obra intensiva, que a menudo causa la interrupcin de ocupacin y proporciona Elementos RC, en muchos casos, con un peso no deseado y el aumento de la rigidez. Chaquetas tambin puede estar hecho de acero; pero en este caso la proteccin de la corrosin es un problema importante. El convencional chaquetas pueden ser reemplazados con telas FRP u hojas envueltas alrededor de los elementos RC (Fig. 1-2 c, d), proporcionando as aumento sustancial de la fuerza (axial, flexin, cizallamiento, torsin) y ductilidad sin afectar mucho la rigidez. El rango de aplicabilidad de EBR en RC estructuras est aumentando constantemente: un ejemplo tpico es la tcnica recientemente desarrollada de fortalecimiento de cizallamiento en las articulaciones viga-columna (Fig. 1-2 e). 2 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. (La)(B) (C)(D) (E) Fig. 1-2: Las aplicaciones tpicas de FRP como el fortalecimiento de las estructuras materiales RC: (a) el fortalecimiento de la flexin losa; (B) el fortalecimiento de flexin de la viga; (C) el fortalecimiento de cizalla y el confinamiento de la columna; (D) envoltura del tanque de concreto; (E) el fortalecimiento de cizalla de las articulaciones viga-columna. 1.4El contenido y la finalidad de este informe En este informe sobre el estado de la tcnica, el objetivo es dar una visin general de las principales aplicaciones de composites como armadura adherente externamente (EBR) de estructuras de hormign y presentar directrices para el diseo. Tras una descripcin general de materiales y tcnicas relacionadas a la aplicacin de materiales compuestos como refuerzo externo de elementos de hormign, el informe 3 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. contiene captulos, cada uno de ellos dedicado a un aspecto particular de fortalecimiento con FRP unidas externamente. Captulos separados se ocupan del diseo y comportamiento estructural de elementos de concreto reforzados en flexin, cizalladura o torsin as como confinado miembros. Naturalmente, estos captulos son seguidos por detallando reglas y cuestiones de ejecucin prctica y control de calidad. El ltimo captulo se proporciona informacin sobre consideraciones de diseo especiales y efectos ambientales. Debemos enfatizar que: (a) que no es el objetivo de este informe para cubrir todos los aspectos de RC fortalecer con materiales compuestos; (B) varios de los temas presentados en este informe son sujetos de investigacin y desarrollo en curso, y los detalles de los diversos mtodos de modelizacin pueden ser sometido a futuras revisiones. Sin embargo, un considerable esfuerzo se ha hecho para presentar material que es el estado de la tcnica en el rea de materiales compuestos como el fortalecimiento de los materiales para estructuras de hormign. En este boletn, varios valores de caja alrededor se dan en el texto, como en los Eurocdigos, la lo que significa es que estos valores pueden ser revisados en el futuro, si la nueva informacin y datos estar disponibles. 4 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. 2FRP materiales y tcnicas de fortalecimiento En este captulo se ofrece informacin general sobre los materiales FRP utilizado en el hormign fortalecer, en los conceptos y tcnicas para su aplicacin, y en desarrollado recientemente mtodos avanzados de aplicaciones de FRP como unidos externamente refuerzo del concreto. Ms detalles tambin se proporcionan en el Captulo 8 sobre "Ejecucin prctica". 2.1 2.1.1 Materiales para el fortalecimiento de FRP General La seleccin de materiales para los diferentes sistemas de fortalecimiento es un proceso crtico. Todos sistema es nico en el sentido de que las fibras y los componentes de la resina estn diseados para trabajar juntos. Esto implica que un sistema de resina para un sistema fortalecimiento no lo har automticamente funcione correctamente para otro. Adems, un sistema de resina para las fibras no sern necesariamente proporcionar una buena adherencia al hormign. Esto implica que slo los sistemas que se han probado y aplicado en gran escala en las estructuras de hormign armado se utilizarn en el fortalecimiento de FRP. Hoy en da existen varios tipos de sistemas de refuerzo de FRP, que se resumen a continuacin: Seco sistemas laicos-up Los sistemas basados en elementos prefabricados Sistemas especiales, por ejemplo, envoltura automatizada, pretensado etc. Estos sistemas se corresponden con varios fabricantes y proveedores, y se basan en diferentes configuraciones, tipos de fibras, adhesivos, etc. Adems, la idoneidad de cada sistema depende del tipo de estructura que se fortalece. Por ejemplo, las tiras prefabricadas generalmente son los ms adecuados para avin y superficies rectas, mientras que las hojas o las telas son ms flexible y puede ser utilizado para avin, as como a las superficies convexas. Envoltura puede ser automatizada preferible en los casos en que muchas columnas necesita ser fortalecido en el mismo sitio. Ejecucin y aplicacin de las condiciones prcticas, por ejemplo, la limpieza y la temperatura, son muy importante, en la consecucin de una buena unin. Una superficie sucia nunca proporcionar una buena adherencia. Los adhesivos se someten a un proceso qumico durante el endurecimiento que necesita una temperatura por encima de 10 C para iniciar. Si la temperatura baja, los retrasos del proceso de endurecimiento. En las siguientes secciones los tres componentes principales, a saber, adhesivos, y matrices de resina fibras de un fortalecimiento de sistema material FRP se discutirn brevemente. 2.1.2Adhesivos El objetivo del adhesivo es proporcionar una trayectoria de carga de cizallamiento entre la superficie de hormign y el material compuesto, de modo que la accin compuesta completa se puede desarrollar. La ciencia de la la adhesin es un multidisciplinario, exigiendo la consideracin de conceptos de tales temas como la qumica superficial, la qumica de polmeros, reologa, anlisis de estrs y la mecnica de la fractura. Eso No es nuestro objetivo para cubrir este campo en detalle. Es slo hacer hincapi en que la informacin clave sobre adhesivos necesita relevante para su uso a ser proporcionada por el fabricante del sistema de fortalecimiento. Slo el tipo ms comn de adhesivos estructurales se discutir aqu, a saber epoxi adhesivo, que es el resultado de mezclar una resina epoxi (polmero) con un endurecedor. Dependiente en las demandas de las aplicaciones, el adhesivo puede contener cargas, suavizantes de inclusiones, endurecimiento aditivos y otros. La aplicacin con xito de un sistema adhesivo epoxi requiere la 5 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. preparacin de una especificacin adecuada, que debe incluir disposiciones tales como adherente materiales, temperaturas de mezcla / de aplicacin y tcnicas, las temperaturas de curado, la superficie tcnicas de preparacin, de expansin trmica, propiedades de fluencia, la abrasin y resistencia qumica. Cuando se utilizan adhesivos epoxi hay dos conceptos de tiempo diferentes que necesitan ser tomadas en consideracin. El primero es el vida til y el segundo es el tiempo abierto. Duracin de la mezcla representa el tiempo se puede trabajar con el adhesivo despus de mezclar la resina y el endurecedor antes de que se comienza a endurecerse en el recipiente de mezcla; para un adhesivo epoxi, que puede variar entre unos pocos segundos hasta varios aos. Tiempo abierto es el tiempo que uno puede tener a su / su eliminacin despus el adhesivo se ha aplicado a los adherentes y antes de que se unen entre s. Otro parmetro importante a considerar es el temperatura de transicin del vidrio, Tg. La mayora sinttica adhesivos se basan en materiales polimricos, y, como tales, presentan propiedades que son caracterstico para polmeros. Polmeros cambian de relativamente duro, elstico, como el cristal de materiales relativamente caucho a una cierta temperatura. Este nivel de temperatura se define como temperatura de transicin vtrea, y es diferente para diferentes polmeros. Los adhesivos epoxi tienen varias ventajas sobre otros polmeros como agentes adhesivos para civiles el uso de ingeniera, a saber (Hollaway y Leeming 1999): Actividad superficial alta y buenas propiedades de humectacin para una variedad de sustratos Puede ser formulado para tener un tiempo abierto largo Curados de alta resistencia cohesiva; fallo de la junta puede ser dictado por la fuerza adherente Puede ser endurecido por la inclusin de la fase gomosa dispersa La falta de subproductos de la reaccin de curado minimiza la contraccin y permite la unin de grandes reas con slo la presin de contacto Baja contraccin en comparacin con los polisteres, acrlicos y tipos de vinilo Baja fluencia y retencin de resistencia superior bajo carga sostenida Puede hacerse tixotrpico para su aplicacin a superficies verticales Capaz de adaptarse a las lneas de bonos irregulares o gruesos Las propiedades tpicas para el herpes curado adhesivos epoxi utilizadas en aplicaciones de ingeniera civil se dan en la Tabla 2.1 (Mays y Hutchinson 1992). En aras de la comparacin, el mismo tabla proporciona informacin para el hormign y el acero dulce tambin. Propiedad (A 20 C) Autopolimerizable adhesivo epoxdico 1100 - 1700 0,5-20 0,2-8 0,3-0,4 9-30 10-30 55-110 0,5-5 200-1000 25-100 0,1-3 45-80 Hormign 2350 20 - 50 8-21 0.2 1-4 2-5 25-150 0,015 100 11-13 5 --- Acero dulce 7800 205 80 0.3 2-600 2-600 2-600 25 105-106 10-15 0 --- Densidad (kg / m3) Mdulo de Young (GPa) Mdulo de corte (GPa) El coeficiente de Poisson Resistencia a la traccin (MPa) Resistencia al corte (MPa) Resistencia a la compresin (MPa) Deformacin por traccin a la rotura (%) Energa aproximado fractura (Jm-2) Coeficiente de dilatacin trmica (10-6 / C) Absorcin de agua: 7 das - 25 C (% w / w) Temperatura de transicin vtrea (C) Tabla 2-1: Comparacin de las propiedades tpicas para adhesivos epoxi, concreto y acero (Tljsten 1994). 6 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. 2.1.3Matrices La matriz para un material compuesto estructural o bien puede ser de tipo termoendurecible o de Tipo de termoplstico, siendo el primero el ms comn. La funcin de la matriz es para proteger las fibras contra la abrasin o corrosin del medio ambiente, para unir las fibras juntas y para distribuir la carga. La matriz tiene una fuerte influencia sobre varias propiedades mecnicas del compuesto, tales como el mdulo y la resistencia transversal, las propiedades de cizallamiento y la propiedades en compresin. Las caractersticas fsicas y qumicas de la matriz tales como fusin o la temperatura de curado, viscosidad y reactividad con fibras influir en la eleccin de la proceso de fabricacion. Por lo tanto, la seleccin apropiada del material de matriz para un sistema compuesto requiere que se tomen todos estos factores en cuenta (Agarwal y Broutman 1990). Las resinas epoxi, polister y vinilster son los materiales de matriz polimricos ms comunes se utiliza con fibras de refuerzo de alto rendimiento. Son termoestables polmeros con buen procesabilidad y buena resistencia qumica. Los epxidos tienen, en general, mejor mecnico propiedades que polisteres y steres de vinilo, y una durabilidad excepcional, mientras polisteres y steres de vinilo son ms baratos. 2.1.4Fibras Una gran mayora de los materiales son ms fuertes y ms rgido en forma fibrosa que como una mayor material. Una relacin de aspecto alta en fibra (relacin longitud / dimetro) permite la transferencia muy eficaz de cargar a travs de materiales de la matriz a las fibras, permitiendo as el mximo provecho de las propiedades de la fibras que han de adoptarse. Por lo tanto, las fibras son materiales muy eficaces y atractivos de refuerzo. Las fibras pueden ser fabricadas en forma continua o discontinua (picado), pero aqu solamente se consideran fibras continuas. Tales fibras tienen un dimetro del orden de 5-20 micras, y puede ser fabricado como refuerzo unidireccional o bidireccional. Las fibras utilizadas para el fortalecimiento de todas exhiben un comportamiento elstico lineal hasta el fracaso y no tienen un pronunciado meseta de rendimiento como para el acero. Hay principalmente tres tipos de fibras que se utilizan para el fortalecimiento de la ingeniera civil estructuras, a saber, vidrio, aramida y fibras de carbono. Se debe reconocer que la fsica y las propiedades mecnicas pueden variar un grande para un determinado tipo de fibra, as, por supuesto, la diferentes tipos de fibras. Las fibras de vidrio de refuerzo de fibra continua se clasifican en tres tipos: E-vidrio fibras, S-vidrio y fibras de vidrio AR-resistentes alcalinos. Fibras de vidrio E, que contienen alta cantidades de cido brico y aluminato, son desventajosos en que tiene baja resistencia a los lcalis. S- fibras de vidrio son ms fuertes y ms rgido que el vidrio E, pero todava no resistente a los lcalis. Prevenir fibra de vidrio se deterioren por el cemento-lcali, se aade una cantidad considerable de circn de producir fibras de vidrio de resistencia alcalinos; tales fibras tienen propiedades mecnicas similares a e- vidrio. Un aspecto importante de fibras de vidrio es su bajo costo. Las fibras de aramida se introdujeron por primera vez en 1971, y hoy en da se producen por varios fabricantes bajo diferentes marcas. La estructura de fibra de aramida es anisotrpico y da mayor resistencia y el mdulo en la direccin longitudinal de la fibra. El dimetro de aramida la fibra es de aproximadamente 12 m. Las fibras de aramida responden elsticamente en tensin, pero que exhiben no lineal y el comportamiento dctil bajo compresin; tambin presentan una buena tenacidad, tolerancia al dao de fatiga y caractersticas. Las fibras de carbono son normalmente ya sea basan en el tono o PAN, como materia prima. Fibras Pitch son fabricado mediante el uso de petrleo refinado o brea de carbn que se pasa a travs de una boquilla fina y estabilizado por calentamiento. Fibras de PAN son de poliacrilonitrilo que se carboniza a travs quema. El dimetro de las fibras de tipo pitch mide aproximadamente 9-18 m y el de la De tipo PAN mide 08.05 m. La estructura de esta fibra de carbono vara de acuerdo con la 7 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. orientacin de los cristales; cuanto mayor sea el grado de carbonatacin, mayor ser el grado de orientacin y rigidez como resultado de crecimiento de cristales. Las fibras de carbono base de lanzamiento ofrecen propsito general y alta resistencia / materiales de elasticidad. Las fibras de carbono de tipo PAN dan de alta resistencia materiales y materiales de alta elasticidad. Las propiedades tpicas de diversos tipos de materiales de fibra se proporcionan en la Tabla 2.2. Tenga en cuenta que los valores de esta tabla son slo indicativos de resistencia esttica fibras de no expuestos. Valores de clculo de los sistemas compuestos FRP deben representar tanto para la presencia de resina (ver "regla de las mezclas" ms adelante) y para las reducciones debidas a largo plazo carga, exposicin ambiental, etc. (tales reducciones se suministra normalmente el fabricante). Material Carbono Alta resistencia Alta resistencia Ultra Alto mdulo Alto mdulo Ultra Vidrio E S Aramid Bajo mdulo Alto mdulo Elstico mdulo (ACP) 215-235 215-235 350-500 500-700 70 85-90 70-80 115-130 Resistencia a la traccin (MPa) 3500-4800 3500-6000 2500-3100 2100-2400 1900-3000 3500-4800 3500-4100 3500-4000 ltimo traccin deformacin (%) 1,4-2,0 01.05 a 02.03 0,5-0,9 0,2-0,4 3,0-4,5 04.05 a 05.05 4,3-5,0 02.05 a 03.05 Tabla 2-2: Las propiedades tpicas de fibras (Feldman 1989, Kim 1995). 2.1.5Materiales FRP Materiales FRP consisten en un gran nmero de pequeas, continua, es direccional, no fibras metlicas con caractersticas avanzadas, agrupados en una matriz de resina. Dependiendo de tipo de fibra (Seccin 2.1.4) que se conocen como AFRP (fibra aramida basa), CFRP (carbono fibra a base) o GFRP (fibra de vidrio basa). Tpicamente, la fraccin de volumen de fibras en FRP equivale a alrededor de 50-70% para las tiras y sobre 25-35% para las hojas. De ah que las fibras son el principal el estrs que lleva constituyentes, mientras que las transferencias de resina destaca entre las fibras y los protege. Diferentes tcnicas se utilizan para la fabricacin (por ejemplo, pultrusin, la mano pone-para arriba), detallada descripciones de los cuales estn fuera del alcance de este boletn. Como unido externamente refuerzo para el fortalecimiento de las estructuras, los materiales FRP se ponen a disposicin en varios formas, que se describen en la seccin 2.2. Propiedades mecnicas bsicas de los materiales de FRP se pueden estimar si las propiedades de la Se conocen materiales constituyentes (fibras, matriz) y su fraccin de volumen. Esto podra ser logrado mediante la aplicacin de la "regla de las mezclas" simplificacin de la siguiente manera: Ef ff E fib VFIB f fib VFIB E m Vm f m Vm (2-1) (2-2) donde el mdulo Ef = de Young de FRP en direccin de la fibra, el mdulo de Young = EFIB de fibras, Em = Mdulo de Young de matriz, VFIB = fraccin de volumen de fibras, Vm = fraccin de volumen de 8 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. matriz, ff = resistencia a la traccin de FRP en direccin de la fibra, ffib = resistencia a la traccin de las fibras y fm = resistencia a la traccin de la matriz. Tenga en cuenta que en las ecuaciones anteriores VFIB + Vm = 1. Adems, tpico valores para la fraccin de volumen de fibras en tiras prefabricadas estn en el orden de 0,50-0,65. A medida que el imperio de la mezcla es una aproximacin del comportamiento micro-mecnica de la fibra materiales compuestos, deben obtenerse una prediccin ms detallada del comportamiento de tensin-deformacin a travs de ensayos de traccin (vase tambin el captulo 8). De ah que las propiedades de los materiales se deben dar por el FRP combinado directamente, por lo que reflejan las caractersticas de la fibra y de la matriz, as como el aspectos microestructurales tales como dimetro de la fibra, la distribucin y el paralelismo de las fibras, locales defectos, fracciones de volumen y fibra de matriz de propiedades interfaciales. Material Tiras prefabricadas Tiras CFRP bajo mdulo Tiras de CFRP de alto mdulo Acero dulce * Cepa Rendimiento = 0,2% Tabla 2-3: Las propiedades tpicas de tiras FRP prefabricados y la comparacin con el acero. Mdulos elsticos (ACP) Ef 170 300 200 Resistencia a la traccin (MPa) ff 2800 1300 400 ltimo traccin deformacin (%) fu 16 0.5 25 * Productos comerciales tpicos de FRP en forma de tiras prefabricados tienen las propiedades dada en la Tabla 2.3, donde las propiedades para el rea de acero dulce tambin dan para comparacin. En el caso de tiras prefabricadas las propiedades del material basado en el total de la seccin transversal rea puede ser utilizado en los clculos y por lo general son suministrados por el fabricante (vase la Tabla 2-3). En el caso de los sistemas impregnado de resina, sin embargo, el espesor final FRP in-situ y con eso la fraccin de volumen de fibra es incierto y puede variar. Por esta razn, un clculo basado en las propiedades de FRP para el sistema total de (fibras y matriz) y el espesor real no es apropiado. Tenga en cuenta que los fabricantes a veces suministran las propiedades de los materiales para el desnudo fibras. Debido a esta diferencia de enfoque, uno debe tener cuidado al comparar propiedades de los diferentes sistemas. Adems, es muy importante que en los clculos de las se utilizan propiedades de los materiales apropiados para el sistema aplicado. A continuacin, la diferencia entre ambos enfoques se explica y se aclararn con un ejemplo. Debido al hecho de que la rigidez y resistencia de las fibras (EFIB y ffib) es mucho ms grande que respectivamente, la rigidez y la resistencia de la matriz (Em y fm), las propiedades de la FRP material compuesto (Ef y siguientes) se rigen por las propiedades de la fibra y el rea de la seccin transversal de las fibras desnudas. Cuando las propiedades de FRP se basan en la zona de la seccin transversal total (fibras y la matriz) esto significa que, en comparacin con las propiedades de las fibras desnudas, la rigidez y la fuerza es menos. Puede ser obvio que la fuerza y la rigidez del sistema total no es afectada porque esta reduccin se compensa por un aumento de la superficie de seccin transversal en comparacin con el rea de seccin transversal de las fibras. Por lo tanto, existe una fuerte relacin entre la fraccin de volumen de fibra y las propiedades de FRP para ser utilizado en los clculos. Esto se ilustra en Tabla 2-4 y la figura. 2-1. Para ciertas propiedades elegidas de las fibras y la matriz, el efecto de la fraccin de volumen de las fibras sobre las propiedades de FRP se muestra. Para una cantidad constante de fibras (rea de la seccin transversal = 70 mm2) la carga de rotura y la tensin en la falla es muy poco 9 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. afectada por un aumento de la cantidad de resina. Los FRP-propiedades que se utilizarn en los clculos basado en el rea de seccin transversal total, sin embargo, estn fuertemente influenciadas. Propiedades elegidas para los materiales constitutivos de FRP compuesto: EFIB = 220 = 4000 MPa GPaffib Em = 3 GPafm = 80 MPa Transversal de carga areaFRP-propertiesFailure * AmAfVfibEfAfibffUltimate 222 (mm) (mm) (mm) (%) [eq. (2-1)] [eq. (2-2)] cepa (MPa) (MPa) (%) (kN) (%) 7007010022000040001.818280.0100.0 70301007015490028241.823282.4100.9 70701405011150020401.830285.6102.0 * En el caso de una tira con una anchura de 100 mm dividiendo este valor por 100 mm da espesor de la banda (resp. 0,7 mm, 1,0 mm y 1,4 mm). Tabla 2-4: Ejemplo que muestra el efecto de la fraccin de volumen de fibras sobre las propiedades de FRP. estrs (MPa) 4000 3000 2000 1000 12 (fibras desnudas) Vmentira 100% 70% 50% tF (Anchura = 100 mm) 0,7 mm 1,0 mm 1,4 mm deformacin (%) Fig. 2-1: El estrs relaciones de tensin correspondientes a diversas fracciones de volumen de fibra VFIB en la Tabla 2-4. El ejemplo dado anteriormente demuestra que para una comparacin de materiales de FRP no puede ser solamente suficiente para comparar los valores para la fuerza y / o de tensin-deformacin relaciones. Es importante tambin para conocer la composicin del material de FRP al que pertenece la propiedad dada. En caso de la incertidumbre sobre el grosor (como con in-situ de resina impregnada sistemas) puede ser ms conveniente para los clculos de base sobre las propiedades de la fibra y el rea de la fibra de la seccin transversal de en las propiedades para el sistema total. El ltimo enfoque es todava posible, sin embargo, el material de propiedades y espesor (rea transversal) como especificados por el fabricante a continuacin deben ser usado y no el espesor real que se realiza en la prctica. Como se ha mencionado, en el caso de los sistemas impregnadas in-situ, se pueden calcular las propiedades de el FRP basado en los de slo las fibras desnudas. En este caso, el segundo trmino de la ecuacin. (2-1) - (2-2) puede ser ignorado, VFIB debe ser tomado igual a 1 y las dimensiones de la servidumbre externamente refuerzo (por ejemplo, el rea de la seccin transversal) debe calcularse sobre la base del nominal dimensiones de las lminas de fibra. Si se adopta este enfoque, la propiedad resultante (por ejemplo elstica mdulo, resistencia a la traccin) debe multiplicarse por un factor de reduccin r, para dar cuenta de la eficiencia del sistema de fibra-resina y para la arquitectura hoja o tela. Este factor debe ser proporcionada por el proveedor del sistema FRP en base a las pruebas. Alternativamente, el proveedor FRP podra proporcionar directamente las propiedades del sistema de in-situ impregnado (por ejemplo, grosor, elstico mdulo, resistencia a la traccin) en base a las pruebas. Para ilustrar esto, podemos suponer que una hoja tiene 10 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. un tfib espesor nominal y el mdulo elstico EFIB (ambos calculados basados en fibra desnuda propiedades). Despus de la impregnacin, el FRP tiene una tf espesor y un mdulo elstico Ef. Los dos sistemas son equivalentes segn la condicin: tfibEfibr = tfEf. 2.2Sistemas FRP EBR Los diferentes sistemas de servidumbre externamente refuerzo FRP (FRP EBR) existir, relacionadas con el materiales constituyentes, la forma y la tcnica del refuerzo FRP. En general, estos puede subdividirse en "hmedo lay-up" (o "curada in situ") sistemas y "prefabricada" (o "pre- curados) sistemas ". A continuacin, se da una visin general de las diferentes formas de stos sistemas (por ejemplo ACI 1996). Las tcnicas para el fortalecimiento de FRP se dan en la seccin 2.3. 2.2.1Seco sistemas laicos-up De fibras unidireccionales en seco hoja y semi-unidireccional tejido (Tejido o de punto), donde fibras se extienden predominantemente en una direccin que cubre parcial o totalmente el elemento estructural. Instalacin en la superficie de concreto requiere resina saturando generalmente despus de un cebador tiene ha aplicado. Dos procesos diferentes pueden ser usados para aplicar la tela: - La tela puede ser aplicado directamente en la resina que ha sido aplicado uniformemente sobre la superficie de hormign, - El tejido puede ser impregnado con la resina en una mquina de saturador y luego se aplica mojado al sustrato sellada. Seco multidireccional tejido (Tejido o de punto), donde las fibras se ejecutan en al menos dos direcciones. La instalacin requiere la saturacin de la resina. La tela se aplica utilizando uno de los dos procesos descrito arriba. Resina pre-impregnado sin curar unidireccional hoja o tela, donde las fibras corren predominantemente en una direccin. La instalacin se puede hacer con o sin resina adicional. Resina pre-impregnado sin curar multidireccional hoja o tela, donde las fibras corren predominantemente en dos direcciones. La instalacin se puede hacer con o sin adicional resina. Fibra en seco remolques (manojos trenzados de fibras continuas) que se enrollan o de otro tipo colocado mecnicamente sobre la superficie del hormign. Resina se aplica a la fibra durante bobinado. Pre-impregnado de fibra remolques que se enrollan o no colocarse mecnicamente sobre la superficie de concreto. Instalacin del producto puede ser ejecutado con o sin resina adicional. 2.2.2Construcciones prefabricadas Pre-fabricada recta curado tiras, que se instalan mediante el uso de adhesivos. Son tpicamente en forma de tiras de cinta delgada o rejillas que puede ser entregado en una bobina laminada. Normalmente tiras se pultruded. En caso de que se laminan, tambin el trmino laminado en lugar de tira puede ser usado. Forma curada Pre-fabricados conchas, chaquetas o ngulos, que se instalan a travs de la uso de adhesivos. Son tpicamente curvada o elementos o dividida en forma de hecho en fbrica conchas que puedan montarse alrededor de las columnas u otros elementos. 11 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. 2.3 2.3.1 Las tcnicas para el fortalecimiento de FRP Tcnica bsica La tcnica FRP fortalecimiento bsico, que es el ms ampliamente aplicada, implica la aplicacin manual de cualquiera hmeda lay-up (llamada mano lay-up) o sistemas prefabricados por medios de unin en fro adhesivo curado. Comn en esta tcnica es que el externo refuerzo est unido sobre la superficie de hormign con las fibras lo ms paralelo prcticamente posible a la direccin de los principales esfuerzos de traccin. Las aplicaciones tpicas de la mano ponen en marcha y sistemas prefabricados se ilustran en la Fig. 2.2. Ms detalles sobre la tcnica bsica son dispuesto en el Captulo 8. (La)(B) Fig. 2-2: (a) Mano lay-up de hojas o telas CFRP. (B) La aplicacin de tiras prefabricadas. 2.3.2Tcnicas especiales Adems de la tcnica bsica, se han desarrollado varias tcnicas especiales. Sin el objetivo de proporcionar una visin completa de estas tcnicas especiales, algunos de ellos son explic brevemente en las secciones siguientes. Algunas de las tcnicas especiales que se describen a continuacin estn patentados por las empresas que ellos desarrollado. 2.3.2.1Envoltura automatizada El FRP fortalecer tcnica a travs automatizado bobinado de estopa o cinta era primero desarrollado en Japn en los aos 90 y un poco ms tarde en los EE.UU.. La tcnica, que se muestra en la Fig. 2-3, implica continua bobinado de fibras hmedas bajo un ligero ngulo alrededor de las columnas o de otros estructuras (por ejemplo, chimeneas, como se ha hecho en Japn) por medio de un robot. Ventaja clave de la tcnica, adems de un buen control de calidad, es la instalacin rpida. 12 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. (La)(B) Fig. 2-3: Automatizado RC envoltura columna. (A) Esquema. (B) Fotografa del robot-envoltura. 2.3.2.2Pretensado FRP En algunos casos puede ser ventajoso para unir el refuerzo FRP externa sobre la superficie de hormign en un estado pretensado. Tanto el laboratorio y la investigacin analtica (por ejemplo, Triantafillou et al. 1992, Deuring 1993) muestra que pretensado representa una significativa contribucin al avance de la FRP fortaleciendo la tcnica y mtodos han sido desarrollado para pretensar los materiales compuestos de FRP en condiciones de la vida real (Lucas et al. 1998). Pretensado de las tiras antes de la unin tiene las siguientes ventajas: proporciona un comportamiento ms rgido como en las primeras etapas ms del hormign est en compresin y por lo tanto, contribuir a la momento de resistencia. la formacin de grietas en el lapso de cizallamiento se retrasa y las grietas cuando aparecen son ms finamente distribuidos y estrechos (anchos de fisura son tambin una cuestin de propiedades de renta fija). cierra grietas en estructuras con grietas preexistentes. mejora la capacidad de servicio y durabilidad debido al agrietamiento reducida. mejora la resistencia al corte del miembro como a toda la seccin de hormign resista el cizalladura, a condicin de que el hormign sigue siendo no fisurado. la misma fortalecimiento se logra con reas ms pequeas de tiras estresados en comparacin con tiras tonas. con anclaje adecuado, de pretensado puede aumentar el momento de rotura de la resistencia por evitando modos de fallo asociados con peeling-off en grietas y los extremos de las tiras. el eje neutro se mantiene en un nivel inferior en el caso pretensado que en el uno tona, lo que resulta en una mayor eficiencia estructural. pretensado aumenta significativamente la carga aplicada a la cual el acero interna comienza a el rendimiento en comparacin con un miembro no estresado. La tcnica tiene tambin algunas desventajas: es ms caro que la unin normal de la tira debido a la mayor nmero de operaciones y equipo que se requiere. La operacin tambin toma algo ms largo. el equipo para empujar la tira hasta el intrads de la viga debe permanecer en su lugar hasta que el adhesivo se haya endurecido lo suficiente. El concepto para aplicar una tira de FRP pretensado se muestra esquemticamente en la Fig. 2-4 y una ilustracin esquemtica del dispositivo subrayando se da en la Fig. 2-5. 13 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. (La) (B) (C) Fig.2-4: Fortalecimiento con tiras FRP pretensadas: (a) de pretensado; (B) la unin; (C) de anclaje extremo y FRP liberar al endurecimiento del adhesivo. Temporal placa de reaccin Fig.2-5: Ilustracin esquemtica de anclaje activo. Gato Fin fondeadero Cuando la fuerza de pretensado es demasiado alta, el fallo de la viga debido a la liberacin de la fuerza de pretensado se producir en los dos extremos, debido al desarrollo de altas tensiones de cizallamiento en el hormign justo por encima del FRP. Por lo tanto el diseo y construccin de las zonas extremas requiere atencin especial. Pruebas y anlisis han demostrado que si no hay anclajes especiales se proporcionan en los extremos, FRP tiras de cizallamiento-off (de los extremos) con niveles de pretensado en el orden de slo 5-6% de su resistencia a la traccin (por CFRP). Sin embargo, una tensin previa tcnica y econmicamente racional requerira una considerablemente mayor grado de pretensado, en el rango de 50% de la FRP resistencia a la traccin, lo que slo puede lograrse mediante el uso de anclajes especiales aplicando confinamiento vertical (vase la Fig. 2-4 c). Tales sistemas se han desarrollado para la prctica aplicaciones, as como con fines de investigacin. Pretensado de chaquetas de columna (confinamiento activo) se puede lograr mediante el pretensado haces de fibras durante el bobinado o con chaquetas tonos haciendo uso de, por ejemplo, expansivo mortero o la inyeccin de mortero o epoxi bajo presin. 2.3.2.3Correas pin-cargado adherido por fusin Otro desarrollo interesante de la tcnica de refuerzo FRP implica la sustitucin tiras slidas y relativamente gruesas (Fig. 2-6 a) por el sistema mostrado en la Fig. 6.2 b, conocido como alfiler Correa cargado (Winistoerfer y Mottram 1997). La correa comprende una serie de no- capas laminadas formadas a partir de una nica, cinta delgada continua, que consiste de fibras en una termoplstico matriz. La capa exterior, final de la cinta se fija a la capa anterior por una 14 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. proceso de unin por fusin. Tal sistema permite a las capas individuales se mueva con relacin a cada otra, reduciendo as los esfuerzos de flexin secundarios no deseados. El control cuidadoso de la inicial proceso de tensado permite concentraciones de tensin de cizallamiento interlaminar a reducirse, de modo que una se logra la distribucin de la tensin uniforme en todas las capas. (La) Fig. 2-6: Envolver con (a) tiras gruesas y (b) las correas no laminadas. (B) 2.3.2.4In-situ de curado rpido utilizando dispositivo de calentamiento En lugar de curado en fro de la interfaz de unin (curado del adhesivo de dos componentes bajo la temperatura del medio ambiente), se puede utilizar aparatos de calefaccin. De esta manera es posible reducir el tiempo de curado, para permitir la unin en las regiones donde las temperaturas son demasiado bajas para permitir el curado en fro, aplicar la tcnica en tiempo de invierno, para trabajar con tipos de FRP de preimpregnado, etc. Diferentes sistemas para la calefaccin se pueden utilizar, tales como calentadores elctricos, IR (infrarrojos) calefaccin sistemas de calefaccin y mantas. Para CFRP El sistema ilustrado en la Fig. 2-7 tambin es posible. Este sistema se aprovecha de la conductividad elctrica de las fibras de carbono. Se utiliza un especial dispositivo de calefaccin para pasar una corriente elctrica a travs de tiras de CFRP en el fortalecimiento proceso. La unidad de control permite que la temperatura de curado deseada que se mantiene dentro de una rango estrecho. Controlado curado rpido permite no slo rpido de aplicaciones de la tcnica de refuerzo (Por ejemplo, de curado completo en 70 oC se puede lograr en 3 horas), pero tambin aumenta la transicin vtrea temperatura del adhesivo. 15 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. hormign Soporte Temperatura calibre Tira FRP Soporte Voltaje (La) Control dispositivo Fuente de alimentacin (B) Fig. 2-7: curado rpido utilizando dispositivo de calentamiento: (a) Esquema, (b) Fotografa de soportes finales. 2.3.2.5Formas prefabricadas Tipo de Prefab de los sistemas de EBR FRP se aplica sobre todo en forma de tiras rectas. Sin embargo, estos sistemas prefabricados tambin se pueden producir en otras formas, dependiendo de la aplicacin prevista. Por la conformacin de ellos, sistemas prefabricados se pueden emplear en aplicaciones donde se utilizan sistemas de lay-mojado normalmente ms flexibles. Para el fortalecimiento de cizalla de vigas, ngulos prefabricados se pueden usar como se muestra en la Fig. 2-8 a-b. C muestra la Figura 2-8 conchas prefabricadas o chaquetas que pueden ser utilizados para el confinamiento de circular y rectangular las columnas. En este caso, las conchas deben ser fabricados con tolerancias suficientemente pequeas. Por nuevas estructuras, se pueden utilizar piezas de fundicin de FRP. Estos actan como encofrado durante la construccin, y como refuerzo externo para la estructura cargado. 16 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. (La) (B) (C) Fig. 2-8: Ejemplos de formas prefabricadas para fortalecer. (A) el ngulo, (b) la aplicacin de los ngulos, (c) la cscara. 2.3.2.6CFRP ranuras interiores CFRP en ranuras de hormign puede ser pensado como un mtodo especial de complementar refuerzo de estructuras de hormign. Las ranuras se cortan en la estructura de hormign con una profundidad ms pequeo que el recubrimiento de hormign. CFRP tiras ejemplo con un espesor de 2 mm y una anchura de 20 mm se unen en estas ranuras (Fig. 2-9). Pruebas de Bond y ensayos de vigas se han llevado a cabo para estudiar el comportamiento mecnico de la sistema (Blaschko y Zilch 1999). Se ha demostrado que una mayor capacidad de anclaje en comparacin con tiras de CFRP pegados sobre la superficie de una estructura de hormign se obtiene. La mecnica comportamiento es ms rgido bajo cargas de servicio, pero ms dctil en el estado lmite ltimo. Los resistencia a la traccin del CFRP se puede llegar en vigas con refuerzo adicional que consiste en tiras en rendijas, si hay suficiente capacidad de carga de la zona de compresin en el hormign y por cizallamiento. El comportamiento de bonos con una alta resistencia y ductilidad permite salvar amplia agrietamiento sin pelar-off. Adems, las tiras estn protegidos contra demolicin. As que el material CFRP se puede utilizar de manera ms eficiente si se pega en rendijas lugar de en la superficie. 17 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. Tira de CFRP agente de unin hormign Fig. 2-9: tiras CFRP pegados en rendijas. 2.3.2.7FRP impregnacin por vaco FRP impregnacin por vaco es bastante comn en la industria del plstico. Vaco impregnacin es, en cierta medida, comparable con hmedo lay-up. El elemento de hormign que sea reforzado de acuerdo con este mtodo se pre-trata de la misma manera que para la otra mtodos (es decir, a travs de chorro de arena, molienda o de chorro de agua). La superficie se limpia cuidadosamente, se aplica imprimacin y despus del curado de la imprimacin las fibras se colocan en direcciones predeterminadas. Es importante que las lminas o telas tienen canales en los que la resina puede fluir, se debe utilizar material de separacin de otra forma especial. Una bolsa de vaco se coloca en la parte superior de las fibras, los bordes de la bolsa se sellan y se aplica una presin de vaco (Tljsten y Elfgren 2000). Dos agujeros se hacen en la bolsa de vaco, una para el punto de venta donde el vaco se aplica presin y uno para la entrada donde se inyecta la resina (Fig. 2-10). A fin de que lograr una presin de vaco aceptable, un sellador especial de masilla epoxi se puede utilizar a lo largo del lados de la viga en la parte inferior de la bolsa de vaco. El sellado debe ser efectiva a un nivel muy alto nivel. Fig. 2-10: Fortalecimiento con sistema de inyeccin de vaco (Tljsten y Elfgren 2000). Impregnacin en vaco tiene varias ventajas sobre mojado tradicional canasta. La primera ventaja es que con este mtodo es posible evitar el contacto manual con el adhesivo epoxi y los residuos en el sitio de trabajo se puede mantener a un mnimo. Adems, la calidad de la compuesto puede ser mejorado. Sin embargo, este mtodo requiere una gran inversin y no puedo haber algunas dificultades para lograr un alto grado de vaco con superficies de textura spera o en geometras y ubicaciones complicado. Esto implica mayores costos para el trabajo de fortalecimiento. Para esta aplicacin, se utiliza una baja viscosidad en fro curado adhesivo epoxi. 18 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. 3Bases de concepto de diseo y seguridad Externamente servidumbre refuerzo FRP (FRP EBR) es una tcnica eficaz que puede ser aplicada para una amplia gama de estructuras y materiales. Sin embargo, tras el alcance de esta Boletn (Captulo 1), la base del diseo y concepto de seguridad se refiere a la utilizacin de FRP para EBR reparacin y refuerzo de estructuras de hormign armado solamente. 3.1 3.1.1 Bases de proyecto Requerimientos generales El fortalecimiento de las estructuras de hormign por medio de armadura adherente externamente (EBR) es una tcnica eficaz que se basa en la accin compuesta entre un reforzado o elemento de hormign pretensado y la armadura adherente externamente. Para garantizar la seguridad estructural global del miembro reforzado es importante que adecuada FRP EBR Se utilizan sistemas, correctamente diseado, detallado y ejecutado. El estado del miembro antes fortalecimiento es de influencia y puede requerir tcnicas de reparacin anteriores a la ejecucin de la Sistema FRP EBR. Por lo tanto, mientras que las especificaciones en este documento reflejan en el diseo y ejecucin de la armadura adherente externamente en concreto, en relacin con los documentos relacionados el diseo de RC y PC miembros, entre los que Eurocdigo 2 (EC2) (CEN 1991), y relativos a las tcnicas de reparacin se aplicarn tambin. Varios sistemas FRP EBR estn disponibles que difieren dependiendo del tipo de FRP, el tipo de adhesivo, mtodo de curado, los preparativos materiales, etc. Se debe asegurar que slo Se utilizan sistemas de EBR FRP aprobados. El uso de sistemas de EBR FRP de calidad insuficiente (Con respecto a los materiales constitutivos, el sistema y la ejecucin) comprometern seguridad estructural. Para evitar esto, los productos, sistemas y personal deben cumplir con el control de calidad especificaciones (vase el captulo 8). Procedimientos de control de calidad deben adoptarse con respecto a la produccin, el diseo, la ejecucin y el comportamiento en servicio. A medida que el diseo combina e involucra diferentes aspectos estructurales y tan diferentes FRP Sistemas EBR estn disponibles, el ingeniero de proyecto debe tener la suficiente experiencia en el diseo de las reparaciones estructurales y debe tener conocimiento sobre los materiales y sistemas, la respuesta estructural esperado y los aspectos de seguridad o de riesgo relacionados. 3.1.2 3.1.2.1 Requisitos de diseo General Todas las situaciones de diseo necesarios y combinaciones de carga deben ser considerados. En el disear los estados lmite pertinentes debern dirigirse. El diseo de la FRP tiene que EBR reflejar los efectos de la armadura adicional proporcionada a la seccin (diseado asumiendo accin compuesta completo) y la capacidad de las fuerzas de transferencia por medio de la interfaz de enlace (Verificacin de la desunin). Adems, las reglas que detallan y disposiciones especiales tienen que ser considerado. Clculos de diseo se basan en anlisis o (semi) modelos empricos. El estado de la (reparado) estructura antes de fortalecimiento debe ser tomado como una referencia para el diseo de la armadura de FRP unido externamente. Por medio de la inspeccin sobre el terreno, revisin de documentos existentes y un anlisis estructural, el estado del miembro existente o estructura debe ser verificada. Como la aplicacin del sistema de EBR FRP no pretende limitan o arrestan defectos (como por ejemplo, la corrosin del acero), posibles daos o deterioro es 19 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. ser identificados y las causas de las deficiencias deben ser conocidos. Si es necesario, la reparacin debe ser adecuada emprendido. Debido a la falta de plasticidad en el FRP, la redistribucin de momentos en el fortalecido partes de los miembros es, en general, no se les permite, a menos que el confinamiento suficiente del hormign es proporcionado, para permitir deformaciones plsticas. Miembros Finalmente, para el fortalecimiento como columnas y paredes, el efecto de las deformaciones fuera del plano (efectos de segundo orden) debe ser considerado en el diseo. 3.1.2.2Estados lmite y situaciones de diseo El procedimiento de diseo debe consistir en una verificacin tanto del estado lmite de servicio (SLS) y el estado lmite ltimo (ULS). En algunos casos se puede esperar que los SLS se rige por el diseo (vase 3.1.2.3). Las siguientes situaciones de proyecto tienen que ser considerados: situacin persistente, correspondiente al uso normal de la estructura situacin accidental, correspondiente a la prdida imprevista de la FRP EBR (por ejemplo, debido a impacto, vandalismo, incendio) consideraciones de diseo especiales (por ejemplo enlace destaca debido a las diferencias en el coeficiente de expansin trmica, resistencia al fuego, resistencia al impacto). 3.1.2.3Verificacin de la SLS Se deber demostrar que el miembro o estructura reforzada realiza adecuadamente en uso normal. Para cumplir con este requisito, la verificacin SLS normalmente se refiere a: tensiones; Estos tienen que ser limitado con el fin de evitar que el acero rendimiento, daos o excesivo fluencia del hormign y la fluencia excesivo o la rotura por fluencia del FRP deformaciones o desviaciones; que pueden restringir el uso normal de la estructura, inducir dao a los no miembros de carga o negativamente influyen en la aparicin craqueo (cracking incluyendo enlace de interfaz); que puede daar la durabilidad, funcionalidad y apariencia de la estructura o que pueden poner en peligro la integridad de la interfaz de unin entre EBR FRP y hormign Si las razones de fortalecimiento se relacionan con mayor facilidad de servicio, el SLS ser que rige para el diseo, en lugar de los ULS. Incluso si la razn de reforzamiento es dictado por aumentar la fuerza consideraciones, puede surgir para los miembros de flexin que el SLS es que rige para el diseo. De hecho, como materiales de FRP tienen alta resistencia, pequea seccin transversal Se necesitan reas de FRP para ULS. Con el fin de cumplir con los criterios de servicio, estas reas pueden sea insuficiente, especialmente dado el bajo mdulo de elasticidad relativa de algunos FRP. Combinaciones de carga para SLS como se especifica en EC2 (CEN 1991) se aplican. Coeficientes parciales de seguridad para el material M se toman igual a 1.0, salvo que se especifique lo contrario. La tensin-deformacin comportamiento de FRP para las verificaciones SLS se da en la Seccin 3.1.3.1. Las disposiciones para el clculo del SLS se dan en los diferentes captulos de este boletn. Clculos detallados no son obligatorias en las medidas lmite caso y las reglas que detallan como especificado en las secciones respectivas sobre los SLS son considerados. 3.1.2.4Verificacin de la ULS En ULS, los diferentes modos de fallo que pueden ocurrir tienen que ser considerados. En general, la modos de fallo se pueden subdividir a los asumiendo accin compuesta total entre el RC / PC 20 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. miembro y el sistema EBR (unin adecuada) y aquellos verificar los diferentes desunin mecanismos que pueden ocurrir. Combinaciones de carga y factores de seguridad parciales (carga de factores de F y factores materiales M) para ULS como se especifica en EC2 (CEN 1991) se aplican, a menos que se especifique lo contrario. La seguridad de materiales factor de f y el comportamiento tensin-deformacin del FRP para las verificaciones ULS se dan en la Seccin 3.1.3.2. Factores de seguridad significativas con respecto a la verificacin de la ULS fallo de la unin se dan en Seccin 3.1.3.3. Las provisiones para los clculos en ULS se dan en los diferentes captulos de este boletn. 3.1.2.5Situacin accidental La situacin de diseo accidental es una verificacin en el que la prdida de la FRP debido, por ejemplo se supone impacto, vandalismo o fuego. El miembro no reforzado se somete a toda la informacin pertinente combinaciones de carga accidentales del miembro fortalecido. Esta verificacin se realiza en el estado lmite ltimo, teniendo en cuenta los factores de seguridad parciales para los materiales a ser 1.0 y teniendo en cuenta la reduccin de los coeficientes parciales de seguridad y los factores de combinacin para las cargas, como prevista en el Eurocdigo 1 (EC1), Parte 1 (CEN 1994). 3.1.2.6Consideraciones de diseo especiales Consideraciones especiales de diseo, tales como la carga cclica, bono adicional destaca debido a la diferencia en la expansin trmica entre FRP y concreto, el impacto y resistencia al fuego puede ser relevante. Estos aspectos dependen fuertemente de la situacin in-situ y pueden influir tanto en la diseo y la ejecucin prctica. De lo anterior puede ser obvio que el impacto y el fuego puede ser considerado como una situacin accidental, as como una consideracin especial diseo. En el caso de la situacin accidental, se consideran las consecuencias de la prdida de refuerzo FRP y puede no ser necesaria precauciones especiales con respecto al impacto y fuego. Cuando en el otro entregar el FRP EBR tiene que cumplir ciertos requisitos bajo impacto y la carga de fuego, esto es considerado como una consideracin especial diseo. Es importante que se preste suficiente atencin a los aspectos de diseo especiales, como pueden tienen una influencia considerable en la seguridad estructural. Disposiciones con respecto a la especial consideraciones de diseo se dan en el Captulo 9. 3.1.2.7Durabilidad Las condiciones ambientales deben ser tenidas en cuenta desde el principio del diseo proceso, de modo que sus influencias con respecto a la durabilidad son considerados y si es necesario se pueden tomar medidas de proteccin. Ms orientacin con respecto a la durabilidad se da en Captulo 9. 3.1.3Modelos para los materiales constituyentes y factores de seguridad parciales Para la verificacin del diseo, los modelos de tensin-deformacin y los factores de seguridad de los materiales asociados M dado en esta seccin se puede suponer. Para la seguridad de carga F y carga factores combinados se hace referencia a EC1 (CEN 1994) y EC2 (CEN 1991). Sin embargo, otros estudios de seguridad de accin factores pueden ser propuestas en el futuro (sujeto a estudio). 21 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. 3.1.3.1Verificacin SLS Para verificaciones SLS, una respuesta de tensin-deformacin lineal se considera para el constituyente los materiales y los factores de seguridad parciales del material M se toman igual a 1,0. En el caso de FRP, se har referencia a la siguiente relacin: F = EFK F (3-1) donde EFK es el valor caracterstico del mdulo secante de elasticidad. Este ltimo es determinado entre 10% y 50% de la resistencia ltima FRP. Normalmente, el valor caracterstico lmite inferior Efk0.05 (5% fractile) se utiliza para el diseo. En algunas verificaciones, cuando un ms altos resultados E-mdulo de menor fiabilidad, es necesario consulte el valor lmite superior Efk0.95 (95% percentil). Cuando el mdulo E no se considera como una variable fundamental en la ecuacin, se puede hacer referencia a la Efm valor medio. 3.1.3.2Verificacin ULS, accin compuesta total entre hormign y EBR FRP Para la verificacin ULS, se hace referencia a las curvas de diseo de tensin-deformacin de la materiales constituyentes, como se muestra en la Fig. 3-1. Fig. 3-1: Diseo curvas tensin-deformacin de los materiales constitutivos de ULS. Para el hormign, un bloque de tensin-parablica rectangular o tensin-deformacin alternativa relaciones pueden ser asumidas, segn lo dispuesto por EC2. La resistencia de diseo del hormign fcd = fck / c se basa en el valor caracterstico de la resistencia a la compresin fck, un parcial de seguridad factor de c = 1,5 y un factor de reduccin = 0,85 para tener en cuenta la resistencia a la compresin reducida bajo carga a largo plazo. Para el refuerzo de acero, una relacin bilineal tensin-deformacin es considerado, con un diseo FYD lmite elstico = fyk / s. El factor de seguridad de material es igual a 1,15 s. Ms detalles en las curvas tensin-deformacin, valores caractersticos y de diseo del concreto y acero se puede encontrar en EC2 (CEN 1991). El comportamiento tensin-deformacin a la traccin del FRP para las verificaciones ULS puede ser idealizada por medio de una respuesta lineal, definida como (Fig 3-1.): F E fu F f fd(3-2) donde Efu = ffk / fuk es el mdulo de elasticidad a final, basado en los valores caractersticos de la resistencia a la traccin de FRP y la tensin mxima. El ffk resistencia caracterstica corresponde a el percentil 5% de la resistencia a la traccin y fuk es el percentil 5% de la cepa fracaso. Es 22 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. tom nota de que el mdulo de elasticidad Efu normalmente es mayor que el mdulo secante EFK (como la fibras, que no estn perfectamente alineados inicialmente, se enderezan a niveles de carga ms altos, la rigidez de los aumentos de FRP). Sin embargo, esto debe ser verificado y Efu no se tendr menos de Efk0.05. Cuando el diseo se rige por el SLS o un ULS correspondiente con la trituracin de hormign o el fracaso de bonos, la cepa FRP al final es ms bien limitada. En esta situacin, que a menudo se ser el caso, la tensin FRP f en ULS es considerablemente menor que la resistencia a la traccin, de modo que la resistencia de diseo a la traccin en general no est gobernando. Para verificar esto o por lo tanto, en aquellos casos donde el ULS se determina por fallo de traccin FRP de todos modos, se hace referencia al diseo traccin ffd fuerza: f fd f fk F FUE fum (3-3) Los valores para el factor de seguridad de materiales FRP f se sugieren en la Tabla 3.1. Se trata principalmente de basado en las diferencias observadas en el comportamiento a largo plazo de FRP (bsicamente en funcin de el tipo de fibras), as como sobre la influencia de la tcnica de aplicacin. La propuesta factores son (a causa de la falta de datos completos) sujetos a un mayor estudio. La relacin FUE / fum normalmente es igual a 1, ya que la ltima cepa FUE FRP efectiva espera no lo har in situ difieren significativamente de la fum cepa media obtenida a travs de ensayos de traccin uniaxial y, como pequeas variaciones se contabilizan en el factor de seguridad de materiales FRP f. Sin embargo, en particular, casos, la FUE efectiva cepa fracaso pueden ser significativamente inferior como resultado de envoltura de FRP alrededor de las esquinas muy afiladas, la aplicacin de un gran nmero de capas, estado multi-axial de estrs, etc. Un valor limitado de la cepa fracaso FRP tambin puede ser considerado como un diseo simplificado alternativa. En este caso, la verificacin ULS restringe excesivas deformaciones de FRP, en vez verificar que el modo de fallo relacionado s mismo. Ms detalles en la FUE efectiva cepa fracaso (En su caso) estn dentro de los respectivos captulos de este boletn o debe basarse en evidencia experimental. Para la relacin tensin-deformacin de FRP limita concreto, se hace referencia al captulo 6. Tabla 3-1: FRP factores de seguridad de material f. Tipo de FRP CFRP AFRP GFRP (1) Tipo de aplicacin A (1) 1.20 1.25 1.30 Tipo de aplicacin B (2) 1.35 1.45 1.50 Aplicacin de sistemas de EBR FRP prefabricada en condiciones normales de control de calidad. Aplicacin de Layout hmeda sistemas de arriba si se toman todas las medidas necesarias para obtener un alto grado de control de calidad tanto en el condiciones de aplicacin y el proceso de solicitud. (2) La aplicacin de sistemas de lay-mojado en condiciones normales de control de calidad. La aplicacin de cualquier sistema bajo difciles condiciones en el lugar de trabajo. 3.1.3.3Verificacin ULS de fallo de la unin Fallas de adhesin pueden ser causados por diferentes razones como se demuestra en el captulo 4. Suponiendo correcta aplicacin del EBR FRP y el uso de materiales adecuados, el vnculo fallo ocurrir normalmente en el hormign. En la verificacin ULS, se har referencia a la traccin de diseo o resistencia al corte del hormign, mediante la introduccin de un factor de seguridad de materiales, cb designado. Se propone un cb factor igual a 1,5 (similar a c = 1,5 [EC2]). 23 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. En casos particulares, por ejemplo, para hormign de alta resistencia, la resistencia al cizallamiento del adhesivo puede ser menor que la resistencia al cizallamiento del hormign. En la verificacin ULS, la referencia ser hecha a la traccin de diseo o de resistencia a la cizalladura del adhesivo, considerando una seguridad de materiales factor de a = 1,5. El cb factores propuesto y A son (a causa de la falta de datos completos) sujetos a un mayor estudio. Mayores esfuerzos de traccin FRP (f = Ef f) dar lugar a fuerzas de bonos ms altos. Por lo tanto, la verificacin de fallo de la unin debe estar relacionado con un valor lmite superior del mdulo de elasticidad Ef. Este ltimo puede ser tomado igual al mximo de: el mdulo de elasticidad Efu en Ultimate (aunque fallo de la unin puede ocurrir en cepas de FRP considerablemente inferior a la ltima cepa FRP) el valor lmite superior de la secante caracterstica mdulo Efk0.95. 3.2Concepto de seguridad El diseo debe ser tal que se obtiene suficiente seguridad estructural, incluyendo suficiente ductilidad. Este ltimo aspecto se discute en la Seccin 3.3. 3.2.1Concepto de seguridad con respecto al estado lmite ltimo En el estado lmite ltimo, el modelo estar relacionado con los diferentes modos de falla que puede ocurrir. El diseo debe ser tal que los modos de fallo frgiles, tales como cizalladura y torsin, son excluidos. Por la misma razn, se debe garantizar que el acero interna es suficientemente cediendo en ULS (ver seccin 3.3), por lo que el miembro fortalecido fallar en un dctil forma, a pesar de la naturaleza frgil de trituracin de concreto, ruptura de FRP o el fracaso de bonos. Por lo tanto, el modo de fallo de gobierno de un miembro de flexin ser o acero rendimiento / hormign aplastamiento (antes de la ruptura de FRP o desunin) correspondiente a la zona B en la Fig. 3-2, o acero rendimiento / fracaso FRP (ya sea la ruptura de FRP o fracaso fianza) con la zona A en la Fig. 3-2. En la Fig. 3-2, o es la cepa inicial en la traccin de la fibra extrema antes de fortalecimiento, f, min se la cepa FRP permisible mnima a la ltima (Seccin 3.3) y fu, c es la cepa de FRP en el seccin crtica al final. En caso de fractura de FRP est gobernando, fu, c es igual al valor de diseo de lo ltimo fud cepa FRP. En caso de fallo de la unin, fu, c es igual a la cepa de FRP en el crtico seccin cuando se produce la desunin. Esta desunin puede iniciar en otro lugar que el seccin crtica que se considera para la verificacin de la capacidad de flexin. Insuficiencia Bond se permitir en el diseo si el diseo fu, cOptimum corresponder withf, min. hormign simultnea de trituracin (cu = 0,0035) y la insuficiencia FRP traccin (FUD) (Fig. 3-2). Para los miembros de flexin a menudo los SLS se rigen en el diseo (como se menciona en Seccin 3.1.2.3). Esto implica que se aplicarn mayores cantidades de FRP de lo necesario para ULS. Generalmente, esto influir positivamente la relacin de carga de rotura para la carga de servicio. En todos los casos, se debe verificar que la capacidad de cizalla (o torsin) de la reforzado miembro es mayor que las fuerzas de cizallamiento que acta (o de torsin). Si es necesario, el fortalecimiento de la flexin debe combinarse con fortalecimiento de cizallamiento. Para los miembros de traccin, el diseo ptimo en ULS se corresponder con ruptura de FRP. Enlace fracaso reducir fuertemente la capacidad de soporte de carga del miembro de traccin. En cualquier caso, la diseo debe garantizar suficiente fluencia del acero interno (Seccin 3.3). Para los miembros de compresin, el fortalecimiento se hace por confinamiento (captulo 6). Este tcnica influye favorablemente en la seguridad estructural ya que los resultados de confinamiento en una mayor ductilidad. 24 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. Fig. 3-2: Distribucin de tensin en ULS en la seccin crtica de miembros flexionados fortalecidas. 3.2.2Concepto de seguridad con respecto a la situacin de diseo accidental A veces se sugiere que el FRP EBR debe servir como refuerzo secundario, por lo que en caso de prdida accidental del fortalecimiento de FRP, la estructura existente puede todava seguir apoyando a todas las combinaciones de carga pertinentes sin colapso (total) de la estructura. Esta verificacin se basa en una situacin de diseo accidental (vase la Seccin 3.1.2.5). Si se cumple la condicin de diseo accidental, seguridad estructural se maximiza con respecto a prdida de la armadura adherente externamente. En este caso, las consideraciones de diseo especiales tales como el vandalismo, el impacto o incendios son por lo general ya no de preocupacin, o son de menor importancia importancia. Por otro lado, se puede argumentar que la situacin de diseo accidental restringe la aumento de fuerza mxima, mientras que hay pruebas suficientes como para confiar en el exterior refuerzo FRP unido no slo como refuerzo secundario. En este caso, la atencin adicional se debe prestar a las consideraciones especiales de diseo antes mencionados. En cualquier caso, el aumento de la fuerza de reforzarse adecuadamente diseado miembros pueden ser limitada no slo por el ULS, sino por los SLS y los requisitos de ductilidad as. Puede ser que los ltimos requisitos rigen el aumento mximo de la fuerza en lugar de lo accidental situacin de diseo. 3.3Ductilidad Generalmente, la ductilidad a la traccin de un miembro de flexin reforzado o disminuye con respecto al miembro no reforzado. Este ser el caso especialmente para prematuro fracasos de desunin y altas relaciones de fortalecimiento, como pequeas cepas de FRP y, por tanto, pequea deformaciones o curvaturas se obtienen en ltimo. Para garantizar la ductilidad suficiente de miembros flexionados fortalecidas, el acero interno debe producir lo suficiente al fracaso, es decir, la curvatura (o desviacin) en ltima instancia debe ser grande Suficiente. Con respecto a este tema, EC2, Seccin 2.5.3.4.2 (5) (CEN 1991) da la siguiente limitacin de la profundidad de la zona de compresin en ltima: 0,45 para los tipos de hormign C35 / 45 o menores 0,35 para los tipos de hormign superiores a C35 / 45 donde = x / d, con x la profundidad de la zona de compresin y la profundidad d de viga eficaz. (3-4) 25 Derechos de autor fib, todos los derechos reservados. Esta copia en PDF de fib Boletn 14 es para uso y / o distribucin solamente por grupos nacionales de fib. Basado en eq. (3-4) y la fig. 3-2, con lo ltimo cu cepa concreta = 0,0035 y h / d 1.1, el siguiente requisito se puede formular, en trminos de la tensin mnima en FRP final: fu, c