2. COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN CONFINADO CON FRP. - Resistencia y deformación última del hormigón

Transcripción

1

2 . INTRODUCCIÓN. COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN CONFINADO CON FRP - Curvas tensión-deormaión - Resistenia y deormaión útima de hormigón 3. PRESIÓN DE CONFINAMIENTO O (Seiones es iruares/retanguares) u eta a es) 4. DEFORMACIÓN ÚLTIMA EFECTIVA DEL FRP 5. GUÍAS DE CÁLCULO EXISTENTES 6. APLICACIÓN DEL REFUERZO 7. CONCLUSIONES

3 - Introduión CONFINAMIENTO Coaión paria de a expansión en as direiones ortogonaes a a diretriz de a pieza omprimida. Mejora a resistenia y dutiidad Puede onseguirse on una adeuada uantía de armadura transversa Coninamiento on FRP: reuerzo exterior envoviendo e piar on FRP (ibra a 0º) Primeras apiaiones en zonas sísmias En este trabajo: Inremento apaidad arga axia de hormigón en ompresión entrada Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

4 - Introduión TECNICAS DE REFUERZO TRADICIONALES: REFUERZO CON FRP: Diiutad de ejeuión Tiempo interrupión serviio eevado Inremento de a seión Inremento de peso propio Suseptibe a deterioro (orrosión) No aumenta e peso propio Misma superiie y atura ibre Fái de outar Fái y rápido de ooaión Mín. interrupiones en e serviio Resistenia a a orrosión Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

6 . Comportamiento de hormigón oninado on FRP Reuerzo on FRP basado ene oninamiento: i a amisa de FRP que se opone a a expansión atera de hormigón sometido a ompresión axia, apiando sobre é una presión de oninamiento que mejora su resistenia a ompresión y deormaión útima E reuerzo de FRP no tienen resistenia a ompresión, sino que mediante a aión de oninamiento mejora as propiedades resistentes de hormigón. E oninamiento on aero ha sido objeto de mútipes investigaiones y existen modeos adeuados o k o k (Rihart et a. 98, 99) o y : resistenia y deormaión axia útima de hormigón oninado o y o : resistenia y deormaión axia útima de hormigón sin oninar : presión de oninamiento k y k : oeiientes de eetividad de oninamiento Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

7 . Comportamiento de hormigón oninado on FRP Fardis y Khaii (98): oninamiento on FRP Coninamiento on aero Coninamiento on FRP: e aero pastiiado ejere presión de oninamiento onstante, mientras que on e FRP a presión se inrementa on a expansión atera de hormigón La aión de oninamiento depende de a expansión de hormigón, que a su vez depende de a presión de oninamiento apiada, y os modeos preditivos deben tener en uenta esta interaión entre a expansión de hormigón y e meanismo oninante. En os útimos años se están proponiendo dierentes modeos que onsideran e omportamiento espeíio de FRP, asi todos empírios. Obtienen e inremento de resistenia y deormaión en unión de a presión de oninamiento on expresiones simiares a as de Rihart Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

8 .. Curvas tensión-deormaión Respuesta tensión deormaión: Modeo de Spoestra y Monti (999) 5,5 Tens sión axia norm maizada,5 0, Deormaión axia normaizada CFRP GFRP sin oninar aero Primer tramo simiar a hormigón sin oninar. Segunda rama también monótona asendente, on mayor pendiente uanto mayor sea a rigidez de a amisa. Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

9 .. Curvas tensión-deormaión Fao = rotura de FRP a traión:, e Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

10 Cáuo de a resistenia y deormaión útima:.. Resistenia y deormaión útima de hormigón CNR-DT 00/004 Guide or the Design and Constrution o Externay Bonded FRP Systems or Strengthening Existing Strutures Resistenia de hormigón oninado d d,6, e d 3 d : vaor de áuo de a resistenia a ompresión de hormigón oninado d : resistenia de áuo de hormigón sin oninamiento,e : presión de oninamiento eetiva Deormaión axia útima de hormigón oninado u 0,0035 0,05, e d Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

12 3. Presión de oninamiento Presión de oninamiento eetiva: Es una raión de a máxima presión de oninamiento :, e k e Ke : oeiiente de eetividad, en unión de a orma de a seión (kh) y de a oniguraión de reuerzo (kv) k e k H k V kh: oe. eetividad horizonta (se. iruar o retanguar) kv: oe. eetividad vertia (reuerzo ontinuo/disontinuo) En piares iruares on enamisado ontinuo: k e k H k V Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

13 3. Presión de oninamiento SECCIONES CIRCULARES: :presión de oninamiento j : tensión en e FRP D: diámetro de piar jt D E jt E j D 4 D t Máxima presión de oninamiento: E, e j : tensión en e FRP E : móduo de eastiidad de FRP j : deormaión en e FRP t: espesor de FRP (nº apas x espesor/apa) D: diámetro de piar : uantía voumétria de FRP on,e : deormaión útima eetiva en e FRP Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

14 3. Presión de oninamiento Inuenia de a envotura paria: Existen zonas no oninadas se introdue un oeiiente redutor k V y se onsidera una presión de oninamiento eetiva:, e k V k V p d min dmin: D en se. Ciruares y ado más pequeño en retanguares La distania entre reuerzos debe umpir: p d d min Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

15 3. Presión de oninamiento SECCIONES CUADRADAS/RECTANGULARES: Coninamiento no uniorme: menos eetivo Es neesario redondear as esquinas: R min=0 mm Se apian generamente modeos de seiones iruares onsiderando presión de oninamiento eetiva reduida mediante oe kh:, e k H kh, oe eetividad horizonta: k H b R d R A e A 3A g Cuantía voumétria de FRP: t( b d ) b d No se reomienda e oninamiento on FRP si: b / d máxb, d 900mm Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

17 4. Deormaión útima eetiva de FRP Fao = rotura de FRP a traión:,e,e : deormaión útima eetiva de a amisa rp : deormaión ensayos a traión FRP,e Causas: estado triaxia de tensiones en e FRP, aidad ejeuión, orma urva, esquinas, deormaiones no homogéneas en e hormigón FIB Buetin 4: deben tomarse vaores apropiados de,e, y dado que os datos disponibes son imitados, deberían justiiarse experimentamente. Agunas guías de áuo proponen, p on base en resutados experimentaes, un oeiiente k 0.6:, e k Otras guías imitan,e a un vaor de 0,004 Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

18 Resistenia de hormigón oninado: 3, e,6 d d Deormaión axia útima: u d 0,0035 0,05, e Presión de oninamiento eetiva, e k e Coeiiente de eetividad k e k H k Máx. presión de oninamiento V E, e d Deormaión útima eetiva de FRP k, e (ó 0,004) Ejempo: Seión iruar ompetamente envueta d=5 N/mm Reuerzo on apa arbono unidireiona: t= 0,33 mm = 3800 N/mm =,6% Emm k, e 0, 004 e 4 4 0,33 t D 400,5 N / mm, e d 35 N / mm d 0, 007

20 5. Guías de áuo FIB Buetin 4 (00) Externay bonded FRP reinorement or RC strutures CNR-DT 00/004 Guide or the Design and Constrution o Externay Bonded FRP Systems or Strengthening Existing Strutures ACI 440.R-08 Guide or the Design and Constrution o Externay Bonded FRP Systems or Strengthening Conrete Strutures TR55 Design guidane or strengthening onrete strutures using ibre omposite materias (Conrete Soiety, 0) CAN/CSA-S806-0 Design and Constrution o Buiding Components with FRP Otras: Hoanda, Japón, China. Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

21 5. Guías de áuo SPOELSTRA Y MONTI (999): Proponen un proedimiento iterativo ombinando: Euaiones de Popovis-Mander 988: FIB Buetin 4 Modeo para oninamiento on aero, basado en un vaor onstante de a presión de oninamiento Imponer Fijar = P omo paso previo r E E E x r r r x se ; () x ; 5 o o o E o se o () Cauar ( ) mediante () Cauar a tensión atua ( ) mediante () Atuaizar a deormaión atera ( ) mediante (3) Modeo de Pantazopouou y Mis 995: Reaiona as deormaiones axia y atera en e hormigón E se E se E E, (3), A E, NO Atuaizar = P? Sí Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

22 5. Guías de áuo SPOELSTRA Y MONTI Obtienen a respuesta tensión-deormaión auando para ada vaor de a deormaión axia as orrespondientes deormaión atera y tensión axia mediante e proeso iterativo. La deormaión axia utima es a orrespondiente a una deormaión atera igua a a deormaión útima eetiva de a amisa.,5 Modeo de Spoestra y Monti (999) Tensió ón axia normaizada,5 0, Deormaión axia normaizada CFRP GFRP sin oninar aero La tensión y deormaión útimas pueden obtenerse a partir de a presión de oninamiento máxima sin haer e áuo iterativo. Proponen además para auaros as siguientes órmuas aproximadas: o 0. 3 o E u o. 5 ju o o Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

23 5. Guías de áuo CNR-DT 00/004 d,6 d, e d 3 u 0,0035 0,05, e d Presión de oninamiento eetiva: k e, e k k H e k V k k E d, rid k e : oeiiente de eetividad, on 3 omponentes: iruar k H k H : horizonta, depende de a orma de a seión transversa retanguar k H A A e ontinuo k V k V. : vertia, depende de a oniguraión de FRP disontinuo k V p D k α : para ibras en espira on ánguo α respeto a a seión transversa Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES k tan

24 5. Guías de áuo Presión de oninamiento eetiva: k k E, e e e d, rid ρ : uantía geométria de reuerzo E : móduo eástio de FRP (en direión 0º) ε d,rid : deormaión de áuo reduida de FRP seión iruar seión retanguar t b 4 D p min b d b t b d p d, rid a k / ;0, t : espesor de FRP b : anhura de FRP p : espaiamiento i FRP E oninamiento es eetivo si, e / d 0,05 E eeto de oninamiento no debe onsiderarse para se. retanguares on dimensiones: / d b máxb, d 900mm si no se demuestra on ensayos apropiados Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

25 5. Guías de áuo ACI 440.R-08 Adopta modeo de LAM Y TENG (003). Seiones iruares Deduido de anáisis de base de datos experimenta de a iteratura. Respuesta tensión-deormaión: ( E E ) E 0 4 t o o E t u E : móduo de eastiidad de hormigón t : deormaión axia orrespondiente a punto de transiión E :pendiente de a segunda rama t E o E E o u Resistenia: o k k =3.3 3 si se aua a partir de a deormaión útima eetiva de FRP: k j, u j k = (arbono) 0.64 (vidrio) Deormaión axia útima: u.75 k o o ju o 0.45 k Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

26 5. Guías de áuo LAM Y TENG (003). Seiones retanguares: g Extienden e modeo anterior introduiendo dos atores de orma k s y k s Resistenia: kks o o u Deormaión axia útima:.75 k k o s o ju o 0.45 : presión de oninamiento en un piar iruar equivaente de diámetro: D b d k s y k s dependen de: área eetivamente oninada ( H ) reaión entre ados de retánguo k d b b d H H k D R d Área eetivamente oninada deimitada por as paráboas que ortan a os ados on una pendiente igua a a de a diagona adyaente (en ugar de 45º): b H d / bb R b / d d R / 3 A sg g sg Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

27 5. Guías de áuo ACI 440.R-08: E eeto de oninamiento no debe onsiderarse para se. retanguares on dimensiones: / d b o máxb, d 900mm si no se demuestra su eetividad on ensayos apropiados Limita a deormaión eetiva en a amisa a 0,004. Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

29 6. Apiaión de reuerzo Apiaión de reuerzo on FRP En unión de ómo se abria a amisa se asiian en tres grupos: a) Modeo por ontato a mano (wrapping) b) Bobinado automátio (iament winding) ) Uso de eementos preabriados Orientaión mayoritaria de a ibra: perpendiuar a eje de a pieza (0º) La amisa ubre e piar tota o pariamente Muy importante asegurar una ongitud de soape suiiente Reuerzos de tipo pasivo, a no ser que se pretense a ibra Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

30 Métodos de reuerzo a) Modeo por ontato a mano (wrapping): Se apia a resina y una o varias apas de ibra (orientaión prinipa 0º). La amisa se orma in situ a urar a resina es e método más omún exibiidad - adaptaión a a orma de a seión ái de apiar Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

31 Apiaión de reuerzo MATERIALES DE REFUERZO: Fibra: Hojas o tejidos unidireionaes, exibes, en roos, de anhura mm, que se ortan a a medida deseada Resinas: epoxi en omponentes para mezar en obra APLICACIÓN: Preparaión superiie: no es rítia a adherenia (omo en exión y ortante), t pero sí e ontato t peno hormigón-ibra (ibra ajustada a piar sin hogura) y es rítio e redondeo de esquinas Impregnaión de a ibra: Apiaión ió de resina sobre e soporte, ibra sea y a apa de errado on resina Apiaión de resina sobre soporte, impregnar ibra en resina y ooara ya mojada sobre e piar Longitud de soape suiiente i Seguir estritamente indiaiones de abriante: Condiiones de apiaión (temperatura, humedad ) Resina: proporiones omponentes, tiempo y modo de mezado Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

32 6. Apiaión de reuerzo b) Bobinado automátio: una máquina impregna ibra ontinua en a resina y a enroa arededor de piar se obtiene una amisa de espesor, porentaje de ibras y orientaión ontroados automátiamente reuerzo de mayor aidad sistema menos exibe Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

33 6. Apiaión de reuerzo ) Camisas preabriadas: una pieza on abertura ongitudina o varias piezas que se adaptan a a geometría de piar ontato piar - amisa mediante adhesivos o morteros a vees modiian a orma de piar de retanguar a iruar o eíptia sirviendo de enorado perdido y reuerzo exterior Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

35 7. Conusiones E adeuado oninamiento on FRP mejora a resistenia y deormaión útima de piares de hormigón armado. Coninamiento on aero Coninamiento on FRP Se han desarroado varios modeos teórios para e on. on FRP Respuesta tensión deormaión: Primer tramo simiar a hormigón sin oninar. Con oninamiento adeuado, segunda rama también monótona asendente, on mayor pendiente uanto mayor sea a rigidez de a amisa. En as guías de diseño existentes pueden enontrarse ormuaiones senias para obtener a resistenia y deormaión útima de hormigón oninado. Fao habitua: rotura de a amisa para vaores de deormaión muy ineriores a os que se obtienen a ensayar a traión upones de FRP deormaión útima eetiva En seiones retanguares hay que redondear as esquinas, y a eiienia es menor. Reuerzo de estruturas on FRP - CONFINAMIENTO DE PILARES

36 GRACIAS POR SU ATENCIÓN