MBrace - Composite Strengthening System

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1 MBrace - Composite Strengthening System RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión) Mejora de las capacidad existente de la estructura: recrecido en capa de compresión -Cierta necesidad de medios auxiliares -Tiempo -Buena solución para incrementos de carga en forjados -Posibles problemas a rasante -Posibles problemas por alturas libres

2 RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión) Mejora de las capacidad existente de la estructura: recrecido en nervios entre pilares -Cierta necesidad de medios auxiliares -Tiempo -Buena solución para incrementos de carga en forjados -Posibles problemas por alturas libres RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión, ELS ) Sustitución total/parcial de la estructura existente: Perfilería -Gran capacidad de refuerzo (apeo total o parcial) -Cierta necesidad de medios auxiliares -Tiempo de ejecución - El éxito del refuerzo depende en gran medida de la puesta en obra -Necesidad de protección contra la corrosión -Posibles problemas por alturas libres

3 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 de la estructura: Pretensado -Gran capacidad de refuerzo -Cierta necesidad de medios auxiliares -Necesidad de protección contra la corrosión -Necesidad de protección contra agentes externos

4 RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES Refuerzo de pilares (patología a flexión o compresión) Mejora de las capacidad existente del hormigón: zunchado -Cierta necesidad de medios auxiliares -Tiempo -El éxito del refuerzo depende en gran medida de la puesta en obra -Importancia fundamental de un revestimiento óptimo contra la corrosión RESUMEN REFUERZOS TRADICIONALES Refuerzo de pilares (patología a flexión o compresión) Mejora y transferencia: encamisado con hormigón o recrecido -Es uno de los pocos métodos recomendables para patologías severas (se apea el pilar existente) -Se puede usar mano de obra poco especializada -Gran cantidad de tiempo y métodos auxiliares -Necesidad de actuar en plantas contiguas para encauzar y compatibilizar tensiones (taladros pasantes en armadura de piel)

5 PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRP Materiales compuestos: Materiales bifásicos (fibra + matriz) Elemento fibroso (rigidez y resistencia) Matriz: resina (configuración geométrica; flexible y poco resistente) Fibras: carbono, vidrio, boro, aramida, metal, cerámica Matrices: orgánicas, minerales, metálicas, cerámicas PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRP MATERIALES DE REFUERZO (Tipos de fibras) Grafito Carbono Aramida Cada material se sedistingue por porsu sucromosoma: el elmódulo de deelasticidad Vidrio Acero

6 PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRP Fibras de Carbono: De alto módulo y alta resistencia, Excepcional resistencia 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.

7 PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRP Fibras orgánicas (Aramida - KEVLAR): 35 kg TNT No reforzado con aramida Reforzado con aramida PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS FRP Función de las resinas: FijanenFRPalaestructura. Mantienen la posición relativa de las fibras. Garantizan la adecuada transferencia de los esfuerzos entre hebras, haciendo que la armadura trabaje como un todo. Protegen las fibras de agresiones ambientales. Protegen las fibras de la abrasión.

8 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 de los elementos estructurales, cambio de normativa (mayores exigencias). Presentación FC barras Hojas laminados

9 Laminado FC vs. Hoja FC HOJA DE FIBRA 20-30% de fibras por sección. Módulo E resultante según aplicación. Para refuerzo a: Flexión (bajos incrementos) Confinamiento Cortante LAMINADO PREFORMADO 70% de fibras por sección Módulo E asegurado mediante proceso industrial. Para refuerzo a: Flexión Cortante (cut in) MBrace LAMINATE Laminado preformado de fibra de carbono para refuerzo de elementos estructurales. MBrace LAMINATE 170/3100 MBrace LAMINATE 210/3300 MBrace LAMINATE 165/ /2.5 (Sístema CUT-IN )

10 MBrace LAMINATE Dimensiones MBrace FIBRE MBrace Hoja de Fibra de Carbono MBrace Hoja de Fibra de Aramida KEVLAR

11 MBrace FIBRE Dimensiones Barras MBar Barras pultrusas de fibra de carbono para refuerzo estructural de elementos de hormigón y mampostería. MBrace MBar 165/2500

12 Barras MBar Dimensiones Refuerzo Losas Pilares Vigas Chimeneas

13 Refuerzo Tuberías Tanques Muros Procedimiento de Diseño

14 Diseño y dimensionamiento Cómo dimensionamos el refuerzo? EVALUAMOS COMO ESTÁ LA ESTRUCTURA (A QUÉ SE QUIERE REFORZAR) PREGUNTAMOS A QUE NIVEL DE REFUERZO SE QUIERE LLEGAR ANALIZAMOS LA VIABILIDAD DEL REFUERZO QUANTIFICAMOS LA NATURALEZA Y CANTIDAD DEL MISMO RECOMENDACIONES PARA EL CÁLCULO DE REFUERZOS CON FRP Previo al cálculo de cualquier refuerzo adherido, deberá verificarse la estabilidad de la estructura sin refuerzo (FS 1). En caso de fallo completo del refuerzo debe existir equilibrio entre nuevas cargas de uso sin mayorar y la resistencia del elemento sin minorar resistencias es decir: que la estructura aguante por si misma en caso de perdida del refuerzo Normativas y guías de diseño vigentes : Norma Europea 1504 "Productos y sistemas para la protección y reparación de estructuras de hormigón Guías de diseño: Guía de diseño ACI 440.2R-02: Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures Guía de diseño CEB-FIB Externally bonded FRP Reinforcement for RC Structures (Féderation Internationale du Bèton-fib).

15 REFUERZO A FLEXIÓN CONSIDERACIONES El refuerzo a flexión, se realiza por medio de la adhesión longitudinal de FRP 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 habituales en hormigón armado: Comportamiento Tensión - Deformación del acero y hormigón (Eurocódigo 2). Verificando las condiciones estructurales del elemento una vez reforzado. Verificando las condiciones de adhesión entre la fibra de Carbono y el Hormigón Se plantea el equilibrio de las secciones, compatibilizando tensiones y deformaciones entre los materiales: hormigón, acero y Fibra de Carbono.

16 REFUERZO A CORTANTE La resistencia nominal al esfuerzo cortante de una sección de hormigón armado, según la norma ACI , es la suma de la resistencia al esfuerzo cortante del hormigón y la resistencia del refuerzo a cortante de acero. Para vigas reforzadas con fibra de carbono (MBrace) a cortante, la resistencia nominal al esfuerzo cortante puede calcularse sumando un tercer término que represente la contribución de la hoja de fibra (MBrace) V n =V c +V s + f V f 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 a cortante, por agotamiento adherente. f =0.85 Vf = Contribución del MBrace a la capacidad cortante.

17 DETALLES CONSTRUCTIVOS El método más eficaz de aplicar el refuerzo a cortante es envolver toda la sección transversal de la viga con fibra. Cuando esta configuración no es práctica, El método más común consiste en envolver los lados y la parte inferior de la sección: envoltura en U En ciertas situaciones puede que no sea posible envolver la parte superior o la inferior de la sección. Sin embargo, es todavía posible reforzar a cortante si se coloca el refuerzo en ambos lados de la sección. No obstante, la eficacia de esta configuración está limitada debido al deficiente anclaje de la fibra. La hoja se ancla en el alma hasta 150 mm por debajo de la fibra neutra. En el caso de que la viga esté reforzada también a flexión mediante laminado, las hojas se colocan encima del laminado ya que de esta manera colaboran también a un buen anclaje del laminado.

18 REFUERZO A CONFINAMIENTO Calcular el número de capas de refuerzo (n) con las que se debe cubrir el pilar 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

19 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.

20 Ejemplo: Viga deteriorada Hormigón: fck=250 Kp/cm2 Acero: fyk=4600 kp/cm2 Cuantía total 8 mm Cuantía a reponer 4 mm CAUSAS DE DETERIORO: Debido a la insuficiencia de recubrimiento de la armadura respecto al paramento, y al ambiente agresivo del medio, la viga presenta una pérdida importante de armadura a tracción. Debido a la carbonatación del hormigón de recubrimiento (ph 9), las armaduras han quedado despasivadas, y han desarrollado una oxidación importante, con expansión y rotura por efecto cuña del recubrimiento circundante. Alternativas de reparación Recrecido mediante encofrado con incorporación de barra corrugada. W recrecido =W MORTERO +W ACERO = 73,6 + 9,86 = 83,46 Kg Adhesión de chapa de acero con resina epoxi. W CHAPA ACERO = ACERO V m lineal = 7,85 g/cm cm largo 0,3 cm espesor 40 cm ancho =9,4Kg 20

21 Alternativas de reparación Adhesión MBrace LAMINATE (3 Laminados 170/ x1,4) W LAMINADO = LAMINADO V m lineal = 1,6 g/cm cm largo 0,14 cm espesor 10 cm ancho =0,7Kg 3 Laminados 170/ /1.4 Refuerzo con fibra de carbono: VENTAJAS Facilidad de manipulación. Adaptación a soportes curvos.

22 Refuerzo con fibra de carbono: VENTAJAS Ligereza. Sin costes de apuntalamiento. Refuerzo con fibra de carbono: VENTAJAS Alta durabilidad: Sinriesgodeoxidación Bajo (o nulo) mantenimiento.

23 Refuerzo con fibra de carbono: VENTAJAS Alta durabilidad: A temperatura ambiente, las fibras de carbono sin impregnación de resinas son inertes a la humedad, productos químicos presentes 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 empresas especializadas.

24 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 ºC. La resistencia del elemento debe evaluarse sin considerar el refuerzo. Debe verificarse que en caso de fallo completo del refuerzo existe equilibrio entre nuevas cargas de uso sin mayorar y sección antes de refuerzo sin minorar (FS>=1.0). Refuerzos con protección: Si el refuerzo con el Sistema MBrace requiere protección contra el fuego, está puede realizarse con materiales resistentes al fuego (morteros, pinturas, perfiles laminados en caliente). Dicha protección debe evitar que la temperatura en el refuerzo supere la Tg (temperatura en la que polímero deja de ser rígido y comienza a ser ahulado o blando). Código Técnico UNE EN Refuerzo con FC: PARA TENER EN CUENTA!!!!!!!! Comportamiento lineal hasta rotura: Rotura frágil sin plastificación previa. Tensión [MPa] Muestra Deformación [ ]

25 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 más caro!!!: Mayor rapidez. Fácil maniobrabilidad. Sin apuntalamientos. Menor cantidad de refuerzo.

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