COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE BARRAS DE GFRP COMO REFUERZO

DEL HORMIGÓN

GRUPO DE MATERIALES COMPUESTOSDepartamento de Ingeniería Mecánica

Universidad de Zaragoza

Febrero 2006

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Rebars de AceroIt was recognized that the majority of highway bridge deterioration was caused by the corrosion of reinforcing steel, which is mainly initiated by the ingress of chloride ions. The corrosion of reinforced concrete bridge decks has historically been of significant cost to the states, as well as the nation’s transportation infrastructure (Department of Transportation, USA)

Fuente: Department of Transportation, USA

INTRODUCCIÓN

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Rebars de Acero

Fuente: Nishimura, R. C., Sulaiman, A. and Maeda, Y., 2003, Corrosion Science, Vol.45, pp.465-484.

Cuando se alcanza el umbral de corrosión, la resistencia cae hasta la rotura final.

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Rebars de FVEstudio experimental

Principales propiedades mecánicasHormigón reforzado

Evaluar diversos sistemasMatriz, vidrio, corrugado… Estudiar la influencia del

envejecimiento

Analizar la estabilidad de las curvas de envejecimiento y

comparación con la de acero

TIPOS DE BARRAS ENSAYADAS

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

ENSAYOS

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Realizados:Medida de la cantidad de fibra

Medida del diámetro equivalenteTracción en probeta planaFlexión en barraPundit de probetas envejecidas en medio salinoCompresión del hormigónTracción indirecta del hormigón

Terminados desde la última presentación:Pull-outFlexión en hormigón reforzado

En proceso:Tracción en barra completaFuego

TIPOS DE ENVEJECIMIENTOS

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

ENSAYO DE PULL-OUT•Objetivo: medida de la adherencia entre las barras y el hormigón

•Ensayo mediante “Medida directa de la tensión”

•Se mide: Fuerza de Pull-out Desplazamiento

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

•Ensayo completado

ENSAYO DE PULL-OUT

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Ensayos característicos de Pull-out - Valores iniciales

0

10

20

30

0 1 2 3 4 5 6 7

Desplazamiento (mm)

Fuer

za d

e ad

hesi

ón (M

Pa)

TondoAp-InicialTondoAv-Inicial

TondoB-InicialVEn10-IncialVAR10-InicialEssayB-Inicial

Acero-Inicial

Ensayos característicos iniciales

ENSAYO DE PULL-OUT

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Ensayos característicos de Pull-out - Envejecimiento de 60 días

0

10

20

30

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

Desplazamiento (mm)

Fuer

za d

e ad

hesi

ón (M

Pa)

TondoAp-Tipo1-60d

TondoAp-Tipo2-60d

TondoAv-Tipo1-60d

TondoAv-Tipo2-60d

VEn-Tipo1-60d

VAR10-Tipo1-60d

VAR10-Tipo2-60d

Ensayos característicos envejecimiento 60 días

ENSAYO DE PULL-OUT

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Evolución de la fuerza de adherencia con el envejecimiento

Conclusion: A diferencia del acero, no hay un umbral de pérdida de propiedades

La adherencia permanece estable a lo largo de los 60 dias. Se observa una banda donde se encuentran todos los materiales analizados.

ENSAYO DE FLEXIÓN

•Objetivo: Comportamiento de viga de hormigón reforzado.

•Ensayo de flexión de tres puntos

•Probetas800x80x80Rebars en la zona de tracción

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

•Ensayo completado

ENSAYO DE FLEXIÓN

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Ensayos característicos iniciales

ENSAYO DE FLEXIÓN

Tipo 1: Ciclos térmicos de hielo - deshielo

Tipo 2: Ciclos de Inmersión - Secado

Tipos de envejecimientoINTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Ensayos característicos envejecimiento 60 días

ENSAYO DE FLEXIÓN

Tipo 1: Ciclos térmicos de hielo - deshielo

Tipo 2: Ciclos de Inmersión - Secado

Tipos de envejecimientoINTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Evolución del comportamiento con el envejecimiento

Conclusión: A diferencia del acero, no hay un umbral de pérdida de propiedades

La carga máxima permanece estable a lo largo de los 60 dias. El Vidrio E se comporta peor que el AR

CARACTERIZACION TRACCION/FLEXIÓN

INTRODUCCIÓNPULL-OUTCARACTERIZACIONTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Evolución del comportamiento con el envejecimiento

Proyecto: Puente de Carbono y Vidrio AR (Sispra y Necso)

Ambiente alcalino pH entre 12 y 12.5, temperatura de 60ºC.

Placas de laminados de vidrio E y AR. Resinas:

Atlac (Vinilester), Bepox (epoxi), Castro (epoxi) y Palatal (poliéster).Se ensayarán hasta 265 días de exposición

CARACTERIZACION TRACCION/FLEXIÓN

INTRODUCCIÓNPULL-OUTCARACTERIZACIONTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Evolución del comportamiento con el envejecimiento

Como en el estudio Vetrotex-UZ, el vidrio AR permanece estable.

ENSAYO DE TRACCION

CARACTERIZACION TRACCION/FLEXIÓN

INTRODUCCIÓNPULL-OUTCARACTERIZACIONTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Evolución del comportamiento con el envejecimiento

Como en el estudio Vetrotex-UZ, el vidrio permanece estable.

ENSAYO DE FLEXION

CARACTERIZACION TRACCION/FLEXIÓN

INTRODUCCIÓNPULL-OUTCARACTERIZACIONTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Evolución del comportamiento con el envejecimiento

Como en el estudio Vetrotex-UZ, el vidrio AR permanece estable.

FRACCION DE FIBRA

ENSAYO DE TRACCIÓN

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Tracción en barra completaSe busca: Longitud de ensayo 30cm

Diagrama σ-εSujeción adecuadaEnsayo de Tondo Av, VAR, VEn, EssaiB y Acero

Dificultades: Máquina de ensayos adecuada a la carrera y fuerzaUso de galgas en superficie corrugadaAlta resistencia que dificulta la sujeción

ENSAYO DE TRACCIÓN

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Prueba de Tracción - Tondo Av

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20 25

Carrera (mm)

Tens

ión

(MPa

)

Pruebas: Distintas pruebas para optimizar la sujección TondoAv => Ensayo hasta 75KN y rotura de la barra EssayC => Ensayo hasta 35KN y despegue fibra-matriz

ENSAYO DE FUEGO

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Revisión bibliográfica – Clasificación1. Resistencia al fuego: comportamiento estructural y de estanqueidad ante la

existencia de fuego

• Capacidad portante R: medida de la estabilidad estructural ante la existencia de fuego

Se mide la deformación y la velocidad de deformación

• Integridad E: medida de la transmisión de fuego a través de un elemento con función separadora (paredes, suelos)

Se determina por la aparición de grietas, llamas o ignición de algodón en la cara no expuesta

• Aislamiento I: medida de la transmisión de calor a través de un elemento con función separadora (paredes, suelos)

Se determina con las temperaturas media y máxima en la cara no expuesta

Clasificación según UNE-EN 13501-2

ENSAYO DE FUEGO

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

2. Reacción al fuego: comportamiento respecto de la combustión

• Clase de reacción: según la contribución al fuego

• Producción de humo: toxicidad y opacidad de humos

• Goteo de partículas inflamadas.

Rebars con aplicación como

armadura del hormigón.

Resistencia al fuego=>

Revisión bibliográfica – Clasificación

ENSAYO DE FUEGO

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Escenarios de fuego según normativa:• Ataque puntual de una llama• Fuego desarrollado en una habitación adyacente• Ataque térmico de un elemento simple que arde• Fuego plenamente desarrollado

Revisión bibliográfica

Fuegos normalizados:• Curva normalizada tiempo/temperatura: fuego posterior a la

inflamación generalizada. La más común.• Curva de calentamiento lento: cuando la curva normalizada pueda

reducir la resistencia.• Fuego semi-natural: características de fuego especiales para techos.• Curva de exposición a un fuego exterior: fuego exterior de combustión

libre.• Acción térmica a temperatura constante.

ENSAYO DE FUEGO

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

Se va a realizar un ensayo comparativo de una estructura viga-suelo entre refuerzo de GFRP y refuerzo de acero

Descripción del ensayo

Proceso:

1. Diseño del elemento: dimensiones, situación de las armaduras

2. Fabricación: incluyendo termopares en el interior de la probeta

3. Fraguado: 28 días

4. Ensayo: aplicación de fuego normalizado desde la parte inferior

ENSAYO DE FUEGO

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Medidas: •Capacidad portante R•Integridad E•Aislamiento I•Velocidad de deformación de la estructura•Temperatura en la cara no expuesta•Temperatura en las barras

Descripción del ensayo

CONCLUSIONES

INTRODUCCIÓNPULL-OUTFLEXIÓNTRACCIÓNFUEGOCONCLUSIONES

La comunidad científica internacional coincide en señalar que las rebars de acero están expuestas a procesos de corrosión de modo que al alcanzar un umbral, sus propiedades mecánicas caen hasta el colapso total. Es por ello, que hay tanto interés en explorar otros materiales para puentes, pantanales, obras de puertos,…

Los ensayos realizados indican que las rebars de fibra de vidrio son estables con el tiempo en ensayos de envejecimiento acelerado. El vidrio AR muestra un comportamiento superior al vidrio E

En las próximas semanas se llevarán a cabo los ensayos de tracción de rebar completa y fuego según el calendario acordado, además de continuar con los ensayos de envejecimiento acelerado.