Reforzamiento Estructural con Fibra de Carbono

Ing. Johan

Reforzamiento Estructural Con Fibras De Carbono




Que son las fibras de reforzamiento estructural FRP?



Las Fibras Reforzadas con polímero (FRP) son materiales compuestos que consiste en fibras de alta resistencia en una matriz de polímero. Las fibras en un compuesto de FRP son el elemento principal que soporta las cargas y presentan muy alta resistencia y rigidez cuando se somete a tensión. Un laminado de FRP consistirå típicamente de varios millones de estos hilos delgados trenzados como fibras. La matriz de polímero protege las fibras de los daños, asegura que las fibras queden alineadas, y permite que las cargas se distribuyan entre muchas de las fibras individuales en el compuesto.


Hay una gran variedad de tipos de fibras y resinas que pueden ser utilizados para crear un compuesto de FRP. Las fibras son seleccionados en base a la resistencia, rigidez y durabilidad necesarias para la aplicación específica, y las resinas son seleccionadas basados en el entorno que la FRP estarå expuesto a así como el método por el cual el FRP se estå fabricando. Entre varias posibilidades, los tipos de fibras que se utilizan normalmente en la industria de la construcción son de carbono, vidrio y de aramida.

Los ingenieros aeroespaciales siempre han buscado formas de reducir el peso de las estructuras de aeronaves. Ellos desarrollaron el FRP como los materiales ligeros con la resistencia y la rigidez de los materiales que estaban acostumbrados. El automĂłvil, la defensa naval, y las industrias de artĂ­culos deportivos (por nombrar algunos) han adoptado desde 

entonces el uso de avanzados materiales compuestos en forma generalizada.


FRP se estå utilizando ahora en nuestra industria para fortalecer hormigón, acero y estructuras de mampostería. Que compiten directamente con las técnicas tradicionales, como la ampliación de la sección, postensado externa y reforzamiento con placa de acero. El reforzamiento con placa de acero es un método de reforzamiento de estructuras al adherir placas de acero a la superficie de concreto en las zonas de altos esfuerzos de tracción.

FRP originalmente se origino hace unos 20 años en Japón y Europa como una alternativa de bajo costo, y bajo mantenimiento al reforzamiento con platinas de acero.
Los sistemas FRP de Carbono, Aramida y Fibra de Vidrio para 
la ingenieria civil.


Los sistemas de FRP en la industria de la reparaciĂłn del hormigĂłn se utilizan para reforzar las estructuras existentes. Puede ser necesario el fortalecimiento de las estructuras, debido a:

deterioro;
errores de diseño / construcción;
cambio en el uso o la carga;
actualizaciĂłn sĂ­smica.

FRP esencialmente funciona como refuerzo en concreto y proporciona fuerza donde el hormigón es mås débil en tensión.


FRP se puede utilizar en la parte inferior de la viga o losa para proporcionar resistencia a la flexiĂłn adicionales, a los lados de las vigas para proporcionar resistencia a la cizalladura adicionales, o envueltos alrededor de las columnas para proveer confinamiento y la ductilidad adicional (una preocupaciĂłn fundamental en las mejoras sĂ­smicas).

Entre muchas otras aplicaciones, concreto y muros de mamposterĂ­a pueden ser reforzadas para resistir mejor las cargas sĂ­smicas y el viento, los tubos de hormigĂłn pueden ser cubiertas con FRP para resistir altas presiones internas, y de silos y depĂłsitos pueden ser reforzadas para resistir presiones mĂĄs altas.


Aplicaciones donde los sistemas existentes de FRP no pueden ser Ăștiles incluyen la correcciĂłn de los problemas de perforaciĂłn cortante (punching shear) en losas o zapatas, la correcciĂłn de los problemas de vibraciĂłn, y proporcionar una mayor fuerza de compresiĂłn a las paredes.

En los casos en donde la FRP es Ăștil, hay que reconocer que hay lĂ­mites razonables a la fuerza complementaria ofrecida por la FRP. Por lo general, aumento de la fuerza hasta un 50% son razonables.

Porque Las Estructuras Necesitan Reforzamiento?



Refuerzo Insuficiente
CorrosiĂłn del refuerzo
Cambios del uso
Excesivas deflecciones
Daños Estructurales
Daños por Fuego
Mejoramiento SĂ­smico
Materiales Para el Reforzamiento Externo


Acero
Platinas
Camisas

Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP)
Laminas
Tejidos
Barras

Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP)
Tejidos
Barras
Comparacion de los sistemas de reforzamiento estructural externo.


Acero:
Bajo costo del material
Alto costo de instalaciĂłn
Se Corroe
Pesado
Emsamblaje requerido
Alto costo de mantenimiento

Compuestos:


Alto costo del material
Bajo costo de instalaciĂłn
No se corroe
Ligero
No requiere ensamblaje
Bajo costo de mantenimiento
Guias de Diseño

Un comité de la ACI ha producido un manual de diseño que evitara que cada

fabricante de CFRP o GFRP utilice una guia diseño no estandarizado.

Se trata de 440.2R-02: Design and Construction of

Externally Bonded FRP Systems forStrengthening Concrete Structures.
Responsabilidades del Diseñador.
Entender la filosofía del diseño
Verificar el uso apropiado de los sistemas
Entender las limitaciones de los FRPs
Verificar las condiciones de la estructura existente
VerificaciĂłn de los resultados del calculo estructural.






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