ACI - PERUReforzamiento de Estructuras con Fibras de Carbono, conceptos para el Diseo y Aplicaciones en el PerIng. William Baca Escobar wbaca@constructorarf.com.pe wbaca@topconsult.com.pe

Conceptos Bsicos

REFORZAMIENTO: Acciones necesarias para Aumentar la Capacidad Resistente de un elemento estructural y-o estructura REPARACION: Acciones necesarias para Restituir la capacidad resistente de una estructura daada. RESTAURACIN: Acciones necesarias para Conseguir que una edificacin antigua sea utilizable.

Motivos de Reforzamiento.Cambio de Uso de la edificacin Ejm: Ambientes destinados a oficinas cambian a ser almacenes. Errores de Diseo / Construccin Problemas de Degradacin y/o deterioro de de algunos elementos. (Oxidacin, degradacin del concreto, etc.) Cambio de Cdigos y-o Reglamentos. Otros.

Proceso para el Reforzamiento.1) 2) 3)

Inspeccin de la estructura. Analizar la estructura existente, Determinar las causas para el reforzamiento. Ejecutar el Proyecto de Reforzamiento. Para ello analizar la estructura considerando las diferentes tcnicas, para reforzar, en funcin de los tipos de esfuerzos (tensin, compresin, flexin, estabilidad, cortante, etc) requeridos en los elementos. Rigidizar la estructura (Inclusin de muros de corte, diagonales de acero, etc.) Ensanchamiento de seccin. Construccin compuesta. (FRP) (ACERO) etc. Postensado interior y/o exterior Reduccin de esfuerzos y/o cargas. Inclusin de estructuras metlicas para reducir luces. Etc. etc. Se debe lograr un balance entre Costo, funcionamiento, esttica, espacio, urgencia, dificultad, y seguridad.

Reforzamiento con Fibras de Carbono Porqu usar Compuestos?Beneficios

Estructurales

Muy alta resistencia a la tensin.

Ligero

Beneficios

al Ciclo de Vida

Resistente a Corrosin Bajo espesor, no se nota Econmicos

Beneficios

Bajo costo de instalacin Rpida puesta en servicio

Diseo del reforzamiento con FRP.

Cuando es eficiente?Es

muy adecuado para tomar esfuerzos de tensin, basicamente para reforzar elementos de concreto, madera y otros bajo solicitaciones de:Flexin Cortante Carga

Axial (Confinamiento)

Prcticas

Estndar ACI 440

Propiedades del Material - FRPMdulo de Elasticidad E = (700,a 2300,) Kg/cm

Esfuerzo de Rotura - Tensin fu = (15, a 40,) Kg/cm ( 10 veces el acero de fy 4200) Deformacin unitaria de Falla. Mbrace CF 130 CF 130 u = 0.016 mm/mm

Esfuerzo a Tensin (kg/cm2)

Comportamiento de diferentes Fibras de Refuerzo (Esfuerzo deformacin)40,0 30,0 Fibra Aramida 20,0 Fibra de Vidrio 10,0 0 0.000

Fibra Carbono

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

Deformacin a tensin mm/mm)

Comportamiento de la Fibra de Carbono40,000Fibra de Carbono

Esfuerzo (kg/cm)

30,000 20,000 10,000Cable Postensado 270

Barra Acero Fy 4200

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

Deformacin (mm/mm)

Sistema de Refuerzo con Fibra de CarbonoEst compuesto por : Imprimante epxico (Puente de adherencia) Masilla epxica nivelante Resina Saturante Lmina de Fibra de Carbono Recubrimiento Protector

Aplicaciones : Vigas Aumenta

la resistencia a flexin y corte Mejora el confinamiento

Aplicaciones : Vigas

Aplicaciones : Columnas y Muros Aumenta

la resistencia a flexin y corte Mejora el confinamiento Ideal como refuerzo antissmico

Aplicaciones : Columnas y Muros

Aplicaciones : Losas Aumenta

la capacidad de carga Controla las deflexiones excesivas Para losas aligeradas o macizas

Aplicaciones : Losas

ASPECTOS BASICOS PARA EL DISEO DE ELEMENTOS CON REFUERZO ADHERIDO (FRP)

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS COMPUESTOS Tejido CF -160 MBrace

Mdulo de Elasticidad Resistencia a traccin Deformacin de ruptura Densidad Ancho de tejido Espesor de tejido

2.35x106 Kg/cm2 35500 Kg/cm2 0.015 600 g/m2 60 cm 0.33 mm

PROPIEDADES DE LOS SISTEMAS COMPUESTOS Platina S-1012 Sika CarboDur

Mdulo de Elasticidad Resistencia a traccin Deformacin de ruptura Densidad Ancho de tejido Espesor de tejido Fraccin de Vol. De fibra

1.65x106 Kg/cm2 28,000 Kg/cm2 0.017 1.5 g/cm3 10 cm 1.2 mm 68%

Diseo Por Flexin

CAPACIDAD POR FLEXIN Aspectos Generales b c h ds f c

f 'c 1c

fs ff

1c 1c M n = As f s d + f A f f fe h 2 2 ACI 09 fe 14 Kg/cm Prueba de Pull Off Longitud adecuada de adherencia - desarrollo

CONLUSIONES DE LOS ENSAYOSLos ensayos nos han permitido verificar diferentes tipos de falla de las vigas estudiadas.

De las 08 vigas ensayadas con FRP, solo 2 alcanzaron la resistencia nominal terica por flexin, debido a que se usaron anclajes tipo U que evitaron la falla por delaminacin anticipada del sistema CFRP. Estas vigas, tienen grados de aproximacin muy buenos, comparados con los valores tericos por flexin. Las vigas que no llegaron a alcanzar la resistencia nominal terica, por el efecto de delaminacin, fallaron a resistencias del orden del 87% para el sistema CF-130 MBrace y con resistencias del orden del 75% para el sistema Sika-Carbodur. Un aspecto importante para un adecuado reforzamiento es el de prevenir las fallas por delaminacin, en este trabajo se muestras los mecanismos de falla conocidos y reportados en estos ensayos, as como las recomendaciones para evitarlas.

CONLUSIONES DE LOS ENSAYOS

El reforzamiento con FRP incrementara la resistencia de cualquier seccin por flexin, sin embargo la falla final ser del tipo frgil, por la prdida de ductilidad de la seccin. Es importante determinar que tipo de elementos pueden ser reforzados mediante esta tcnica. Los efectos estudiados de las variables ancho de la capa de refuerzo y el nmero de capas se reflejan en los ensayos, por regla se tiene que: A menor ancho de capa, mayor esfuerzo de adherencia, por lo que la delaminacin ocurrir a valores menores de flexin. Del mismo modo la resistencia disminuye con el incremento del nmero de capas de refuerzo.

EVALUACION DE SISTEMAS DE REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO PARA ELEMENTOS EN FLEXIONTESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL

PRESENTADA POR: ARELA RODRGUEZ RIVAS ROLANDO VILCHEZ URIOL

LIMA PER

2005

TIPOS DE REFUERZO A INVESTIGAR

Reforzamiento con Fibras de Carbono (Sika Carbodur y Mbrace). Reforzamiento con Fibras - E-GlassReforzamiento con Platinas de Acero

INSTALACION DEL SISTEMA SIKA CARBODUR

Recuperacin del substrato del concreto con la masilla Epxica

Colocacin del Imprimante

Las platinas de fibra de carbono son aplicadas al substrato de concreto previamente recuperado e imprimado.

Corte de la platina de fibra de carbono

Aplicacin del adhesivo

Posicionamiento de la platina

Previamente se prosigue a realizar el corte de la platina de fibra de carbono, luego el adhesivo es aplicado directamente en el dorso del laminado, para ser posicionado en el elemento estructural a reforzar. Se procede a colocar la Platina en el substrato del concreto y realizar el ajuste final del elemento

INSTALACION DEL SISTEMA PLATINA DE ACERO N2Colocacin de la masilla en los orificios del perno

Colocacin del perno y ajuste de la masilla

Detalle de la Viga ensayada MB 01, SK 01, FV - 02

EVALUACION Y COMPARACION DE LOS RESULTADOS OBTENIDOSCitaremos a continuacin la carga P para la cual se presento la falla as como tambin el momento nominal desarrollado en el instante de la misma para cada uno de los especimenes, con los resultados obtenidos en los ensayos realizados en el CISMID:Denomina cin del Especme n MB 01 MB 02 SK 01 SK 02 FV 01 FV 02 PL 01 PL 02 Momento Nominal (Ton m) 6.35 5.40 6.85 6.39 4.95 5.06 8.11 8.11

Carga P (Ton) 15.55 13.225 16.775 15.65 12.125 12.40 19.85 19.85

d (mm) 27.60 22.80 14.20 19.98 49.8 27.1 43.9 43.9

Carga P , momento nominal Mn y desplazamiento en el instante de la falla

Especmen MB 02

Especmen SK 01

Especmen SK 02

Especmen FV 02

Especmen PL 01

Especmen PL 02

Experiencia Peruana en diseo y AplicacinEDIFICIO CHOCAVENTO

San Isidro.(City bank 5 Sotanos + 16 Pisos)Febrero - 2002

El Proyecto.REFORZAMIENTO DE VIGAS Y LOSAS EDIFICIO CHOCAVENTO - CITIBANKRef. por Cortante

Incr. S/C

REFUERZO POR FLEXION

Laminado de las fibras de Carbono (Flexin)

Laminado del Refuerzo por Cortante

Laminado del Refuerzo por Cortante

Experiencias en Diseo y AplicacinReparacin

y Reforzamiento del Puente Pacllo Calln Puente Colgante ubicado en Chasquitambo - ANCASH

I. Puente Pacllo Calln

El Problema

Daos Estructurales

Izaje con gra de 60 tn Apuntalamiento del Prtico

Aplomado del Prtico con tirfor

Apoyando los cables sobre carro de dilatacin

Reparacin de Fisuras Reemplazo Varillas daadasSe reemplazaron barras de acero daadas por corrosin, estas tenan un recubrimiento inadecuado. Se Inyect resina en las fisuras

Colocacin de fibras de carbono

Aplicacin del Recubrimiento ProtectorPuede ser: Tarrajeo: Para ello se deber usar una resina que permita adherir superficies pulidas con el mortero de tarrajeo. Top Coat: Pintura epxica - para proteger contra los rayos Utravioletas Sealizar la ubicacin de las fibras para evitar perforaciones para otras instalaciones.

Colocacin de capa Protectora sobre fibra

Proyecto y Obra de Reforzamiento: SupermercadoPlaza Vea Av. Brasil Jun 2002

Reforzamiento de vigas, losas y columnas por incremento de Sobrecarga en zona de almacenes y depsitos

Proyecto de Reforzamiento Vigas

Incr. S/C

REFUERZO FLEXION (+) FRP

Encamisetado + Estribos M(-) y V

Reforzamiento de Vigas.Escarificado de la superficie y colocacin de estribos nuevos cerrados. (V) Se aumento peralte M(-) Se vaci concreto reologico f`c 210 a las 24 horas.

Reforzamiento de Vigas.

Reforzamiento de Vigas.LAS VIGAS SE REFORZARON POR FLEXION Y CORTE MEDIANTE ENCAMISETADO DE CONCRETO Adicionalmente Por M(+) se reforz Con FRP

Preparacin de superficieAspirado del Polvo de concreto La superficie de las vigas y losas fueron arenadas

Proyecto Reforzamiento LosasSEINTEC dise el reforzamiento a base a bandas de fibras de carbono. FRP Refuerzo Negativo (Superior) No aplicable en algunos sectores Refuerrzo Positivo (Inferior)

8m

8m

8m

Reforzamiento de Losas.

Se us Fibras de carbono CF 130 Mbrace en 2 direcciones

Reforzamiento por momento negativo de losas

Reforzamiento y ReparacinMuelle San Nicolas Marcona Nazca Per - 09

Necesidad de Reforzamiento Se

requiere mejorar las condiciones del Muelle Nueva Gra Barcos de Mayor Tonelaje

Diagnostico y SolucinAumento de Capacidad de carga del Muelle, Barcos de Mayor Tonelaje Reparacin (Hay Corrosin) Reforzamiento con FRP

Seccin Transversal del Muelle

Reparacin con Mortero de Baja Contraccon

Reparacin de Zonas Con CorrosinProcedimiento Determinar zonas a reparar Eliminar concreto superficial Arenar barras corroidas, Verificar perdida de seccin reemplazar y/o adicionar si perdida es 10% del Area Empalmar por soldadura Colocar Mortero de Reparacin con Inhibidor de Corrosin EMACO S88 BASF

Reparacin de ConcretoLuego del arenado de las barras, limpieza, remplazo y adicin de nuevas armaduras, se coloc un mortero de corrosin tipo EMACO S88 con Inhibidor de corrosin

Inyeccin de Fisuras

Inyeccin de Fisuras

Reforzamiento con FRPProcedimiento Preparar adecuadamente la superficie Arenar. Colocar Reforzamiento FRP 3 a 4 capas CF 160 M Brace segn indicaciones en Planos Aplicar Recubrimiento protector Top Coat contra Rayos UV

Reforzamiento con FRP

Se coloc Reforzamiento de FRP 3 a 4 capas CF 160 M-Brace segn Proyecto.

Reforzamiento FRP

Reforzamiento de vigas transversales afectadas por corrosin y con perdida de seccin en mas del 10% del rea de acero

Centro Comercial Jockey Plaza El

centro comercial tiene 12 aos. Se requiere intervencin debido a que existen ampliaciones que ameritan el reforzamiento de vigas columnas y losas postensadas por incremento de cargas Hay defectos de corrosin por deficiencias en los recubrimientos de las armaduras de las losas postensadas

Problemas de CorrosinSe requiere realizar reparacin y Reforzamiento pues existen problemas localizados de inicio de corrosin de algunas barras superiores y algunos cables de postensado de las losas, debido a que estas no tienen un adecuado recubrimiento, se han encontrado recubrimientos de 0.5, 1 y 1.5 cm que est ocasionando el inicio de corrosin de las barras, mas an considerando la humedad severa de Lima y que estas losas se usan como lavadero de vehiculos con humedecimiento permanente del concreto agravandose la corrosin

Limpieza e Barras

En estas vistas se aprecian los trabajos de martelinado y limpieza de barras corroidas. Hay algunas barras que han perdido seccin y algunos cables de postensado fracturados Se adicionara armadura convencional y Refuerzo de Fibra de Carbono.

Reforzamiento de Losas PostensadasHay sectores que tendrn ampliaciones en la losa superior que requieren reforzamiento por flexin. Apreciamos los trabajos de Reforzamiento en las losas y vigas para un incremento de carga del orden de 500 kg/m2 La Fibra especificada es Tyfo Sch41 Fyfe

Refuerzo de Vigas, losas y Encamisetado de Columnas

Algunas columnas han tenido que ser reparadas previamente pues durante la preparacin de la superficie del concreto se han encontrado cangrejeras y fisuras.

Tren Electrico de Lima Ago 2010

Los pilares se disearon hace 25 aos La experiencia de los sismos en Mexico, Loma Prieta y Chile han modificado las exigencias de los cdigos de diseo. Se requiere dar mayor resistencia y ductilidad a las columnas circulares y monocolumnas. TY Lin, Fyfe han desarrollado un proyecto el reforzamiento de estos elementos, con fibra Tyfo Sch41 - Fyfe.

Proyecto Col Circular

Reforzamiento Monocolumna

Reforzamiento Col Circular

Trabajos de Preparacin de Superficie Arenado de Superficie Amolado Puente de Adherencia

Trabajos de Preimpregnacin de las fibras en mesa de saturacin.

Reforzamiento col circular

Reforzamiento de Columna Se aplicaron 2 capas de Fibra de Fibra de carbono para confinar la seccin, lo que le otorgar mayor resistencia axial, mayor resistencia por cortante y por flexin a la columna. Posteriormente se aplicar un revestimiento protector tipo concreto Anti UV y con resistencia al fuego.

Control de Calidad

Para verificar la correcta aplicacin del refuerzo se realiza la prueba de Pull Off (Adherencia a la tensin) segn ASTM D4541 El esfuerzo minimo debe ser de 14 kg/cm2 a la tensin La falla debe ser en el concreto

Control de CalidadInspeccin Visual Sonido Pull Off (Adhesin) 14 kg/cm

MUCHAS GRACIAS