Comportamiento de vigas de concreto armado reforzadas externamente con platinas de fibras de carbono - Proaño Tataje, Luis Ricardo (2012)
La necesidad de refuerzo estructural en una infraestructura existente puede venir motivada por la aparición de nuevos condicionantes de uso o por la degradación de los materiales. Desde finales de los años sesenta, la técnica del refuerzo mediante la adhesión de platabandas metálicas se ha llevado a la práctica como alternativa a otros métodos de refuerzo tradicionales. Sin embargo, las platabandas metálicas presentan algunas desventajas, como son su peso y su posible corrosión por agentes atmosféricos, que pueden solventarse sustituyéndolas por laminados de polímeros reforzados con fibras de carbono (FRP). Estos materiales poseen relaciones resistencia/peso y rigidez/peso mayores que el acero, facilitando su colocación, reduciendo costos y plazos de ejecución. Por ello, desde su aparición en los años noventa, se ha observado un uso creciente de los laminados FRP en el campo del refuerzo estructural. En numerosos estudios empíricos se observa como la aplicación de laminados FRP adheridos al concreto puede resultar en una rotura frágil que conduce al desprendimiento prematuro del refuerzo externo antes de alcanzar la carga última. Este desprendimiento del laminado FRP suele iniciarse en el recubrimiento, es decir, en el punto más débil de la interfase entre concreto y la platina o lamina de fibra de carbono, bien sea por tensiones excesivas en sus extremos, bien sea por el efecto de las fisuras de flexión o cortante en zonas alejadas al anclaje. El presente estudio pretende explicar el comportamiento de la interfase entre el concreto y la platina FRP de modo de intentar entender este tipo de falla prematura por desprendimiento de la platina. Se ha prestado especial atención a la transferencia de tensiones de la platina ó lamina FRP al concreto. En el Capítulo 1, estará dirigido establecer de manera introductoria los fundamentos para el reforzamiento a flexión de vigas con platinas de fibra de carbono, las propiedades mecánicas de los adhesivos epóxicos, las platinas y láminas de fibras de carbono. Del mismo modo, se han catalogado los tipos de falla observados en vigas de concreto reforzadas externamente con platinas de fibra de carbono y se plantearán los fundamentos teóricos elásticos para el reforzamiento de vigas sujetas a flexión. En el capítulo 2, se estudian mecanismos no lineales de fractura para analizar el comportamiento de la interfase sujeta a cortante puro. Se establecerán las ecuaciones que gobiernan la interfase y se determinarán las relaciones entre el esfuerzo cortante ! desplazamiento relativo en la interfase. Así mismo, se analizará el comportamiento de la interfase a través de los distintos estados lineales y no lineales en la interfase hasta la falla por perdida de adherencia o desprendimiento de la platina. Se establecerán criterios de energía para el cálculo de la fuerza de transferencia. En el capítulo 3, se estudiará el comportamiento de la interfase en vigas. Se plantearán las ecuaciones que gobiernan en la interfase y la distribución de esfuerzos cortantes y esfuerzos axiales en la platina para los distintos estados en tramos entre grietas y entre el extremo de la platina y la grieta más cercana. En el capítulo 4, se presenta el programa experimental de ensayos para elementos de concreto con platinas o láminas de fibras de carbono adheridas. Se prepararon dos especímenes de concreto con platinas y láminas FRP sujetos a cortante simple y ocho vigas de concreto armado reforzadas a flexión con platinas y láminas de fibras de carbono sujetos a flexión y cortante por carga ultima. Se hacen algunas comparaciones entre los resultados. En el capítulo 5, se comentan comenta de forma breve el estado del arte para los códigos alemán y estadounidense. El estudio mostrado en la presente tesis fue desarrollado bajo el convenio marco de cooperación, de fecha 07 de Noviembre de 2005, entre la Universidad Nacional de Ingeniería de Perú, la Universidad de Ciencias Aplicadas de Regensburg de Alemania y la Universidad Autónoma Metropolitana, unidad Azcapotzalco de México que tuvo por finalidad el desarrollo e Implementación de Módulos de Enseñanza sobre la Rehabilitación y el Reforzamiento de Construcciones Existentes.