ÍNDICE INTRODUCCIÓN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3
------------------------------------------------------------------------------------------4 CAPÍTULO I: EL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN ----------------------
1.1.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA --------------------------
1.2.
FORMULACION DEL PROBLEMA
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5
1.3.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA -----------------------
1.4.
OBJETIVOS ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 1.4.1. Objetivo Principal -------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 1.4.1. Objetivos Secundarios ------------------------------------------------------------------------------------------- 7
1.5.
HIPÓTESIS -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 1.5.1. Operacionalización de variables ------------------------------------------------------------------------------ 8
1.6.
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACÍON --------------------------------------------------------------------------- 8
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10 10 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ----------------------
2.1.
CONCEPTO ------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10
2.2.
HISTORIA ----------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
2.3.
COMPOSICIÓN --------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------ ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
2.4.
FABRICACIÓN -------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------14
2.5.
---------------------------------------------- --15 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA FIBRA DE CARBONO -------------------------------------------------
2.6.
APLICACIÓN DE REFUERZOS DE FIBRA DE CARBONO ----------------------------------------------------- 16
2.7.
INSTALACIÓN DE REFUERZOS DE FIBRA DE CARBONO --------------------------------------------------- 20
2.8.
FUERZAS PRESENTES EN LOS REFUERZOS DE LA FIBRA DE CARBONO -------------------------- 22
2.6.
EXPERIENCIAS EN EL PERÚ Y EL MUNDO ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------- ------------------------------------- 24
3.
CONCLUSIONES --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------29
4.
RECOMENDACIONES --------------------------------------------------------------------------------------------------- 30
5.
BIBLIOGRAFÍA ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 30
2.8.
FUERZAS PRESENTES EN LOS REFUERZOS DE LA FIBRA DE CARBONO -------------------------- 22
2.6.
EXPERIENCIAS EN EL PERÚ Y EL MUNDO ---------------------------------------------------------------------- ---------------------------------- ------------------------------------- 24
3.
CONCLUSIONES --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------29
4.
RECOMENDACIONES --------------------------------------------------------------------------------------------------- 30
5.
BIBLIOGRAFÍA ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 30
INTRODUCCIÓN Esta investigación ha tenido el propósito de efectuar un estudio de la fibra de carbono como refuerzo del concreto y su aplicación aplicación en las construcciones construcciones que se realizan realizan en el Perú. Sabemos que uno de los principales materiales utilizados para el desarrollo de una obra es el concreto debido a su versatilidad, fácil producción y puesta en obra. A lo largo de la historia después de la invención del concreto reforzado las nuevas tecnologías han permitido nuevas formas lograr mayor rigidez en construcciones de concreto. Ya que aun siendo uno de los materiales más resistentes presenta algunos defectos en cuanto a su durabilidad, y como la resistencia mecánica del elemento estructural. Las fibras de Carbono aumentan la tenacidad y el comportamiento mecánico del concreto y se utilizan en pavimentos, edificios de grandes alturas fábricas, etc. Pero lo importante es que como ingenieros nos demos cuenta de la enorme ventaja y proyección a futuro que representa la fibra de carbono todo esto para poder ampliar las posibilidades en el campo de la Ingeniería Civil. En nuestra ciudad de huaraz sería aplicable y de mucha ayuda en las construcciones ,pero para ello es necesario contar con experiencia en el uso de las fibras de carbono. El contenido está compuesto por una Introducción;Capítulo I ,El proyecto de Investigación ;Capítulo II,Merco Teorico ;las conclusiones,recomendaciones y la bibliografía consultada.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN
Página 3
La presente investigación ha sido posible gracias a la enseñanza de los docentes por su efectiva transferencia de conocimientos razón por la cual es ineludible el agradecer y reconocer lo valioso que constituye la adquisición de nuevos saberes en la formación académica. Esto significa y amerita una vez más la grandeza de la imagen de la Universidad Nacional de Ancash Santiago Antúnez de Mayolo cuna de excelsos profesionales.
CAPITULO I: EL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Contando con la creciente necesidad de reparar o rehabilitar estructuras de concreto, nace la tecnología de refuerzo con fibra de carbono de alta resistencia que significa una alternativa para la industria de la construcción. Sin embargo el poco uso de esta tecnología en nuestro país hace que sea costosa y de una forma complicada de adquisición y en peores casos por el desconocimiento de algunas técnicas se llega incluso hasta el extremo de demoler o como también de no hacer ningún refuerzo en estructuras y concreto, aunque la estructura lo necesite.
Los ingenieros que intentan hoy el uso de la fibra de carbono en aplicaciones de reforzamiento se encuentran en frente de un gran reto de innovación. Actualmente no existen reglas claras para el diseño de elementos concreto reforzados con fibra de carbono, El instituto americano del concreto (ACI) comité 440-F está desarrollando un documento para proporcionar recomendaciones de diseño y técnicas de construcción para el uso de fibra de carbono para el reforzamiento de concreto.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 5
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA: ¿Cómo refuerzan las fibras de carbono al concreto en las construcciones? 1.3. JUSTIFICACIÓN En la actualidad países de Europa y Estados Unidos hacen uso frecuente del refuerzo estructural con fibra de carbono, pero eso no ocurre en Perú donde se utiliza muy poco esta alternativa debido a que es muy caro o complicado en el manejo. En consecuencia, se siguen utilizando métodos tradicionales por temor al fracaso y al cambio, ya que del refuerzo depende el buen desempeño de la estructura.
¿Porque utilizar la fibra de carbono como refuerzo? Porque de acuerdo a las características que presentan encontramos que posee elevadas propiedades mecánicas (óptima resistencia a la tracción, buena resistencia a la compresión), elevado módulo de elasticidad, baja densidad, baja resistencia al impacto, elevada resistencia a altas temperaturas (a la temperatura del orden de 1500°C – 2000°C presentan hasta un incremento de sus prestaciones, coeficiente de dilatación térmica prácticamente nulo, elevada resistencia a las bases, impermeabilidad al agua, elevada resistencia a la corrosión, buena conductividad eléctrica y térmica, sensibilidad a la abrasión, bajo alargamiento a la rotura, resistencia a la fatiga verdaderamente asombrosa, la más elevada hasta ahora conocida.
Según la investigaciones en la actualidad, no hay que olvidar que el desarrollo de nuestra sociedad sigue marcado por la necesidad de reducir el consumo de energía, lo que aumenta cada vez más la demanda de materiales más resistentes y duraderos, independientemente de su campo de aplicación y son fundamentalmente los materiales compuestos y específicamente la fibra de carbono, los que están dando respuesta a estas necesidades.
La fibra de carbono ofrece amplias ventajas con relación a productos competidores, aportando numerosas cualidades funcionales, en especial por su ligereza y resistencia
mecánica. Por todas estas razones, es conveniente y oportuno conocer más sobre este material, sus orígenes, características y su futuro.
Por esta razón, surge la motivación de hacer una investigación que proporcione información y genere conocimiento acerca de lo que se puede lograr con este material. El estudio de este sistema de refuerzo con fibra de carbono busca dar a conocer el uso de este método con sus aplicaciones, ventajas, características, propiedades y comportamientos. Asimismo se busca comparar las resistencias por medio del uso del refuerzo con fibra de carbono versus una sin ningún tipo de refuerzo.
Una razón más para la realización de esta investigación es el trasfondo cultural Peruano, ya que el país cuenta con muchos edificios ricos en historia arquitectónica, que con el uso de este tipo de refuerzo se lograría rescatar cualquier elemento que exija alta resistencia sin modificar su geometría, forma, o apariencia visual, conservando así las características originales de los elementos estructurales. Al mismo tiempo, el uso de este sistema de refuerzo aumenta resistencia y vida útil al elemento sin que sufra daños la estructura integral.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 7
1.4. OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL.
Dar a conocer las ventajas y características de la fibra de carbono en el reforzamiento del concreto y estructuras, para así poder obtener una estructura confiable duradera y fuerte.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Presentar una nueva alternativa de refuerzo al concreto como para estructuras y así poder contar con estructuras resistentes y confiables.
Dar la composición, características y elaboración de la fibra de carbono.
Mostrar la diferencia entre otros materiales que son utilizados también para hacer refuerzos.
Incentivar a que puedan tomar en consideración este tipo de material en las obras de construcción, sin importar la especialidad que sea.
Con la difusión del uso de este material, tal vez se pueda lograr que el costo de la Fibra de Carbono sea más accesible.
1.5. HIPÓTESIS
El empleo del reforzamiento de fibras de carbono tanto en la reparación como en la construcción de edificaciones en el Perú. Debido a que reforzamiento con fibras de carbono tiene numerosas aplicaciones y bondades, tales como: aumento de capacidad de carga; daños en elementos estructurales por envejecimiento; sismos; impactos; errores de diseño o construcción entre otros. El refuerzo con fibra de carbono dará solución a problemas como:
Incremento de cargas vivas a estructuras.
Refuerzos que requieren poco tiempo y espacio.
Control y resane de fisuras.
Envejecimiento de los materiales.
Corrosión del acero.
Daño a partes estructurales.
Área de acero insuficiente, etc.
1.5.1. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES:
Variable Independiente: El poco conocimiento y la difícil adquisición que se tiene en el Perú acerca de la fibra de carbono como refuerzo del concreto.
Variable Dependiente:
La dificultad para aplicar esta técnica y el aprovechamiento de este material en las construcciones de nuestro país.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 9
1.6. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN La metodología para los ensayos a realizarse serian basándose según Los lineamientos básicos para el diseño que están siendo considerados por el Instituto Americano del Concreto (ACI) que se ajustan a lo siguiente:
Limites en el comportamiento de la resistencia para mantener el comportamiento dúctil.
Limites en la resistencia de diseño.
Criterio mínimo requerido antes del reforzamiento para prevenir el colapso del pegamento adhesivo toda vez que pueda estar comprometido a eventos incontrolables (fuego, vandalismo, impacto, etc.).
También según las normas que se cuenta en nuestro país. Los materiales que se utilizaran: cemento, agregado, agua, fibra de carbono, varilla de acero, los materiales necesarios para hacer una mezcla. En el caso de los ensayos sería necesario una la maquina en la cual se pueda realizar ensayos a compresión, tensión y flexión.
CAPITULO II : MARCO TEÓRICO
2.1. CONCEPTO DE LA FIBRA DE CARBONO La fibra de carbono es una fibra sintética constituida por finos filamentos de unos 0.005x0.010mm de diámetro compuesto en casi su totalidad por fibras de carbono. Estos entrelazados entre si forman cristales microscópicos alineados al eje de la fibra miles de fibras de carbono son trenzadas para formar hilos de gran resistencia por sus propiedades cristalinas Su estructura atómica corresponde a láminas de átomos de carbono ordenado en patrones hexagonales de acuerdo a la química del carbono y esta misma es su variación de conexión con otros carbonos a lo largo de la fibra. La fibra de carbono es un material amorfo dada sus diversas relaciones entre sus compuestos. Las láminas de átomos de carbono se colocan al azar, apretadas o juntas, por esto mismo se da su alta resistencia. La densidad de la fibra de carbono es de 1759Kg/m3 la del acero es 7850Kg/m3 la del hormigón 3200Kg/m3 y la madera 0,7Kg/m3 Por lo que podemos concluir que la densidad es baja y si a esto le incluimos la baja cantidad de material que se utiliza para la malla de fibra podemos decir que es el material que ocupa menos espacio de todos. La fibra de Carbono tiene propiedades mecánicas superiores al acero, es muy liviana, y por su dureza tiene más resistencia al impacto. Su principal aplicación es la fabricación de “composites”
o materiales compuestos, donde en la mayoría de los casos se hace con polímeros termoestables que a la vez la mayoría de las veces es resina epoxi. Es conductor eléctrico y de baja conductividad térmica. Al calentarse, un filamento de carbono se hace más grueso y corto.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 11
El uso más habitual es en refuerzos a flexión, y aunque existen todavía algunos aspectos en estudio, existe un procedimiento de dimensionamiento bien establecido y comúnmente aceptado. No ocurre lo mismo con los refuerzos a cortante, donde los modelos propuestos han sido diferentes y controvertidos, y aún no existen reglas de proyecto uniforme o son tratadas de forma muy somera en las recomendaciones de diseño editadas hasta la fecha. Las investigaciones sobre el tema se iniciaron en la década de los 90 pero han sido mucho más
limitadas que en el caso de refuerzo a flexión. Dichas investigaciones, así como multitud de aplicaciones en todo el mundo, han probado que el refuerzo con Fibra de Carbono es una técnica eficaz para incrementar la capacidad última frente a esfuerzos cortantes, pero también han puesto de manifiesto la necesidad de seguir investigando para avanzar en el conocimiento experimental y teórico del refuerzo a cortante y llegar a establecer procedimientos de diseño adecuados que aprovechen y optimicen las excelentes propiedades del material.
Composición física de la fibra de carbono.
2.2. HISTORIA DE LA FIBRA DE CARBONO En 1958, Roger Bacon creó fibras de alto rendimiento de carbono en el Centro Técnico de la Union Carbide Parma. Estas fibras se fabricaban mediante el calentamiento de filamentos de rayón hasta carbonizarlos. Este proceso resultó ser ineficiente, ya que las fibras resultantes contenían sólo un 20% de carbono y tenían malas propiedades de fuerza y de rigidez. El alto potencial de la fibra de carbono fue aprovechado en 1963 en un proceso desarrollado en el Reino Unido. Estas empresas fueron capaces de establecer instalaciones de producción industrial de fibra de carbono.
Durante la década de 1970, los trabajos experimentales para encontrar materias primas alternativas llevaron a la introducción de fibras de carbono a partir de una brea de petróleo derivadas de la transformación del petróleo. Estas fibras contenían alrededor de 85% de carbono y tenía una excelente resistencia a la flexión. Actualmente aún se experimenta con fibra de carbono en varias empresas en el mundo y en el ámbito de la construcción cada vez hay más demanda por el carbono.
2.3. COMPOSICIÓN DE LA FIBRA DE CARBONO La fibra de carbono es un polímero de una cierta forma de grafito. El grafito es una forma de carbono puro. En el grafito los átomos de carbono están dispuestos en grandes láminas de anillos hexagonales La fibra de carbono se fabrica a partir de otro polímero, llamado poliacrilonitrilo, a través de un complicado proceso de calentamiento. Cuando se calienta el poliacrilonitrilo, el calor hace que las unidades repetitivas formen anillos. TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 13
Al aumentamos el calor, los átomos de carbono se deshacen de sus hidrógenos y los anillos se vuelven aromáticos. Este polímero constituye una serie de anillos piridínicos fusionados. Luego se incrementa la temperatura a unos 400-600°C. De este modo, las cadenas adyacentes se unen. Este calentamiento libera hidrógeno y da un polímero de anillos fusionados en forma de cinta. Incrementando aún más la temperatura de 600 hasta 1300ºC, nuevas cintas se unirán para formar cintas más anchas. De este modo se libera nitrógeno. Como se puede observar, el polímero que es obtenido tiene átomos de nitrógeno en los extremos, por lo que, estas cintas pueden unirse para formar cintas aún más anchas. A medida que ocurre esto, se libera más nitrógeno. Terminado el proceso, las cintas son extremadamente anchas y la mayor parte del nitrógeno se liberó, quedando una estructura que es casi carbono puro en su forma de grafito. En la fibra de carbono las láminas de átomos de carbono se apilan al azar o en forma irregular. Por esta razón tienden a tener alta resistencia a la tracción.
Proc eso d e unión d e mo lé cul as de c arbo no y nit rógeno para fo rm ar el PAN (po lím ero ini cial de la fibra de carbon o)
2.4. FABRICACIÓN Un método común de la fabricación consiste en calentar los filamentos PAN (polímero inicial del carbono) en con aire a aproximadamente 300°C, que rompe muchos de los enlaces de hidrógeno y oxida la materia. El PAN oxidado se coloca en un horno que tiene una atmósfera inerte de un gas como el argón, y se calienta a aproximadamente 2000°C, lo que induce a la grafitización del material, cambiando la los enlaces de la estructura molecular. Cuando se calienta en las condiciones adecuadas, estas cadenas se unen una al lado de la otra, formando estrechas láminas de grafeno que con el tiempo se unen para
formar un solo filamento cilíndrico. El resultado es generalmente 93-95% de carbono. Una baja calidad de fibra se pueden fabricar con brea de mesofase o rayón como precursor en lugar de PAN. Al material obtenido se le pueden variar algunas de sus propiedades, confiriéndoles alto módulo, o alta resistencia, mediante procesos de tratamiento térmico. El material que ha sido calentado de 1500 a 2000ºC (carbonización) exhibe la mayor resistencia a la tracción
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 15
Luego los hilos resultantes se mezclan con una resina en un matriz para conformar y polimerizar la mezcla a temperaturas muy altas que luego se derivan a maquinas que fraccionan el material para luego obtener el producto acabado.
Proceso de Fabricación de las láminas de Fibra de Carbono.
Compuesto Final.
2.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA FIBRA DE CARBONO Las ventajas de la fibra de carbono son: -Elevada resistencia mecánica, con un módulo de elasticidad elevado. -Baja densidad, en comparación con otros elementos como por ejemplo el acero. -Resistencia a agentes externos. -Gran capacidad de aislamiento térmico. -Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma, sólo si se utiliza matriz termoestable. -No es invasivo por sus dimensiones pequeñas -Son materiales ultra ligeros -Conllevan un menor tiempo de instalación = menor costo -Permite el uso de las estructuras inmediatamente después de la aplicación -Evita los costos por demoliciones y reconstrucción comparados con otras soluciones alternativas. Las principales desventajas de la fibra de carbono y a la vez la misma razón por la cual se usa con más frecuencia en casos de refuerzos y reparación: - Es un polímero sintético que requiere un caro y largo proceso de producción. Este proceso se realiza a alta temperatura -entre 1100 y 2500 °C- en atmósfera de hidrógeno durante semanas o incluso meses dependiendo de la calidad que se desee obtener ya que pueden realizarse procesos para mejorar algunas de sus características una vez se ha obtenido la fibra. -El uso de materiales termoestables dificulta el proceso de creación de la pieza final ya que se requiere de complejos instrumentos para darle forma.
2.6. APLICACIÓN DE LA FIBRA DE CARBONO
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 17
La fibra de carbono en construcción se emplea de modo similar al de las barras de acero de la estructura; esto es, complementando las barras longitudinales de acero en las zonas traccionadas, o los refuerzos por corte, siempre teniendo en cuenta que la capacidad de refuerzo de carbono es unidireccional en el sentido de las fibras, dependiendo del tipo de fibra de que se está usando, comúnmente se utilizan tejidos de fibra de carbono conocidos como Wrap cuya disposición es unidireccional pero existen configuraciones de tipo bidireccional.
Es conviene tener en cuenta el hecho de que los laminados de fibra de carbono presentan unas altas características mecánicas muy superiores a las del hormigón y el acero, por lo que en la mayoría de los casos el éxito de reforzamiento viene determinado más por el estado y preparación del elemento de soporte que por el propio carbono.
Existen 3 tipos de casos.
1. Reparación (cambios de uso o destino, modificaciones normales, aumento en la carga) 2. Rehabilitación (construcción deficiente, siniestro, sismo o accidente, vandalismo) 3. Reforzamiento (recuperación, elementos degradados, modificación)
LUGARES DE REFUERZO CON FIBRA DE CARBONO. Refuerzos con fibra de carbono en elementos en flexión. En vigas de concreto se puede incrementar las cargas admisibles incorporando un refuerzo estructural con fibra de carbono. Para estos casos el uso del refuerzo estructural con fibra de carbono permite: -Incrementar la resistencia a los esfuerzos de flexión.
-Incrementar la resistencia a los esfuerzos de corte. -Recuperar resistencia de diseño por omisión de armadura. -Incrementar la rigidez de la viga produciendo menor deformación bajo cargas vivas.
Refuerzos con fibra de carbono en elementos en flexocompresión o flexotracción. Este refuerzo permite dotar al elemento de mayor rigidez y capacidad, mediante el confinamiento aumentando su resistencia y ductilidad. Al confinar pilares podemos decir que se logra incrementar la resistencia a la compresión axial de estos elementos. Básicamente, el confinamiento restringe la fisuración por compresión y cortante, aumentando así la ductilidad del elemento estructural durante la rotura
Refuerzos con fibra de carbono en losas nervadas. En el caso de las losas es muy eficaz debido a que la capacidad del momento de la losa o cubierta es consecuencia de la resultante de la resistencia a la flexión y compresión. En la mayoría de los casos la losa tiene muy buena resistencia a la compresión pero suele fallar en la tracción. Aumenta la resistencia y la rigidez.
Refuerzos con fibra de carbono en muros. La fibra de carbono se utiliza en refuerzos que se derivan de cargas excesivas en plano o fuera de plano y la presión debida a impactos. Así puede utilizarse en los muros con esfuerzo cortante.
Y en los casos de muros de concreto se disponen vertical y horizontalmente siguiendo los lineamientos de resistencia entregados por la refuerzointerior existente del muro de concreto. TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 19
Incrementan el refuerzo sísmico, la ductilidad del muro y el comportamiento general.
Refuerzo de fibra de carbono en elemento en flexión.
Refuerzo de fibra de carbono en elemento a flexocompresión o flexotracción.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 21
Refuerzo de fibra de carbono en losas nervadas
Refuerzo de fibra de carbono en muros.
2.7. INSTALACIÓN DE LOS REFUERZOS DE FIBRA DE CARBONO Primero que nada se debe tener en cuenta que es necesaria una inspección de la Estructura, un análisis acabado de la estructura existente, para determinar las causas del reforzamiento y las fuerzas de acción presentes. Todo esto antes de ejecutar el proyecto de reforzamiento. Como regla general, una vez saneado y preparado el soporte ya podremos aplicar un sistema de refuerzo. Este se compone por las siguientes etapas:
1. Resina de Imprimación. Se suele aplicar una capa de resina a fin de endurecer la superficie de hormigón y crear una buena adherencia.
2. Resinas de pegado del compuesto de fibra (refuerzo) al soporte. a. Pegado de composites: Se utilizan adhesivos en forma de pasta epoxi. Se aplican sobre el laminado y la superficie tratada. Una vez pegado, se presionan con la ayuda de un rodillo de goma maciza para asegurar un espesor mínimo de adhesivo y el rebose de la pasta para evitar oquedades. b. Pegado de hojas de fibra: Se emplean resinas epoxi muy fluidas que penetran entre los hilos de fibra y aseguran una buena impregnación. La aplicación se realiza con rodillos especiales para evitar la formación de bolsas de aire y la rotura de las fibras.
3. Acabados a. Espolvoreo de arena de sílice: Cuando el refuerzo está completamente aplicado y la resina aun fresca, se espolvorea con arena de sílice para obtener un acabado rugoso. Con esta medida permitimos cubrir el refuerzo con un revestimiento (yeso, pintura,…)
b. Protección a los rayos UV. Si el refuerzo está expuesto a los rayos UV, se debe proteger la resina epoxi ya que es susceptible de degradación. La protección que se aplica es mediante un revestimiento en base de poliuretano.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 23
La puesta en carga del refuerzo se debe realizar pasados 7 días, a fin de que las resinas hayan reticulado (endurecido) correctamente.
Sección de capas utilizadas en la instalación de la fibra de carbono.
Hombre instalando fibra de carbono.
2.8. FUERZAS PRESENTES EN LOS REFUERZOS CON FIBRA DE CARBONO Refuerzos a Flexión Esto sucede cuando el momento flector del elemento (elementos en flexión o losas) supera la tracción inferior del elemento. Pasa esto es necesario incrementar la capacidad de flexión de los elementos que en la mayoría de los casos están bajo las vigas o losas.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 25
Vista en sección de la elemento en flexión con refuerzo por flexión.
Refuerzos a Cortante Permite colocar refuerzos por corte por el lado exterior para soportar cualquier nivel de solicitación dándole una mejor unidad a la vida en cuanto a su trabajo por flexión para que este se reparta de mejor manera.
Vista en sección del elemento en flexión con refuerzo por cortante.
Refuerzos a Confinamiento
Permite incrementar la resistencia a compresión y al corte sísmico al mismo tiempo impidiendo que la fuerza tangente a algún punto exterior del pilar provocada por la misma carga del pilar lo deforme o lo destruya.
Vista en sección del elemento en flexocompresión con refuerzo por c onfinamiento.
2.9. EXPERIENCIAS EN EL MUNDO Y PERÚ Existen numerosos casos de refuerzo con fibra de carbono ya utilizados en el mundo entero. En Barcelona por ejemplo esta:
1. La terminal sur del aeropuerto de Barcelona. En el Edificio Procesador con refuerzos en losas por aumento de sobrecargas no planeadas en el proyecto. Ya sea por un montacargas o por un apoyo de rampas mecánicas.
2. El edificio de Aparcamientos en Arenys de mar con refuerzos Estructurales de 6 pilares en el nivel de estacionamiento 4.
3. El edificio de Oficinas Inmocaralt en Sant Joan Despi con refuerzos por punzonamiento de pilares en losas.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 27
En Chile por otro lado tenemos
1. El Mall Plaza Alameda con refuerzos de losas de apoyo por tensión admisible superada en los estacionamiento.
2. El gimnasio Nueva Imperial con refuerzos de Pilares por fisuras específicas. Y refuerzos verticales de pilares por exceso de tracción de sobrecarga de techumbre
3. El puente el Durazno con Refuerzos de losas de apoyo por superar la tensión admisible
Refuerzo de losa en la terminal del aeropuerto de Barcelona (Barcelona).
Refuerzo de pilar en gimnasio Nueva Imperial (Chile).
Torre pre - calentadores, cementera guatemalteca PROBLEMA: Incremento de cargas portantes (vivas y muertas). SOLUCIÓN: Refuerzos a corte en los nudos de los marcos, refuerzos a corte en vigas, refuerzo por confinamiento en columnas y refuerzo a flexión en vigas. Refuerzo en edificio de planta cementera
Edificio en zona 14 Ciudad de Guatemala PROBLEMA: Baja resistencia a compresión en el concreto. SOLUCIÓN: Refuerzo en el área de flexión y corte en vigas y por confinamiento en las columnas. Refuerzo en edificio zona 14 capitalina
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 29
Edificio de Secretaría de Hacienda, Bello Horizonte, Brasil. PROBLEMA: Mal diseño y falta de refuerzos transversales de la estructura. SOLUCIÓN: Levantamiento del edificio con gatos hidráulicos y refuerzo con barras de fibra de carbono. Obtuvo premio de “Excelencia en Refuerzo”, Categoría Edificios en el año 2003.
Refuerzo a flexión con barras de fibra de carbono, en losas deflectadas.
Puente en cementera La Farge, Italia. PROBLEMA: Aumento de carga de camiones Off Road, de 19 a 46 toneladas métricas.
SOLUCIÓN: Refuerzo a flexión en losa y vigas de puente.
Refuerzo en puente de planta cementera
Aplicación en Vigas. Reforzamiento por corte y flexión de Viga estructural en Edificio Chocavento – San Isidro – Perú
Aplicación en Columnas. Preciso instante de colocación de la fibra sobre el saturante, en una columna. Local de Plaza Vea Higuereta – Surco – Perú
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 31
Aplicación en Losas. Preparación previa de la superficie en una losa aligerada. Reforzamiento de losa de sótano en Local de Telefónica del Perú en Surquillo.
3. CONCLUSIONES 1) La fibra de carbono es uno de los mejores compuestos para poder reforzar estructuras complejamente difíciles de reparar y este método si bien incide en la visión que se tiene sobre un proyecto puede ser la mejor opción para estructurar edificios. 2) A medida que transcurren los años es mucho más rentable comenzar a producir estas nuevas tecnologías lo que queda demostrada con el aumento exponencial de la demanda
de la fibra de carbono en las grandes empresas. Y lo que lo hace mucho más apto para poder hablar con el de un “futuro de la construcción”. 3) Así como cualquier material la aplicación de la fibra de carbono implica ventajas y desventajas al momento de reforzar estructuras de concreto. 4) La gran utilidad de la fibra de carbono reside y viene de sus propiedades físicas y mecánicas detalladas anteriormente. 5) La explicación concerniente a fibra de carbono como refuerzo conlleva a la muestra de mayor interés en la aplicación de nuevas tecnologías dentro del país sin tomar como excusa el costo, puesto que no es el único factor q evita su empleo; lo es también el desconocimiento del funcionamiento y aplicación de este material.
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Página 33
4. RECOMENDACIONES
En las casas de estudios superiores se deberían dictar dentro de los cursos acerca de nuevas tecnologías en todas las ramas de la carrera de Ingeniería Civil.
Intentar conseguir financiamiento para lograr ensayar y comparar elementos con fibra de carbono y sin fibra de carbono.
5. BIBLIOGRAFÍA
Métodos de reforzamiento en edificios de concreto Armado. Por Ing. Ricardo Ramón Oviedo Sarmiento, Especialización en Ingeniería Sismorresistente –UNI.
Gianluca Minguzi "Fiber reinforced Plastics". Florencia (Italia): Editorial Alinea, 1998, pag. 45.
Tecnología del Hormigón. Por Ing. Walter Brehme Hidalgo, Universidad de Chile.
Revista Iberoamericana de Polimeros vol 12(5), Octubre del 2011. Resinas y Refuerzos.
Fibra de Carbono. Por Daniel Bravo Murillo, Grado de Ingeniería Mecánica.
Hormigón Reforzado con Fibras de Carbono. Por Arq. Alberto Moral Borque.
Reforzamiento del Concreto con fibra de Carbono. Por Ing. Beatriz Aquise Pari, Universidad Peruana Unión – Juliaca –Perú.
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Fibra_de_carbono
http://www.rentauningeniero.com/fibra-de-carbono-para-el-reforzamiento-de-las-estructuras-deconcreto.html
http://www.imcyc.com/revistacyt/index.htm
http://www.elese.cl/aplicaciones-especificas/reforzamiento-de-columnas-de-hormigon.html