Reforzamiento de estructuras con fibra de carbono

El ABC del reforzamiento estructural. ¿Por qué reforzar?, ¿Qué sistemas existen?, ¿Qué son los materiales compuestos FRP y sus beneficios?

1. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Reforzamiento
de estructuras con fibra de carbono

2. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
¿Porqué reforzar?
• Actualización a nuevos reglamentos
• Cambio de uso resultante en incremento de cargas
• Diseño inadecuado
• Errores y defectos en la construcción
• Daños estructurales por eventos accidentales (sismos)
• Corrosión en el acero de refuerzo
• Eliminación total o parcial de elementos estructurales existentes
1950 2010

3. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
¿Porqué reforzar?
Sismo en Chile Febrero 27, 2010
Sismo en Baja California Abril 4, 2010
Sismo en Haití Enero 12, 2010
Sismo en China Abril 14, 2010

4. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
¿Porqué reforzar?
Sismo en Japón Marzo11, 2011

5. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Preventiva
•Disminuir la vulnerabilidad de los elementos de la estructura
•Actualización por nuevas cargas o reglamentos vigentes
Tipos de Intervención

6. C
o
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c
i
ó
n
Tipos de Intervención
Correctiva
•Restituir condiciones originales en elementos dañados
(fuego, ambientes agresivos, sismos, etc.)
•Mejorar comportamiento

7. C
o
n
s
t
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c
i
ó
n
Sistemas de Reforzamiento Estructural
Arriostramientos MetálicosPantallas en Concreto Reforzado
1 2

8. C
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c
i
ó
n
Encamisados en Concreto Encamisados en Acero
3 4
Sistemas de Reforzamiento Estructural

9. C
o
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s
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c
c
i
ó
n
Placas Metálicas
Adición de Perfiles Metálicos
5 6
Sistemas de Reforzamiento Estructural

10. C
o
n
s
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c
c
i
ó
n
Contrafuertes Postensado Externo
7 8
Sistemas de Reforzamiento Estructural

11. C
o
n
s
t
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u
c
c
i
ó
n
Materiales Compuestos FRP
9
Sistemas de Reforzamiento Estructural

12. C
o
n
s
t
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c
c
i
ó
n
Disipadores de Energía
10
Sistemas de Reforzamiento Estructural

13. C
o
n
s
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c
c
i
ó
n
Aislamiento Sísmico
11
Sistemas de Reforzamiento Estructural

14. C
o
n
s
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r
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c
c
i
ó
n
1. Arriostramientos metálicos
2. Pantallas en concreto reforzado
3. Encamisado en concreto reforzado
4. Encamisado metálico
5. Platinas metálicas
6. Adición de perfiles metálicos
7. Contrafuertes
8. Postensionamiento externo
9. Materiales Compuestos FRP
10. Disipadores de energía
11. Aislamiento sísmico
Modifican la respuesta
de la estructura
Sistemas de Reforzamiento Estructural
Incrementan la resistencia y/o
la rigidez de la estructura

15. C
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n
s
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c
i
ó
n
Desplazamiento
Fuerza
basal
Espectro de demanda
Incremento de
resistencia y ductilidad
Incremento de rigidez, resistencia y ductilidad
Incremento de rigidez y resistencia
Estructura vulnerable
Modificación de los
espectros de respuesta

16. C
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c
i
ó
n
¿Qué son los materiales compuestos FRP?
+ =
FIBRES POLYMER
MATRIX
FRP
+ =
FIBRES POLYMER
MATRIX
FRP
Fibras Matriz
(Polímero)
FRP
Son materiales compuestos a base de polímeros
reforzados con fibras
(FIBER REINFORCED
POLYMER)

17. C
o
n
s
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c
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ó
n
Fibras: Proveen resistencia y rigidez (vidrio, aramida,
carbono)
Matriz (polímero): Provee protección, confinamiento y
distribuye los esfuerzos en todas las fibras.
Ø = 5 a 25 μm (micrones)

18. C
o
n
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c
c
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ó
n
Fibras más comunes:
Vidrio (GFRP), Aramida (AFRP), Carbono (CFRP)
60,000
50,000
40,000
30,000
20,000
10,000
0
E
s
f
u
e
r
z
o
(
k
g
/c
m
2
)
Deformación (%)
0 1 2 3 4 5
Vidrio
Aramida
Carbono
Basalto
Carbon (ultra-alto módulo)
Acero fy = 4200 kg/cm
2

19. C
o
n
s
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c
i
ó
n
Industria automotríz...
Deportes....
¿En donde se utilizan los materiales compuestos?

20. C
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c
i
ó
n
Industria Aeroespacial..

21. C
o
n
s
t
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c
c
i
ó
n
BOEING 787:
50 % de su peso es de
materiales compuestos
AIRBUS A 380: 25 % de su peso es de
materiales compuestos
En la fabricación de aviones...

22. C
o
n
s
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c
i
ó
n
En la construcción de...
Puentes vehiculares Puentes vehiculares
de elementos FRP de elementos FRP
prefabricadosprefabricados

23. C
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n
s
t
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c
i
ó
n
Puente colgante Alberfeldy, Scotland, 112 m, 1990
En la construcción de...
Puentes peatonales con FRP’s
prefabricados

24. C
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ó
n
Puente Bradberry
Estructuras reforzadas
con barras de refuerzo
FRP
En la construcción de...
Especialmente usadas
en ambientes agresivos

25. C
o
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s
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c
i
ó
n Perfiles estructurales Perfiles estructurales
de formas diversas de formas diversas
Postes Postes
Trincheras Trincheras
Y mucho más ... Y mucho más ...

26. C
o
n
s
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c
c
i
ó
n
En el refuerzo de estructuras existentes....
Como refuerzo externamente adherido a Como refuerzo externamente adherido a
elementos estructuraleselementos estructurales
Fibra de CarbonoFibra de Carbono

27. C
o
n
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c
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ó
n
Sistemas de Reforzamiento CFRP
+
Fibras
(carbono CFRP,
vidrio GFRP,
aramida AFRP)
Resina
Polímero
=
Láminas o barras
pre-curadas
Tejidos para formar
láminas curadas en sitio
SikaWrapSikaWrap
Sika CarbodurSika Carbodur

28. C
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ó
n
Ventajas de un FRP con fibra de carbono
CFRP
Muy bajo peso
5 veces más ligero
que el acero
Resistentes a la
corrosión
Electromagnéticamente
inertes
Muy alta resistencia
Muy versátiles
Útiles en múltiples
aplicaciones
Rapidez en la colocación
> 30,000 kg/cm
2

29. C
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ó
n
–Bajo costo de materiales
–Alto costo de instalación
–Mediano tiempo de
instalación
–Presenta corrosión
–Pesado
–Alto costo de
mantenimiento
FRP vs reforzamiento con acero
Acero
FRP
–Alto costo de materiales
–Bajo costo de instalación
–Corto tiempo de instalación
–No presenta corrosión
–Ligeros (no aumentan la
Carga Muerta ni modifican la
arquitectura o geometría)
–Bajo costo de mantenimiento

30. C
o
n
s
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c
c
i
ó
n
Estructuras ¿reforzadas?
Corrosión en los cables
del postensado

31. C
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n
s
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r
u
c
c
i
ó
n
Estructuras ¿reforzadas?

32. C
o
n
s
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r
u
c
c
i
ó
n
•Reporte Técnico No. 55 Concrete Society Committee, Reino Unido
(UK), (2000).
•Federation Internationale du Beton. FIB-Bulletin 14 y FIB-Bulletin 35
Guías europeas internacionales (2001 y 2006, respectivamente)
•Nacional Research Council, Italia, 2004
•Seismic Rehabilitation of Concrete Structures, Japan Concrete
Institute (2008)
•ACI 440.2R de Estados Unidos (2008)
•ACI 440.7R de Estados Unidos (2010)
•ACI 440-F Aspectos sísmicos (Próximamente)

Guías de diseño (reforzamiento y
rehabilitación sísmica)
Entre otros..

33. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
International Concrete
Repair Institute, 2006
National Research
Council, 2004
National Cooperative
Highway Research
Program, 2004

34. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
¹Urs Meier, EMPA, CH 8600 Dubendorf-Zurich, Switzerland
Se basan en gran cantidad de
investigación a nivel mundial

35. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n

36. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
¹Urs Meier, EMPA, CH 8600 Dubendorf-Zurich, Switzerland

37. C
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n
s
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c
c
i
ó
n

38. C
o
n
s
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c
i
ó
n

39. C
o
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s
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c
c
i
ó
n

40. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n

Diseño por flexión: ACI 440.2R
Aplicación NSM
(Near Surface Mounted)
Aplicación externamente adherida

41. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Diseño por cortante: ACI 440.2R
y
f
= 0.85
Adherido en forma de “U”
y
f
= 0.85
Adherido lateralmente
y
f
= 0.95
Completamente envuelto
f
f
fefvf
s
)cossen(d
fAV
aa+
=

42. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Confinamiento: ACI 440.2R
Aumento de capacidad a carga axial
Aumento en la resistencia a cortante
Aumento de resistencia a flexión y ductilidad
Confinamiento de traslapes

43. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Confinamiento: ACI 440.2R
no confinado
confinamiento ligero
fuerte confinamiento (debilitamiento)
fuerte confinamiento
(endurecimeinto)
Falla
+

44. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Refuerzo de Mampostería: ACI 440.7R
Refuerzo a flexión, cargas fuera del plano
Tiras de CFRP
Refuerzo a cortante, cargas en el plano

45. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Reforzamiento de conexiones, ACI 440-Chap-13

46. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Reforzamiento de conexiones, ACI 440-F

47. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Reforzamiento de conexiones, ACI 440-F

48. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Apoyo Técnico de Sika
Evaluación
Materiales Estructural
Diagnóstico
Ensayes
Estartegia de
reparación y
protección.
Análisis costo -
desempeño
Asesoría en el
diseño a
calculistas.
Capacitación

49. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Procedimiento de aplicación:
Reparar daños
(inyección de grietas, saneo de acero corroído, etc.)
Trazar las zonas de aplicación
Preparación de la superficie
Realizar pruebas de adherencia
Verificar las condiciones de aplicación

50. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Condiciones antes de la aplicación
¡No debe haber daños en ¡No debe haber daños en
proceso!proceso!

51. C
o
n
s
t
r
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c
c
i
ó
n
Reparación de daños:
Paso 1 : Protección del acero
Sikatop Armatec 110
Sikadur 32
Paso 4 : Inhibidor de corrosión preventivo
Sikaferrogard 903
Paso 2: Puente de adherencia
Sikatop Armatec 110
Sikadur 32
Paso 6: Recubrimiento de protección
Sikaguard 550W
SikaUretano Premium
Paso 5: Mortero para regularizar
Sikatop 121
Sika 101
Paso 3: Mortero de reparación
Sikamonotop 412
SikaGrout

52. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n

53. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Reparación de daños:
Inyectar grietas mayores a 0.3 mm de
espesor para prevenir fallas por
delaminación en la fibra de carbono
..
..
..
..
..
..
..
..
..
..
..
..
30-100 cm30-100 cm

54. C
o
n
s
t
r
u
c
c
i
ó
n
Preparación de superficie
OBJETIVO:
Lograr una óptima adherencia entre el sustrato y el
adhesivo
SUSTRATOS:

55. C
o
n
s
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i
ó
n
Video

56. C
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n
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ó
n
Pruebas de adherencia
Para verificar la calidad del concreto y su correcta preparación,
realizar la prueba pull-off (resistencia del concreto a la tensión
directa)
El esfuerzo mínimo requerido para realizar un refuerzo con FRP
es de 15 kg/cm
2

57. C
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n
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i
ó
n
Protección
Cuando sea el caso, los sistemas deben ser
protegidos con recubrimientos apropiados contra:
Radiación UV (Sika Uretano o Sikagard 550 W)
Protección antifuego (Sikacrete 213 F)
Temperaturas de servicio de corta duración
mayores a 60°C

58. C
o
n
s
t
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u
c
c
i
ó
n
Más de 200 proyectos exitosos de estructuras
reforzadas en México...

59. C
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n
s
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r
u
c
c
i
ó
n
... nos han dado experiencia

60. C
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n
s
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c
c
i
ó
n

61. C
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s
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ó
n

62. C
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n
s
t
r
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c
c
i
ó
n

63. C
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s
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ó
n

64. C
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s
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n

65. C
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s
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ó
n

66. C
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n
s
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ó
n

67. C
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n
s
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ó
n

68. C
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s
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i
ó
n
Gracias por su atención !!!
[email protected]