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ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN REFORZADAS EXTERNAMENTE CON FRP

INTRODUCCIÓN

Durante su vida útil, una estructura de hormigón armado debe satisfacer diversos requisitos, los cuales pueden no ser totalmente conocidos en el momento del diseño. Por ello, se puede llegar a necesitar en algún momento un refuerzo estructural por alguna o varias de las siguientes razones:

• Incremento de cargas.
• Daño de partes estructurales (envejecimiento de materiales de construcción, daño causado por incendios, corrosión del acero de refuerzo, impacto de vehículos).
• Mejoramiento de la capacidad de servicio (limitación de las deformaciones, reducción del esfuerzo en el acero, reducción del ancho de las fisuras).
• Modificación del sistema estructural. Errores de diseño, cálculo o construcción.

Existen diversos métodos de refuerzo de estructuras, tales como: adhesión de láminas de acero con epoxi, instalación exterior de un sistema postesado, aumento de la sección de hormigón con o sin armadura adicional (mediante hormigón proyectado, por ejemplo).

El SISTEMA DE REFUERZOS ESTRUCTURALES SIKA CARBODUR está basado en la adhesión externa de bandas de polímeros reforzados con fibra de carbono (PRFC), mediante una formulación epoxídica, sobre elementos estructurales predominantemente flexados y solicitados a esfuerzos de corte. Ya hay en el mundo una cantidad muy importante de estructuras donde este sistema fue utilizado exitosamente (puentes, emparrillados de vigas, entrepisos sin vigas, losas precomprimidas, vigas y losas convencionales, etc.).

SISTEMA SIKA CARBODUR. VENTAJAS Y BENEFICIOS.CARACTERÍSTICAS TECNOLÓGICAS DE LOS MATERIALES COMPONENTES.

Desde 1967, ha sido posible incrementar la resistencia a flexión y a corte de estructuras existentes de hormigón armado, por medio de bandas de acero adheridas externamente. Si bien el método cuenta con un “Estado de la Técnica”, el mismo registra ventajas, así como también algunas desventajas (tabla N°1, figuras N°1 y N°2).

Bandas de PRFC

Gracias a investigaciones y desarrollos realizados en los últimos tiempos en el Centro Federal de Investigaciones y Ensayos de Materiales (EMPA) en Dübenford, hoy día es posible reemplazar el acero (material pesado) por materiales compuestos livianos a base de fibras sintéticas, entre las que podemos mencionar: fibras de vidrio (PRFV), fibras Aramid (PRFA) y las fibras de carbono (PRFC). Estas últimas son las que poseen las mejores características mecánicas (resistencia a la tracción y alto módulo de elasticidad longitudinal) y químicas.

Las láminas PRFC son una combinación de fibras de carbono con una matriz de resina epoxi, dispuestas longitudinalmente. Por lo tanto, en la dirección de la carga poseen una resistencia a la tracción y rigidez muy altas (figura N°3), así como también un comportamiento lineal hasta la rotura, un desempeño excepcional a la fatiga y al creep, y una densidad muy baja. Por otro lado, se debe mencionar la importante resistencia química, al envejecimiento y a los rayos ultravioleta (tabla N°2). Es menester aclarar que las resistencias en la dirección normal a las fibras y a cizallamiento son bajas.

Formulación epoxi

La formulación epoxídica utilizada para adherir las bandas de PRFC sobre la estructura de hormigón es el SIKADUR 30 (tabla N°3). Debe reunir ciertas propiedades (tabla N°3), destacables para este tipo de adhesivos, como ser: importante tiempo de pot-life, ausencia de solventes, curado rápido aún a bajas temperaturas, alta resistencia al creep bajo carga permanente, alta resistencia al impacto y a la abrasión, retracción por curado nula, etc.. La misma ha sido diseñada para permitir una adecuada adhesión entre materiales sumamente diferentes, como el PRFC y el hormigón.

SISTEMA DE REFUERZO SIKA CARBODUR

Como el sistema de refuerzo no posee deformación plástica de reserva, el elemento estructural alcanza la máxima resistencia a flexión durante la fluencia del acero y antes de que el hormigón colapse (por compresión). El tipo de falla está influenciado por la sección transversal de la banda de PRFC.

Para limitar el ancho de fisura y la deformación, el punto de fluencia no debe ser alcanzado por la armadura en condiciones de servicio. Es menester aclarar que deberán evitarse las fisuras por corte para impedir eventuales desplazamientos relativos de la superficie reforzada, los que provocarían un posterior corte de la lámina (recordar la baja resistencia a cizallamiento).

PUESTA EN OBRA Y APLICACIÓN

Una vez identificado el sistema de refuerzo (con la intervención de un ingeniero estructuralista), se continúa con la fase aplicativa. La primera intervención debe asegurar la perfecta limpieza del sustrato del elemento a reforzar, mediante escarificación, chorro de arena o hidroarenado, de modo tal de eliminar la capa superficial del hormigón y permitir la correcta adhesión del sistema. Las planchuelas de PRFC, gracias a su bajo peso, pueden ser transportadas con facilidad para su posterior limpieza con un solvente especial (diluyente piroxilina). El corte de las mismas, para ajustar las longitudes, se realiza con una guillotina o con una sierra, gracias a la baja resistencia al cizallamiento.

Se continúa con la preparación del adhesivo de base epoxídica mezclando los dos componentes con un taladro de baja velocidad (500 r.p.m.), para evitar la inclusión de aire. Si existen cavidades en la superficie del hormigón, deben ser rellenas con un mortero epoxi de reparación. Se aplica sobre el hormigón y la banda de PRFC.

La aplicación de las láminas sobre el sustrato se facilita en gran medida debido al reducido valor de la densidad del PRFC, esto redunda en un bajo número de operarios, los cuales no constituyen una mano de obra especializada.

Asimismo, el sistema no requiere el uso de equipos de sostén y apuntalamiento (puntales o andamios especiales), indispensables en otros métodos de refuerzos.

Cuando el adhesivo haya curado, se debe verificar la existencia de oquedades. La superficie del refuerzo debe ser protegida de la incidencia directa de los rayos solares, para proteger la formulación epoxídica.

SISTEMA SIKA CARBODUR. ESQUEMA DE LOS TRABAJOS A REALIZAR

Sistema Sika Wrap

Debido a diferentes requerimientos de reforzamiento en las obras también se utilizan tejidos de materiales compuestos en forma de tela adheridos con una resina epóxica. Sika Wrap Hex 103 C y Sika Wrap Hex 100 G son tejidos de fibras de carbono y de fibras de vidrio respectivamente, unidireccionales, de alta resistencia y alto módulo.

Ambos son saturados en obra usando el sistema epoxídico Sikadur Hex 300 para conformar sistemas de polímeros reforzados con fibras (PRF), usados para el refuerzo de elementos estructurales.

Dentro de sus principales aplicaciones, se destacan el refuerzo a flexión, a corte y compresión de elementos estructurales de hormigón armado y pretensado tales como vigas, columnas o muros en edificios, puentes, túneles, tanques, estacionamientos, muelles, plantas industriales, de agua, de energía, etc. por las siguientes causas:

PUESTA EN OBRA Y APLICACIÓN