Comportamiento de una Estructura Reforzada Sometida a doble Corte

Comportamiento de una Estructura Reforzada Sometida a doble Corte.

AUTORES

• Maritzabel Molina
• Juan José Cruz
• Sergio Oller
• Alex H.Barbat
• Lluís Gil

1.   Introducción

Frente al incremento del uso de los materiales compuestos conformados por polímeros reforzados con fibras largas (FRP) como una alternativa de refuerzo de las estructuras, es importante buscar nuevas herramientas que permitan estudiar su comportamiento para optimizar su diseño y utilización tanto en la reparación de los elementos estructurales con cierto nivel de daño, como en la rehabilitación de los elementos que requieren tener un mejor comportamiento dentro de la estructura. En las edificaciones, los polímeros reforzados más utilizados como refuerzo son los compuestos con fibras de vidrio (GFRP), con fibras de carbono (CFRP) y con fibras de aramida (AFRP).

Los laminados de fibras con carbono CFRP están compuestos por carbono (fibras) y epoxi (matriz) que en conjunto permiten el adecuado comportamiento en una, dos y tres direcciones en función de la orientación de las fibras. En los ensayos realizados se han usado laminados unidireccionales. Cuando estos se utilizan como refuerzo para estructuras de hormigón armado, reúnen todos los requisitos para resistir los esfuerzos de tracción y permiten su colocación exterior adhiriéndose por medio de un epóxico.

2.   Diseño y ejecución del experimento

2.1.             Descripción del ensayo de doble corte

Para estudiar la transmisión de tensiones entre las capas hormigón-epoxi-laminado CFRP, se ha diseñado un ensayo de doble corte. El objetivo era poner en tracción un laminado y trasmitir el esfuerzo axial como rasante en la zona reforzada sin que aparecieran efectos indeseables por flexión. Para ello se han construido dos bloques de hormigón de 0,250 × 0,250 × 1,000 m y se han unido de forma casi-simétrica mediante dos laminados de CFRP.

Cuando uno de los bloques sufre un estiramiento, los laminados de CFRP entran en tracción y transmiten un esfuerzo axil simétrico y paralelo sobre el otro bloque (fig. 1a). Los bloques de hormigón se han colocado en el interior de un marco de carga y alineados con un actuador MTS de 100 kN como puede observarse en la figura 1b. El bloque se conecta con el actuador mediante un par de redondos embebidos en el centro de las piezas. Los laminados de CFRP se pegan a ambos lados de los bloques con una longitud de adherencia menor en uno de ellos para asegurar el fallo en dicha zona. Debajo de los bloques se colocan delgadas láminas de teflón para reducir las fuerzas de fricción entre los bloques y el marco. Antes de proceder al ensayo se comprueba que dichas fuerzas son casi despreciables frente a la carga de rotura del sistema. El control del actuador se realiza con control de carga mediante el sistema Flex-Test de MTS. Todas las mediciones de desplazamientos, cargas y deformaciones se capturan de forma continua mediante un adquisidor de datos MGCPlus-HBM.

                          Figura 1. Ensayo de doble corte.

La geometría del ensayo se indica en la figura 2, donde se ve que las bandas de CFRP adheridas tienen una longitud de contacto diferente 0,21 m y 0,50 m. Una de las láminas tiene menor longitud con el propósito de inducir el fallo en ese sector y que, de esta forma, se garantice que la rotura se produce en dicho laminado súbitamente. Las bandas de CFRP tienen un ancho de 0,05 m y un espesor de 0,0012 m.

Figura 2. Geometría de la probeta del ensayo de doble corte.

2.2.             Materiales utilizados en el Ensayo

Laminado de CFRP: Está conformado por fibra de carbono embebida en matriz epoxi. Presenta una orientación de fibras unidireccional con bajo módulo elástico; la fibra de carbono utilizada (sistema MBRACE de BASF) tiene una curva tensión – deformación completamente lineal hasta la rotura.

Epoxi: El sistema de adhesivo epoxi para la adhesión de laminados está compuesto por dos productos, una capa de imprimación MBRACE Primer y la capa adhesiva MBRACE Adhesive.

Hormigón: Hormigón «in situ» recogido en una obra en las inmediaciones de Terrassa. Se realizaron ensayos según el control de calidad estándar que señala la EHE y se hicieron mediciones complementarias sobre los bloques mediante ensayos no destructivos con esclerómetro. Acorde con los resultados el hormigón corresponde a un H-50.

2.3.             Preparación de los ensayos

2.3.1.  Preparación de la superficie del elemento de hormigón armado

La preparación de la superficie de hormigón se realizó con un martillo vibrador para dar una ligera rugosidad en la zona sobre la que se fijan los laminados. Este ligero decapado mostrado en la figura 3 también permite eliminar zonas del hormigón que tengan defectos puntuales como lechadas, carbonatación o pequeñas coqueras.

                                     Figura 3. Zona central del bloque decapada.

2.3.2.  Aplicación del Adhesivo

El adhesivo que es el producto MBRACE Adhesive se aplicó sobre las superficies del hormigón decapado y del laminado, como se muestra en la figura 5. Por medio de una espátula se aplicó una capa de contacto de aproximadamente 1 mm de espesor, cubriéndose las pequeñas irregularidades que existían en la zona a ser reforzada. En el caso en que existan grandes oquedades deben tratarse, previamente, mediante morteros de reparación estructural.

                                    Figura 4. Capa de adhesivo.

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