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
RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES
Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión)
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
RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES
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
RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES
Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión)
Mejora de las capacidad existente de la estructura: Adhesión de chapas
-Capacidad de refuerzo limitada por la deformación máxima
-Cierta necesidad de medios auxiliares
-Necesidad de protección contra la corrosión
RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES
Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión,cortante ELS…)
Mejora de las capacidad existente dela estructura: Pretensado
-Gran capacidad de refuerzo
-Cierta necesidad de medios auxiliares
-Necesidad de protección contra lacorrosión
-Necesidad de protección contraagentes externos
RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES
Refuerzo de pilares (patología a flexión o compresión)
Mejora de las capacidad existente delhormigón: zunchado
-Cierta necesidad de medios auxiliares
-Tiempo
-El éxito del refuerzo depende en granmedida de la puesta en obra
-Importancia fundamental de unrevestimiento óptimo contra la corrosión
RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES
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
PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRP
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.
PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRP
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.
PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRP
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.
Refuerzo con fibra de carbono:VENTAJAS
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
Refuerzo con fibra de carbono:VENTAJAS
Facilidad de manipulación.
Adaptación a soportes curvos.
Refuerzo con fibra de carbono:VENTAJAS
Ligereza. Sin costes de apuntalamiento.
Refuerzo con fibra de carbono:VENTAJAS
Alta durabilidad:
Sin riesgo de oxidación
Bajo (o nulo) mantenimiento.
Refuerzo con fibra de carbono:VENTAJAS
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.
Refuerzo con fibra de carbono:VENTAJAS
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
Refuerzo con FC: PARA TENER EN CUENTA!!!!!!!!
Orientación unidireccional y anisótropa:
Sólo funciona en una dirección.
NO permite anclajes pasantes (Desgarro).
Refuerzo con FC: PARA TENER EN CUENTA!!!!!!!!
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.