fib boletin 14 diseño de reforzamiento externo con fibra de carbono del prog. SIKA español.pdf

Externamente servidumbre FRP refuerzo para Estructuras RC Informe técnico sobre la Diseño y uso de polímero reforzado con fibra unida externamente refuerzo (FRP EBR) para estructuras de hormigón armado preparado por un grupo de trabajo de la Grupo de Tareas 9.3 FRP (Fibra de polímero reforzado) refuerzo para estructuras de hormigón

07 2001

Sujeto a las prioridades definidas por el Comité de Dirección y el Praesidium, los resultados de fib de trabajar en Comisiones y Grupos de Trabajo se publican en una serie numerada de forma continua de publicaciones técnicas llamado 'Boletines'. Las siguientes categorías se utilizan: categoría Reporte Técnico State-of-Art informe Manual o Guía (con las buenas prácticas) Recomendación Código Modelo

procedimiento de aprobación mínima requerida antes de su publicación aprobada por un Grupo de Tareas y los Presidentes de la Comisión aprobado por una Comisión aprobado por el Comité de Dirección de mentira o su Junta de Publicaciones aprobado por el Consejo de mentira aprobado por la Asamblea General de mentira

Cualquier publicación no haber cumplido los requisitos anteriores serán claramente identificados como anteproyecto. Este Boletín N ° 14 ha sido aprobado como un mentira Informe técnico en la primavera de 2001 por mentira Grupo de Tareas 9.3 FRP (Reforzado con fibra de polímero) refuerzo de estructuras de hormigón y el Presidente de la Comisión 9. El informe fue elaborado por el Grupo de Trabajo Externamente Bonded Estrado (EBR) de mentira Grupo de Tareas 9.3 FRP (FibreReinforced Polymer) refuerzo de estructuras de hormigón:

Thanasis Triantafillou1,2,4,5,9-3,6,7 (Coordinador, Grecia), Stijn Matthys3,4,6,8-2,9 (Secretario, Bélgica) Katrien Audenaert6(Bélgica), György Balázs7(Hungría), Michael Blaschko4,9-2,3,8 (Alemania), Hendrik Blontrock9-3 (Bélgica), Christoph Czaderski3,5,7 (Suiza), Emmanuelle David7,9-4 (Francia), Angello Di Tomasso8(Italia), William Duckett8(Reino Unido), Dick Hordijk2(Países Bajos), Michael Leeming4-8,9 (Reino Unido), Heinz Meier2,8 (Suiza), Giorgio Monti6-4 (Italia), Richard Moss6 (Reino Unido), Uwe Neubauer4(Alemania), Roland Niedermeier4(Alemania), Bjørn Taljsten4,5-2,3,8 (Suecia), Gerhart Zehetmaier4(Alemania), Konrad Zilch8(Alemania)

1, 2, 3 ... 1, 2, 3 ...

Número de capítulo para el que esta persona fue el autor principal de la preparación Números de capítulo para el que esta persona siempre y contribuciones

Detalles de afiliación completos de todos los miembros del Grupo de Grupos se pueden encontrar en la mentira Directorio.

Imagen de la cubierta: Aplicaciones de FRP EBR en estructuras RC

© Fédération Internationale du béton (FIB), 2001 © para este no impresos versión pdf-file en CD: Fédération Internationale du béton (FIB), 2002 Aunque la Federación Internacional de Hormigón Estructural mentira - Federación internationale du béton - creado de la Junta y de la FIP, hace todo lo posible para asegurarse de que cualquier información dada es exacta, ninguna obligación ni responsabilidad de cualquier tipo (incluida la responsabilidad por negligencia) es aceptado en este sentido por la organización, sus miembros, los funcionarios o agentes. Todos los derechos reservados. Ninguna parte de esta publicación puede ser reproducida, modificada, traducido, almacenada en un sistema de recuperación sistema o transmitida en cualquier forma o por cualquier medio, electrónico, mecánico, fotocopia, grabación, o de otra forma, sin el permiso previo y por escrito. Publicado por primera vez el año 2001 por la Federación Internacional de Hormigón Estructural (fib) como Boletín 14 Dirección postal: Case Postale 88, CH-1015 Lausana, Suiza Dirección postal: Instituto Federal de Tecnología de Lausana - EPFL, departamento Génie Civil Tel (41.21) 693 2747, Fax (41.21) 693 5884, E-mail [email protected], web http://fib.epfl.ch ISSN 1562-3610 ISBN 2-88394-054-1 Impreso por Sprint-Digital-Druck Stuttgart

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Prefacio En diciembre de 1996, el entonces JJE estableció un Grupo de Trabajo con el objetivo principal de directrices de diseño elaborados para el uso de FRP de refuerzo de acuerdo con el diseño formato del Código Modelo CEB-FIP y Eurocódigo 2. Con la fusión de la Junta y de la FIP en mentira en junio de 1998, este Grupo de Trabajo se convirtió en mentira TG 9.3 FRP refuerzo para el hormigón estructuras en Comisión 9 Reforzar y Materiales y Sistemas de pretensado. La Tarea Grupo formado por unos 60 miembros, que representan la mayoría de las universidades europeas, la investigación institutos y empresas industriales que trabajan en el campo de refuerzo compuesto avanzado para estructuras de hormigón, así como los miembros correspondientes de Canadá, Japón y EE.UU.. Las reuniones se celebran dos veces al año y en el nivel de la investigación de su trabajo con el apoyo de la UE TMR (Formación de la Unión Europea y la movilidad de los investigadores) de red "ConFibreCrete".

El trabajo de mentira TG 9.3 se realiza mediante cinco grupos de trabajo (WP): 1. Pruebas de Material y de caracterización (MT & C) Coordinadores: C. Burgoyne, A. Gerritse 2. hormigón armado (RC) Coordinadores: A. Hole, K. Pilakoutas 3. Concreto Pretensado (PC) Coordinador: L. Taerwe 4. Externamente Bonded Estrado (EBR) Coordinador: T. Triantafillou Coordinadores 5. Comercialización y Aplicaciones (M & A): G. Pascale, A. Di Tommaso Este informe técnico constituye el trabajo llevado a cabo a partir de la fecha por el partido EBR. La pertenencia a este subgrupo ha aumentado constantemente en los últimos años y hoy llega a un número en el orden de los 30. El grupo de trabajo se reunió por lo general dos veces al año para un año y medio reuniones días. Por otra parte, el Internet proporciona una excelente comunicación plataforma. Un avance importante fue la creación de una página de inicio, gracias a los esfuerzos de Stijn Matthys en la Universidad de Gante.

Este boletín da pautas de diseño detalladas sobre el uso de FRP EBR, la práctica la ejecución y el control de calidad, basado en la experiencia actual y el estado de la técnica conocimiento de los miembros del grupo de tareas. El boletín es considerado como un informe de los progresos realizados desde No es el objetivo de este informe para cubrir todos los aspectos de RC con el fortalecimiento de los composites. En su lugar, se centra en aquellos aspectos que constituyen la mayoría de los problemas de diseño. Varios de los temas presentados son objeto de investigación y desarrollo en curso, y la detalles de algunos métodos de modelización pueden ser sometidos a revisiones futuras. Como el conocimiento en este campo está avanzando rápidamente, el trabajo de la EBR WP continuará. A pesar de este límite en su alcance, se ha hecho un esfuerzo considerable para presentar un boletín que es estado del arte en materia de fortalecimiento de las estructuras de hormigón de hoy mediante el exterior unido refuerzo FRP. Todas las personas que han participado en la preparación de este informe se mencionan en el página de derechos de autor. Otros reconocimientos se deben a Urs Meier (Suiza) y Ferdinand Rostasy (Alemania) para la revisión del documento, ya Richard Moss (Reino Unido) para asistencia lingüística. Para todos los miembros del WP EBR mi más sincero agradecimiento se expresan para la de alta calidad y una amplia labor traídos de forma voluntaria.

Patras, marzo de 2001

Thanasis Triantafillou Coordinador del WP EBR

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Contenido 1

INTRODUCCIÓN

1.1 1.2 1.3 1.4

Reparación, fortalecimiento, modernización Externamente servidumbre refuerzo FRP (EBR) Aplicaciones de la EBR El contenido y la finalidad de este informe

2

FRP FORTALECIMIENTO DE MATERIALES Y TÉCNICAS

2.1 2.2 2.3

Materiales para el fortalecimiento de FRP Sistemas FRP EBR Las técnicas para el fortalecimiento de FRP

3

BASES DE DISEÑO Y CONCEPTO DE SEGURIDAD

3.1 3.2 3.3

Bases de proyecto Concepto de seguridad Ductilidad

4

FORTALECIMIENTO FLEXIÓN

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

General Situación inicial Modos de fallo - estados límite últimos Análisis de ULS Requisitos de ductilidad Estado límite de servicio Resumen del procedimiento de diseño Casos especiales

Apéndice Capítulo 4: Verificación ULS de pelar-off en el anclaje extremo y en grietas de flexión 4-A.1 verificación Anchorage y limitación cepa FRP 4-A.2 Cálculo de la línea envolvente de tensiones de tracción 4-A.3 Verificación de anclaje y de la transferencia de fuerza entre FRP y hormigón

5

FORTALECIMIENTO EN esfuerzo cortante y torsión

5.1 5.2

Fortalecimiento de cizalla Fortalecimiento en torsión

6

ENCIERRO

6.1 Introducción 6.2 Hormigón confinado por refuerzo FRP externo bajo carga axial 6.3 Confinamiento de columnas 6.4 Confinamiento en regiones sísmicas para el aumento de ductilidad Sesenta yFRP como encofrado y refuerzo estructural cinco

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7

DETALLADO REGLAS

7.1 7.2 7.3

General Detallando con respecto al fortalecimiento de lay-out Anclajes especiales

8

EJECUCIÓN PRÁCTICA Y CONTROL DE CALIDAD

8.1 8.2 8.3 8.4

Técnicas Requerimientos generales Ejecución práctica Control de calidad

9

CONSIDERACIONES DE DISEÑO ESPECIALES Y AMBIENTAL EFECTOS

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11

General Temperatura de transición del vidrio Diseño de Fuego y protección Humedad Congelar y descongelar Exposición a la luz UV Alcalinidad / acidez Creep, rotura por tensión y por corrosión bajo tensión Fatiga Impacto Rayo, la corrosión galvánica

Referencias Símbolos

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Glosario Adherente - Un cuerpo celebrada a otro cuerpo mediante un adhesivo. Adhesivo - Sobre el fondo aplicado a las superficies de contacto para unir entre sí mediante unión. Un adhesivo puede estar en forma líquida, el cine o en pasta. AFRP - Aramida reforzado con fibra de polímero. AR-Cristal - Soportes para "vidrio resistente a los álcalis" y se refiere al vidrio zirconia. Aramid - De alta resistencia, de alta rigidez fibras de poliamida aromática. Bi-direccional - Una tira o tejido con fibras orientadas en dos direcciones en el mismo plano. Aglutinante - Un componente de un adhesivo que es el principal responsable de las fuerzas adhesivas que sostienen dos cuerpos juntos. Enlace - Ver adhesivo. Pandeo - Un modo de fallo general se caracteriza por la fibra de deflexión en lugar de romper debido a la acción de compresión. Fibra De Carbono - De fibra producida por el tratamiento de una fibra precursor orgánico de alta temperatura basado en el PAN (poliacrilonitrilo) rayón o el tono en una atmósfera inerte a temperaturas superiores 980 ° C. Las fibras pueden ser graphitised mediante la eliminación todavía más de los átomos de carbono no por el calor el tratamiento por encima de 1650 ° C. CFRP - Fibra de carbono polímero reforzado. Cura - Para cambiar la estructura molecular y las propiedades físicas de una resina termoendurecible por reacción química a través de calor y catalizadores o en combinación, con o sin presión. Desunión - El fracaso local en la zona de unión entre el hormigón y la servidumbre externa refuerzo. Delaminación - Separación de capas en un laminado, debido a la insuficiencia del adhesivo, ya sea en el propio adhesivo o en la interfase entre el adhesivo y el adherente. E-Cristal - Soportes para "vidrios eléctricos" y se refiere al vidrio alumino-borosilicato con mayor frecuencia utilizado en materiales compuestos de matriz de polímero convencionales. Epóxido - Compuesto que contiene un anillo de tres miembros compuesta por dos átomos de carbono y un átomo de oxígeno. Resina Epoxica - Una resina de polímero se caracteriza por grupos de moléculas epóxido. Tela, no tejidos - Un material formado a partir de fibras o hilos sin entrelazado. Tela, Tejido - Un material construida de entrelazados hilos, fibras o filamentos. Fibra - Un término general que se utiliza para referirse a los materiales filamentosos. Fibra se utiliza a menudo como sinónimo de filamento. Filamentos - Las fibras individuales de longitud indefinida usados en remolques, hilos o mechas. Filler - Una sustancia relativamente no adhesiva añadió a un adhesivo para mejorar su funcionamiento propiedades, la permanencia, la fuerza u otras cualidades. FRP - Reforzado con fibra de polímero. GFRP - Fibra de vidrio reforzado con polímero.

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Fibra De Vidrio - Refuerzo de fibra hecha por el dibujo de vidrio fundido a través de cepillado. Los refuerzo predominante para materiales compuestos de matriz polimérica. Conocido por su buena resistencia, procesabilidad y bajo coste. Temperatura de transición vítrea (Tg) - Temperatura aproximada por encima del cual aumentó movilidad molecular provoca un material de caucho para convertirse en lugar de quebradizo. La medido valor de Tg puede variar, dependiendo del método de ensayo. Pegamento - Ver adhesivo. Mano Lay-up - Un método de fabricación en el que las capas de refuerzo se colocan en un molde o en una estructura a mano y luego curados a la forma formado. Endurecedor - Sustancia que reacciona con la resina para promover o controlar el curado acción tomando parte en ella. También una sustancia añadida a controlar el grado de dureza de la resina. Impregnar - Para saturar los huecos de un refuerzo con una resina manualmente o con una máquina. Cizallamiento interlaminar - Fuerza de corte que actúa en la interfaz entre las capas adyacentes (laminas) de un laminado. Laminado - Para unir capas de material con un adhesivo. Además, un producto hecho por unión juntos dos o más capas de materiales. Lay-up - La colocación de capas de refuerzo en un molde. Matriz - Material aglutinante en el que fibra de refuerzo está incrustado. Por lo general, un polímero, pero pueden también ser de metal o una cerámica. Tiempo abierto - El intervalo de tiempo entre la difusión del adhesivo sobre el adherente y la finalización del montaje de las piezas de unión. PAN (poliacrilonitrilo) - Se utiliza como material de base o precursor en la fabricación de determinadas fibras de carbono. Tono - Un material de alto peso molecular que es un residuo de la destilación destructiva de carbón y derivados del petróleo. Parcelas se utilizan como materiales de base para la fabricación de determinadas fibras de carbono de alto módulo. Poliéster - Los poliésteres insaturados son fabricados por reacción de glicoles, ya sea con dibásico ácidos o anhídridos. Los poliésteres son normalmente curados a temperatura ambiente con un monómero tal como estireno. Polímero - Molécula grande formada por la combinación de muchas moléculas más pequeñas o monómeros en una patron regular. La polimerización - Reacción química que une monómeros para formar polímeros. Post-curado - Una exposición adicional temperatura elevada para mejorar las propiedades mecánicas. Duración de la mezcla - Período de tiempo en el que una resina termoestable catalizada retiene suficientemente baja viscosidad para su procesamiento. Prepreg - Tejido o filamentos en forma plana de la resina impregnada de que se puede almacenar a muy baja temperatura para su posterior uso en moldes o mano estaba en marcha. La resina se cura parcialmente a menudo a un no pegajosas Estado libre. Cartilla - Un revestimiento aplicado a una superficie antes de la aplicación de un adhesivo para mejorar la el rendimiento del bono. El recubrimiento puede ser un fluido de baja viscosidad que es típicamente un 10% solución del adhesivo en un disolvente orgánico, que puede humedecer la superficie adherente para dejar un revestimiento sobre el cual el adhesivo puede fluir fácilmente.

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Pultrusión - Un sistema automatizado, proceso continuo para la fabricación de varillas de material compuesto y formas estructurales que tienen una sección transversal constante. Roving y / o remolques están saturados de resina y tirado continuamente a través de un troquel calentado, donde se forma la parte y se curó. El curado parte se corta a la longitud. Para algunas aplicaciones tejidos pueden ser incluidos en los perfiles. Masilla - Mortero de reparación. Reforzamiento - Elemento clave añadió a la matriz para proporcionar las propiedades requeridas. Gamas de fibras cortas y continuas a través de formas textiles complejas. Resina - Polímero con un peso molecular indefinido y con frecuencia alta y un ablandamiento o de fusión rango que exhibe una tendencia a fluir cuando se somete a estrés. Como matrices compuestas, resinas unir fibras de refuerzo. Roving - Una colección de haces de filamentos continuos, ya sea como hilos trenzados o como hilos retorcidos. Hoja - Ver tejido, no tejido. Duracion - Período de tiempo en el que un material puede ser almacenado y continuar para cumplir con el requisitos de las especificaciones, los restantes adecuado para su uso previsto. Corrosión Estrés - La corrosión debido al efecto de un ambiente corrosivo, que se activa en la presencia de estrés. Ruptura Estrés - La reducción de la resistencia a la tracción debido a la carga sostenida. Tira - Formas de fibra y resina pre-fabricadas. Las tiras son normalmente pultruded. Termoplástico - Una matriz de material compuesto capaz de ser ablandado repetidamente por un aumento de temperatura y endurecido por enfriamiento. Thermoset - Matriz de material compuesto curado por calor y presión o con un catalizador en un infusible y el material insoluble. Una vez curado un termoestable no puede ser devuelto al estado sin curar. Tixotropía - Una característica de los sistemas adhesivos para diluir al agitar isotérmica y para espesar al resto subsiguiente. Materiales tixotrópicos tienen una alta resistencia a la cizalladura estática y baja resistencia a la cizalladura dinámica al mismo tiempo. Pierden su viscosidad bajo estrés. Remolque - Un paquete sin torsión de filamentos continuos, por lo general mediante un número seguido de K, lo que indica multiplicación por 1000. Por ejemplo, 12 K de remolque tiene 12 000 filamentos. Unidireccional - Una tira de tela o con todas las fibras orientadas en la misma dirección. Éster de vinilo - Una clase de resinas termoestables que contienen ésteres de ácido acrílico y / o metacrílico ácidos, muchos de los cuales han sido hechos a partir de resina epoxi. Cure se lleva a cabo, como con poliésteres insaturados, por co-polimerización con otros monómeros de vinilo, tales como estireno. Viscosidad - Tendencia de un material para resistir el flujo. A medida que aumenta la temperatura, la viscosidad de mayoría de los materiales disminuye. Deformación - Hilos corriendo longitudinal y perpendicular al borde estrecha de tela tejida. Trama - Hilos perpendicular a la urdimbre en una tela tejida. Wet Lay-up - Paso de fabricación que implica la aplicación de una resina de refuerzo en seco. Hilo - Fibras continuamente retorcidos o hebras que son adecuados para tejer en telas.

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Introducción

1.1

Reparación, fortalecimiento, modernización

El tema de la mejora de la infraestructura de obra civil existente ha sido uno de los grandes importancia durante más de una década. El deterioro de tableros de puentes, vigas, vigas y columnas, edificios, estructuras de estacionamiento y otros pueden ser atribuidos al envejecimiento, por motivos medioambientales degradación, mal diseño inicial y / o construcción, la falta de mantenimiento, y accidental eventos como terremotos. Aumentar la decadencia de la infraestructura se combina con frecuencia con la necesidad de la actualización de manera que las estructuras pueden cumplir con los requisitos de diseño más estrictas (Por ejemplo, el aumento de los volúmenes de tráfico en los puentes que superen las cargas iniciales de diseño), y por tanto la aspecto de la renovación de la infraestructura de ingeniería civil ha recibido considerable atención sobre el últimos años en todo el mundo. Al mismo tiempo, reforzamiento sísmico se ha convertido en al menos igualmente importante, especialmente en las zonas de alto riesgo sísmico.

1.2

Externamente servidumbre refuerzo FRP (EBR)

Los recientes acontecimientos relacionados con materiales, métodos y técnicas para el estructural fortalecimiento haber sido enorme. Una de las técnicas de hoy el estado de la técnica es el uso de reforzado con fibra de polímero (FRP) compuestos, los cuales se vieron actualmente estructural ingenieros como "nuevos" y altamente prometedores materiales en la industria de la construcción. Compuesto materiales para el fortalecimiento de las estructuras de ingeniería civil están disponibles en la actualidad principalmente en el forma de: delgada unidireccional tiras (Con espesor del orden de 1 mm) hecha por pultrusión flexible hojas o telas, hecha de fibras en uno o al menos dos direcciones diferentes, respectivamente (y, a veces pre-impregnado con resina) En comparación con el acero, diagramas tensión-deformación típicas para materiales compuestos unidireccionales bajo a corto plazo la carga monotónica se dan en la Fig. 1-1.

(ACP) 6 GFRP 4

CFRP AFRP

2

Acero dulce

0.02

0.04

Fig. 1-1: tensión diagramas tensión-deformación uniaxiales para diferentes FRP unidireccionales y acero. CFRP = carbono FRP, AFRP = aramida FRP, GFRP = FRP de vidrio.

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Los motivos por los materiales compuestos se utilizan cada vez más como el fortalecimiento de los materiales de refuerzo elementos de hormigón se pueden resumir como sigue: la inmunidad a la corrosión; bajo peso (alrededor de ¼ de acero), dando como resultado una aplicación más fácil en el espacio confinado, la eliminación de la necesidad de andamios y la reducción de los costes laborales; muy alta resistencia a la tracción (tanto estática y largo plazo, para ciertos tipos de materiales FRP); rigidez que puede adaptarse al diseño requisitos; gran capacidad de deformación; y la disponibilidad prácticamente ilimitada en tamaños de FRP y la geometría y dimensiones FRP. Composites sufren de ciertas desventajas también, que no deben ser descuidada por los ingenieros: al contrario de acero, que se comporta de un elastoplástico manera, los materiales compuestos en general son lineales elástico al fracaso (aunque este último se produce en general cepas) sin ninguna deformación rendimiento o plástico significativa, lo que lleva a la reducción de la ductilidad. Además, el costo de los materiales sobre una base de peso es varias veces mayor que para el acero (Pero cuando se hacen comparaciones de costos sobre una base de fuerza, se vuelven menos desfavorable). Por otra parte, algunos materiales de FRP, por ejemplo carbono y aramida, tener la expansión térmica incompatible coeficientes con hormigón. Por último, su exposición a altas temperaturas (por ejemplo, en caso de incendio) puede causar la degradación prematura y colapso (algunas resinas epoxi empiezan ablandamiento a aproximadamente 4570 oC). Por lo tanto los materiales FRP no deben ser considerados como un reemplazo ciega de acero (o otros materiales) en aplicaciones de intervención estructurales. En su lugar, las ventajas que ofrece ellos deben ser evaluados contra posibles inconvenientes, y las decisiones finales con respecto a su uso debe basarse en la consideración de varios factores, incluyendo no sólo mecánica aspectos de rendimiento, sino también constructibilidad y durabilidad a largo plazo.

1.3

Aplicaciones de la EBR

Composites han encontrado su camino como el fortalecimiento de los materiales de concreto reforzado (RC) elementos (tales como vigas, losas, columnas, etc.) en miles de aplicaciones en todo el mundo, en los que técnicas de fortalecimiento convencionales pueden ser problemáticos. Por ejemplo, uno de los más populares técnicas para la mejora de elementos RC ha implicado tradicionalmente el uso de placas de acero epoxi unido a las superficies externas (por ejemplo, zonas de tensión) de vigas y losas. Esta técnica es sencilla y eficaz en lo que se refiere a los costos y el rendimiento mecánico, pero sufre de varias desventajas (Meier 1987): la corrosión de las placas de acero resultantes en enlace deterioro; dificultad en la manipulación de placas de acero pesados en los sitios de construcción ajustados; necesidad de andamios; y la limitación en las longitudes de placas disponibles (que son necesarios en el caso de la flexión fortalecimiento de vigas largas), resultando en la necesidad de juntas. Sustitución de las placas de acero con Tiras de FRP (Fig. 1.2 a, b) proporciona soluciones satisfactorias a los problemas descritos anteriormente. Otra técnica común para el fortalecimiento de las estructuras de RC consiste en la construcción de hormigón armado (ya sea arrojado en el lugar o el hormigón proyectado) chaquetas (conchas) alrededor existente elementos. Jacketing es claramente muy eficaz en cuanto a resistencia, rigidez y ductilidad es refiere, pero es mano de obra intensiva, que a menudo causa la interrupción de ocupación y proporciona Elementos RC, en muchos casos, con un peso no deseado y el aumento de la rigidez. Chaquetas también puede estar hecho de acero; pero en este caso la protección de la corrosión es un problema importante. El convencional chaquetas pueden ser reemplazados con telas FRP u hojas envueltas alrededor de los elementos RC (Fig. 1-2 c, d), proporcionando así aumento sustancial de la fuerza (axial, flexión, cizallamiento, torsión) y ductilidad sin afectar mucho la rigidez. El rango de aplicabilidad de EBR en RC estructuras está aumentando constantemente: un ejemplo típico es la técnica recientemente desarrollada de fortalecimiento de cizallamiento en las articulaciones viga-columna (Fig. 1-2 e).

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(La)

(B)

(C)

(D)

(E) Fig. 1-2: Las aplicaciones típicas de FRP como el fortalecimiento de las estructuras materiales RC: (a) el fortalecimiento de la flexión losa; (B) el fortalecimiento de flexión de la viga; (C) el fortalecimiento de cizalla y el confinamiento de la columna; (D) envoltura del tanque de concreto; (E) el fortalecimiento de cizalla de las articulaciones viga-columna.

1.4

El contenido y la finalidad de este informe

En este informe sobre el estado de la técnica, el objetivo es dar una visión general de las principales aplicaciones de composites como armadura adherente externamente (EBR) de estructuras de hormigón y presentar directrices para el diseño. Tras una descripción general de materiales y técnicas relacionadas a la aplicación de materiales compuestos como refuerzo externo de elementos de hormigón, el informe

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contiene capítulos, cada uno de ellos dedicado a un aspecto particular de fortalecimiento con FRP unidas externamente. Capítulos separados se ocupan del diseño y comportamiento estructural de elementos de concreto reforzados en flexión, cizalladura o torsión así como confinado miembros. Naturalmente, estos capítulos son seguidos por detallando reglas y cuestiones de ejecución práctica y control de calidad. El último capítulo se proporciona información sobre consideraciones de diseño especiales y efectos ambientales. Debemos enfatizar que: (a) que no es el objetivo de este informe para cubrir todos los aspectos de RC fortalecer con materiales compuestos; (B) varios de los temas presentados en este informe son sujetos de investigación y desarrollo en curso, y los detalles de los diversos métodos de modelización pueden ser sometido a futuras revisiones. Sin embargo, un considerable esfuerzo se ha hecho para presentar material que es el estado de la técnica en el área de materiales compuestos como el fortalecimiento de los materiales para estructuras de hormigón. En este boletín, varios valores de caja alrededor se dan en el texto, como en los Eurocódigos, la lo que significa es que estos valores pueden ser revisados en el futuro, si la nueva información y datos estar disponibles.

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FRP materiales y técnicas de fortalecimiento

En este capítulo se ofrece información general sobre los materiales FRP utilizado en el hormigón fortalecer, en los conceptos y técnicas para su aplicación, y en desarrollado recientemente métodos avanzados de aplicaciones de FRP como unidos externamente refuerzo del concreto. Más detalles también se proporcionan en el Capítulo 8 sobre "Ejecución práctica".

2.1

Materiales para el fortalecimiento de FRP

2.1.1

General

La selección de materiales para los diferentes sistemas de fortalecimiento es un proceso crítico. Todos sistema es único en el sentido de que las fibras y los componentes de la resina están diseñados para trabajar juntos. Esto implica que un sistema de resina para un sistema fortalecimiento no lo hará automáticamente funcione correctamente para otro. Además, un sistema de resina para las fibras no serán necesariamente proporcionar una buena adherencia al hormigón. Esto implica que sólo los sistemas que se han probado y aplicado en gran escala en las estructuras de hormigón armado se utilizarán en el fortalecimiento de FRP. Hoy en día existen varios tipos de sistemas de refuerzo de FRP, que se resumen a continuación: Seco sistemas laicos-up Los sistemas basados en elementos prefabricados Sistemas especiales, por ejemplo, envoltura automatizada, pretensado etc. Estos sistemas se corresponden con varios fabricantes y proveedores, y se basan en diferentes configuraciones, tipos de fibras, adhesivos, etc. Además, la idoneidad de cada sistema depende del tipo de estructura que se fortalece. Por ejemplo, las tiras prefabricadas generalmente son los más adecuados para avión y superficies rectas, mientras que las hojas o las telas son más flexible y puede ser utilizado para avión, así como a las superficies convexas. Envoltura puede ser automatizada preferible en los casos en que muchas columnas necesita ser fortalecido en el mismo sitio. Ejecución y aplicación de las condiciones prácticas, por ejemplo, la limpieza y la temperatura, son muy importante, en la consecución de una buena unión. Una superficie sucia nunca proporcionar una buena adherencia. Los adhesivos se someten a un proceso químico durante el endurecimiento que necesita una temperatura por encima de 10 C para iniciar. Si la temperatura baja, los retrasos del proceso de endurecimiento. En las siguientes secciones los tres componentes principales, a saber, adhesivos, y matrices de resina fibras de un fortalecimiento de sistema material FRP se discutirán brevemente.

2.1.2

Adhesivos

El objetivo del adhesivo es proporcionar una trayectoria de carga de cizallamiento entre la superficie de hormigón y el material compuesto, de modo que la acción compuesta completa se puede desarrollar. La ciencia de la la adhesión es un multidisciplinario, exigiendo la consideración de conceptos de tales temas como la química superficial, la química de polímeros, reología, análisis de estrés y la mecánica de la fractura. Eso No es nuestro objetivo para cubrir este campo en detalle. Es sólo hacer hincapié en que la información clave sobre adhesivos necesita relevante para su uso a ser proporcionada por el fabricante del sistema de fortalecimiento. Sólo el tipo más común de adhesivos estructurales se discutirá aquí, a saber epoxi adhesivo, que es el resultado de mezclar una resina epoxi (polímero) con un endurecedor. Dependiente en las demandas de las aplicaciones, el adhesivo puede contener cargas, suavizantes de inclusiones, endurecimiento aditivos y otros. La aplicación con éxito de un sistema adhesivo epoxi requiere la

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preparación de una especificación adecuada, que debe incluir disposiciones tales como adherente materiales, temperaturas de mezcla / de aplicación y técnicas, las temperaturas de curado, la superficie técnicas de preparación, de expansión térmica, propiedades de fluencia, la abrasión y resistencia química. Cuando se utilizan adhesivos epoxi hay dos conceptos de tiempo diferentes que necesitan ser tomadas en consideración. El primero es el vida útil y el segundo es el tiempo abierto. Duración de la mezcla representa el tiempo se puede trabajar con el adhesivo después de mezclar la resina y el endurecedor antes de que se comienza a endurecerse en el recipiente de mezcla; para un adhesivo epoxi, que puede variar entre unos pocos segundos hasta varios años. Tiempo abierto es el tiempo que uno puede tener a su / su eliminación después el adhesivo se ha aplicado a los adherentes y antes de que se unen entre sí. Otro parámetro importante a considerar es el temperatura de transición del vidrio, Tg. La mayoría sintética adhesivos se basan en materiales poliméricos, y, como tales, presentan propiedades que son característico para polímeros. Polímeros cambian de relativamente duro, elástico, como el cristal de materiales relativamente caucho a una cierta temperatura. Este nivel de temperatura se define como temperatura de transición vítrea, y es diferente para diferentes polímeros. Los adhesivos epoxi tienen varias ventajas sobre otros polímeros como agentes adhesivos para civiles el uso de ingeniería, a saber (Hollaway y Leeming 1999): Actividad superficial alta y buenas propiedades de humectación para una variedad de sustratos Puede ser formulado para tener un tiempo abierto largo Curados de alta resistencia cohesiva; fallo de la junta puede ser dictado por la fuerza adherente Puede ser endurecido por la inclusión de la fase gomosa dispersa La falta de subproductos de la reacción de curado minimiza la contracción y permite la unión de grandes áreas con sólo la presión de contacto Baja contracción en comparación con los poliésteres, acrílicos y tipos de vinilo Baja fluencia y retención de resistencia superior bajo carga sostenida Puede hacerse tixotrópico para su aplicación a superficies verticales Capaz de adaptarse a las líneas de bonos irregulares o gruesos Las propiedades típicas para el herpes curado adhesivos epoxi utilizadas en aplicaciones de ingeniería civil se dan en la Tabla 2.1 (Mays y Hutchinson 1992). En aras de la comparación, el mismo tabla proporciona información para el hormigón y el acero dulce también.

Propiedad (A 20 C) Densidad (kg / m3) Módulo de Young (GPa) Módulo de corte (GPa) El coeficiente de Poisson Resistencia a la tracción (MPa) Resistencia al corte (MPa) Resistencia a la compresión (MPa) Deformación por tracción a la rotura (%) Energía aproximado fractura (Jm-2) Coeficiente de dilatación térmica (10-6 / C) Absorción de agua: 7 días - 25 C (% w / w) Temperatura de transición vítrea (C)

Autopolimerizable Hormigón adhesivo epoxídico 1100 - 1700 2350 0,5-20 20 - 50 0,2-8 8-21 0,3-0,4 0.2 9-30 1-4 10-30 2-5 55-110 25-150 0,5-5 0,015 200-1000 100 25-100 11-13 0,1-3 5 45-80 ---

Acero dulce 7800 205 80 0.3 2-600 2-600 2-600 25 105-106 10-15

0 ---

Tabla 2-1: Comparación de las propiedades típicas para adhesivos epoxi, concreto y acero (Täljsten 1994).

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2.1.3

Matrices

La matriz para un material compuesto estructural o bien puede ser de tipo termoendurecible o de Tipo de termoplástico, siendo el primero el más común. La función de la matriz es para proteger las fibras contra la abrasión o corrosión del medio ambiente, para unir las fibras juntas y para distribuir la carga. La matriz tiene una fuerte influencia sobre varias propiedades mecánicas del compuesto, tales como el módulo y la resistencia transversal, las propiedades de cizallamiento y la propiedades en compresión. Las características físicas y químicas de la matriz tales como fusión o la temperatura de curado, viscosidad y reactividad con fibras influir en la elección de la proceso de fabricacion. Por lo tanto, la selección apropiada del material de matriz para un sistema compuesto requiere que se tomen todos estos factores en cuenta (Agarwal y Broutman 1990). Las resinas epoxi, poliéster y viniléster son los materiales de matriz poliméricos más comunes se utiliza con fibras de refuerzo de alto rendimiento. Son termoestables polímeros con buen procesabilidad y buena resistencia química. Los epóxidos tienen, en general, mejor mecánico propiedades que poliésteres y ésteres de vinilo, y una durabilidad excepcional, mientras poliésteres y ésteres de vinilo son más baratos.

2.1.4

Fibras

Una gran mayoría de los materiales son más fuertes y más rígido en forma fibrosa que como una mayor material. Una relación de aspecto alta en fibra (relación longitud / diámetro) permite la transferencia muy eficaz de cargar a través de materiales de la matriz a las fibras, permitiendo así el máximo provecho de las propiedades de la fibras que han de adoptarse. Por lo tanto, las fibras son materiales muy eficaces y atractivos de refuerzo. Las fibras pueden ser fabricadas en forma continua o discontinua (picado), pero aquí solamente se consideran fibras continuas. Tales fibras tienen un diámetro del orden de 5-20 micras, y puede ser fabricado como refuerzo unidireccional o bidireccional. Las fibras utilizadas para el fortalecimiento de todas exhiben un comportamiento elástico lineal hasta el fracaso y no tienen un pronunciado meseta de rendimiento como para el acero. Hay principalmente tres tipos de fibras que se utilizan para el fortalecimiento de la ingeniería civil estructuras, a saber, vidrio, aramida y fibras de carbono. Se debe reconocer que la física y las propiedades mecánicas pueden variar un grande para un determinado tipo de fibra, así, por supuesto, la diferentes tipos de fibras. Las fibras de vidrio de refuerzo de fibra continua se clasifican en tres tipos: E-vidrio fibras, S-vidrio y fibras de vidrio AR-resistentes alcalinos. Fibras de vidrio E, que contienen alta cantidades de ácido bórico y aluminato, son desventajosos en que tiene baja resistencia a los álcalis. Sfibras de vidrio son más fuertes y más rígido que el vidrio E, pero todavía no resistente a los álcalis. Prevenir fibra de vidrio se deterioren por el cemento-álcali, se añade una cantidad considerable de circón de producir fibras de vidrio de resistencia alcalinos; tales fibras tienen propiedades mecánicas similares a evidrio. Un aspecto importante de fibras de vidrio es su bajo costo. Las fibras de aramida se introdujeron por primera vez en 1971, y hoy en día se producen por varios fabricantes bajo diferentes marcas. La estructura de fibra de aramida es anisotrópico y da mayor resistencia y el módulo en la dirección longitudinal de la fibra. El diámetro de aramida la fibra es de aproximadamente 12 m. Las fibras de aramida responden elásticamente en tensión, pero que exhiben no lineal y el comportamiento dúctil bajo compresión; también presentan una buena tenacidad, tolerancia al daño de fatiga y características. Las fibras de carbono son normalmente ya sea basan en el tono o PAN, como materia prima. Fibras Pitch son fabricado mediante el uso de petróleo refinado o brea de carbón que se pasa a través de una boquilla fina y estabilizado por calentamiento. Fibras de PAN son de poliacrilonitrilo que se carboniza a través quema. El diámetro de las fibras de tipo pitch mide aproximadamente 9-18 m y el de la De tipo PAN mide 08.05 m. La estructura de esta fibra de carbono varía de acuerdo con la

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orientación de los cristales; cuanto mayor sea el grado de carbonatación, mayor será el grado de orientación y rigidez como resultado de crecimiento de cristales. Las fibras de carbono base de lanzamiento ofrecen propósito general y alta resistencia / materiales de elasticidad. Las fibras de carbono de tipo PAN dan de alta resistencia materiales y materiales de alta elasticidad. Las propiedades típicas de diversos tipos de materiales de fibra se proporcionan en la Tabla 2.2. Tenga en cuenta que los valores de esta tabla son sólo indicativos de resistencia estática fibras de no expuestos. Valores de cálculo de los sistemas compuestos FRP deben representar tanto para la presencia de resina (ver "regla de las mezclas" más adelante) y para las reducciones debidas a largo plazo carga, exposición ambiental, etc. (tales reducciones se suministra normalmente el fabricante). Material

Carbono Alta resistencia Alta resistencia Ultra Alto módulo Alto módulo Ultra Vidrio E S Aramid Bajo módulo Alto módulo

Elástico módulo (ACP)

Resistencia a la tracción Último tracción (MPa) deformación (%)

215-235 215-235 350-500 500-700

3500-4800 3500-6000 2500-3100 2100-2400

1,4-2,0 01.05 a 02.03 0,5-0,9 0,2-0,4

70 85-90

1900-3000 3500-4800

3,0-4,5 04.05 a 05.05

70-80 115-130

3500-4100 3500-4000

4,3-5,0 02.05 a 03.05

Tabla 2-2: Las propiedades típicas de fibras (Feldman 1989, Kim 1995).

2.1.5

Materiales FRP

Materiales FRP consisten en un gran número de pequeñas, continua, es direccional, no fibras metálicas con características avanzadas, agrupados en una matriz de resina. Dependiendo de tipo de fibra (Sección 2.1.4) que se conocen como AFRP (fibra aramida basa), CFRP (carbono fibra a base) o GFRP (fibra de vidrio basa). Típicamente, la fracción de volumen de fibras en FRP equivale a alrededor de 50-70% para las tiras y sobre 25-35% para las hojas. De ahí que las fibras son el principal el estrés que lleva constituyentes, mientras que las transferencias de resina destaca entre las fibras y los protege. Diferentes técnicas se utilizan para la fabricación (por ejemplo, pultrusión, la mano pone-para arriba), detallada descripciones de los cuales están fuera del alcance de este boletín. Como unido externamente refuerzo para el fortalecimiento de las estructuras, los materiales FRP se ponen a disposición en varios formas, que se describen en la sección 2.2. Propiedades mecánicas básicas de los materiales de FRP se pueden estimar si las propiedades de la Se conocen materiales constituyentes (fibras, matriz) y su fracción de volumen. Esto podría ser logrado mediante la aplicación de la "regla de las mezclas" simplificación de la siguiente manera:

Ef

E fib VFIB E m Vm

(2-1)

ff

f fib VFIB f m Vm

(2-2)

donde el módulo Ef = de Young de FRP en dirección de la fibra, el módulo de Young = EFIB de fibras, Em = Módulo de Young de matriz, VFIB = fracción de volumen de fibras, Vm = fracción de volumen de

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matriz, ff = resistencia a la tracción de FRP en dirección de la fibra, ffib = resistencia a la tracción de las fibras y fm = resistencia a la tracción de la matriz. Tenga en cuenta que en las ecuaciones anteriores VFIB + Vm = 1. Además, típico valores para la fracción de volumen de fibras en tiras prefabricadas están en el orden de 0,50-0,65. A medida que el imperio de la mezcla es una aproximación del comportamiento micro-mecánica de la fibra materiales compuestos, deben obtenerse una predicción más detallada del comportamiento de tensión-deformación a través de ensayos de tracción (véase también el capítulo 8). De ahí que las propiedades de los materiales se deben dar por el FRP combinado directamente, por lo que reflejan las características de la fibra y de la matriz, así como el aspectos microestructurales tales como diámetro de la fibra, la distribución y el paralelismo de las fibras, locales defectos, fracciones de volumen y fibra de matriz de propiedades interfaciales. Material

Módulos elásticos (ACP) Ef

Resistencia a la tracción Último tracción (MPa) deformación (%) ff fu

Tiras prefabricadas Tiras CFRP bajo módulo Tiras de CFRP de alto módulo

170 300

2800 1300

16 0.5

Acero dulce

200

400

25 *

* Cepa Rendimiento = 0,2% Tabla 2-3: Las propiedades típicas de tiras FRP prefabricados y la comparación con el acero.

Productos comerciales típicos de FRP en forma de tiras prefabricados tienen las propiedades dada en la Tabla 2.3, donde las propiedades para el área de acero dulce también dan para comparación. En el caso de tiras prefabricadas las propiedades del material basado en el total de la sección transversal área puede ser utilizado en los cálculos y por lo general son suministrados por el fabricante (véase la Tabla 2-3). En el caso de los sistemas impregnado de resina, sin embargo, el espesor final FRP in-situ y con eso la fracción de volumen de fibra es incierto y puede variar. Por esta razón, un cálculo basado en las propiedades de FRP para el sistema total de (fibras y matriz) y el espesor real no es apropiado. Tenga en cuenta que los fabricantes a veces suministran las propiedades de los materiales para el desnudo fibras. Debido a esta diferencia de enfoque, uno debe tener cuidado al comparar propiedades de los diferentes sistemas. Además, es muy importante que en los cálculos de las se utilizan propiedades de los materiales apropiados para el sistema aplicado. A continuación, la diferencia entre ambos enfoques se explica y se aclararán con un ejemplo. Debido al hecho de que la rigidez y resistencia de las fibras (EFIB y ffib) es mucho más grande que respectivamente, la rigidez y la resistencia de la matriz (Em y fm), las propiedades de la FRP material compuesto (Ef y siguientes) se rigen por las propiedades de la fibra y el área de la sección transversal de las fibras desnudas. Cuando las propiedades de FRP se basan en la zona de la sección transversal total (fibras y la matriz) esto significa que, en comparación con las propiedades de las fibras desnudas, la rigidez y la fuerza es menos. Puede ser obvio que la fuerza y la rigidez del sistema total no es afectada porque esta reducción se compensa por un aumento de la superficie de sección transversal en comparación con el área de sección transversal de las fibras. Por lo tanto, existe una fuerte relación entre la fracción de volumen de fibra y las propiedades de FRP para ser utilizado en los cálculos. Esto se ilustra en Tabla 2-4 y la figura. 2-1. Para ciertas propiedades elegidas de las fibras y la matriz, el efecto de la fracción de volumen de las fibras sobre las propiedades de FRP se muestra. Para una cantidad constante de fibras (área de la sección transversal = 70 mm2) la carga de rotura y la tensión en la falla es muy poco

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afectada por un aumento de la cantidad de resina. Los FRP-propiedades que se utilizarán en los cálculos basado en el área de sección transversal total, sin embargo, están fuertemente influenciadas.

Propiedades elegidas para los materiales constitutivos de FRP compuesto: EFIB = 220 = 4000 MPa GPaffib Em = 3 GPafm = 80 MPa Transversal de carga areaFRP-propertiesFailure * AmAfVfibEfAfibffUltimate 222 (mm) (mm) (mm) (%) [eq. (2-1)] [eq. (2-2)] cepa (MPa) (MPa) (%) (kN) (%) 7007010022000040001.818280.0100.0 70301007015490028241.823282.4100.9 70701405011150020401.830285.6102.0 * En el caso de una tira con una anchura de 100 mm dividiendo este valor por 100 mm da espesor de la banda (resp. 0,7 mm, 1,0 mm y 1,4 mm).

Tabla 2-4: Ejemplo que muestra el efecto de la fracción de volumen de fibras sobre las propiedades de FRP. Vmentira

estrés (MPa)

tF

(Anchura = 100 mm)

4000

100%

0,7 mm

3000

70%

1,0 mm

2000

50%

1,4 mm

(fibras desnudas)

1000

1

2

deformación (%)

Fig. 2-1: El estrés relaciones de tensión correspondientes a diversas fracciones de volumen de fibra VFIB en la Tabla 2-4.

El ejemplo dado anteriormente demuestra que para una comparación de materiales de FRP no puede ser solamente suficiente para comparar los valores para la fuerza y / o de tensión-deformación relaciones. Es importante también para conocer la composición del material de FRP al que pertenece la propiedad dada. En caso de la incertidumbre sobre el grosor (como con in-situ de resina impregnada sistemas) puede ser más conveniente para los cálculos de base sobre las propiedades de la fibra y el área de la fibra de la sección transversal de en las propiedades para el sistema total. El último enfoque es todavía posible, sin embargo, el material de propiedades y espesor (área transversal) como especificados por el fabricante a continuación deben ser usado y no el espesor real que se realiza en la práctica. Como se ha mencionado, en el caso de los sistemas impregnadas in-situ, se pueden calcular las propiedades de el FRP basado en los de sólo las fibras desnudas. En este caso, el segundo término de la ecuación. (2-1) - (2-2) puede ser ignorado, VFIB debe ser tomado igual a 1 y las dimensiones de la servidumbre externamente refuerzo (por ejemplo, el área de la sección transversal) debe calcularse sobre la base del nominal dimensiones de las láminas de fibra. Si se adopta este enfoque, la propiedad resultante (por ejemplo elástica módulo, resistencia a la tracción) debe multiplicarse por un factor de reducción r, para dar cuenta de la eficiencia del sistema de fibra-resina y para la arquitectura hoja o tela. Este factor debe ser proporcionada por el proveedor del sistema FRP en base a las pruebas. Alternativamente, el proveedor FRP podría proporcionar directamente las propiedades del sistema de in-situ impregnado (por ejemplo, grosor, elástico módulo, resistencia a la tracción) en base a las pruebas. Para ilustrar esto, podemos suponer que una hoja tiene

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un tfib espesor nominal y el módulo elástico EFIB (ambos calculados basados en fibra desnuda propiedades). Después de la impregnación, el FRP tiene una tf espesor y un módulo elástico Ef. Los dos sistemas son equivalentes según la condición: tfibEfibr = tfEf.

2.2

Sistemas FRP EBR

Los diferentes sistemas de servidumbre externamente refuerzo FRP (FRP EBR) existir, relacionadas con el materiales constituyentes, la forma y la técnica del refuerzo FRP. En general, estos puede subdividirse en "húmedo lay-up" (o "curada in situ") sistemas y "prefabricada" (o "precurados) sistemas ". A continuación, se da una visión general de las diferentes formas de éstos sistemas (por ejemplo ACI 1996). Las técnicas para el fortalecimiento de FRP se dan en la sección 2.3.

2.2.1

Seco sistemas laicos-up

De fibras unidireccionales en seco hoja y semi-unidireccional tejido (Tejido o de punto), donde fibras se extienden predominantemente en una dirección que cubre parcial o totalmente el elemento estructural. Instalación en la superficie de concreto requiere resina saturando generalmente después de un cebador tiene ha aplicado. Dos procesos diferentes pueden ser usados para aplicar la tela: - La tela puede ser aplicado directamente en la resina que ha sido aplicado uniformemente sobre la superficie de hormigón, - El tejido puede ser impregnado con la resina en una máquina de saturador y luego se aplica mojado al sustrato sellada. Seco multidireccional tejido (Tejido o de punto), donde las fibras se ejecutan en al menos dos direcciones. La instalación requiere la saturación de la resina. La tela se aplica utilizando uno de los dos procesos descrito arriba. Resina pre-impregnado sin curar unidireccional hoja o tela, donde las fibras corren predominantemente en una dirección. La instalación se puede hacer con o sin resina adicional. Resina pre-impregnado sin curar multidireccional hoja o tela, donde las fibras corren predominantemente en dos direcciones. La instalación se puede hacer con o sin adicional resina. Fibra en seco remolques (manojos trenzados de fibras continuas) que se enrollan o de otro tipo colocado mecánicamente sobre la superficie del hormigón. Resina se aplica a la fibra durante bobinado. Pre-impregnado de fibra remolques que se enrollan o no colocarse mecánicamente sobre la superficie de concreto. Instalación del producto puede ser ejecutado con o sin resina adicional.

2.2.2

Construcciones prefabricadas

Pre-fabricada recta curado tiras, que se instalan mediante el uso de adhesivos. Son típicamente en forma de tiras de cinta delgada o rejillas que puede ser entregado en una bobina laminada. Normalmente tiras se pultruded. En caso de que se laminan, también el término laminado en lugar de tira puede ser usado. Forma curada Pre-fabricados conchas, chaquetas o ángulos, que se instalan a través de la uso de adhesivos. Son típicamente curvada o elementos o dividida en forma de hecho en fábrica conchas que puedan montarse alrededor de las columnas u otros elementos.

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2.3

Las técnicas para el fortalecimiento de FRP

2.3.1

Técnica básica

La técnica FRP fortalecimiento básico, que es el más ampliamente aplicada, implica la aplicación manual de cualquiera húmeda lay-up (llamada mano lay-up) o sistemas prefabricados por medios de unión en frío adhesivo curado. Común en esta técnica es que el externo refuerzo está unido sobre la superficie de hormigón con las fibras lo más paralelo prácticamente posible a la dirección de los principales esfuerzos de tracción. Las aplicaciones típicas de la mano ponen en marcha y sistemas prefabricados se ilustran en la Fig. 2.2. Más detalles sobre la técnica básica son dispuesto en el Capítulo 8.

(La)

(B)

Fig. 2-2: (a) Mano lay-up de hojas o telas CFRP. (B) La aplicación de tiras prefabricadas.

2.3.2

Técnicas especiales

Además de la técnica básica, se han desarrollado varias técnicas especiales. Sin el objetivo de proporcionar una visión completa de estas técnicas especiales, algunos de ellos son explicó brevemente en las secciones siguientes. Algunas de las técnicas especiales que se describen a continuación están patentados por las empresas que ellos desarrollado. 2.3.2.1

Envoltura automatizada

El FRP fortalecer técnica a través automatizado bobinado de estopa o cinta era primero desarrollado en Japón en los años 90 y un poco más tarde en los EE.UU.. La técnica, que se muestra en la Fig. 2-3, implica continua bobinado de fibras húmedas bajo un ligero ángulo alrededor de las columnas o de otros estructuras (por ejemplo, chimeneas, como se ha hecho en Japón) por medio de un robot. Ventaja clave de la técnica, además de un buen control de calidad, es la instalación rápida.

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(La)

(B)

Fig. 2-3: Automatizado RC envoltura columna. (A) Esquema. (B) Fotografía del robot-envoltura.

2.3.2.2

Pretensado FRP

En algunos casos puede ser ventajoso para unir el refuerzo FRP externa sobre la superficie de hormigón en un estado pretensado. Tanto el laboratorio y la investigación analítica (por ejemplo, Triantafillou et al. 1992, Deuring 1993) muestra que pretensado representa una significativa contribución al avance de la FRP fortaleciendo la técnica y métodos han sido desarrollado para pretensar los materiales compuestos de FRP en condiciones de la vida real (Lucas et al. 1998). Pretensado de las tiras antes de la unión tiene las siguientes ventajas: proporciona un comportamiento más rígido como en las primeras etapas más del hormigón está en compresión y por lo tanto, contribuir a la momento de resistencia. la formación de grietas en el lapso de cizallamiento se retrasa y las grietas cuando aparecen son más finamente distribuidos y estrechos (anchos de fisura son también una cuestión de propiedades de renta fija). cierra grietas en estructuras con grietas preexistentes. mejora la capacidad de servicio y durabilidad debido al agrietamiento reducida. mejora la resistencia al corte del miembro como a toda la sección de hormigón resista el cizalladura, a condición de que el hormigón sigue siendo no fisurado. la misma fortalecimiento se logra con áreas más pequeñas de tiras estresados en comparación con tiras átonas. con anclaje adecuado, de pretensado puede aumentar el momento de rotura de la resistencia por evitando modos de fallo asociados con peeling-off en grietas y los extremos de las tiras. el eje neutro se mantiene en un nivel inferior en el caso pretensado que en el uno átona, lo que resulta en una mayor eficiencia estructural. pretensado aumenta significativamente la carga aplicada a la cual el acero interna comienza a el rendimiento en comparación con un miembro no estresado. La técnica tiene también algunas desventajas: es más caro que la unión normal de la tira debido a la mayor número de operaciones y equipo que se requiere. La operación también toma algo más largo. el equipo para empujar la tira hasta el intradós de la viga debe permanecer en su lugar hasta que el adhesivo se haya endurecido lo suficiente. El concepto para aplicar una tira de FRP pretensado se muestra esquemáticamente en la Fig. 2-4 y una ilustración esquemática del dispositivo subrayando se da en la Fig. 2-5.

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(La)

(B)

(C)

Fig.2-4: Fortalecimiento con tiras FRP pretensadas: (a) de pretensado; (B) la unión; (C) de anclaje extremo y FRP liberar al endurecimiento del adhesivo.

Temporal placa de reacción

Gato

Fin fondeadero

Fig.2-5: Ilustración esquemática de anclaje activo.

Cuando la fuerza de pretensado es demasiado alta, el fallo de la viga debido a la liberación de la fuerza de pretensado se producirá en los dos extremos, debido al desarrollo de altas tensiones de cizallamiento en el hormigón justo por encima del FRP. Por lo tanto el diseño y construcción de las zonas extremas requiere atención especial. Pruebas y análisis han demostrado que si no hay anclajes especiales se proporcionan en los extremos, FRP tiras de cizallamiento-off (de los extremos) con niveles de pretensado en el orden de sólo 5-6% de su resistencia a la tracción (por CFRP). Sin embargo, una tensión previa técnica y económicamente racional requeriría una considerablemente mayor grado de pretensado, en el rango de 50% de la FRP resistencia a la tracción, lo que sólo puede lograrse mediante el uso de anclajes especiales aplicando confinamiento vertical (véase la Fig. 2-4 c). Tales sistemas se han desarrollado para la práctica aplicaciones, así como con fines de investigación. Pretensado de chaquetas de columna (confinamiento activo) se puede lograr mediante el pretensado haces de fibras durante el bobinado o con chaquetas átonos haciendo uso de, por ejemplo, expansivo mortero o la inyección de mortero o epoxi bajo presión.

2.3.2.3

Correas pin-cargado adherido por fusión

Otro desarrollo interesante de la técnica de refuerzo FRP implica la sustitución tiras sólidas y relativamente gruesas (Fig. 2-6 a) por el sistema mostrado en la Fig. 6.2 b, conocido como alfiler Correa cargado (Winistoerfer y Mottram 1997). La correa comprende una serie de nocapas laminadas formadas a partir de una única, cinta delgada continua, que consiste de fibras en una termoplástico matriz. La capa exterior, final de la cinta se fija a la capa anterior por una

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proceso de unión por fusión. Tal sistema permite a las capas individuales se mueva con relación a cada otra, reduciendo así los esfuerzos de flexión secundarios no deseados. El control cuidadoso de la inicial proceso de tensado permite concentraciones de tensión de cizallamiento interlaminar a reducirse, de modo que una se logra la distribución de la tensión uniforme en todas las capas.

(La)

(B)

Fig. 2-6: Envolver con (a) tiras gruesas y (b) las correas no laminadas.

2.3.2.4

In-situ de curado rápido utilizando dispositivo de calentamiento En lugar de curado en frío de la interfaz de unión (curado del adhesivo de dos componentes bajo la temperatura del medio ambiente), se puede utilizar aparatos de calefacción. De esta manera es posible reducir el tiempo de curado, para permitir la unión en las regiones donde las temperaturas son demasiado bajas para permitir el curado en frío, aplicar la técnica en tiempo de invierno, para trabajar con tipos de FRP de preimpregnado, etc. Diferentes sistemas para la calefacción se pueden utilizar, tales como calentadores eléctricos, IR (infrarrojos) calefacción sistemas de calefacción y mantas. Para CFRP El sistema ilustrado en la Fig. 2-7 también es posible. Este sistema se aprovecha de la conductividad eléctrica de las fibras de carbono. Se utiliza un especial dispositivo de calefacción para pasar una corriente eléctrica a través de tiras de CFRP en el fortalecimiento proceso. La unidad de control permite que la temperatura de curado deseada que se mantiene dentro de una rango estrecho. Controlado curado rápido permite no sólo rápido de aplicaciones de la técnica de refuerzo (Por ejemplo, de curado completo en 70 oC se puede lograr en 3 horas), pero también aumenta la transición vítrea temperatura del adhesivo.

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hormigón

Soporte

Temperatura calibre

Tira FRP Soporte

Voltaje

(La)

Control dispositivo Fuente de alimentación

(B)

Fig. 2-7: curado rápido utilizando dispositivo de calentamiento: (a) Esquema, (b) Fotografía de soportes finales.

2.3.2.5

Formas prefabricadas

Tipo de Prefab de los sistemas de EBR FRP se aplica sobre todo en forma de tiras rectas. Sin embargo, estos sistemas prefabricados también se pueden producir en otras formas, dependiendo de la aplicación prevista. Por la conformación de ellos, sistemas prefabricados se pueden emplear en aplicaciones donde se utilizan sistemas de lay-mojado normalmente más flexibles. Para el fortalecimiento de cizalla de vigas, ángulos prefabricados se pueden usar como se muestra en la Fig. 2-8 a-b. C muestra la Figura 2-8 conchas prefabricadas o chaquetas que pueden ser utilizados para el confinamiento de circular y rectangular las columnas. En este caso, las conchas deben ser fabricados con tolerancias suficientemente pequeñas. Por nuevas estructuras, se pueden utilizar piezas de fundición de FRP. Estos actúan como encofrado durante la construcción, y como refuerzo externo para la estructura cargado.

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(La) (B)

(C)

Fig. 2-8: Ejemplos de formas prefabricadas para fortalecer. (A) el ángulo, (b) la aplicación de los ángulos, (c) la cáscara.

2.3.2.6

CFRP ranuras interiores

CFRP en ranuras de hormigón puede ser pensado como un método especial de complementar refuerzo de estructuras de hormigón. Las ranuras se cortan en la estructura de hormigón con una profundidad más pequeño que el recubrimiento de hormigón. CFRP tiras ejemplo con un espesor de 2 mm y una anchura de 20 mm se unen en estas ranuras (Fig. 2-9). Pruebas de Bond y ensayos de vigas se han llevado a cabo para estudiar el comportamiento mecánico de la sistema (Blaschko y Zilch 1999). Se ha demostrado que una mayor capacidad de anclaje en comparación con tiras de CFRP pegados sobre la superficie de una estructura de hormigón se obtiene. La mecánica comportamiento es más rígido bajo cargas de servicio, pero más dúctil en el estado límite último. Los resistencia a la tracción del CFRP se puede llegar en vigas con refuerzo adicional que consiste en tiras en rendijas, si hay suficiente capacidad de carga de la zona de compresión en el hormigón y por cizallamiento. El comportamiento de bonos con una alta resistencia y ductilidad permite salvar amplia agrietamiento sin pelar-off. Además, las tiras están protegidos contra demolición. Así que el material CFRP se puede utilizar de manera más eficiente si se pega en rendijas lugar de en la superficie.

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hormigón

Tira de CFRP

agente de unión

Fig. 2-9: tiras CFRP pegados en rendijas.

2.3.2.7

FRP impregnación por vacío

FRP impregnación por vacío es bastante común en la industria del plástico. Vacío impregnación es, en cierta medida, comparable con húmedo lay-up. El elemento de hormigón que sea reforzado de acuerdo con este método se pre-trata de la misma manera que para la otra métodos (es decir, a través de chorro de arena, molienda o de chorro de agua). La superficie se limpia cuidadosamente, se aplica imprimación y después del curado de la imprimación las fibras se colocan en direcciones predeterminadas. Es importante que las láminas o telas tienen canales en los que la resina puede fluir, se debe utilizar material de separación de otra forma especial. Una bolsa de vacío se coloca en la parte superior de las fibras, los bordes de la bolsa se sellan y se aplica una presión de vacío (Täljsten y Elfgren 2000). Dos agujeros se hacen en la bolsa de vacío, una para el punto de venta donde el vacío se aplica presión y uno para la entrada donde se inyecta la resina (Fig. 2-10). A fin de que lograr una presión de vacío aceptable, un sellador especial de masilla epoxi se puede utilizar a lo largo del lados de la viga en la parte inferior de la bolsa de vacío. El sellado debe ser efectiva a un nivel muy alto nivel.

Fig. 2-10: Fortalecimiento con sistema de inyección de vacío (Täljsten y Elfgren 2000).

Impregnación en vacío tiene varias ventajas sobre mojado tradicional canasta. La primera ventaja es que con este método es posible evitar el contacto manual con el adhesivo epoxi y los residuos en el sitio de trabajo se puede mantener a un mínimo. Además, la calidad de la compuesto puede ser mejorado. Sin embargo, este método requiere una gran inversión y no puedo haber algunas dificultades para lograr un alto grado de vacío con superficies de textura áspera o en geometrías y ubicaciones complicado. Esto implica mayores costos para el trabajo de fortalecimiento. Para esta aplicación, se utiliza una baja viscosidad en frío curado adhesivo epoxi.

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3

Bases de concepto de diseño y seguridad

Externamente servidumbre refuerzo FRP (FRP EBR) es una técnica eficaz que puede ser aplicada para una amplia gama de estructuras y materiales. Sin embargo, tras el alcance de esta Boletín (Capítulo 1), la base del diseño y concepto de seguridad se refiere a la utilización de FRP para EBR reparación y refuerzo de estructuras de hormigón armado solamente.

3.1

Bases de proyecto

3.1.1

Requerimientos generales

El fortalecimiento de las estructuras de hormigón por medio de armadura adherente externamente (EBR) es una técnica eficaz que se basa en la acción compuesta entre un reforzado o elemento de hormigón pretensado y la armadura adherente externamente. Para garantizar la seguridad estructural global del miembro reforzado es importante que adecuada FRP EBR Se utilizan sistemas, correctamente diseñado, detallado y ejecutado. El estado del miembro antes fortalecimiento es de influencia y puede requerir técnicas de reparación anteriores a la ejecución de la Sistema FRP EBR. Por lo tanto, mientras que las especificaciones en este documento reflejan en el diseño y ejecución de la armadura adherente externamente en concreto, en relación con los documentos relacionados el diseño de RC y PC miembros, entre los que Eurocódigo 2 (EC2) (CEN 1991), y relativos a las técnicas de reparación se aplicarán también. Varios sistemas FRP EBR están disponibles que difieren dependiendo del tipo de FRP, el tipo de adhesivo, método de curado, los preparativos materiales, etc. Se debe asegurar que sólo Se utilizan sistemas de EBR FRP aprobados. El uso de sistemas de EBR FRP de calidad insuficiente (Con respecto a los materiales constitutivos, el sistema y la ejecución) comprometerán seguridad estructural. Para evitar esto, los productos, sistemas y personal deben cumplir con el control de calidad especificaciones (véase el capítulo 8). Procedimientos de control de calidad deben adoptarse con respecto a la producción, el diseño, la ejecución y el comportamiento en servicio. A medida que el diseño combina e involucra diferentes aspectos estructurales y tan diferentes FRP Sistemas EBR están disponibles, el ingeniero de proyecto debe tener la suficiente experiencia en el diseño de las reparaciones estructurales y debe tener conocimiento sobre los materiales y sistemas, la respuesta estructural esperado y los aspectos de seguridad o de riesgo relacionados.

3.1.2

Requisitos de diseño

3.1.2.1

General

Todas las situaciones de diseño necesarios y combinaciones de carga deben ser considerados. En el diseñar los estados límite pertinentes deberán dirigirse. El diseño de la FRP tiene que EBR reflejar los efectos de la armadura adicional proporcionada a la sección (diseñado asumiendo acción compuesta completo) y la capacidad de las fuerzas de transferencia por medio de la interfaz de enlace (Verificación de la desunión). Además, las reglas que detallan y disposiciones especiales tienen que ser considerado. Cálculos de diseño se basan en análisis o (semi) modelos empíricos. El estado de la (reparado) estructura antes de fortalecimiento debe ser tomado como una referencia para el diseño de la armadura de FRP unido externamente. Por medio de la inspección sobre el terreno, revisión de documentos existentes y un análisis estructural, el estado del miembro existente o estructura debe ser verificada. Como la aplicación del sistema de EBR FRP no pretende limitan o arrestan defectos (como por ejemplo, la corrosión del acero), posibles daños o deterioro es

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ser identificados y las causas de las deficiencias deben ser conocidos. Si es necesario, la reparación debe ser adecuada emprendido. Debido a la falta de plasticidad en el FRP, la redistribución de momentos en el fortalecido partes de los miembros es, en general, no se les permite, a menos que el confinamiento suficiente del hormigón es proporcionado, para permitir deformaciones plásticas. Miembros Finalmente, para el fortalecimiento como columnas y paredes, el efecto de las deformaciones fuera del plano (efectos de segundo orden) debe ser considerado en el diseño.

3.1.2.2

Estados límite y situaciones de diseño

El procedimiento de diseño debe consistir en una verificación tanto del estado límite de servicio (SLS) y el estado límite último (ULS). En algunos casos se puede esperar que los SLS se rige por el diseño (véase 3.1.2.3). Las siguientes situaciones de proyecto tienen que ser considerados: situación persistente, correspondiente al uso normal de la estructura situación accidental, correspondiente a la pérdida imprevista de la FRP EBR (por ejemplo, debido a impacto, vandalismo, incendio) consideraciones de diseño especiales (por ejemplo enlace destaca debido a las diferencias en el coeficiente de expansión térmica, resistencia al fuego, resistencia al impacto).

3.1.2.3

Verificación de la SLS

Se deberá demostrar que el miembro o estructura reforzada realiza adecuadamente en uso normal. Para cumplir con este requisito, la verificación SLS normalmente se refiere a: tensiones; Estos tienen que ser limitado con el fin de evitar que el acero rendimiento, daños o excesivo fluencia del hormigón y la fluencia excesivo o la rotura por fluencia del FRP deformaciones o desviaciones; que pueden restringir el uso normal de la estructura, inducir daño a los no miembros de carga o negativamente influyen en la aparición craqueo (cracking incluyendo enlace de interfaz); que puede dañar la durabilidad, funcionalidad y apariencia de la estructura o que pueden poner en peligro la integridad de la interfaz de unión entre EBR FRP y hormigón Si las razones de fortalecimiento se relacionan con mayor facilidad de servicio, el SLS será que rige para el diseño, en lugar de los ULS. Incluso si la razón de reforzamiento es dictado por aumentar la fuerza consideraciones, puede surgir para los miembros de flexión que el SLS es que rige para el diseño. De hecho, como materiales de FRP tienen alta resistencia, pequeña sección transversal Se necesitan áreas de FRP para ULS. Con el fin de cumplir con los criterios de servicio, estas áreas pueden sea insuficiente, especialmente dado el bajo módulo de elasticidad relativa de algunos FRP. Combinaciones de carga para SLS como se especifica en EC2 (CEN 1991) se aplican. Coeficientes parciales de seguridad para el material M se toman igual a 1.0, salvo que se especifique lo contrario. La tensión-deformación comportamiento de FRP para las verificaciones SLS se da en la Sección 3.1.3.1. Las disposiciones para el cálculo del SLS se dan en los diferentes capítulos de este boletín. Cálculos detallados no son obligatorias en las medidas límite caso y las reglas que detallan como especificado en las secciones respectivas sobre los SLS son considerados.

3.1.2.4

Verificación de la ULS

En ULS, los diferentes modos de fallo que pueden ocurrir tienen que ser considerados. En general, la modos de fallo se pueden subdividir a los asumiendo acción compuesta total entre el RC / PC

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miembro y el sistema EBR (unión adecuada) y aquellos verificar los diferentes desunión mecanismos que pueden ocurrir. Combinaciones de carga y factores de seguridad parciales (carga de factores de F y factores materiales M) para ULS como se especifica en EC2 (CEN 1991) se aplican, a menos que se especifique lo contrario. La seguridad de materiales factor de f y el comportamiento tensión-deformación del FRP para las verificaciones ULS se dan en la Sección 3.1.3.2. Factores de seguridad significativas con respecto a la verificación de la ULS fallo de la unión se dan en Sección 3.1.3.3. Las provisiones para los cálculos en ULS se dan en los diferentes capítulos de este boletín.

3.1.2.5

Situación accidental

La situación de diseño accidental es una verificación en el que la pérdida de la FRP debido, por ejemplo se supone impacto, vandalismo o fuego. El miembro no reforzado se somete a toda la información pertinente combinaciones de carga accidentales del miembro fortalecido. Esta verificación se realiza en el estado límite último, teniendo en cuenta los factores de seguridad parciales para los materiales a ser 1.0 y teniendo en cuenta la reducción de los coeficientes parciales de seguridad y los factores de combinación para las cargas, como prevista en el Eurocódigo 1 (EC1), Parte 1 (CEN 1994).

3.1.2.6

Consideraciones de diseño especiales

Consideraciones especiales de diseño, tales como la carga cíclica, bono adicional destaca debido a la diferencia en la expansión térmica entre FRP y concreto, el impacto y resistencia al fuego puede ser relevante. Estos aspectos dependen fuertemente de la situación in-situ y pueden influir tanto en la diseño y la ejecución práctica. De lo anterior puede ser obvio que el impacto y el fuego puede ser considerado como una situación accidental, así como una consideración especial diseño. En el caso de la situación accidental, se consideran las consecuencias de la pérdida de refuerzo FRP y puede no ser necesaria precauciones especiales con respecto al impacto y fuego. Cuando en el otro entregar el FRP EBR tiene que cumplir ciertos requisitos bajo impacto y la carga de fuego, esto es considerado como una consideración especial diseño. Es importante que se preste suficiente atención a los aspectos de diseño especiales, como pueden tienen una influencia considerable en la seguridad estructural. Disposiciones con respecto a la especial consideraciones de diseño se dan en el Capítulo 9.

3.1.2.7

Durabilidad

Las condiciones ambientales deben ser tenidas en cuenta desde el principio del diseño proceso, de modo que sus influencias con respecto a la durabilidad son considerados y si es necesario se pueden tomar medidas de protección. Más orientación con respecto a la durabilidad se da en Capítulo 9.

3.1.3

Modelos para los materiales constituyentes y factores de seguridad parciales Para la verificación del diseño, los modelos de tensión-deformación y los factores de seguridad de los materiales asociados M dado en esta sección se puede suponer. Para la seguridad de carga F y carga factores combinados se hace referencia a EC1 (CEN 1994) y EC2 (CEN 1991). Sin embargo, otros estudios de seguridad de acción factores pueden ser propuestas en el futuro (sujeto a estudio).

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3.1.3.1

Verificación SLS

Para verificaciones SLS, una respuesta de tensión-deformación lineal se considera para el constituyente los materiales y los factores de seguridad parciales del material M se toman igual a 1,0. En el caso de FRP, se hará referencia a la siguiente relación: F=

EFK

(3-1)

F

donde EFK es el valor característico del módulo secante de elasticidad. Este último es determinado entre 10% y 50% de la resistencia última FRP. Normalmente, el valor característico límite inferior Efk0.05 (5% fractile) se utiliza para el diseño. En algunas verificaciones, cuando un más altos resultados E-módulo de menor fiabilidad, es necesario consulte el valor límite superior Efk0.95 (95% percentil). Cuando el módulo E no se considera como una variable fundamental en la ecuación, se puede hacer referencia a la Efm valor medio.

3.1.3.2

Verificación ULS, acción compuesta total entre hormigón y EBR FRP

Para la verificación ULS, se hace referencia a las curvas de diseño de tensión-deformación de la materiales constituyentes, como se muestra en la Fig. 3-1.

Fig. 3-1: Diseño curvas tensión-deformación de los materiales constitutivos de ULS.

Para el hormigón, un bloque de tensión-parabólica rectangular o tensión-deformación alternativa relaciones pueden ser asumidas, según lo dispuesto por EC2. La resistencia de diseño del hormigón fcd = fck / c se basa en el valor característico de la resistencia a la compresión fck, un parcial de seguridad factor de c = 1,5 y un factor de reducción = 0,85 para tener en cuenta la resistencia a la compresión reducida bajo carga a largo plazo. Para el refuerzo de acero, una relación bilineal tensión-deformación es considerado, con un diseño FYD límite elástico = fyk / s. El factor de seguridad de material es igual a 1,15 s. Más detalles en las curvas tensión-deformación, valores característicos y de diseño del concreto y acero se puede encontrar en EC2 (CEN 1991). El comportamiento tensión-deformación a la tracción del FRP para las verificaciones ULS puede ser idealizada por medio de una respuesta lineal, definida como (Fig 3-1.):

F

E fu

F

f fd

(3-2)

donde Efu = ffk / fuk es el módulo de elasticidad a final, basado en los valores característicos de la resistencia a la tracción de FRP y la tensión máxima. El ffk resistencia característica corresponde a el percentil 5% de la resistencia a la tracción y fuk es el percentil 5% de la cepa fracaso. Es

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tomó nota de que el módulo de elasticidad Efu normalmente es mayor que el módulo secante EFK (como la fibras, que no están perfectamente alineados inicialmente, se enderezan a niveles de carga más altos, la rigidez de los aumentos de FRP). Sin embargo, esto debe ser verificado y Efu no se tendrá menos de Efk0.05. Cuando el diseño se rige por el SLS o un ULS correspondiente con la trituración de hormigón o el fracaso de bonos, la cepa FRP al final es más bien limitada. En esta situación, que a menudo se ser el caso, la tensión FRP f en ULS es considerablemente menor que la resistencia a la tracción, de modo que la resistencia de diseño a la tracción en general no está gobernando. Para verificar esto o por lo tanto, en aquellos casos donde el ULS se determina por fallo de tracción FRP de todos modos, se hace referencia al diseño tracción ffd fuerza:

f fd

f fk F

FUE

(3-3)

fum

Los valores para el factor de seguridad de materiales FRP f se sugieren en la Tabla 3.1. Se trata principalmente de basado en las diferencias observadas en el comportamiento a largo plazo de FRP (básicamente en función de el tipo de fibras), así como sobre la influencia de la técnica de aplicación. La propuesta factores son (a causa de la falta de datos completos) sujetos a un mayor estudio. La relación FUE / fum normalmente es igual a 1, ya que la última cepa FUE FRP efectiva espera no lo hará in situ difieren significativamente de la fum cepa media obtenida a través de ensayos de tracción uniaxial y, como pequeñas variaciones se contabilizan en el factor de seguridad de materiales FRP f. Sin embargo, en particular, casos, la FUE efectiva cepa fracaso pueden ser significativamente inferior como resultado de envoltura de FRP alrededor de las esquinas muy afiladas, la aplicación de un gran número de capas, estado multi-axial de estrés, etc. Un valor limitado de la cepa fracaso FRP también puede ser considerado como un diseño simplificado alternativa. En este caso, la verificación ULS restringe excesivas deformaciones de FRP, en vez verificar que el modo de fallo relacionado sí mismo. Más detalles en la FUE efectiva cepa fracaso (En su caso) están dentro de los respectivos capítulos de este boletín o debe basarse en evidencia experimental. Para la relación tensión-deformación de FRP limita concreto, se hace referencia al capítulo 6.

Tabla 3-1: FRP factores de seguridad de material f.

Tipo de FRP CFRP AFRP GFRP

Tipo de aplicación A (1) 1.20

1.25 1.30

Tipo de aplicación B (2) 1.35

1.45 1.50

(1)

Aplicación de sistemas de EBR FRP prefabricada en condiciones normales de control de calidad. Aplicación de Layout húmeda sistemas de arriba si se toman todas las medidas necesarias para obtener un alto grado de control de calidad tanto en el condiciones de aplicación y el proceso de solicitud. (2) La aplicación de sistemas de lay-mojado en condiciones normales de control de calidad. La aplicación de cualquier sistema

bajo difíciles condiciones en el lugar de trabajo.

3.1.3.3

Verificación ULS de fallo de la unión

Fallas de adhesión pueden ser causados por diferentes razones como se demuestra en el capítulo 4. Suponiendo correcta aplicación del EBR FRP y el uso de materiales adecuados, el vínculo fallo ocurrirá normalmente en el hormigón. En la verificación ULS, se hará referencia a la tracción de diseño o resistencia al corte del hormigón, mediante la introducción de un factor de seguridad de materiales, cb designado. Se propone un cb factor igual a 1,5 (similar a c = 1,5 [EC2]).

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En casos particulares, por ejemplo, para hormigón de alta resistencia, la resistencia al cizallamiento del adhesivo puede ser menor que la resistencia al cizallamiento del hormigón. En la verificación ULS, la referencia será hecha a la tracción de diseño o de resistencia a la cizalladura del adhesivo, considerando una seguridad de materiales factor de a = 1,5. El cb factores propuesto y A son (a causa de la falta de datos completos) sujetos a un mayor estudio. Mayores esfuerzos de tracción FRP (f = Ef f) dará lugar a fuerzas de bonos más altos. Por lo tanto, la verificación de fallo de la unión debe estar relacionado con un valor límite superior del módulo de elasticidad Ef. Este último puede ser tomado igual al máximo de: el módulo de elasticidad Efu en Ultimate (aunque fallo de la unión puede ocurrir en cepas de FRP considerablemente inferior a la última cepa FRP) el valor límite superior de la secante característica módulo Efk0.95.

3.2

Concepto de seguridad

El diseño debe ser tal que se obtiene suficiente seguridad estructural, incluyendo suficiente ductilidad. Este último aspecto se discute en la Sección 3.3.

3.2.1

Concepto de seguridad con respecto al estado límite último

En el estado límite último, el modelo estará relacionado con los diferentes modos de falla que puede ocurrir. El diseño debe ser tal que los modos de fallo frágiles, tales como cizalladura y torsión, son excluidos. Por la misma razón, se debe garantizar que el acero interna es suficientemente cediendo en ULS (ver sección 3.3), por lo que el miembro fortalecido fallará en un dúctil forma, a pesar de la naturaleza frágil de trituración de concreto, ruptura de FRP o el fracaso de bonos. Por lo tanto, el modo de fallo de gobierno de un miembro de flexión será o acero rendimiento / hormigón aplastamiento (antes de la ruptura de FRP o desunión) correspondiente a la zona B en la Fig. 3-2, o acero rendimiento / fracaso FRP (ya sea la ruptura de FRP o fracaso fianza) con la zona A en la Fig. 3-2. En la Fig. 3-2, o es la cepa inicial en la tracción de la fibra extrema antes de fortalecimiento, f, min se la cepa FRP permisible mínima a la última (Sección 3.3) y fu, c es la cepa de FRP en el sección crítica al final. En caso de fractura de FRP está gobernando, fu, c es igual al valor de diseño de lo último fud cepa FRP. En caso de fallo de la unión, fu, c es igual a la cepa de FRP en el crítico sección cuando se produce la desunión. Esta desunión puede iniciar en otro lugar que el sección crítica que se considera para la verificación de la capacidad de flexión. Insuficiencia Bond se permitirá en el diseño si el diseño fu, cOptimum corresponderá withf, min. hormigón simultánea de trituración (cu = 0,0035) y la insuficiencia FRP tracción (FUD) (Fig. 3-2). Para los miembros de flexión a menudo los SLS se rigen en el diseño (como se menciona en Sección 3.1.2.3). Esto implica que se aplicarán mayores cantidades de FRP de lo necesario para ULS. Generalmente, esto influirá positivamente la relación de carga de rotura para la carga de servicio. En todos los casos, se debe verificar que la capacidad de cizalla (o torsión) de la reforzado miembro es mayor que las fuerzas de cizallamiento que actúa (o de torsión). Si es necesario, el fortalecimiento de la flexión debe combinarse con fortalecimiento de cizallamiento. Para los miembros de tracción, el diseño óptimo en ULS se corresponderá con ruptura de FRP. Enlace fracaso reducirá fuertemente la capacidad de soporte de carga del miembro de tracción. En cualquier caso, la diseño debe garantizar suficiente fluencia del acero interno (Sección 3.3). Para los miembros de compresión, el fortalecimiento se hace por confinamiento (capítulo 6). Este técnica influye favorablemente en la seguridad estructural ya que los resultados de confinamiento en una mayor ductilidad.

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Fig. 3-2: Distribución de tensión en ULS en la sección crítica de miembros flexionados fortalecidas.

3.2.2

Concepto de seguridad con respecto a la situación de diseño accidental A veces se sugiere que el FRP EBR debe servir como refuerzo secundario, por lo que en caso de pérdida accidental del fortalecimiento de FRP, la estructura existente puede todavía seguir apoyando a todas las combinaciones de carga pertinentes sin colapso (total) de la estructura. Esta verificación se basa en una situación de diseño accidental (véase la Sección 3.1.2.5). Si se cumple la condición de diseño accidental, seguridad estructural se maximiza con respecto a pérdida de la armadura adherente externamente. En este caso, las consideraciones de diseño especiales tales como el vandalismo, el impacto o incendios son por lo general ya no de preocupación, o son de menor importancia importancia. Por otro lado, se puede argumentar que la situación de diseño accidental restringe la aumento de fuerza máxima, mientras que hay pruebas suficientes como para confiar en el exterior refuerzo FRP unido no sólo como refuerzo secundario. En este caso, la atención adicional se debe prestar a las consideraciones especiales de diseño antes mencionados. En cualquier caso, el aumento de la fuerza de reforzarse adecuadamente diseñado miembros pueden ser limitada no sólo por el ULS, sino por los SLS y los requisitos de ductilidad así. Puede ser que los últimos requisitos rigen el aumento máximo de la fuerza en lugar de lo accidental situación de diseño.

3.3

Ductilidad

Generalmente, la ductilidad a la tracción de un miembro de flexión reforzado o disminuye con respecto al miembro no reforzado. Este será el caso especialmente para prematuro fracasos de desunión y altas relaciones de fortalecimiento, como pequeñas cepas de FRP y, por tanto, pequeña deformaciones o curvaturas se obtienen en último. Para garantizar la ductilidad suficiente de miembros flexionados fortalecidas, el acero interno debe producir lo suficiente al fracaso, es decir, la curvatura (o desviación) en última instancia debe ser grande Suficiente. Con respecto a este tema, EC2, Sección 2.5.3.4.2 (5) (CEN 1991) da la siguiente limitación de la profundidad de la zona de compresión en última:

0,45 para los tipos de hormigón C35 / 45 o menores 0,35 para los tipos de hormigón superiores a C35 / 45

(3-4)

donde = x / d, con x la profundidad de la zona de compresión y la profundidad d de viga eficaz.

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Basado en eq. (3-4) y la fig. 3-2, con lo último cu cepa concreta = 0,0035 y h / d 1.1, el siguiente requisito se puede formular, en términos de la tensión mínima en FRP final:

fu, c fu, c

0.0050 0.0075 -

o o

para los tipos de hormigón C35 / 45 o menores para tipos concretos superiores a C35 / 45

(3-5)

con fu, c la cepa FRP en la sección crítica al final. En términos de una cepa mínima en el refuerzo de acero interno en definitiva, eq. (3-4) se corresponde con:

su, c su, c

0,0043 para los tipos de hormigón C35 / 45 o menores 0,0065 para tipos concretos superiores a C35 / 45

(3-6)

donde su, c es la cepa de acero en la sección crítica al final. Basado en grado de acero S500 (Característica yk cepa rendimiento = 0,0025), esto significa que la cepa de acero Do, c debe ser igual a menos 1,7 o 2,6 veces el rendimiento de deformación. Por lo tanto, el índice mínimo de ductilidad de curvatura puede ser aproximar como: , Min , Min

1,7 para el acero S500 y los tipos de hormigón C35 / 45 o menor 2,6 para el acero S500 y tipos de hormigón superiores a C35 / 45

(3-7)

donde es igual a la curvatura en la insuficiencia u dividido por la curvatura en el límite elástico y. Para la tracción miembros, las cepas en definitiva deben cumplir la condición dada en la ecuación. (3-6). La cantidad de acero interno debe cumplir con el mínimo especificado en el capítulo 7, es decir, que el refuerzo de acero se dispone de suficiente para evitar rotura frágil a primera agrietamiento, incluso en ausencia de la EBR FRP. Finalmente, se puede observar que el aumento de la ductilidad puede ser obtenida por medio de confinamiento (Capítulo 6). Si el diseño del miembro de flexión o tracción reforzado se rige por ejemplo, el SLS, la cantidad de FRP proporcionado a la estructura puede ser considerablemente más alto que lo que se necesita para los ULS. En este caso, puede ser difícil de cumplir la condición ductilidad mientras todavía alta se obtienen los factores de seguridad entre el actuar (S) y la resistencia a (R) carga de diseño en ULS (Por lo tanto también un alto factor de seguridad entre la carga de trabajo y la carga de diseño resistir). En el R 1.2S caso, la condición de la ductilidad ya no debe ser cumplida.

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4

Fortalecimiento a la flexión

4.1

General

Elementos de hormigón armado, tales como vigas y columnas, pueden ser fortalecidos en flexión mediante el uso de materiales compuestos FRP-epoxi unido a sus zonas de tensión, con la dirección de fibras paralelas a la de los esfuerzos de tracción altos (eje miembro). El concepto se ilustra en la Fig. 4-1, que también muestra una aplicación práctica. El análisis para el estado límite último en flexión para tales elementos pueden seguir procedimientos bien establecidos para hormigón armado estructuras, siempre que: (a) la contribución de refuerzo FRP externa se tiene en dar cuenta adecuadamente; y (b) una consideración especial se da a la cuestión de la unión entre el de hormigón y la FRP. En el siguiente se hace referencia a los miembros de hormigón armado reforzado con unido externamente FRP refuerzo a la tracción. En la Sección 4.8 también se hace referencia a hormigón pretensado, EBR en compresión y EBR FRP pretensado.

Fig. 4-1: Fortalecimiento a la flexión de vigas RC con tiras de CFRP.

Curvas tensión-deformación idealizadas para hormigón, acero y FRP se presentan en la Fig. 3-1. Estas curvas, junto con el supuesto de que el deslizamiento en la interfaz hormigón-FRP pueden estar ignorado (una suposición que se justifica para la mayoría de los adhesivos estructurales aplicado en espesores en el orden de 1,0-1,5 mm, en el que los fenómenos caso viscoelásticas, tales como axial y creep interlaminar al cizallamiento así como la relajación, son insignificantes), forman la base para el último fuerza el análisis del estado límite de elementos de hormigón reforzado en flexión. Central para la El análisis de estos elementos es la identificación de todos los posibles modos de falla. Estos son se describe a continuación, tras una breve presentación del efecto de carga que actúa inicial sobre la miembros en el momento de fortalecimiento.

4.2

Situación inicial

El efecto de la carga inicial antes de fortalecimiento debe ser considerado en el cálculo del miembro fortalecido. Basado en la teoría de la elasticidad y con el servicio de Mo momento (no se aplican factores de seguridad de carga) que actúa sobre la sección crítica RC durante el fortalecimiento, la distribución de la deformación de la pieza se puede evaluar. Como Mo es típicamente mayor que el momento de fisuración Mcr, el cálculo se basa en una sección fisurada (Fig. 4-2).

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Si Mo es menor que Mcr, su influencia en el cálculo del miembro reforzado puede fácilmente ser descuidado.

Fig. 4-2: Situación inicial.

Sobre la base de la sección agrietada transformada, el neutro xo profundidad eje puede ser resuelto a partir de: 12

(

bx o

s Un s1 (d

1) A s 2 (x o d2)

s

xo)

(4-1)

2 dónde

= Es / Ec. La cepa concreta

s

co

en la parte superior de la fibra se puede expresar como:

Moxo E c I co

co

(4-2)

donde Io2 es el momento de inercia de la sección fisurada transformado: bx 3 Yo O2

o 3

(

s

1) A s 2 (x o d2) 2

xo) 2

s Un s1 (d

Sobre la base de la compatibilidad cepa, la cepa concreta derivados como: h xo

o

(4-3)

en la fibra extrema tensión puede ser

oco

(4-4)

xo

Esta cepa es igual a la tensión axial inicial en el nivel de la FRP EBR, necesaria para la Evaluación del miembro fortalecido.

4.3

Modos de fallo - estados límite últimos

Los modos de fallo de un elemento de hormigón armado reforzadas en flexión con el exterior refuerzo FRP unido se puede dividir en dos clases: (a) aquellos en los que composite completa acción de hormigón y FRP se mantiene hasta que el hormigón alcanza aplastamiento en compresión o el FRP falla en la tensión (tales modos de falla también se pueden caracterizar como "clásica") y (B) aquellos en los que la acción compuesta se pierde antes de la clase (a) el incumplimiento, por ejemplo, debido a la peladura-off de la FRP. Una breve descripción de cada modo de falla es la siguiente: 28

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4.3.1

Acción compuesta completa Acero la fluencia seguido por trituración de hormigón

La resistencia a la flexión puede ser alcanzado con rendimiento de la armadura de acero a la tracción seguido por aplastamiento del hormigón en la zona de compresión, mientras que el FRP está intacto. Acero la fluencia seguido por fractura FRP Para relativamente bajas proporciones de acero y FRP, el fracaso a la flexión se puede producir con rendimiento de el acero de refuerzo a la tracción seguido por fractura a la tracción del FRP. Trituración de hormigón Para relaciones relativamente altas de refuerzo, fallo del elemento RC puede ser causada por trituración compresión del hormigón antes de que los rendimientos de acero. Este modo es frágil y ciertamente indeseable. El FRP es en este caso de poca utilidad, y los medios de aumentar la capacidad de compresión del hormigón debe ser considerado (por ejemplo confinamiento). Detallado tratamiento de los tres modos de fallo anteriores se puede encontrar en Triantafillou y Plevris (1992) y Matthys (2000).

4.3.2 4.3.2.1

La pérdida de la acción compuesta Modos de fallo de desunión y de renta fija

Bond es necesario transferir fuerzas desde el hormigón en el FRP, por lo tanto fallo de la unión modos han de tenerse en cuenta correctamente. Insuficiencia Bond en el caso de EBR implica la pérdida completa de la acción mixta entre el hormigón y el refuerzo de FRP, y se produce en la interfaz entre el EBR y el sustrato de hormigón. Por otra parte, localizada desunión, Significa un fallo local en la zona de unión entre el hormigón y EBR. En este caso la reducción de la resistencia de la unión entre el hormigón y el refuerzo FRP se limita a un área pequeña, por ejemplo, una pérdida de longitud de enlace de 2 mm junto a una grieta en un miembro de la flexión. Desunión tanto localizada no es en sí un modo de fallo que sin duda causará una pérdida de la capacidad de carga de un miembro de la EBR. Cuando localizada se propaga de desunión, y la acción compuesta se pierde de tal manera que la FRP refuerzo no es capaz de soportar cargas más, este fracaso se llama pelado-off. Si no redistribución de la tensión del refuerzo FRP unidas externamente a la incrustado refuerzo es posible, peeling-off será un fallo repentino y quebradizo. Insuficiencia Bond puede ocurrir en diferentes interfaces entre el hormigón y el FRP refuerzo, como se describe a continuación (véase también la Fig. 4-3).

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desunión: hormigón en concreto entre el hormigón y el adhesivo

adhesivo

en adhesivo FRP refuerzo entre el adhesivo y FRP

Fig. 4-3: Diferentes interfaces para fallo de la unión.

De desunión en el hormigón cerca de la superficie o a lo largo de una capa debilitada, por ejemplo, a lo largo de línea de la armadura de acero incrustado (Fig. 4-4) línea de desunión largo refuerzo embebido hormigón desunión línea cerca de la superficie

incrustado reforzamiento adhesivo FRP refuerzo

Fig. 4-4: Diferentes líneas de desunión en el hormigón.

De desunión en el adhesivo (fallo de cohesión) Como la resistencia a la tracción y resistencia al cizallamiento de la (resina epoxi) de adhesivo es generalmente más alta que la a la tracción y resistencia al corte de hormigón, insuficiencia ocurrirá normalmente en el hormigón. En este caso una fina capa de hormigón (unos pocos milímetros de espesor) se mantendrá en el refuerzo de FRP. Desunión puede ocurrir a través del adhesivo sólo si su fuerza cae por debajo de la del hormigón (Por ejemplo, a altas temperaturas o cuando la resistencia del hormigón es inusualmente alta). Desunión en las interfaces entre el hormigón y el adhesivo o adhesivo y FRP (Fallo de la adhesión) Fallas de adhesión en las interfaces entre el hormigón y el adhesivo o adhesivo y FRP voluntad sólo se producen si hay preparación de la superficie insuficiente durante el proceso de solicitud de FRP, porque la fuerza de cohesión de las resinas epoxi es menor que la fuerza de adhesión. Desunión dentro del FRP (insuficiencia cizalla interlaminar) Debido a que el FRP es un material compuesto en sí, de desunión puede producirse también dentro de la FRP entre las fibras y resina. Este mecanismo de fallo, como puede ser explicado por fractura la mecánica, se producirá una vez que la propagación de grietas en el FRP es energéticamente más conveniente que en el hormigón. Este podría ser el caso con hormigones de alta resistencia. Sin embargo, fallo interlaminar es un modo de fallo secundario, que se produce después de la fractura de bonos tiene

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iniciado en el hormigón, y, por lo tanto, por lo general no determina la fuerza de unión. No existen más elaboración se da aquí.

4.3.2.2

Comportamiento Bond

El comportamiento de la unión entre FRP unidas externamente y concreto puede ser analizado en las pruebas de bonos, como el que se ilustra en una forma simplificada en la figura. 4-5.

longitud de enlace lb deslizarse sf

FRP adhesivo

NF hormigón

Nc NF

Fig. 4-5: (. Ej Zilch et al 1998, Bizindavyi y Neale 1999) Prueba de bonos simplificado.

Una distribución típica de las tensiones de corte a lo largo de la longitud del enlace para diferentes niveles de carga es se muestra en la Fig. 4-6 por un plato CFRP 50 mm de ancho y 1,2 mm de espesor, con una longitud de enlace de 250 mm. Por niveles de carga bajos los esfuerzos de corte se concentran principalmente cerca del final cargado, pero según aumenta la carga que se mueven hacia el extremo sin carga. A diferencia de la prueba de bonos simplificado, la distribución exacta en el caso de un miembro de flexión reforzado está influenciada también por la tensiones normales perpendiculares al área de unión, que son causadas por los efectos de flexión.

esfuerzo cortante vínculo b (MPa) 10,0 F = 10 kN F = 20 kN F = 25 kN

8,0

F = 27,5 kN F = 27,4 kN (después de Fu) 6,0

4,0

2,0

0,0 0

50

100

150

200

250

longitud de enlace (mm) Fig. 4-6: Distribución de esfuerzos cortantes a lo largo de la longitud del enlace (Zilch et al., 1998).

El comportamiento de la unión entre el hormigón y el refuerzo se puede caracterizar por la relación de cizalla-deslizante. Esto se relaciona el esfuerzo cortante que se transfiere a nivel local entre de hormigón y el refuerzo para el desplazamiento, que es el resbalón, Entre los dos materiales. 31

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Relaciones Shear-slip para diferentes tipos de refuerzo se muestran en la Fig. 4-7. El vínculo de la EBR es muy rígido en comparación con la unión de barras de acero deformadas incrustados, pero la carga total la capacidad de la unión es mucho más baja (el área bajo la curva de la Fig. 7.4 indica la energía, que puede tener en el refuerzo de bonos). La diferencia en las características de los bonos influye en la división de la fuerza de tracción en el incrustado y el FRP unido externamente refuerzo. Para fines de diseño, el comportamiento de cizallamiento de deslizamiento se puede simplificar y modelada según a diversos grados de complejidad. Como ejemplo, el modelo de Holzenkämpfer (1994) es se muestra en la Fig. 4-8, para una resistencia a la tracción del hormigón de fctm = 2 MPa.

esfuerzo cortante vínculo b (MPa) 10

barra de acero incrustado 12 mm (deformado)

8 Placa de CFRP tf = 1.2 mm 6

4

2

barra de acero incrustado (Liso)

12 mm

0 0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

deslizarse sf (mm) Fig. 4-7: Shear estrés - las relaciones de deslizamiento para los diferentes tipos de refuerzo (Zilch et al., 1998).

esfuerzo cortante vínculo b (MPa) 8

Holzenkämpfer 6

fctm = 2 MPa

f1

4

energía de fractura Gf sfo

2

0 0.00

0.10

sf1

0.20

0.30

0.40

deslizarse sf (mm)

Fig. 4-8: Modelos para el esfuerzo cortante - las relaciones de deslizamiento de EBR (Holzenkämpfer 1994).

Bond modelos tales como los descritos anteriormente pueden utilizarse para el cálculo de las fuerzas de anclaje, formación de grietas etc.

4.3.2.3

El comportamiento de los miembros de Bond RC fortaleció con FRP

32

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La mayoría de los fracasos observados en las pruebas de los miembros de flexión RC con EBR son causados por peeling fuera del elemento de EBR. Como se mencionó anteriormente, el punto más débil de la unión entre el EBR y el hormigón se encuentra en la capa de hormigón cerca de la superficie. Por lo tanto en la siguiente que deberá concentrarse en los modos de fallo de bonos relacionados con la superficie de concreto. Dependiendo de la partida punto del proceso de desunión, los siguientes modos de fallo se puede identificar (Figura 9.4.):

Fig. Modos de fallo de Bonos de una pieza de hormigón con EBR (Blaschko et al., 1998): 4-9.

Modo 1: pelar-off en una zona de anclaje no fisurado El FRP puede despegar fuera de la zona de anclaje como consecuencia de la fractura de cizalla de bonos a través de la hormigón. Modo 2: pelar-off causado en grietas de flexión Flexión grietas (verticales) en el hormigón pueden propagar horizontalmente y por lo tanto causa pelado-off de la FRP en regiones alejadas de anclaje. Modo 3: pelar-off causado en grietas de cizalla Cizallamiento agrietamiento en el hormigón generalmente resultados en ambos apertura horizontal y vertical, que puede conducir a la FRP pelado-off. Sin embargo, en los elementos con suficiente interna (y externo) refuerzo de corte (así como en losas) el efecto de la apertura de fisura vertical en pelado-off es insignificante Modo 4: peeling-off causada por la irregularidad de la superficie de hormigón La irregularidad o rugosidad de la superficie de hormigón pueden resultar en pérdida de adherencia localizada de el FRP, que puede propagar y causar descamación-off.

4.3.2.4

Falla de corte final FRP

Las pruebas realizadas por varios investigadores, por ejemplo, (Oehlers y Moran 1990, Jansze 1997), han indicado que cuando las placas unidas externamente se detienen en una cierta distancia de los soportes (como es típicamente 33

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el caso en el fortalecimiento de las aplicaciones) una grieta casi vertical podría iniciar a finales de placa (Fin grieta placa) y luego crecer como grietas de cizalla inclinada (Fig. 4-10 izquierda). Sin embargo, por virtud de estribos internos, la grieta de cizalla puede ser detenido y la placa aglomerada en separó de lo concreto a nivel del refuerzo longitudinal en forma de desprendimiento (Fig. 410 derecha). El modo de fallo último también se llama concreto estafa. Ambos mecanismos de fallo se activará cuando el esfuerzo cortante máximo cerca del final placa alcanza un valor crítico.

la

L

Fig. 4-10: falla de corte de placa de extremo FRP.

Un tratamiento más detalle de los mecanismos de fallo descritos anteriormente se da en el la sección siguiente.

4.4

Análisis de ULS

4.4.1

Acción compuesta completa

4.4.1.1

Acero la fluencia seguido por trituración de hormigón

De acuerdo con el rendimiento de acero / modo de fallo de trituración de hormigón, que es la más deseable, el fracaso de la sección transversal crítico se produce por fluencia del acero a la tracción refuerzo seguido por trituración de hormigón, mientras que el FRP está intacto. El diseño de flexión momento de la sección transversal reforzado se calcula con base en los principios de diseño de RC (ver Fig. 4-11). En primer lugar, la profundidad eje neutro, X, se calculó a partir de la cepa y la compatibilidad interna forzar el equilibrio, y luego el momento de diseño se obtiene por momento de equilibrio. Los análisis debe tener en cuenta que el elemento RC puede no estar completamente descargada cuando fortalecimiento lleva a cabo, y por lo tanto una o cepa inicial en la tracción de la fibra extrema (ver Fig. 411) debe ser considerado.

La capacidad de momento de diseño de plegado se puede calcular en base a lo siguiente: Cálculo de la profundidad eje neutro, x: 0.85 f cd bx A s 2 E s dónde

s2

Una km S1f Un fu f EF

(4-5)

que no exceda FYD)

(4-6)

= 0,8 y x d2 (Es

s2cu

s2

X

F

cu

hx X

(4-7) 34

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Diseño flexión capacidad de momento: Una km S1f d Gx

M Rd dónde

G

Af Ef

F

Gx

h

Un s2 E ss2

Gx

(4-8)

d2

= 0,4.

b

0.85fcd

c = cu = 0,0035

As2Es

d2

s2

s2

Gx

X

As2 d h

As1 As1fyd s1

tf

Afef

F

Af F

bf (La)

(B)

(C)

Fig. 4-11: Análisis de sección transversal para el estado límite último en flexión: (a) la geometría, (b) la distribución de la tensión y (c) distribución de la tensión.

Para las ecuaciones dadas anteriormente sean válidas, los siguientes supuestos deben revisarse: (A) rendimiento de refuerzo de acero a la tracción y (b) esfuerzo de la FRP se limita a la deformación última, fud:

4.4.1.2

s1

cu

dx X

F

cu

hx X

km f (4-9)

Es

fud

(4-10)

Acero la fluencia seguido por fractura FRP

El modo de fallo que implica acero rendimiento fractura / FRP es teóricamente posible. Sin embargo, es bastante probable que prematura desunión FRP precederá a la fractura y FRP por lo tanto, este mecanismo no se activará. En aras de la exhaustividad, podemos decir aquí que el análisis de este mecanismo se puede hacer a lo largo de las líneas de la sección anterior.

35

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Las ecuaciones (5.4) - (4-8) siguen siendo válidas, con las siguientes modificaciones: cu se sustituye por c; reemplazado por fud; y G son proporcionados por las siguientes expresiones:

1000

c

0.5

1000 12

c

para

c

F es

0,002 (4-11)

2 3000

1

para 0.002

c

0.0035

c

8 1000 c 4 6 1000 c

para

c

0,002 (4-12)

G

1000 c 3000 c 4 2 2000 c 3000 c 2

4.4.2

para 0.002

c

0.0035

La pérdida de la acción compuesta Peeling-off causado en grietas de cizalla

4.4.2.1

Grietas cortante en elementos de hormigón se inclinan, y se asocian con tanto horizontal, w, y vertical, v, la apertura de desplazamientos, debido principalmente a la espiga de enclavamiento agregada y mecanismos de acción. En analogía a lo que se describe en la Sección 4.3.2.3, la horizontal romper la apertura de desplazamiento puede resultar en descamación-off. Pero la apertura de la grieta vertical desplazamiento puede causar descamación-off demasiado, ya que induce tensión directa en la capa de hormigón entre el FRP y el acero de refuerzo longitudinal incorporado (Fig. 4-12). Si pelado-off iniciará o no en este caso (para un desplazamiento de apertura grieta horizontal dada) depende de un número de parámetros, incluyendo las siguientes (Triantafillou y Plevris 1992): (A) la grieta vertical abrir el desplazamiento; (B) la flexión y la rigidez al cizallamiento de la FRP; y (C) la resistencia a la tracción del hormigón. Peeling-off causado en las grietas de cizalla no se ha cuantificado en detalle adecuado por la investigación comunidad todavía (un modelo de vínculo apropiado aún no se ha desarrollado). El modelo de Deuring (1993) es probablemente la más completa a partir de la fecha, pero es bastante complicado aplicar. En un estudio relativamente reciente Blaschko (1997) propuso que pelar-off en las grietas de cizalla se puede prevenir mediante la limitación de la fuerza de cizallamiento que actúa para la resistencia al corte VRD1 de RC miembros sin armadura de cortante (Eurocódigo 2 enfoque) con la siguiente modificación para la resistencia al corte característico de hormigón Rk y la longitudinal equivalente relación de refuerzo eq:

1 / ck 0.15f 3 Rk

(4-13)

Ef Como Af Es eq

(4-14) bd

En caso de que la capacidad de corte de diseño cae por debajo de los requeridos, un medio apropiado de cizallamiento fortalecimiento debe ser proporcionada. 36

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tensiones normales

Fig. 4-12: Peeling-off causado en las grietas de cizalla.

En base a los resultados experimentales (grados concretos C25 / 30 a C30 / 37, CFRP prefabricada sobre mojado Tipo de lay-up), Matthys (2000) ha derivado una resistencia al cizallamiento VRP = Rpbd, con una característica valor de la resistencia al corte Rk = 0,38 + 151 eq (MPa).

4.4.2.2

Peeling-off en el anclaje extremo y en grietas de flexión

El tratamiento de peeling-off en el anclaje extremo y en grietas de flexión se puede hacer de acuerdo con diversos enfoques, que se describen brevemente a continuación. Detallado tratamiento de estos enfoques se presenta en el Apéndice de este capítulo. Verificación de anclaje final, limitación tensión en la FRP Este enfoque implica dos pasos independientes: primero, el anclaje final debe ser verificada basado en el esfuerzo cortante - deslizarse ley constitutiva en la interfase FRP hormigón. Entonces una cepa limitación se debe aplicar en el FRP para asegurar que la falta de bonos lejos del anclaje será impedido. Cabe destacar que este procedimiento se ha seguido en una serie de proyecto de diseño directrices hasta ahora, principalmente debido a su simplicidad. Sin embargo, representa una simplificación de crudo del comportamiento real, como la cepa FRP correspondiente para unir el fracaso no es un valor fijo pero que depende de una serie de parámetros, incluyendo la relación momento-de cizallamiento, la cepa en el acero interna y la distribución de grietas. Verificación de acuerdo con la línea envolvente de tensiones de tracción en el FRP En este enfoque pelado-off es tratado de una manera unificada tanto en el anclaje final y al cualquier punto a lo largo de la interfaz de FRP hormigón basa en el esfuerzo cortante interfaz -slip ley y la línea envolvente de esfuerzos de tracción en el FRP (Niedermeier 2000). La principal ventaja de este enfoque es que la peladura-off en el extremo y en grietas de flexión se trata con la misma modelo, mientras que la principal desventaja es su complejidad, que hace que sea difícil de aplicar como una modelo práctico de ingeniería.

Verificación de anclaje extremo y de la transferencia de la fuerza en el / interfaz concreta FRP Según el tercer enfoque (Matthys 2000), dos pasos independientes deben estar seguido (como en la primera). En el primero, el anclaje final debe ser verificada basa en la esfuerzo cortante - deslizarse ley constitutiva en la interfase FRP concreto. Y en el segundo lo que debería 37

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se verificó que el esfuerzo de corte a lo largo de la interfaz, estimado a partir de equilibrio simplificado condiciones, se mantiene por debajo de un valor crítico (la resistencia al corte de hormigón). Una desventaja de este enfoque es el tratamiento de la misma - en principio - fenómeno (peeling-off en el FRP extremo y lejos de ello) con diferentes modelos y otra es que se basa en un estrés distribución para un haz homogéneo, sin fisuras. Sin embargo, una ventaja importante es la simplicidad de aplicación en problemas prácticos.

4.4.2.3

Termine el fracaso de cizalla

Jansze (1997) empleó el lapso de cizalla ficticia concepto, se ilustra en la Fig. 4-13, para calcular la resistencia a cortante de vigas chapados a lo largo de las líneas del Código Modelo (CEB 1993).

la (La)

d

s

corriente alterna

Modelado analogía la

aL d

L

(B)

s F

Fig. 4-13: (a) Concepto del span cizalla ficticio y (b) el modelado analogía para el análisis de cizalla FRP-end fracaso.

Las ecuaciones resultantes se resumen a continuación: Rd bd

VSD VRd

Rd

aL

0,15 3 3

4

d 1 aL

(4-15) 200 d

3 100

s f ck

(4-16)

2

1

s

DL3

(4-17)

s

38

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a> L + d, aL