Boton empresa Boto Sistemes de reforç Boton Material Compost Boton Disseny de reforç Boton aplicacio del reforç Boto obres de referencia
 


REFORÇ D'ESTRUCTURES MITJANÇANT ADHESIÓ EXTERNA DE POLÍMERS REFORÇATS AMB FIBRA DE CARBONI I ARAMIDA (FRP)


INTRODUCCIÓ


A Espanya existeix un parc d'estructures tant en obres d'edificació com civil que requereix de la seva adequació a l'ús, i reparació a causa de la degradació, actualització a noves normatives, canvis d'ús,… Per a donar resposta a aquestes exigències, va sorgir el reforç mitjançant platabandes d'acer. Però a causa del seu alt cost de fabricació, al ser elements molt pesats, dificultosa col·locació i al ràpid deteriorament per corrosió, van limitar el seu ús.

Més recentment (uns 25 anys enrere) van aparèixer els polímers reforçats amb fibres (FRP, fiber-reinforced polímer) com a substitutiu a les platabandes d'acer.

L'atractiu dels reforços amb composites FRP resideix en les seves altes resistències a la tracció, durabilitat (resistents a la corrosió i altres agents agressius); propietats molt interessants versus els reforços tradicionals de platabandes d'acer. En aquest atractiu, hem d'afegir la seva alta relació resistència/pes, proporcionant uns materials molt manejables i ràpids de col·locar.
Per tot això, el reforç d'estructures de formigó és al camp de la construcció on més ràpid i amb major èxit s'estan aplicant els nous materials compostos (polímers armats amb fibres, o FRP). Els reforços amb FRP es realitzen de forma molt ràpida, amb pocs operaris i utilitzant mitjants auxiliars lleugers, minimitzant-se les interrupcions de l'ús de l'estructura i les molèsties als usuaris. L'aplicació d'aquests materials es tradueix en un estalvi en costos de mà d'obra respecte els reforços tradicionals entorn al 30-40%, compensant amb escreix el cost de la matèria primera, i l'absència de manteniment requerit.

 
 
CAMPS D'APLICACIÓ


Un reforç estructural mitjançant un sistema de fibres de carboni comprèn els reforç, enfront d'esforços flectors, tallants, confinament. Al ser productes anisòtrops, treballen en una sola direcció i únicament absorbeixen traccions. Han dedisposar-se en les zones traccionades dels elements que es reforcin.

Com exemple, s'utilitzen en:
  • Defectes de projecte i/o d'execució.
  • Rehabilitació d'estructures.
  • Canvis d'ús que comportin un increment de càrregues.
  • Adaptació a noves normatives.
  • Reparació d'estructures danyades amb pèrdua de secció resistent (corrosió,…)

Tipus d'estructures:

Obra civil:

  • Ponts, viaductes, piles, taulers, bigues,…
  • Dipòsits i xemeneies …

Obra d'edificació:   

  • Forjats unidireccionals, reticulars, llosa.
  • Pilars.
  • Bigues…

 
 


FILOSOFIA DEL DISSENY D'UN REFORÇ

Les fibres de carboni tenen una alta resistència a les altes temperatures (més de 600ºC). No obstant això, les reïnes epoxi que s’empren tenen el punt de transició vítrea entre els 80-100ºC, depenent del fabricant.

A causa de la influència de la temperatura en els reforços (utilitzen una interfície de reïna per a la instal·lació) existeixen dues possibilitats per dissenyar-los:
  1. Garantir un coeficient de resistència residual major que 1. En aquest cas, hem de garantir que davant una eventual pèrdua del reforç en cas d'incendi, el temps de resistència al foc de l’estructura estarà únicament determinat pel recobriment de l'armadura.

  2. Si el coeficient de resistència residual és inferior a 1, s’haurà de protegir el reforç enfront d'incendi , seguint les normatives aplicables. En aquest sentit, haurà d'assegurar-se que l'adhesiu no arribi a la seva temperatura de transició vítrea, disposant de protecció ignífuga.

 
 


BASES PER AL DISSENY DE REFORÇOS

L'estat inicial de l'element a reforçar pot requerir d'algun tipus de reparació prèvia. Aquest haurà d’estar en perfectes condicions quan s' hagi d'aplicar el reforç i s’haurà de considerar en el disseny .

Els mètodes de càlcul basats en els Estats Límit descrits en l' Eurocódigo 2, així com en la EHE seran d'aplicació en el disseny. És important conèixer les lleis d'esforços dels diferents estats de càrrega per a evaluar el factor de seguretat residual i la secció requerida de reforç.

El dimensionament es basa en una secció transversal i en les prestacions dels materials principals de reforç (composite, full de fibra), descrits en les fitxes tècniques del fabricant del sistema. Però aplicant els factors de seguretat i prenent deformacions de disseny (distintes de les característiques) descrits en la guia de disseny de reforç amb materials compostos CEB-FIP.


 
 


REFORÇOS A FLEXIÓ

En els càlculs d'un reforç a flexió s'assumeixen una sèrie de premisses (ACI 440-2R) que són:

  1. Disseny basat en la secció existent (dimensions, materials,… estat actual)
  2. Les deformacions en el formigó i reforç de fibra, són proporcionals a la distància de l'eix neutre.
  3. El reforç externament adherit està perfectament adherit al formigó.
  4. La deformació de cizalladura de l'adhesiu és menyspreable ja que l'espessor aplicat és mínim.
  5. La deformació màxima del formigó comprimit és del 3,5‰ (EHE)
  6. La contribució del formigó a tracció és menyspreable.
  7. El reforç de fibra és perfectament elàstic fins a trencament.

La disposició d'una secció de fibra de carboni, provoca una pèrdua de la ductilitat de l'element. Per això, la CEB-FIP recomana assegurar que la deformació de disseny ha de ser com a mínim del 5‰, en formigons de tipus igual o inferior a C35/45. D'altra banda, els valors màxims recomanats d'elongació de disseny arriben fins al 7,5‰ (no es recomanen valors superiors), segons l'estat de deformació de l'acer traccionat en el moment del reforç.


 
 


REFORÇOS A TALLANT

Enfront d'un estat nou de càrregues que comporti un reforç a flexió, és important verificar al mateix temps la situació enfront d'esforç tallant.

El reforç a tallant contribueix a mode de cèrcol externament adherit, i absorbeix els esforços de tracció produïts en l'ànima de l'element.

El mode de càlcul és simple utilitzant el mètode de bieles i tirants. La contribució del reforç, Vf, és additiu al sumatori de contribucions. Cal tenir en compte, la limitació de deformació de disseny (entorn al 4‰). La contribució és distinta segons el tipus de disposició. En aquest sentit, el major reforç s'obté amb una disposició que emboliqui per complet l'element mentre que el mínim es dóna amb una disposició a doble cara.

Altre objectiu del reforç és interceptar les fissures diagonals que es generen en aquest tipus d'esforços, en direcció de les bieles de compressió, disposant aquests reforç en la direcció dels tirants. La separació entre bandes de reforç està limitada a un màxim


 
 


REFORÇOS A CONFINAMENT (ESFORÇ AXIL)

Aquest tipus de reforç es realitza per a elements sotmesos a compressió a fi de millorar el seu comportament enfront de sismes (millorar la seva ductilitat) o bé augmentar la capacitat portant.

El confinament amb materials de fibra de carboni, redueix l'expansió lateral de l'element quan aquest està en compressió, arribant a un estat multi axial de compressió. Un augment de la capacitat portant d'un element sotmès a compressió és major com menys és la ductilitat de la secció (major secció de reforç). Per aquesta raó, els reforços de fibra de carboni són molt indicats en aquests casos gràcies al seu alt mòdul elàstic, en comparació al de l'acer, i la seva baixa fluència.

Prendre una deformació de disseny òptima és crucial tant en aquest tipus de reforços com els restants. Això és perquè en una elongació del reforç molt menor que la característica ja es produeix el trencament del reforç. Al requerir ductilitats relativament baixes, s'acostuma a recomanar deformacions de disseny no superiors al 5‰.

 
carbonconcrete.es © 2008 Todos los derechos de la web reservados. Diseñado por: Serveis Informàtics Josep