INGENIERIA CIVIL

1

Línea de productos para refuerzo estructural

CARBOPREE® - GLASSPREE® - ARAPREE®

El empleo de materiales compuestos para reforzar yreparar estructuras existentes de hormigón armadoremonta a más de hace 20 años.Estos materiales conocidos como materiales compue-stos, son llamados comúnmente FRP (Fiber Reinfor-ced Plastic por su sigla en inglés).Los sistemas FRP se usan en todas aquellas estructu-ras que necesitan ser reforzadas en consecuencia de

deterioro, errores de diseño o construcción, cambioen el destino de uso, aumento de las cargas de servi-cio / carga ultima o refuerzo anti-sísmico.Hay dos técnicas que se utilizan para reforzar lasestructuras: refuerzo interno y refuerzo externo y hay3 clases de productos que se aplican: tejidos (FOTO1) laminas (FOTO 2) y barras (FOTO 3) (FOTO 3(2))(FOTO 3(3)).

1 2

3 3(2)

3(3)

2

Los FRP trabajan esencialmente proporcionandofuerza donde el hormigón es más débil, es decir entensión, por lo tanto se pueden aplicar en la parte in-ferior de vigas o losas (FOTO 4) de manera que au-menten la resistencia a flexión de estas últimas o enlas caras laterales de las vigas de manera que aumen-ten la resistencia a corte o en fin envueltos alrededorde columnas o pilas (FOTO 5) de manera que pro-vean confinamiento a la estructura y aumenten su

ductilidad, que es el problema principal y fundamentalen las adecuaciones sísmicas.Además se pueden usar en muros de concreto omampostería (FOTO 6) para aumentar la resistenciasísmica y para contrastar las cargas debidas al viento,así como se pueden utilizar como recubrimiento ex-terno de tubos de hormigón, silos (FOTO 7) o tan-ques de modo que puedan alcanzar presionesinternas más altas.

4

5

76

3

En los casos en que los FRP resulten útiles, hace faltareconocer que hay límites razonables a la resistenciaadicional que pueden proveer a la estructura.Típicamente un aumento de la resistencia hasta a un50% es considerado dentro de estos límites.

Aplicaciones donde los sistemas FRP no sirven in-cluyen: corrección de problemas de perforación cor-tante (punching shear) en losas o zapatas, correcciónde problemas de vibración, aumento de la resistenciaa compresión de las paredes.

Ventajas ofrecidas por los materiales FRP• durabilidad• peso ligero• rapidez y facilidad de instalación• posibilidad de instalación en áreas de acceso limitado• ninguna alteración de la apariencia de la estructura reforzada• posibilidad de aplicar el producto sobre superficies de geometría compleja

Principales beneficios en el uso de los materiales FRP• reducción de la deflexión (aumento de la rigidez de la estructura)• limitación y contención del fenómeno de la fisuración (aumento de la durabilidad

de la estructura)• aumento de la capacidad de carga de la estructura• aumento de la carga última (aumento de la seguridad de la estructura)

4

Para poder obtener uno o más de los beneficios cita-dos anteriormente, el ingeniero podrá elegir entre di-ferentes parámetros que conciernen el refuerzo aaplicar sobre la estructura:

• tipo de material (fibra de carbono, fibra aramida,fibra de vidrio)

• largo, espesor y orientación del refuerzo• tipo de adhesivo

La combinación de estos parámetros es un factor llavemuy importante por el proyecto.Por ejemplo, una específica reducción de la flexiónbajo carga de servicio de una viga o una losa se puedelograr con diferentes tipos de FRP (tejidos, láminas obarras) además combinando entre ellos diferenteslargos o espesores.Una vez elegido el tipo de material más adecuadopara reforzar la estructura y teniendo en cuenta suscaracterísticas mecánicas principales (resistencia a latracción, modulo elástico, deformación), se tendrán

que considerar los datos estructurales del tipo deestructura que se debe reforzar, por ejemplo: dimen-siones de la viga o losa, resistencia a compresión delhormigón, número y tipo de barras presentes en laestructura, carga viva y carga muerta. (FOTO 21FOTO 22)La evaluación de todos estos datos es bastante com-pleja, por esta razón y debido a la larga experienciaen la fabricación de materiales FRP, Sireg ofrece con-sultoría técnica al cliente desde los primeros pasos delproyecto, orientando la elección de los materiales derefuerzo con base en los parámetros arriba mencio-nados y al tipo de comportamiento que se desea laestructura así reforzada obtenga: aumento de la cargade servicio, aumento de momento último, mayor duc-tilidad etc.Sireg diseña el refuerzo con materiales FRP utilizandonormativas y guías internacionales (por ejemplo laA.C.I. 440) por el uso de materiales compuestoscomo refuerzo en las estructuras de hormigón ar-mado.

21

22

TIPOLOGIAS DE REFUERZO ESTRUCTURAL EXTERNO

Refuerzo estructural externo a flexión de vigas olosas con láminas de fibra de carbono Carbopree®

Plates (FOTO 9)

Las láminas de fibra de carbono Carbopree® Platesson una familia de laminas usadas como refuerzo ex-terno en estructuras de hormigón armado y se divi-den entre laminas de alta resistencia HS y laminas dealto módulo HM fabricadas en medidas diferentes quevarían entre 50mm y 120mm de ancho y un espesorentre 1,2mm y 1,4mm.De esta manera el proyectista tendrá a su disposición unaamplia gama de productos la cual le ofrece la posibilidadde elegir el más adecuado a las exigencias de proyecto.La particularidad de las láminas Carbopree® Plates esde tener un lado liso (lado de pegar a la estructura) yun lado recubierto con arena de cuarzo, de modo de

ofrecer una mejor adherencia a los materiales de pro-tección / acabamiento que se aplican a la lámina unavez instalada sobre la estructura.Las láminas son entregadas en rollos de largo 100mde manera que se puedan transportar a la obra demanera muy práctica y una vez en obra se cortarancon un flexible a la medida requerida por el diseño.Las laminas Carbopree® Plates se aplican en la zonapositiva de la estructura por medio de una pasta epó-xica y pueden ser una valida alternativa a la aplicaciónde tejidos, ya que su uso es mas practico y la aplica-ción es más rápida

CARBOPREE® PLATE HS

50 x 1.2 80 x 1.2 100 x 1.2 120 x 1.2Resistencia a la tracción ASTM D3039 2800 MPa 2800 MPa 2800 MPa 2800 MPaMódulo de elasticidad ASTM D3039 165 GPa 165 GPa 165 GPa 165 GPaDeformación ASTM D3039 1.8% 1.8% 1.8% 1.8%Carga última ASTM D3039 168 kN 268 kN 335 kN 403 kNEspesor 1.2 mm 1.2 mm 1.2 mm 1.2 mmAncho 50 mm 80 mm 100 mm 120 mmPeso 125 gr/m 185 gr/m 238 gr/m 280 gr/m

CARBOPREE® PLATE HM

50 x 1.2 80 x 1.2 50 x 1.4 60 x 1.4Resistencia a la tracción ASTM D3039 2300 MPa 2300 MPa 2300 MPa 2300 MPaMódulo de elasticidad ASTM D3039 200 GPa 200 GPa 200 GPa 200 GPaDeformación ASTM D3039 1.4% 1.4% 1.4% 1.4%Carga última ASTM D3039 138 kN 220 kN 161 kN 193 kNEspesor 1.2 mm 1.2 mm 1.4 mm 1.4 mmAncho 50 mm 80 mm 50 mm 60 mmPeso 116 gr/m 220 gr/m 135 gr/m 165 gr/m

CARBOPREE® PLATE HS

50 x 1.4 60 x 1.4 90 x 1.4 100 x 1.4 120 x 1.4Resistencia a la tracción ASTM D3039 2800 MPa 2800 MPa 2800 MPa 2800 MPa 2800 MPaMódulo de elasticidad ASTM D3039 165 GPa 165 GPa 165 GPa 165 GPa 165 GPaDeformación ASTM D3039 1.8% 1.8% 1.8% 1.8% 1.8%Carga última ASTM D3039 196 kN 235 kN 352 kN 392 kN 470 kNEspesor 1.4 mm 1.4 mm 1.4 mm 1.4 mm 1.4 mmAncho 50 mm 60 mm 90 mm 100 mm 120 mmPeso 135 gr/m 165 gr/m 236 gr/m 262 gr/m 315 gr/m

5

9

6

Refuerzo estructural externo a corte y a flexión de

vigas con tejido en fibra de carbono Carbopree®

sheet (FOTO10 + FOTO 10b)

El método más eficaz por el refuerzo a corte con lostejidos en FRP, es de envolver la entera sección de laviga. Desafortunadamente, esto método casi nunca esposible aplicarlo desde el punto de vista de la factibi-lidad en obra. La presencia de losas monolíticas uotros elementos de soporte, impiden a menudo laposibilidad de aplicar el tejido también alrededor dela parte superior de la sección.Entonces el método más común es de envolver loslados y la parte inferior de la sección.Este método dicho envoltura en U es factible y es ba-stante eficaz en la acción de aumentar la resistencia acorte de la sección.Hay que subrayar que cuando se aplica el tejido enU a una viga, las extremidades del tejido deben serancladas a la viga misma a través de barras en ma-terial compuesto (barras en fibra de carbono o enfibra de vidrio) las cuales son insertadas junto al te-jido en un corte longitudinal previamente ejecutado

y llenado de pasta epóxica, de manera que el tejidoquede anclado.De esta manera se evita la separación (desprendi-miento) del tejido de la estructura, que puede ocurrirpor peeling.El mismo concepto se puede aplicar reemplazandolas barras en compuesto con perfiles de acero enforma de L (aunque este método es más caro, máslento y difícil de ejecutar comparado a la aplicaciónde las barras en compuesto), los cuales son atornilla-dos a la parte superior de la losa por un lado, mientraspor lo otro son pegados al tejido con resinas epoxicas.Por fin, dependiendo de los requisitos de proyecto, eltejido puede ser aplicado en modo continuo sobre laviga o en tiras uniformemente espaciadas y distribui-das a lo largo de toda la viga (FOTO 11).Este tipo de aplicación permite una mejor dispersiónde la humedad presente en el hormigón y una mejoroptimización de la cantidad de material a usar.

CARBOPREE® SHEET HS

HS 300 HS 600Resistencia promedia a la tracción ASTM D3039 3000 MPa 3000 MPaMódulo de elasticidad ASTM D3039 165 GPa 165 GPaDeformación ASTM D3039 1.8% 1.8%Carga última ASTM D3039 168 kN 268 kNEspesor 1.2 mm 1.2 mm

10

10 B 11

7

Refuerzo estructural externo para confinamiento de

columnas / pilas (column wrapping) con tejidos enfibra de carbono Carbopree® sheet, y en fibra de vi-drio Glasspree® sheet (FOTO 12)

El empleo de estribos de acero para aumentar la duc-tilidad de columnas de hormigón armado es una técnicamuy conocida. Desafortunadamente, el tipo de confina-miento ofrecido por esta técnica sólo es localizado enel pequeño espacio existente entre los estribos.El uso de tejidos en FRP Carbopree® sheet y Glas-spree® sheet para aumentar y mejorar el comporta-miento a compresión axial en las columnas dehormigón armado tiene un efecto mayor con re-specto al refuerzo realizado con estribos de acero, de-bido al hecho que el tejido ofrece un confinamientocontinuo a lo largo de toda la columna.Envolviendo una columna de hormigón con tejido enFRP se aumentan de manera muy eficaz el momentoa corte y la resistencia a compresión de la misma, ade-más de mejorar su ductilidad.La aplicación del tejido se realiza envolviendo tran-sversalmente la columna de modo continuo, desde labase hasta la sección bajo la losa.

Cuando las columnas están sometidas sea a cargasaxiales que a flexión, el empleo de tejidos bi-axialescon fibras orientadas 0/90 grados es recomendado.Hace falta notar que el problema más importante(creep) que surge cuando se usan tejidos en fibra de

vidrio, no es una preocupación cuando es usado paraeste tipo de aplicación, porque también bajo cargapermanente el confinamiento de la columna quedasin estrés.Por último es importante notar que la baja resistenciaa la tracción y el bajo módulo elástico de los tejidosen fibra de vidrio y en fibra aramida comparado a losvalores de un tejido en fibra de carbono, ofrecen unamayor ductilidad a la columna, permitiendo una mayortolerancia de las deformaciones, sobre todo en casode sismo.Sireg fabrica una gran variedad de tejidos habientesdiferentes características técnicas y diferentes grama-tura, para ofrecerle al proyectista la posibilidad de di-señar el proyecto optimizando la aplicación del tipode material con base en las reales exigencias técnicas.Por ejemplo, los tejidos de fibra de carbono Carbo-pree® sheet se puede fabricar en gramaturas que vandesde 230gr/m² hasta 650grm/² en alto modulo, altaresistencia, mono direccionales o bi-direccionales eltejido de fibra de aramida Arapree® sheet se puedefabricar es gramaturas de 300 gr/m²o 400 gr/m² mientras el tejido de fibra de vidrio Glas-spree® sheet se puede fabricar en gramaturas de 600gr/m² hasta 950 gr/m².

GLASSPREE® SHEET

600 900Resistencia promedia a la tracción ASTM D3039 1700 MPa 1700 MPaMódulo de elasticidad ASTM D3039 65 GPa 65 GPaDeformación ASTM D3039 2.6% 2.6%Espesor del tejido seco 0.23 mm 0.35 mmPeso 600 gr/m2 900 gr/m2

12

8

TIPOLOGIAS DE REFUERZO ESTRUCTURAL INTERNO

Refuerzo estructural interno de estructuras de hormi-gón armado a corte y flexión N.S.M. (Near SurfaceMounted) realizado con varillas de fibra de carbonoCarbopree®, fibra de aramida Arapree® y fibra de vi-drio Glasspree®.Las barras Carbopree® rod, Arapree® rod y Glas-spree® rod comparadas a las barras de acero, ofrecenuna excelente resistencia a la corrosión (en particularlas barras en fibra de carbono) así como una exce-lente resistencia a la tracción y una buena resistencia

a la fatiga, además de ser muy ligeras.La aplicación de estas barras espacia desde el refuerzosísmico en paredes y columnas en mampostería(FOTO 13 – 14 – 15) al refuerzo interior a flexión enlas losas o vigas de hormigón armado.

15

13

14

9

En particular la barra en fibra de carbono Carbo-pree® es particularmente indicada para ser utilizadacon esta técnica que se llama “montada cerca de lasuperficie” (Near Surface Mounted por su sigla eninglés).Básicamente se trata de ejecutar un corte longitudinala lo largo de toda la viga o losa a reforzar, rellenar elcorte con una pasta epoxica y introducir la varilla enel corte (FOTO 18) , de esta manera, la pasta epoxica

es forzada a recubrir completamente la barra, la cualpor fin se sella dentro del corte con un acabado (re-sina epoxica).Una de las ventajas en el usar la tecnología N.S.M. conrespecto a la aplicación externa de laminados en fibrade carbono, es la posibilidad de poder anclar las barrasen una parte adyacente a la estructura a reforzar(FOTO 19), además de reducir mucho el tiempo deinstalación.

18

19

GLASSPREE® ROD

ø 6 mm ø 8 mm ø 10 mm ø 12 mm ø 16 mm ø 20 mm ø 22 mm ø 25 mm ø 28 mm ø 32 mm

Resistencia a la tracción ASTM D3039 1000 Mpa 1000 MPa 1000 MPa 1000 MPa 1000 MPa 900 MPa 900 MPa 900 MPa 900 MPa 850 MPaMódulo de elasticidad ASTM D3039 40 GPa 40 GPa 40 GPa 40 GPa 40 GPa 40 GPa 40 GPa 40 GPa 40 GPa 40 GPaDeformación ASTM D3039 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8% 2.8%Area 28 mm2 50 mm2 78 mm2 113 mm2 200 mm2 314 mm2 379 mm2 490 mm2 615 mm2 803 mm2Carga ultima ASTM D3039 28 kN 50 kN 78 kN 113 kN 200 kN 282 kN 340 kN 440 kN 550 kN 680 kNPeso lineal 55 gr/m 98 gr/m 155 gr/m 220 gr/m 340 gr/m 640 gr/m 770 gr/m 980 gr/m 1200 gr/m 1540 gr/m

10

Además esta tecnología se vuelve particularmenteatractiva porque permite el refuerzo estructural aflexión en zona negativa de losas, vigas, soleras o cu-biertas dónde un refuerzo externo estaría sometidoa daño mecánico y / o ambiental (FOTO 16 – 17),solicitando por lo tanto el recubrimiento con una

capa protectora, la cual interferiría con la estructuraya existente u con columnas o pisos.Las barras Carbopree® rod, Arapree® rod y Glas-spree® rod son fabricadas en diámetros desde 5mmhasta 32mm y pueden ser en alto modulo HS o altaresistencia HM.

16 17

CARBOPREE® ROD HS

ø 3 mm ø 5.5 mm ø 7.5 mm ø 10 mm ø 12.5 mm ø 16 mmResistencia a la tracción ASTM D3039 2300 MPa 2300 MPa 2300 MPa 2300 MPa 2300 MPa 2300 MPaMódulo de elasticidad ASTM D3039 130 GPa 130 GPa 130 GPa 130 GPa 130 GPa 130 GPaDeformación ASTM D3039 1.8% 1.8% 1.8% 1.8% 1.8% 1.8%Area 7 mm2 23 mm2 44 mm2 78 mm2 122 mm2 200 mm2Carga ultima ASTM D3039 16 kN 54 kN 101 kN 180 kN 280 kN 460 kNPeso lineal 1 2 gr/m 40 gr/m 75 gr/m 130 gr/m 195 gr/m 340 gr/m

CARBOPREE® ROD HM

ø 5 mm ø 7.5 mmResistencia a la tracción ASTM D3039 2300 MPa 2300 MPaMódulo de elasticidad ASTM D3039 200 GPa 200 GPaDeformación ASTM D3039 1.4% 1.4%Area 19 mm2 44 mm2Carga ultima ASTM D3039 45 kN 101 kNPeso lineal 40 gr/m 72 gr/m

11

OTRAS APLICACIONES CON MATERIALES FRP

Refuerzo de estructuras construidas en proximidadal marUno de los problemas más importantes de las estruc-turas construidas en proximidad al mar es la corrosióndel acero de refuerzo, el que se deteriora muy rápi-damente si no es tratado y protegido adecuadamenteantes de su puesta en obra, desafortunadamente laprotección del acero es muy costosa y no siempre

puede garantizar una durabilidad muy extensa en eltiempo.A este propósito, algunos ejemplos de aplicación demateriales compuestos son: muros de contención,muelles, estructuras flotantes, pavimentaciones de ce-mento (FOTO 20) .

ARAPREE® ROD

ø 5.5 mm ø 7.5 mm ø 10 mm ø 12 mmResistencia a la tracción ASTM D3039 1400 MPa 1400 MPa 1400 MPa 1400 MPaMódulo de elasticidad ASTM D3039 60 GPa 60 GPa 60 GPa 60 GPaDeformación ASTM D3039 2.3% 2.3% 2.3% 2.3%Area 23 mm2 44 mm2 78 mm2 114 mm2Carga ultima ASTM D3039 32 kN 65 kN 109 kN 150 kNPeso lineal 29 gr/m 57 gr/m 102 gr/m 145 gr/m

12

Refuerzo de estructuras y pavimentaciones en hor-

migón reforzado tratado con sales anti-hielo

El uso de barras en material FRP elimina el problemade la corrosión en las armaduras de refuerzo, entodos aquellos casos donde son utilizados sales anti-hielo, por ejemplo en las carreteras, puentes o en laspavimentaciones de hormigón armado (FOTO 23),que durante la estación invernal están sujetas a la for-mación de hielo durante la estación invernal.El problema con el uso de sales anti-hielo es que lassubstancias que lo componen (normalmente sodioclorhidrato o magnesio clorhidrato) penetran en losporos del hormigón alcanzando la armadura deacero, la cual una vez a contacto con estas substanciainicia un proceso de corrosión muy rápido, lo cual

hace muy caro el mantenimiento de estas estructuras.Por esta razón en muchos países dónde hay forma-ción de hielo en las carreteras durante el invierno,desde muchos años se han sustituido el armadura tra-dicional con armadura en fibra de vidrio, la cual es in-sensible a las substancias arriba mencionadas.De esta manera se logra contener mucho los costesde manutención y alargar la durabilidad de las estruc-turas así reforzadas.Algunos ejemplos de aplicación son: losas de puentes,carreteras en concreto, barreras de separación enhormigón (Jersey) aparcamientos, muros de conten-ción y fundaciones.

13

Refuerzo no-magnético y no-conductivo

Hay algunos casos particulares en los cuales es nece-sario reforzar estructuras con un material no conduc-tivo o transparente a los campos electromagnéticos,por ejemplo:torres de control en los aeropuertos, lugares dóndese posicionan maquinarias por la resonancia magné-tica en los hospitales (FOTO 24), estructuras de so-porte de torres eléctricas, estructuras de soporte deradares, pavimentaciones dónde alojan las turbinas enlas centrales hidroeléctricas.En todos estos casos, no sólo el empleo de un mate-rial de refuerzo ferroso perjudicaría el funcionamiento

de la estructura o de los aparatos, sino que tambiénarriesgaría de corroerse muy rápidamente debido ala corrosión galvánica inducida por la electricidad.Así que la única alternativa económicamente venta-josa y estructuralmente segura es de reemplazar laarmadura tradicional de hierro con una armadura enmaterial compuesto cuáles son las barras en fibra devidrio Glasspree® o en fibra de aramida Arapree®, lascuales además de ser insensibles y transparentes a loscampos electromagnéticos no son conductivas y ga-rantizan el refuerzo estructural necesario y previstopor todas este estructuras.