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MBrace® - CompositeStrengthening System

RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES

Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión)

Mejora de las capacidad existente de laestructura: recrecido en capa de compresión

-Cierta necesidad de medios auxiliares

-Tiempo

-Buena solución para incrementos de cargaen forjados

-Posibles problemas a rasante

-Posibles problemas por alturas libres



Mejora de las capacidad existentede la estructura: recrecido en

nervios entre pilares

-Cierta necesidad de mediosauxiliares

-Tiempo

-Buena solución para incrementosde carga en forjados

-Posibles problemas por alturaslibres


Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión, ELS…)

Sustitución total/parcial de laestructura existente: Perfilería

-Gran capacidad de refuerzo(apeo total o parcial)

-Cierta necesidad de mediosauxiliares

-Tiempo de ejecución

- El éxito del refuerzo dependeen gran medida de la puesta en

obra

-Necesidad de protección contrala corrosión

-Posibles problemas por alturaslibres



Mejora de las capacidad existente de la estructura: Adhesión de chapas

-Capacidad de refuerzo limitada por la deformación máxima


-Necesidad de protección contra la corrosión


Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión,cortante ELS…)

Mejora de las capacidad existente dela estructura: Pretensado

-Gran capacidad de refuerzo


-Necesidad de protección contra lacorrosión

-Necesidad de protección contraagentes externos


Refuerzo de pilares (patología a flexión o compresión)

Mejora de las capacidad existente delhormigón: zunchado


-Tiempo

-El éxito del refuerzo depende en granmedida de la puesta en obra

-Importancia fundamental de unrevestimiento óptimo contra la corrosión


Refuerzo de pilares (patología a flexión o compresión)

Mejora y transferencia: encamisado conhormigón o recrecido

-Es uno de los pocos métodosrecomendables para patologías severas (se

apea el pilar existente)

-Se puede usar mano de obra pocoespecializada

-Gran cantidad de tiempo y métodosauxiliares

-Necesidad de actuar en plantas contiguaspara encauzar y compatibilizar tensiones(taladros pasantes en armadura de piel)

PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRP

Materiales compuestos: Materiales bifásicos (fibra + matriz)

Elemento fibroso (rigidezy resistencia)

Matriz: resina (configuracióngeométrica; flexible y pocoresistente)

Fibras: carbono, vidrio, boro, aramida, metal, cerámica

Matrices: orgánicas, minerales, metálicas, cerámicas

PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRPMATERIALES DE REFUERZO (Tipos de fibras)

Acero

Carbono

Grafito

Aramida

Vidrio

Cada material se distinguepor su cromosoma:

el módulo de elasticidad

Cada material se distinguepor su cromosoma:

el módulo de elasticidad


Fibras de Carbono: De alto módulo y alta resistencia, Excepcionalresistencia química

Insensible a la corrosión.

Óptima resistencia a fatiga.

Elevada resistencia a cargas cíclicas.

Gran ligereza: peso específico aprox.

18 kN/m³ vs 78 kN/m³ del acero .

Buen comportamiento bajo fluencia.

Muy bajo coeficiente de dilatación.

Elevada rigidez.


Fibras orgánicas (Aramida - KEVLAR): Fibras de poliamida aromática.Obtención por extrusión y trefilación

Elevada resistencia, tenacidad y capacidad de deformación.

Complicada separación y corte.

Resistente a la corrosión.

No conductiva.

Incremento de resistencia a impacto y explosiones.

Refuerzos en zonas sensibles a las corrientes eléctricas.


Fibras orgánicas (Aramida - KEVLAR):

35 kg TNT

No reforzado con aramida Reforzado con aramida

PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRPFunción de las resinas:

Fijan en FRP a la estructura.

Mantienen la posiciónrelativa de las fibras.

Garantizan la adecuadatransferencia de losesfuerzos entre hebras,haciendo que la armaduratrabaje como un todo.

Protegen las fibras deagresiones ambientales.

Protegen las fibras de laabrasión.

¿Por qué es útil SISTEMA MBrace?Incrementa las condiciones de seguridad existentes

Ahorro de costos vs. métodos de refuerzo convencionales

Utilizado para corregir defectos de proyecto ejecución,cambio uso de la estructura (incremento de cargas),restauraciones por deterioro de la sección o restitución delos elementos estructurales, cambio de normativa (mayoresexigencias).

Presentación FC

laminados

barras Hojas

Laminado FC vs. Hoja FC

HOJA DE FIBRA

20-30% de fibras porsección.

Módulo E resultante segúnaplicación.

Para refuerzo a:

Flexión (bajos incrementos)

Confinamiento

Cortante

LAMINADO PREFORMADO

70% de fibras porsección

Módulo E aseguradomediante procesoindustrial.

Para refuerzo a:

Flexión

Cortante (cut – in)

MBrace® LAMINATELaminado preformado de fibra de carbono para refuerzo deelementos estructurales.

MBrace LAMINATE 170/3100

MBrace LAMINATE 210/3300

MBrace LAMINATE 165/2500 15/2.5 (Sístema CUT-IN )

MBrace® LAMINATEDimensiones

MBrace® FIBRE

MBrace Hoja de Fibra de Carbono

MBrace Hoja de Fibra de Aramida KEVLAR ®

MBrace® FIBREDimensiones

Barras MBarBarras pultrusas de fibra de carbono para refuerzo estructuralde elementos de hormigón y mampostería.

MBrace MBar 165/2500

Barras MBarDimensiones

Refuerzo

Losas

Vigas Chimeneas

Pilares

Refuerzo

Tuberías

Tanques

Muros

Procedimiento de Diseño

Diseño y dimensionamiento

¿Cómo dimensionamos el refuerzo?

EVALUAMOS COMO ESTÁ LA ESTRUCTURA (A QUÉ SEQUIERE REFORZAR)

PREGUNTAMOS A QUE NIVEL DE REFUERZO SE QUIERELLEGAR

ANALIZAMOS LA VIABILIDAD DEL REFUERZO

QUANTIFICAMOS LA NATURALEZA Y CANTIDAD DELMISMO

RECOMENDACIONES PARA ELCÁLCULO DE REFUERZOS CON FRP

“Previo al cálculo de cualquier refuerzo adherido, deberá verificarse laestabilidad de la estructura sin refuerzo (FS 1). En caso de fallo completo delrefuerzo debe existir equilibrio entre nuevas cargas de uso sin mayorar y laresistencia del elemento sin minorar resistencias “ es decir:

“que la estructura aguante por si misma en caso de perdida delrefuerzo”

Normativas y guías de diseño vigentes :

Norma Europea 1504 "Productos y sistemas para la protección y reparaciónde estructuras de hormigón”

Guías de diseño:

Guía de diseño ACI 440.2R-02: Guide for the Design and Constructionof Externally Bonded FRP Systems for Strengthening ConcreteStructures

Guía de diseño CEB-FIB Externally bonded FRP Reinforcement forRC Structures (Féderation Internationale du Bèton-fib).

REFUERZO A FLEXIÓN

CONSIDERACIONESEl refuerzo a flexión, se realiza por medio de la adhesión longitudinal deFRP en paramentos traccionados. El refuerzo se plantea de modo pasivo(por simple adhesión) para secciones armadas y pretensadas.

El análisis seccional se realiza de acuerdo a las metodologías habitualesen hormigón armado:

Comportamiento Tensión - Deformación del acero y hormigón(Eurocódigo 2).

Verificando las condiciones estructurales del elemento una vezreforzado.

Verificando las condiciones de adhesión entre la fibra de Carbono y elHormigón

Se plantea el equilibrio de las secciones, compatibilizando tensiones ydeformaciones entre los materiales: hormigón, acero y Fibra de Carbono.

La resistencia nominal al esfuerzo cortante de una sección de hormigónarmado, según la norma ACI 318-95, es la suma de la resistencia alesfuerzo cortante del hormigón y la resistencia del refuerzo a cortante deacero. Para vigas reforzadas con fibra de carbono (MBrace) a cortante, laresistencia nominal al esfuerzo cortante puede calcularse sumando un tercertérmino que represente la contribución de la hoja de fibra (MBrace)

Donde:

Vc: Resistencia a cortante del hormigón

Vs: Resistencia a cortante del acero

f: Es un factor de seguridad a la contribución del MBrace a la capacidad acortante, por agotamiento adherente.

Vf = Contribución del MBrace a la capacidad cortante.

REFUERZO A CORTANTE

Vn =Vc + Vs + f Vf

f = 0.85

DETALLES CONSTRUCTIVOSEl método más eficaz de aplicar el refuerzo a cortante es envolvertoda la sección transversal de la viga con fibra.

Cuando esta configuración no es práctica, El método más comúnconsiste en envolver los lados y la parte inferior de la sección:envoltura en “U”

En ciertas situaciones puede que no sea posible envolver la partesuperior o la inferior de la sección. Sin embargo, es todavíaposible reforzar a cortante si se coloca el refuerzo en ambos ladosde la sección. No obstante, la eficacia de esta configuración estálimitada debido al deficiente anclaje de la fibra.

La hoja se ancla en el alma hasta 150 mm por debajo de la fibraneutra. En el caso de que la viga esté reforzada también a flexiónmediante laminado, las hojas se colocan encima del laminado yaque de esta manera colaboran también a un buen anclaje dellaminado.

Calcular el número de capas de refuerzo (n) con las que se debe cubrir elpilar con el fin de aumentar la resistencia a compresión del hormigón (fck)existente, al valor que se desee (fck,cf).

Utilizando una deformación de diseño de la hoja de MBrace, d=6‰

- Pilar rectangular / Cuadrado

- Pilar circular

REFUERZO A CONFINAMIENTO

Refuerzo con fibra de carbono:VENTAJAS

Rápida y fácil ejecución del refuerzo.

Ahorro en costos.

Mínimos tiempos de parada.


Ligereza.

Carga muerta adicional mínima.

NO hay que reforzar el refuerzo.

Hormigón: fck=250 Kp/cm2Acero: fyk=4600 kp/cm2Cuantía total 8 mm

Cuantía a reponer 4 mm

Ejemplo: Viga deteriorada

CAUSAS DE DETERIORO:

Debido a la insuficiencia de recubrimiento de laarmadura respecto al paramento, y al ambiente agresivodel medio, la viga presenta una pérdida importante dearmadura a tracción.

Debido a la carbonatación del hormigón derecubrimiento (pH 9), las armaduras han quedadodespasivadas, y han desarrollado una oxidaciónimportante, con expansión y rotura por efecto cuña delrecubrimiento circundante.

Alternativas de reparación

Recrecido mediante encofrado conincorporación de barra corrugada.

Wrecrecido = WMORTERO + WACERO = 73,6 + 9,86 =83,46 Kg

Adhesión de chapa de acero con resinaepoxi.

W CHAPA ACERO = ACERO • V m lineal = 7,85 g/cm3 • 100

cm largo • 0,3 cm espesor • 40 cm ancho = 9,4 Kg

20

Alternativas de reparación

Adhesión MBrace LAMINATE (3 Laminados

170/3100 100x1,4)

W LAMINADO = LAMINADO • V m lineal = 1,6 g/cm3 • 3 • 100

cm largo • 0,14 cm espesor • 10 cm ancho = 0,7 Kg

3 Laminados170/3100 100/1.4


Facilidad de manipulación.

Adaptación a soportes curvos.


Ligereza. Sin costes de apuntalamiento.


Alta durabilidad:

Sin riesgo de oxidación

Bajo (o nulo) mantenimiento.


Alta durabilidad:

A temperatura ambiente, las fibras decarbono sin impregnación de resinas soninertes a la humedad, productos químicospresentes en la atmósfera, disolventes,bases y ácidos débiles.

Sólo en presencia de agentes oxidantes,y Tª > 350ºC, pueden degradarse.


Calidad en obra:

Aplicación llevada a cabo por empresasespecializadas.

Refuerzo con FC: PARA TENER EN CUENTA!!!!!!!!Comportamiento frente al fuego:

Refuerzos sin protección:

– En caso de fuego el refuerzo se pierde con rapidez.

– Las fibras de carbono aguantan temperaturas altas,pero la resina empieza a degradarse a partir de los 50-80 ºC.

– La resistencia del elemento debe evaluarse sinconsiderar el refuerzo.

– Debe verificarse que en caso de fallo completo delrefuerzo existe equilibrio entre nuevas cargas de uso sinmayorar y sección antes de refuerzo sin minorar(FS>=1.0).

Refuerzos con protección:

– Si el refuerzo con el Sistema MBrace requiereprotección contra el fuego, está puede realizarse conmateriales resistentes al fuego (morteros, pinturas,perfiles laminados en caliente). Dicha protección debeevitar que la temperatura en el refuerzo supere la Tg(temperatura en la que polímero deja de ser rígido ycomienza a ser ahulado o blando). Código Técnico –UNE EN 13501-1

Refuerzo con FC: PARA TENER EN CUENTA!!!!!!!!

Comportamiento lineal hasta rotura:

Rotura frágil sin plastificación previa.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Deformación [ ]

Tensión [MPa]

Muestra


Orientación unidireccional y anisótropa:

Sólo funciona en una dirección.

NO permite anclajes pasantes (Desgarro).


Precio:

La fibra de carbono es un producto de alto precio!!!

Pero el refuerzo ejecutado no tiene por que ser máscaro!!!:

– Mayor rapidez.

– Fácil maniobrabilidad.

– Sin apuntalamientos.

– Menor cantidad de refuerzo.

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