7/22/2019 RP 90

1/10

CAPITULO DE INGENIERA CIVIL - COLEGIO DE INGENIEROS CIVILES DE PERCONSEJO DEPARTAMENTAL CAJAMARCA

XVIII CONGRESO NACIONAL DE INGENIER A CIVIL

CONIC 2011

SISTEMAS FRP: REFUERZOS CON FIBRA POLIMERICA

PUCP, Ingeniero Civil, Per.

PUCC, Administrador de Empresas Constructoras e Inmobiliarias, mencin Obras Civiles, Chile .

PUCC, Experto Profesional en Prevencin de Riesgos en el Sector Productivo, Chile .

Amalia Puga 1061 Cajamarca, viluska.becerrap@pucp.edu.pe , mvbecerr@uc.cl , 9 49 55 91 91.

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_6/becerrap@pucp.edu.pehttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_6/becerrap@pucp.edu.pehttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_6/mvbecerr@uc.clhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_6/mvbecerr@uc.clhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_6/becerrap@pucp.edu.pe

7/22/2019 RP 90

2/10

RESUMEN:

Los sistemas de refuerzos con fibra polimrica, son una alternativa de reparacin yreforzamiento de estructuras, similar a las tcnicas de placas de acero adheridas, similar a

la ampliacin de secciones o a los elementos post -tensados.

Los sistemas de Refuerzo con Fibra Polimrica (FRP) ofrecen ventajas adicionales

a los sistemas de reforzamiento tradicionales, como son: su bajo peso y ser relativamente

fcil de instalar, no son corrosivas.

Esta ponencia muestra informacin general, como una gua, para quienes quieran

profundizar en la investigacin. El Comit 440 del American Concrete Institute

recomienda el uso de los sistemas de FRP en la ingeniera, la construccin y su inspeccin.

El propsito de esta gua est basada en el conocimiento adquirido desde la

investigacin terica y prctica, as como la experimentacin in situ en los diversos

campos de aplicacin de los sistemas de FRP usados para el reforzamiento o reparac in de

estructuras de concreto o albailera.

Respecto de los sistemas de FRP se mencionarn las caractersticas y ventajas de

uso; proveedores, tipos y formatos de CFRP en el mercado; comparacin de acero en las

estructuras de concreto vs. la fibra de carbono; sistemas de reforzamiento estructural; u sos,

emplazamientos y substratos de aplicacin; propiedades mecnicas y fsicas, comparando

resistencias vs. acero y vs. concreto; procedimiento constructivo y aplicaciones;

verificaciones previas, tolerancias, traslapes; test de superficies de aplicacin; costos y

rendimientos; normas y guas de diseo; software de clculo para viga, columna y muro.

PALABRAS CLAVES: refuerzo, reparacin, fibra.

7/22/2019 RP 90

3/10

NDICE DE MATERIAS:

0 Introduccin

1 Exposicin del trabajo

2 Resultados y conclusiones

3 Bibliografa y documentacin

7/22/2019 RP 90

4/10

0 INTRODUCCIN:

En la actualidad existen diversos usos de los sistemas de FRP: turbinas elicas,

puentes peatonales con cables de fibra de carbono, reparacin y refuerzos de estructuras de

hormign armado y de albailera, entre otros.

Algunos sistemas de FRP disponibles en el mercado son: GFRP refuerzo con fibra

polimrica de vidrio, CFRP refuerzo con fibra polimrica de carbono, AFRP refuerzo con

fibra polimrica de aramida.

Las fibras poseen resistencia y rigidez; y adems tienen una matriz p olimrica que

provee proteccin, confinamiento y distribuye los esfuerzos en todas las fibras.

1. EXPOSICION DEL TRABAJO:

1.1 Caractersticas y ventajas de uso de FRP:

Los sistemas de FRP no son corrosivos, pues poseen alta resistencia a los lcalis,

tienen elevada resistencia y mdulo de elasticidad, excelente durabilidad, bajo peso, bajo

espesor, pudiendo ser revestido en varias capas (segn la resistencia que se quiera

alcanzar), es de fcil transporte e instalacin, de fcil traslape y empalme, pre senta una

excepcional resistencia a la fatiga, resistiendo cargas cclicas y sostenidas, de bajo impacto

esttico, de fcil adaptacin a las superficies y de fcil mantenimiento.

1.2 Comparacin de acero en las estructuras de concreto vs . la fibra de carbono.

El acero es de bajo costo en material pero alto costo de instalacin, en comparacin

con la fibra de carbono, sta es de alto costo en material y bajo costo de instalacin.

El acero es pesado, corrosivo y necesita un mediano tiempo de instalacin; mien tras

que la fibra de carbono es de bajo peso, no corrosiva y de corto tiempo de instalacin (una

vez que la mano de obra es especializada).

El acero tiene un alto costo de mantenimiento, mientras que la fibra de carbono

presenta un costo bajo de mantenimiento.

1.3 Sistemas de reforzamiento estructural.

Para los sistemas de reforzamiento con fibra de carbono, existen en el mercadosistemas de lminas, barras y tejidos; los mismos que son hechos a base de resina y fibra.

7/22/2019 RP 90

5/10

Figura 1.- Sistemas de Reforzamiento Estructural.

1.4 Proveedores, tipos y formatos de CFRP en el mercado.

En Per, Sika S.A, tiene algunos formatos disponibles; sin embargo, segn los

requerimientos de la estructura que se tenga que reparar o reforzar, tambin podemos hacer

pedidos especiales de fibras que se tienen disponibles a nivel mundial.

1.5 Usos, emplazamientos y substratos de aplicacin.

Para daos de elementos estructurales : por corrosin del acero original de

construccin, por sismos, por incendios, por impacto de vehculos. Dao s en elementos

estructurales como vigas, columnas, losas, muros, pretensados y post -tensados, piscinas y

tuberas.

Para defectos de diseo o de construccin: por insuficiente o inadecuado refuerzo o

diseo, para sustituir las barras de acero faltantes por error de omisin en la construccin

de estructuras de concreto y/o albailera.

Para incrementos de carga: para aumentar la capacidad de losas de piso o vigas,

para aumentar la capacidad de puentes, en recintos donde haya que instalar maquinaria

pesada, y tambin para estabilizar losas sometidas a vibraciones.

Para mejoramiento de servicio reduciendo: deflexiones, esfuerzos en el acero de

refuerzo, anchos de fisuras, fatiga.

Para cambios de especificaciones por uso: por incremento de solicitaciones

ssmicas, cambio en las filosofas de diseo (normas -cdigos), cambios en el sistema

estructural (eliminacin de muros y columnas, secciones de losas para ductos).

7/22/2019 RP 90

6/10

Figura 2.- Substratos de aplicacin.

1.6 Propiedades mecnicas y fsicas, comparando resistencias vs. acero y vs

concreto.

A continuacin, un cuadro resumen comparativo de las resistencias mecnicas y

fsicas, con formatos disponibles a pedido , al proveedor.

Tabla 1.- Propiedades mecnicas y fsicas de concreto, acero, tejido y platinas de fibra decarbono.

7/22/2019 RP 90

7/10

1.7 Procedimiento constructivo y aplicaciones.

Se evala estado de substratos, se prepara el substrato y limpia, se aplica el tejido,lmina o pletina con su respectivo adhesivo de fijacin, se imprima y se satura.

1.8 Verificaciones previas, tolerancias y traslapes.

Se verifica la adherencia del sustrato, calidad del sustrato de 10 kg/cm , superficies

niveladas con una tolerancia de 2mm por cada 30cm de longitud, esquinas redondeadas

con radio mnimo de 13mm, con marcas de encofrado no mayor a 0.5mm.

Los traslapes se especifican las siguientes figuras:

Figura 3.- Traslapes de la fibra.

7/22/2019 RP 90

8/10

Figura 4.- Traslapes de la fibra.

1.9 Test.

Se recomienda hacer un test de sonido y un test de arrancamiento.

Figura 4.- Test en los substratos.

7/22/2019 RP 90

9/10

1.10 Costos y rendimientos.

Para SikaWrap300C/60: Considerando el 10% de desperdicio en cortes y

traslapes, el m de material solamente es entre 100 y 130 dlares americanos, sin incluir

impuestos, ni equipos, ni mano de obra.

Para SikaWrap600C/120: Considerando el 10% de desperdicio en cortes y

traslapes, el m de material solamente es entre 140 y 160 dlares americanos, sin incluir

impuestos, ni equipos, ni mano de obra.

Para SikaCarbodur: Considerando el 5% de desperdicio en cortes y traslapes, el

m de material solamente es entre 60 dlares americanos, sin incluir impuestos , ni equipos

ni mano de obra.

Los rendimientos de mano de obra, medidos en una cuadrilla de 2 personas,

maestro y ayudante son: para tejidos sikawrap 9 m por da, para las lminas sikacarbodur31.5 ml por da.

1.11 Normas y guas de diseo.

Existen varias normas de diseo, esta investigacin ha usado como gua de diseo,

las elaboradas por el comit 440 del American Concrete Institute.

As mismo se ha ledo todas las fichas tcnicas y manuales de uso, que ofrecen los

proveedores a nivel mundial. Adems de tomar contacto con algunos laboratorios de

resistencia de estos materiales, para corroborar algunos datos de resistencias fsicas.

1.12 Software de clculo: vigas, columnas y muros.

Se recomienda programar las frmulas y clculos de la gua de diseo

mencionada.

En esta investigacin de us el software Mathcad como hojas de clculo.

7/22/2019 RP 90

10/10

2. RESULTADOS Y CONCLUSIONES:

Se recomienda el uso de CFRP para reparaciones como: deterioro de material de

construccin (corrosin); deterioro ocasionado por el fuego, sismos, impacto de vehculos;

en vigas, columnas, losas, muros, pretensados y post -tensados, piscinas, tuberas.

As mismo, se recomienda su uso para cubrir defectos de diseo o de construccin:

insuficiente o inadecuado refuerzo o diseo, sustituir las barras d e acero faltantes por error

de omisin en la construccin de estructuras de concreto o albailera.

Adems se usa para incrementar las cargas, aumentando la capacidad de losas de

piso, o vigas, que necesitan aumentar su capacidad de carga.

Tambin se usa los sistemas de CFRP para estabilizar estructuras sometidas a

vibraciones; para mejoramiento del servicio como son: reduccin de la deflexin,reduccin del esfuerzo en el acero de refuerzo, reduccin del ancho de las fisuras,

reduccin de la fatiga, mejoramiento de resistencia de silos, tanques, tneles de concreto.

3. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

American Concrete institute, Notes on ACI 440.2R-08 Guide for the Design andConstruction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete , Reported by

ACI Committee 440, USA, July 2008.

American Concrete institute, Notes on ACI 440.7R-10 Guide for the Design andConstruction of Externally Bonded Fiber-Reinforced Polymer Systems for Strengthening

Unreinforced Masonry Structures , Reported by ACI Committee 440, USA, April 2010.