Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP
Abstract
El uso de las barras de FRP ha ido ganando popularidad en la ingeniería estructural, por su naturaleza no corrosiva, principalmente en ambientes severos con resultados satisfactorios en servicio.Las barras de FRP están disponible en el mercado con diferentes tipos de fibras, así como diferentes resinas o matrices, que se pueden clasificar en termoestables o termoplásticas. Las resinas más habituales son termoestables, que no se pueden reutilizar siendo así el impacto medioambiental mayor. A diferencia, las resinas termoplásticas, menos conocidas y que se estan introduciendo en la actualidad en el sector de la construcción, se pueden reciclar y permiten el doblado de la barra una vez ha curado la resina, por lo que tienen un gran potencial. Las barras de FRP han sido estudiadas como refuerzo externo desde los años 90. En la actualidad existen investigaciones que tienen por objetivo estudiar el uso de armaduras FRP para elementos estructurales, una de estas es el proyecto de investigación del Plan Nacional Straduravius, coordinado por la Universidad Politécnica de Catalunya y en el que participa la Universidad de A Coruña, en el que se enmarca este trabajo, que tiene como objetivo el estudio del comportamiento a flexión de elementos con armadura de FRP activa y pasiva. Este trabajo se centra en el estudio del comportamiento estructural de elementos armados y pretensados con barras de FRP, utilizando resinas termoestables y termoplásticas. Las campañas experimentales planteadas en este trabajo investigan el comportamiento estructural de vigas analizando la influencia de ciertas variables, como son el tipo de resina y la cuantía de armadura. Los resultados obtenidos en este trabajo se reflejan en las cargas últimas, la relación carga-deformación, así como en la relación carga-deformación obtenida.
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Trabajo realizado por: Sara Tamames Soriano Dirigido por: Dra. Eva Oller Ibars Dr. Antonio Ricardo Mari Grado en: Ingeniería de Obras Públicas Barcelona, 15 de setiembre del 2021 Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental TREBALL FINAL DE GRAU Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 1 Agradecimientos A mis padres y familia por todo el cariño y esta oportunidad, a mi pareja por la paciencia y a mis amigos por los buenos momentos. A la Universidad Politécnica de Cataluña por estos años de crecimiento y en especial a la tutora de este TFG: Dra.Eva Oller por esta oportunidad y todas las enseñanzas. Al Dr. Nikola Tosic y Galo Ortiz, por sus enseñanzas, consejos y motivación. También al personal de laboratorio de tecnología de estructuras y materiales, por toda la ayuda y ganas que han puesto en esta tesis, en especial a Carlos.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 2
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 3 Resumen En el campo de la ingeniería estructural y de la construcción, el acero es el material por excelencia para uso como armado en estructuras de hormigón. Los problemas de corrosión del acero que aceleran el deterioro del hormigón, junto con el desarrollo de la industria; han planteado la posibilidad de nuevos materiales con mejores propiedades físico-químicas, como las barras de polímeros reforzados con fibras FRP. El uso de las barras de FRP ha ido ganando popularidad en la ingeniería estructural, por su naturaleza no corrosiva, principalmente en ambientes severos con resultados satisfactorios en servicio.Las barras de FRP están disponible en el mercado con diferentes tipos de fibras, así como diferentes resinas o matrices, que se pueden clasificar en termoestables o termoplásticas. Las resinas más habituales son termoestables, que no se pueden reutilizar siendo así el impacto medioambiental mayor. A diferencia, las resinas termoplásticas, menos conocidas y que se estan introduciendo en la actualidad en el sector de la construcción, se pueden reciclar y permiten el doblado de la barra una vez ha curado la resina, por lo que tienen un gran potencial. Las barras de FRP han sido estudiadas como refuerzo externo desde los años 90. En la actualidad existen investigaciones que tienen por objetivo estudiar el uso de armaduras FRP para elementos estructurales, una de estas es el proyecto de investigación del Plan Nacional Straduravius, coordinado por la Universidad Politécnica de Catalunya y en el que participa la Universidad de A Coruña, en el que se enmarca este trabajo, que tiene como objetivo el estudio del comportamiento a flexión de elementos con armadura de FRP activa y pasiva. Este trabajo se centra en el estudio del comportamiento estructural de elementos armados y pretensados con barras de FRP, utilizando resinas termoestables y termoplásticas. Las campañas experimentales planteadas en este trabajo investigan el comportamiento estructural de vigas analizando la influencia de ciertas variables, como son el tipo de resina y la cuantía de armadura. Los resultados obtenidos en este trabajo se reflejan en las cargas últimas, la relación cargadeformación, así como en la relación carga-deformación obtenida. Palabras clave: Barras FRP, ensayos a flexión, resina termoplástica, resina termoestable, armadura FRP activa, armadura FRP pasiva.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 4 Abstract In the field of structural engineering and construction, steel is the material par excellence for use as reinforcement in concrete structures. However, the problems of expansive corrosion of steel that accelerate the deterioration of concrete, along with the development of the industry; have raised the possibility of new materials with superior physico-chemical properties, such as FRP fiber-reinforced polymer bars. The use of FRP bars has been gaining popularity in the civil engineering community, due to its non-corrosive nature, mainly in harsh environments with satisfactory results in service, FRP bars are available on the market in different types of fibers, depending on the fiber material as well as the material of the resin or matrix, from the latter the materials can be classified into thermosets or thermoplastics; thermosetting resins cannot be reused, thus the greater environmental impact, unlike thermoplastic resins, less known, which can be reused. FRP bars have been studied as external reinforcement since the 90s, currently there are investigations that aim to study the use of FRP reinforcements for structural elements, one of these is the research project of the Straduravius National Plan, coordinated by the Polytechnic University of Catalonia and the University of A Coruña, in which this work is framed, which aims to study the bending behavior of elements with active and passive FRP reinforcement. This work focuses on the study of structural behavior through two experimental campaigns. The experimental campaigns planted in this work investigate the structural behavior of beams reinforced with FRP bars, by analyzing the influence of certain variables, such as the type of resin and the amount of reinforcement. The results obtained in this work are reflected in the ultimate loads, the load-deformation relationship, as well as the load-displacement relationship obtained. Keywords: FRP bars, bending tests, thermoplastic resin, thermosetting resin, active FRP reinforcement, passive FRP reinforcement.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 5 Índice general Agradecimientos ........................................................................................................................... 1 Resumen ........................................................................................................................................ 3 Abstract ......................................................................................................................................... 4 Índice general ................................................................................................................................ 5 Índice de figuras ............................................................................................................................ 7 Índice de tablas ........................................................................................................................... 11 1. Introducción ........................................................................................................................ 12 Antecedentes y problemática ..................................................................................... 12 Objetivos ..................................................................................................................... 12 Objetivos específicos ........................................................................................................... 12 Metodología ................................................................................................................ 13 2 Estado del conocimiento ..................................................................................................... 14 FRP (Polímeros reforzados con fibras) ........................................................................ 14 Fibras ................................................................................................................................... 15 Matriz o resina .................................................................................................................... 17 Comportamiento mecánico ................................................................................................ 19 Uso como material estructural.................................................................................... 23 Antecedentes de armaduras pasivas de FRP ...................................................................... 25 Antecedentes de armaduras activas de FRP ....................................................................... 26 Antecedentes de estudio en la Universidad Politécnica de Cataluña ......................... 27 Caracterización del material - Ensayos de Pull-out ............................................................. 27 Conclusiones del estado del conocimiento ................................................................. 29 3 Campañas experimentales .................................................................................................. 30 Objetivos de las campañas experimentales ................................................................ 30 Objetivos específicos de la campaña experimental de ensayos a flexión de vigas armadas con barras FRP ..................................................................................................................... 30 Objetivos específicos de la campaña experimental de ensayos a flexión de vigas pretensadas con barras FRP ................................................................................................ 31 Definición de las campañas ......................................................................................... 31 Campaña experimental a flexión de vigas con armadura pasiva de FRP ............................ 31 Campaña experimental a flexión de vigas con armadura activa de FRP ............................. 35 Fabricación de las vigas de la campaña experimental con armadura pasiva.............. 41 Caracterización de los materiales de la campaña de armadura pasiva de FRP .......... 44
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 6 Hormigón ............................................................................................................................. 44 Armaduras pasivas .............................................................................................................. 48 Ensayos a flexión con armadura pasiva de FRP........................................................... 54 Configuración del ensayo .................................................................................................... 54 Instrumentación .................................................................................................................. 56 Instrumentos utilizados ....................................................................................................... 61 Proceso de ensayo de armadura pasiva de FRP. ......................................................... 68 Ciclos de carga ..................................................................................................................... 68 Observaciones durante el ensayo ....................................................................................... 69 4 Resultados y análisis de resultados de la campaña de armadura pasiva de FRP ................ 82 Grupo 1 ........................................................................................................................ 82 Carga última ........................................................................................................................ 82 Carga – Desplazamientos .................................................................................................... 83 Carga – Deformaciones ....................................................................................................... 91 Grupo 2 ........................................................................................................................ 97 Carga última ........................................................................................................................ 97 Carga – Desplazamientos .................................................................................................... 98 Carga – Deformaciones ..................................................................................................... 105 Conclusiones de los resultados ................................................................................. 111 5. Conclusiones...................................................................................................................... 112 5. 1 Futuras líneas de investigación ...................................................................................... 113 6. Bibliografía ........................................................................................................................ 114
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 7 Índice de figuras Figura 1. Clasificación de los materiales Compuestos - Analysis and performance of fiber composites. D. AGARWAL y J. BROUTMAN, (1990) .................................................................... 14 Figura 2. Grafico comparativo resistencia tracción en fibras - FIB Bull40................................... 15 Figura 3. Grafica comparativa Tensión-Deformación de las fibras de Carbono, Aramida y Grafito. Fuente: GIOVANNY, 2021. ........................................................................................................... 20 Figura 4. Tensiones en ensayo de compresión. Fuente: J. HENRÍQUEZ (2018). ......................... 22 Figura 5. Cronología de los códigos y normativas de uso y diseño para armaduras FRP. Fuente: FIB bull 40 .................................................................................................................................... 24 Figura 6. Fotografía realizada insitu del ensayo Pull-out. Fuente: propia .................................. 28 Figura 7. Fotografía del ensayo Pull-out. Fuente: A. MONCAYO (2021) ..................................... 28 Figura 8. Disposición armadura longitudinal de GRFP. Grupo 1. Ensayo armadura pasiva. ....... 32 Figura 9. Disposición armadura longitudinal de Acero. Grupo 1. Ensayo armadura pasiva ....... 33 Figura 10. Disposición armadura longitudinal de GRFP termoestable. Grupo 2. Ensayo armadura pasiva........................................................................................................................................... 33 Figura 11. Disposición armadura longitudinal de GRFP termoplástica. Grupo 2. Ensayo armadura pasiva........................................................................................................................................... 33 Figura 12. Disposición armadura de cortante de Acero. Ensayo armadura pasiva .................... 34 Figura 13. Disposición armadura de cortante de GRFP. Ensayo armadura pasiva ..................... 34 Figura 14. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa. G. ORTIZ, (2020) .......................................................................................................................................... 37 Figura 15. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de acero, fuerza de pretensado 60% fpu. G. ORTIZ, (2020) ........................................................................ 38 Figura 16. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de acero, fuerza de pretensado 60% fpu. Detalle de la armadura de cortante G. ORTIZ, (2020) ............. 38 Figura 17. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de fibra de carbono, con fuerza de pretensado variable (High/Alta 60% fpu; Low/Baja 40% fpu; Null/Nula 0% fpu ). G. ORTIZ, (2020) ........................................................................................................... 39 Figura 18. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de fibra de carbono, con fuerza de pretensado variable (High/Alta 60% fpu; Low/Baja 40% fpu; Null/Nula 0% fpu ). Detalle de la armadura de cortante. G. ORTIZ, (2020) ................................................ 39 Figura 19. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de fibra de vidrio, con fuerza de pretensado variable (High/Alta 60% fpu; Low/Baja 40% fpu; Null/Nula 0% fpu ). G. ORTIZ, (2020) ........................................................................................................... 40 Figura 20. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de fibra de vidrio, con fuerza de pretensado variable (High/Alta 60% fpu; Low/Baja 40% fpu; Null/Nula 0% fpu ). Detalle de la armadura de cortante. G. ORTIZ, (2020) ................................................ 40 Figura 21. Armadura montada de las vigas de armadura pasiva. ............................................... 41 Figura 22. Armadura dentro del encofrada, vigas de armadura pasiva. ..................................... 41 Figura 23. Dosificación del hormigón de la campaña. Fuente: PROMSA .................................... 42 Figura 24. Vertido del hormigón en las vigas con armadura pasiva. .......................................... 42 Figura 25. Curado de las vigas con armadura pasiva. ................................................................. 43 Figura 26. Barras ensayadas para la caracterización de material. Fuente: TFM A.Moncayo 2021 ..................................................................................................................................................... 48 Figura 27. Barras FRP para caracterización del material, con las protecciones en los extremos. Fuente: TFM A.Moncayo 2021 .................................................................................................... 49
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 8 Figura 28. Desprendimiento de la resina en los extremos. Fuente: TFM A.Moncayo.2021 ....... 49 Figura 29. Instrumentación de las barras ensayo de caracterización del material. Fuente: TFM A.Moncayo 2021. ........................................................................................................................ 50 Figura 30. Curva esfuerzo-deformación barras VE-10mm. Caracterización Material. Fuente: TFM A.Moncayo 2021 ......................................................................................................................... 50 Figura 31. Curva esfuerzo-deformación barras VE-13mm. Caracterización Materiales. Fuente: TFM A.Moncayo 2021 ................................................................................................................. 51 Figura 32. Figura 3.14 Curva esfuerzo-deformación barras TP-13mm. Caracterización Materiales. Fuente: TFM A.Moncayo 2021 .................................................................................................... 51 Figura 33. Curva esfuerzo-deformación barras ST-10mm Caracterización Materiales. Fuente: TFM A.Moncayo 2021 ................................................................................................................. 51 Figura 34. Esquema de la situación de la viga ............................................................................. 54 Figura 35. Situación de la viga en el ensayo de armadura pasiva ............................................... 54 Figura 36. Apoyos utilizados en los ensayos de armadura pasiva .............................................. 55 Figura 37. Esquema de la instrumentación de los ensayos ........................................................ 56 Figura 38. Imágenes detalle de los instrumentos utilizados durante los ensayos con armadura pasiva........................................................................................................................................... 57 Figura 39. Definición de las deformaciones ................................................................................ 58 Figura 40. Situación de las Galgas en la armadura. ..................................................................... 58 Figura 41. Diagrama de momentos generados por la carga en la viga ensayada ....................... 59 Figura 42. Diagrama de momentos de la tensión en la barra de la armadura ........................... 59 Figura 43. Esquema del funcionamiento de un temposonic, vista frontal y lateral. .................. 61 Figura 44. Temposonic colocado para el ensayo ........................................................................ 61 Figura 45. Esquema del circuito eléctrico del LVDT. M.MONTERO(2021). ................................. 62 Figura 46. Posición inicial del LVDT y corrientes que se generan. M.MONTERO(2021). ............ 62 Figura 47. Posición núcleo desplazado hacia arriba, en el LVDT. M.MONTERO(2021). ............. 63 Figura 48 Posición núcleo desplazado hacia abajo, en el LVDT. . M.MONTERO(2021). ............ 63 Figura 49. Función transferencia de un LVDT típico. Fuente: R.PALLÁS-ARENY y J. G. WEBSTER. ..................................................................................................................................................... 63 Figura 50. Detalle de la galga extensiométricas. ......................................................................... 64 Figura 51. Puente de Winston completo .................................................................................... 64 Figura 52. Información aportada por el fabricante de las Galgas Extensiométricas. ................. 65 Figura 53. Multiplexor y conversor de datos de analógico a digital ........................................... 66 Figura 54. Máquina de compresión universal ............................................................................. 67 Figura 55. Fisuras Viga 4A10 a 23,6kN. Grupo 1. ........................................................................ 69 Figura 56. Fisuras Viga 4A10 a 46,1 kN. Grupo 1. ....................................................................... 69 Figura 57. Fisuras Viga 4A10 a 49 kN. Grupo 1. ......................................................................... 70 Figura 58. Fisuras Viga 4A10 a 49,4 kN,. Grupo 1. ..................................................................... 70 Figura 59. Fisuras Viga 2V10 a 9,7 kN, Grupo 1. ......................................................................... 71 Figura 60. Fisuras Viga 2V10 a 24,2 kN, Grupo 1. ....................................................................... 71 Figura 61. Fisuras Viga 2V13 a 55,4 kN, Grupo 1. ....................................................................... 72 Figura 62. Fisuras Viga 2V13 a 56,9 kN, Grupo 1. ....................................................................... 72 Figura 63. Fisuras Viga 2V13 a 54,6 kN, Grupo 1. ....................................................................... 73 Figura 64. Fisuras Viga 2T13a a carga de rotura, Grupo 1. ......................................................... 74 Figura 65. Fisuras Viga 2T13b a carga de rotura, Grupo 1. ........................................................ 74 Figura 66. Fisuras Viga 5V10. Grupo 2. ....................................................................................... 75 Figura 67. Fisuras Viga 5V10 (2). Grupo 2. ................................................................................. 75 Figura 68. Fisuras Viga 5V10 a carga de rotura. Grupo 2. ......................................................... 76
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 15 Fibras En este apartado presentaremos 4 tipos de fibras, según FIB Bulletin 40, (2007): - Fibra de Vidrio: filamentos de vidrio, es poco pesada, fácil de moldear, altamente resistente a la corrosión y abrasión, aislamiento eléctrico y tiene una buena relación coste-beneficio. - Fibras de Carbono: el coste de producción de la fibra de carbono es ligeramente superior al de las fibras de vidrio y se ha utilizado en laminados durante más de 30 años para fortalecer la estructura. - Fibras de Aramida: conocidas como fibras de Kevlar, son más resistentes a la tracción, por lo que se utilizan más en cables y haces de varillas, su desventaja es que son menos resistentes a la compresión, pero tienen mejor resistencia al impacto, por lo que se utilizan principalmente en estructuras militares. - Fibras de Basalto: mayor resistencia a la tracción y la resistencia a la rotura son mejor que la fibra de carbono en cuanto a resistencia a la corrosión. También es vital entender que las fibras de vidrio tienen un comportamiento isotrópico, en cambio las fibras de aramida y carbono tienen un comportamiento anisótropo. FIB Bulletin 40, (2007) En la Figura 2 se puede observar una comparación de la resistencia a tracción de las diferentes fibras: Figura 2. Grafico comparativo resistencia tracción en fibras - FIB Bull40
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 16 Las propiedades generales de estas fibras son ver Tabla 1: Tabla 1. Tabla propiedades fibras. Fuente: FIB Bull40 (2007). Las fibras de vidrio son las fibras de refuerzo más utilizadas para las armaduras pasivas y activas. Por ello en este estudio nos centraremos en las fibras de vidrio GFRP, matriz con filamentos de vidrio. El vidrio fundido se puede estirar en filamentos continuos que se agrupan en mechas. Durante la fabricación, las superficies de las fibras se recubren con un "apresto" para mejorar la humectación con la matriz y proporcionar una mejor adherencia entre los componentes. El recubrimiento de las fibras de vidrio se hace con un agente de acoplamiento que proporciona una capa flexible en la interfaz, mejorando la resistencia de la unión y reduciendo el número de huecos en el material. Existen varios tipos de fibras de vidrio, las más comunes están fabricadas de E-glass, S-glass y AR-glass (vidrio resistente a los álcalis). E-glass es el más barato de los vidrios y tiene una amplia aplicación en la industria del plástico reforzado con fibra. S-glass tiene mayor resistencia a la tracción y módulo más alto que el E-glass. Sin embargo, es más caro de fabricar que las fibras de E-glass, hecho que lo hace menos populares que el E-glass. Fibras de vidrio resistentes a los álcalis (AR), que ayudan a prevenir la corrosión por ataque de álcalis en las matrices de cemento, se producen mediante la adición de circonio. En general la resistencia a la tracción de las fibras de vidrio se reduce a temperaturas elevadas, pero puede considerarse constante para el rango de temperaturas a las que pueden exponerse las matrices poliméricas. La resistencia también se reduce con la corrosión química y con el tiempo bajo cargas sostenidas.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 17 Matriz o resina Generalmente, el polímero se denomina sistema de resina durante el procesamiento y se denomina matriz después del curado. La matriz del polímero puede considerarse estructural y protectora y el término resina se usa para referirse a polímeros. La fabricación y el rendimiento de los materiales compuestos se ven afectados fundamentalmente por la resina y su composición química y propiedades físicas. El material de la matriz suele representar el 30-60% del volumen del compuesto polimérico. A nivel estructural, la función principal de la matriz es unir las fibras de refuerzo, transferir y distribuir la carga a las fibras y, al mismo tiempo, proteger las fibras de la erosión ambiental y la abrasión mecánica. Por lo tanto, la elección de la matriz es muy importante al diseñar un sistema compuesto, lo que afectará las propiedades mecánicas y físicas del producto. Hay dos categorías básicas de matrices poliméricas utilizadas en compuestos FRP: resinas termoestables (termosetting) y resinas termoplásticas (termoplastic). Las resinas termoestables son polímeros que se forman irreversiblemente a partir de moléculas poco pesadas. Estos polímeros tienen fuertes enlaces y desarrollan una estructura en red que permite mantener la forma. Si se calientan después de que se hayan curado no se derriten, conservando su forma, hasta que comienzan a descomponerse térmicamente por altas temperaturas. Las resinas termoplásticas son polímeros que no desarrollan enlaces cruzados. Se pueden modificar, ablandar y endurecer repetidamente, sometiéndolos a ciclos de temperatura que alcanzan un valor superior a su temperatura de formación. Resinas termoestables Las resinas termoplásticas del estado sólido se calientan para ser procesadas y vuelven al estado inicial después de que se completa el procesamiento y se enfrían. No sufren ninguna transformación química durante el proceso. Los termoplásticos tienen una alta viscosidad a la temperatura de procesamiento, lo que dificulta el proceso de fabricación. Existen tres tipos de resinas termoestables: - Resinas Epoxy: son una clase de resinas preparadas mediante la polimerización por apertura de anillo de compuestos que contienen un promedio de más de un grupo epoxi por molécula. - Resinas Polyester: fabricado utilizando etilenglicol, éter ortoftálico o ácido isoftálico como diácido saturado y fumárico como diácido insaturado. - Vinyl Ester: son resinas a base de metacrilato y acrilato. La siguiente tabla muestra el rango de algunas de las propiedades de algunas resinas anteriormente explicadas en la Tabla 2:
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 18 Tabla 2. Tabla de propiedades de las resinas termoestables - FIB Bull40 ( 2007) En este trabajo nos centraremos en estudio de las matrices Vinyl Ester: Vinyl Ester son resinas a base de metacrilato y acrilato. Algunas variaciones contienen grupos puente de uretano y éster. Debido a su estructura química, estas resinas tienen menos enlaces cruzados, son más flexibles y tienen mayor tenacidad a la fractura que los poliésteres. Resinas termoplásticas Los compuestos con matrices termoplásticas se puede moldear su forma y reciclar, mediante el calor, las veces que se dese. Los principales polímeros utilizados son: - PEEK (poliéster éter cetona): la resina termoplástica más común para aplicaciones de alto rendimiento. Eso tiene una alta tenacidad a la fractura, que es importante para la tolerancia al daño de los compuestos. PEEK tiene una absorción de agua muy baja (aproximadamente 0,5% en peso) a temperatura ambiente. - PPS (sulfuro de polifenileno): termoplástico con muy buena resistencia química. - PSUL (polisulfona): termoplástico con un alargamiento muy alto hasta la rotura y una excelente estabilidad en condiciones de calor y humedad. La Tabla 3 muestra las propiedades tipo de las tres resinas termoplásticas mencionadas en líneas anteriores. Tabla 3. Tabla propiedades resinas termoplásticas - FIB Bull40 (2007) En este TFG la resina termoplástica con la que se realizarán los ensayos, es la resina Elium de la empresa francesa Arkema 1 , utilizada por la empresa italiana Sireg 2 para fabricar las barras de FRP termoplásticas. 1 https://www.arkema.com/global/en/products/product-finder/product-range/incubator/elium_resins/ 2 https://www.sireggeotech.it/es/prodotti/barras-para-armaduras-en-fibra-de-vidrio/
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 19 Comportamiento mecánico Comportamiento a tracción Para comprender el comportamiento a tracción del material, debemos entender que se trata de un material compuesto por una resina, un material isótropo, es decir se comporta de la misma manera en las diferentes direcciones donde se aplica el esfuerzo; y un segundo material: fibras, las cuales no se comportan de la misma manera en las diferentes direcciones. Las propiedades de las fibras cambian en función del eje de referencia, es decir, es un material otrotrópico 3 , lo que implica que el módulo de elasticidad en la dirección de las fibras sea diferente a la relación esfuerzo-deformación en dirección transversal. 𝐸 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 ≫𝐸 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 Las propiedades del material compuesto, como por ejemplo, el módulo de elasticidad se obtiene con la regla de mezclas: 𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝐸𝑓𝑉𝑓+𝐸𝑚(1−𝑉𝑓) Siendo: 𝐸𝑓=𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠 𝑉𝑓=𝑒𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑜 (𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 𝑎𝑙 40%−60%) 𝐸𝑚=𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧 Debido a que el módulo de la matriz es muy pequeño en comparación con el de las fibras, la expresión se puede simplificar como: 𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑢𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙= 𝐸𝑓𝑉𝑓 Siguiendo este razonamiento, las propiedades mecánicas de materiales FRP se pueden calcular teniendo en cuenta únicamente el aporte de resistencia de las fibras por su volumen, siendo este un cálculo conservador ya que no se considera el aporte de resistencia de la resina. FIB Bull40 (2007). El comportamiento tensión-deformación en la Figura 3: 3 Los materiales otrotrópicos, son un tipo más restrictivo de materiales anisótropos. Los materiales anisótropos son aquellos que tienen comportamientos distintos en las diferentes direcciones, en el caso de los materiales otrotrópico los comportamientos son distintos solo en las direcciones ortogonales.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 20 Figura 3. Grafica comparativa Tensión-Deformación de las fibras de Carbono, Aramida y Grafito. Fuente: GIOVANNY, 2021. Como se puede observar en la gráfica tensión-deformación de la Figura 7, las fibras tienen un comportamiento inelástico y lineal, es decir no es un material dúctil.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 21 Comportamiento a compresión Cuando los componentes de FRP se cargan en compresión longitudinal, los modelos teóricos para la resistencia longitudinal a la tracción no se pueden utilizar ya que la falla de los materiales compuestos está, en muchos casos, asociada con el micro pandeo o torsión de la fibra dentro de la restricción del material de la matriz. Para entender el aporte de las fibras a los esfuerzos de compresión, se ha estudiado el micro pandeo de estas, en especial CFRP y GFRP. En varias investigaciones experimentales se ha obtenido que el micro pandeo de las fibras depende de las siguientes propiedades: 1. Las propiedades o materiales base de la matriz 2. Las propiedades o materiales base de las fibras 3. Volumen de las fibras Además de estas propiedades se ha encontrado falla del material debido a que fractura por deformación de Poisson y cortante, sin que se haya alcanzado pandeo de las fibras. Por estas razones, no se puede confiar en su aporte estructural en comportamiento a compresión del FRP. A partir de los ensayos experimentales se han obtenido modelos analíticos para cada modelo de falla para determinar la resistencia a la compresión longitudinal, fLc, y se dan a continuación: 1. Por micro pandeo de las fibras, J.M. JONES (1999): 𝑓𝐿𝑐 =𝐺𝑚 1−𝑉𝑓; 𝑉𝑓≥0,4 Donde el módulo de cortante de la resina o matriz Gm es: 𝐺𝑚=𝐸𝑚 2(1+𝑉𝑚) , 𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑉𝑚 𝑒𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜. 𝐸𝑓=𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠 𝑉𝑓=𝑒𝑙 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠 ( 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 𝑎𝑙 40−60) 𝐸𝑚=𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧 1. Por fractura de tracción transversal a causa de la tensión de Poisson, D. AGARWAL y J. BROUTMAN, (1990): 𝑓𝑙𝑐 =(𝐸𝑓𝑉𝑓+ 𝐸𝑚(1−𝑉𝑓))(1−𝑉𝑓1 3)𝜀𝑚𝑢 𝜈𝑓𝑉𝑓+ 𝜈𝑚(1−𝑉𝑓) Donde 𝜀𝑚𝑢 es la deformación final por tracción de la matriz. 𝑠𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑉𝑚 𝑒𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜. 𝐸𝑓=𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠 𝑉𝑓=𝑒𝑙 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠 ( 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 𝑎𝑙 40−60) 𝐸𝑚=𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 22 Tensión de Poisson es aquella que se produce cuando se comprimen las fibras, y se genera la siguiente distribución de tensiones, ver Figura 4: Figura 4. Tensiones en ensayo de compresión. Fuente: J. HENRÍQUEZ (2018). El diámetro de la sección central percibe esta tensión y se ensancha, hasta genera una falla en esa sección. 1. Por fallo de les fibras en cizalla directa, I. DANIEL y O. ISHAI. (1994). 𝑓𝑙𝑐 =2𝑓𝑓𝑠( 𝑉𝑓+(1−𝑉𝑓)𝐸𝑚 𝐸𝑓) Donde 𝑓𝑓𝑠 es la resistencia al corte de las fibras. 𝐸𝑓=𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠 𝐸𝑚=𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑌𝑜𝑢𝑛𝑔 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧 𝑉𝑓=𝑒𝑙 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑏𝑟𝑎𝑠 ( 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 𝑎𝑙 40−60) Relación Compresión-Tracción El Trabajo experimental de P. K. MALLICK, (1988), demostró que la resistencia a compresión de las FRP es menor que la resistencia a tracción, y es proporcional, es decir, si la resistencia a tracción es mayor también lo será la resistencia a compresión; a excepción de las fibras AFRP.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 23 Uso como material estructural En los últimos 15 años, las barras de polímeros reforzados con fibras se han vendido como refuerzos para el hormigón, y ahora se utilizan más de 10 millones de metros en la construcción cada año. Hay muchas razones por las que los ingenieros civiles y estructurales pueden necesitar utilizar armaduras de polímeros reforzados con fibras en el hormigón. La razón principal es la durabilidad, pero otras razones incluyen neutralidad electromagnética, alta resistencia y peso ligero. Los compuestos de FRP todavía son nuevos en la construcción y la mayoría de los ingenieros no están familiarizados con sus propiedades y características. La durabilidad química de los materiales FRP generalmente se da por sentada ya que se ha utilizado en entornos hostiles durante más de cincuenta años. Sin embargo, hasta hace poco, no había experiencia en el uso de materiales compuestos en entornos de hormigón altamente alcalinos y químicamente complejos. El primero en introducir las directrices de diseño de hormigón armado con (CR) FRP fue Japón en 1996. Estas pautas proporcionan un modelo para la mayoría de las guías de diseño y especificaciones posteriores. Sin embargo, ni esta guía ni las guías posteriores tratan los temas básicos de la filosofía del diseño. FRP FIB Bulletin 40, (2007).
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 24 Figura 5. Cronología de los códigos y normativas de uso y diseño para armaduras FRP. Fuente: FIB bull 40
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 31 Objetivos específicos de la campaña experimental de ensayos a flexión de vigas pretensadas con barras FRP Los objetivos específicos de esta campaña experimental son: 1) Entender el comportamiento en servicio y hasta rotura, analizando el tipo de agotamiento de la viga, la relación carga-desplazamiento, la tensión en las armaduras barras. 2) Estudiar la influencia de la tensión de pretensado 3) Estudiar la diferencia de comportamiento entre el uso de resinas termoplásticas y termoestables, así como el uso de diferentes materiales como armadura activa. 4) Estudiar la adherencia de las barras de armadura activa con el hormigón. Definición de las campañas Campaña experimental a flexión de vigas con armadura pasiva de FRP Descripción de la campaña de ensayos La campaña experimental se centrará en la respuesta estática de los elementos de hormigón con armadura de GFRP, con resina termoplástica y resina termoestable. Se dispondrá de una viga de referencia con armadura de acero. Las variables en estudio son: 1) Material para la armadura para la tracción: a. Acero b. Fibra de vidrio con resina termoplástica c. Fibra de vidrio con resina termoestable 2) Cuantía de armadura 3) Diámetro de las barras Uno de los elementos limitantes es el diámetro de las barras de resina termoplástica, ya que el industrial solo las produce en diámetro de 12,7mm. Las vigas a ensayar se han dividido en 2 grupos, en base a la cuantía de armadura, que se calcula como: 𝑐𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎= 𝐴 𝑏.𝑑 siendo: 𝐴=𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 en mm2 𝑏 =𝑏𝑎𝑠𝑒 de la sección de la viga en mm 𝑑=𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑜 ú𝑡𝑖𝑙 de la viga en mm Al ser diferentes materiales la formula debería variar a:
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 32 𝑐𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑚𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎= 𝐴 𝑏.𝑑 ∗𝐸𝑓 𝐸𝑠 Siendo: 𝐸𝑓=𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑒𝑠𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐺𝐹𝑅𝑃=50 𝐺𝑃𝑎 𝐸𝑠=𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐴𝑐𝑒𝑟𝑜=200 𝐺𝑃𝑎 En base a estas ecuaciones, la muestra de campaña se divide en dos grupos. División de las muestras: - grupo 1, con una cuantía de 0,000178 - grupo 2, con una cuantía de 0,000265 Grupo 1 En el grupo 1 de la campaña experimental con armadura pasiva, podemos encontrar las vigas de la Tabla 6: Barras Resina Armadura Nomenclatura Momento último kN/m Momento último con coeficientes kN/m GRFP Termoestable Vinyl Ester 2 barras de 12,7mm 2V13 60 26,1 GRFP Termoplástica 2 barras de 12,7 mm 2T13(a) 2T13(b) 60 26,1 Acero - 4 barras de 10mm 4A10 36 27,5 Tabla 6. Muestra grupo 1. Campaña experimental armadura pasiva. Tal y como se puede observar, hay dos especímenes con resina termoplásticas, debido a que es un material poco conocido, y de este modo se puede obtener una mayor fiabilidad de los resultados obtenidos. También se decidió realizar una viga con armadura de acero como viga de control. La Figura 8 y Figura 9, muestran la distribución de la armadura longitudinal: Figura 8. Disposición armadura longitudinal de GRFP. Grupo 1. Ensayo armadura pasiva.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 33 Figura 9. Disposición armadura longitudinal de Acero. Grupo 1. Ensayo armadura pasiva Grupo 2 En el grupo 2 de la muestra de la campaña experimental con armadura pasiva, podemos encontrar las siguientes vigas, véase Tabla 7: Barras Resina Armadura Nomenclatura Momento último kN/m Momento último con coeficientes kN/m GRFP Termoestable Vinyl Ester 3 barras de 12,7mm 3V13 86 37,8 GRFP Termoplástica 3 barras de 12,7 mm 3T13(a) 3T13(b) 86 37,8 GRFP Termoestable Vinyl Ester 5 barras de 10mm 5V10 86 37,8 Tabla 7. Muestra grupo 2. Campaña experimental armadura pasiva En este grupo, la viga que se utiliza como viga de control, es la viga de Vinyl Ester 5V10, debido a que conocemos más el material. Vigas con barras de resina termoplástica se mantuvo la idea de ensayar 2 vigas para obtener una mayor fiabilidad de los resultados obtenidos La situación de las armaduras planteada es la siguiente, véase Figura 10 y Figura 11: Figura 10. Disposición armadura longitudinal de GRFP termoestable. Grupo 2. Ensayo armadura pasiva Figura 11. Disposición armadura longitudinal de GRFP termoplástica. Grupo 2. Ensayo armadura pasiva
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 34 En cuanto a la disposición de la armadura de cortante, esta no varía en las vigas de los dos grupos, sino que varía en base al material, si es acero o FRP. La viga de control tiene cercos de acero y las vigas con armadura longitudinal de GFRP tienen armaduras transversales de GFRP con resina vinylester en todos los casos (ver Figura 12 y Figura 13). Figura 12. Disposición armadura de cortante de Acero. Ensayo armadura pasiva Figura 13. Disposición armadura de cortante de GRFP. Ensayo armadura pasiva
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 35 Campaña experimental a flexión de vigas con armadura activa de FRP Descripción de la campaña de ensayos El programa experimental se centra en estudiar la respuesta estática de los elementos de hormigón pretensado con armadura pretesa de FRP y con armadura transversal pasiva de FRP (en algunos casos). Las variables en estudio son: 1) Material para la armadura activa: a. Acero b. Fibra de carbono c. Fibra de vidrio 2) Fuerza de pretensado a. Alta: 60% fpu b. Baja: 40% fpu c. Nula: 0% fpu 3) Cuantía de armadura transversal: a. Sin armadura de cortante b. Con armadura transversal GFRP separada 150mm c. Con armadura transversal GFRP separada 250mm
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 36 Nomenclatura del proyecto La nomenclatura general de los ensayos utilizada, recoge las variables a tener en cuenta, y se definen los parámetros como se indica en la Tabla 8: Nomenclatura Significado B Bending: ensayo a flexión H,L,N Fuerza de pretensado (H:alta; L:baja; N:nulo) S Steel: armaduras activas de acero C Carbon: armaduras activas de fibra de carbono G Glass: armaduras activas de fibra de vidrio wo Sin armadura transversal Tabla 8. Nomenclatura según tipo de barras de los ensayos de armadura activa. G. ORTIZ, (2020) Con la nomenclatura expuesta los ensayos se han definido los siguientes ensayos que se indican en la Tabla 9: Muestra # Tipo Pretensado Armadura % Tensión / Fuerza total Ap Activa Transversal BSH 1 Ensayo a flexión (4 puntos) 44% 825 MPa / 230 kN Steel Sin armadura BCH 1 Ensayo a flexión (4 puntos) 60% 1470 MPa / 230 kN CFRP Sin armadura BCL 1 Ensayo a flexión (4 puntos) 40% 980 MPa / 154 kN CFRP Sin armadura BCN 1 Ensayo a flexión (4 puntos) 0% 0 MPa CFRP Sin armadura BGH 1 Ensayo a flexión (4 puntos) 60% 540 MPa / 84 kN GFRP Sin armadura BGL 1 Ensayo a flexión (4 puntos) 40% 360 MPa / 56.5 kN GFRP Sin armadura BGN 1 Ensayo a flexión (4 puntos) 0% 0 MPa GFRP Sin armadura Tabla 9. Nomenclatura general de vigas para los ensayos de armadura activa. G. ORTIZ, (2020)
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 37 Geometría de las vigas La geometría es la misma para todas las vigas (Ver Figura 17). Se trata de una viga con sección doble T, con una longitud de 5500 mm, que se ensayará con una luz libre de 4500 mm. La sección transversal tiene una ala superior de 300 mm de ancho, una ala inferior de 180 mm de ancho y un canto total de 300 mm.( Vease Figura 14) Figura 14. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa. G. ORTIZ, (2020)
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 38 Croquis de la viga BSH: La viga BSH es un viga de control, con armadura activa de acero, fuerza de pretensado 44% fpu (ver Figuras 15, 16) Figura 15. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de acero, fuerza de pretensado 60% fpu. G. ORTIZ, (2020) Figura 16. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de acero, fuerza de pretensado 60% fpu. Detalle de la armadura de cortante G. ORTIZ, (2020)
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 39 Croquis Viga BCH, BCL, BCN: Viga con armadura activa de fibra de carbono, con fuerza de pretensado variable (High/Alta 60% fpu; Low/Baja 40% fpu; Null/Nula 0% fpu ). (Vease Figura 17, Figura 18) Figura 17. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de fibra de carbono, con fuerza de pretensado variable (High/Alta 60% fpu; Low/Baja 40% fpu; Null/Nula 0% fpu ). G. ORTIZ, (2020) Figura 18. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de fibra de carbono, con fuerza de pretensado variable (High/Alta 60% fpu; Low/Baja 40% fpu; Null/Nula 0% fpu ). Detalle de la armadura de cortante. G. ORTIZ, (2020)
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 40 Croquis viga BGH, BGL, BGN: Croquis de las vigas con armadura activa de fibra de vidrio, con fuerza de pretensado variable (High/Alta 60% fpu; Low/Baja 40% fpu; Null/Nula 0% fpu ). ( Véase figura 19, Figura 20): Figura 19. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de fibra de vidrio, con fuerza de pretensado variable (High/Alta 60% fpu; Low/Baja 40% fpu; Null/Nula 0% fpu ). G. ORTIZ, (2020) Figura 20. Dimensiones de las vigas de la campaña experimental con armadura activa de fibra de vidrio, con fuerza de pretensado variable (High/Alta 60% fpu; Low/Baja 40% fpu; Null/Nula 0% fpu ). Detalle de la armadura de cortante. G. ORTIZ, (2020)
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 47 En la Tabla 13, se muestran los resultados obtenidos para el modulo elástico: Muestra Edad Modulo elástico 𝐸𝑐𝑚 Desviación estándar CoV 10 28 29277 494 1,7% 11 28 12 28 Tabla 13. Resultados ensayos del módulo elástico hormigón del día 14/05/2021 Resultados segunda cuba, día 25 /05/2021 En la Tabla 14 , se muestran los resultados de la resistencia a compresión del hormigón a 7 y 28 días. Tal y como se observa, la resistencia media a compresión para la primera amasada fue de 42,9 MPa a 7 días y de 50,5 MPa a 28 días. El coeficiente de variación fue de 0,9 % a 7 días y de 1,9 % a 28 días. Muestra Edad Compresión 𝐹𝑐𝑚 Desviación estándar CoV 𝐹𝑐𝑘 1 7 43,5 0.4 0.9% 42.9 5 7 6 7 2 28 51,7 0,7 1,9% 50.5 3 28 4 28 Tabla 14. Resultados ensayos a compresión hormigón día 25/05/2021 A tracción, la Tabla 15 , muestra que la resistencia media a tracción para la primera amasada fue de 1,90 MPa a 28 días. El coeficiente de variación fue de 23,7 % a 28 días. Muestra Edad Tracción 𝐹𝑐𝑡𝑚 Desviación estándar CoV 𝐹𝑐𝑡,𝑘 10 28 3,11 0,74 23,7% 1,90 11 28 12 28 Tabla 15. Resultados ensayos a tracción hormigón día 25/05/2021 En la Tabla 16 , se muestran los resultados obtenidos para el modulo elástico: Muestra Edad Tracción 𝐸𝑐𝑚 Desviación estándar CoV 7 28 30657 836 2,7% 8 28 9 28 Tabla 16. Resultados ensayos del módulo elástico hormigón del día 25/05/2021
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 48 Armaduras pasivas En el caso de las barras de FRP, la caracterización de estas se realizó conjunta con el ensayo de pull-out. Las armaduras utilizadas para las campañas se pueden clasificar en la siguiente Tabla 17: Barra Resina Diámetro nominal (mm) Nomenclatura FRP Vinyl Ester 10,0 VE10 FRP Vinyl Ester 12,7 VE13 FRP Termoplástica 12,7 TP13 Acero - 10 ST10 Tabla 17. Tipos de barras y nomenclatura. Las barras fueron producidas y subministradas por gentileza de Sireg. En la Figura 26, se pueden observar las diferentes barras ensayadas a tracción. Figura 26. Barras ensayadas para la caracterización de material. Fuente: TFM A.Moncayo 2021 Para la caracterización de las barras se realizaron ensayos a tracción longitudinal, obteniendo la resistencia a tracción y el módulo de Young. La resistencia a tracción y el módulo de Young de las barras FRP se obtuvieron según el apartado B.2 del ACI 440.R3-04 , y según la norma UNE-EN 10080 para las barras de acero. Se utilizaron muestras de 500mm de longitud, para cada tipo de barra. Para este ensayo se adoptó un sistema de protección en los extremos de las barras FRP, ya que estas tienen una baja resistencia transversal y con las mordazas de la máquina de tracción, se podrían romper las barras.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 49 Figura 27. Barras FRP para caracterización del material, con las protecciones en los extremos. Fuente: TFM A.Moncayo 2021 La protección de los extremos de las barras de FRP consistió en unas abrazaderas de acero de 25 mm de diámetro y 100mm de longitud, rellenados con resina HILTI HITRE 500 V4. ( Véase Figura 27) Después de ensayar con esta resina, se vio que, para las barras de menor diámetro, esta se desprendía de las abrazaderas al ser aplastadas por las mordazas y se decidió cambiar la resina, finalmente utilizando el adhesivo X60 de la marca HBM. ( Véase Figura 28) Figura 28. Desprendimiento de la resina en los extremos. Fuente: TFM A.Moncayo.2021
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 50 Para poder controlar el deformaciónde las barras se instaló una galga extensométrica y un extensómetro en el centro de las mismas, como muestra la figura 29. Figura 29. Instrumentación de las barras ensayo de caracterización del material. Fuente: TFM A.Moncayo 2021. Los resultados de los ensayos, como muestran la Figura 30, Figura 31 y Figura 32, sin considerar aquellas barras que habían fallado a bajas cargas debido al desprendimiento de la resina de las protecciones en los extremos, que hicieron que fallaran las barras a baja resistencia. Figura 30. Curva esfuerzo-deformación barras VE-10mm. Caracterización Material. Fuente: TFM A.Moncayo 2021
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 51 Figura 31. Curva esfuerzo-deformación barras VE-13mm. Caracterización Materiales. Fuente: TFM A.Moncayo 2021 Figura 32. Figura 3.14 Curva esfuerzo-deformación barras TP-13mm. Caracterización Materiales. Fuente: TFM A.Moncayo 2021 Figura 33. Curva esfuerzo-deformación barras ST-10mm Caracterización Materiales. Fuente: TFM A.Moncayo 2021
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 52 Como se puede ver en la Figura 33, las barras FRP tienen un comportamiento elástico-lineal, a diferencia del acero que tiene un comportamiento elasto-platico. La resistencia a tracción para las barras de acero se calculó con la ecuación: 𝑓𝑓𝑢 =𝐹𝑚 𝐴 Donde, 𝐴=𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 En el caso de las barras de FRP al tener un comportamiento frágil, la resistencia máxima se caculo con la resistencia de rotura: 𝑓𝑓𝑢 =𝐹𝑢 𝐴 Donde, 𝐴=𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 En cuanto al módulo de elasticidad se obtuvo mediante una regresión lineal de los puntos del 20% al 50% de la resistencia a tracción de la barra, cuando la curva tensión-deformación es lineal. Con la ecuación: 𝐸𝐿=𝐹1−𝐹2 (𝜀1− 𝜀2)∗𝐴 Donde, 𝐸𝐿=𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑠𝑎𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑,𝑀𝑃𝑎; 𝐴=𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙; 𝐹1 𝑦 𝜀1= Carga y deformación correspondiente, a aproximadamente el 50% de la capacidad de tracción última o capacidad de tracción garantizada, N y adimensional, respectivamente. 𝐹2 𝑦 𝜀2= Carga y deformación correspondiente, a aproximadamente el 20% de la capacidad de tracción última o capacidad de tracción garantizada, N y adimensional, respectivamente.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 53 En la Tabla 18, se muestran los valores resultantes de los ensayos a tracción: Barra Resistencia a la tracción promedio (MPa) Módulo de Young promedia (GPa) VE10 808,47 44,83 VE13 703,50 46,71 TP13 928, 10 53,49 ST10 530,13 153,92 Tabla 18. Resultados ensayos de tracción de las barras. Caracterización de los materiales. Fuente: TFM A.Moncayo 2021. En cuanto a las barras TP GFRP obtuvieron una resistencia a la tracción (928,10 N / mm2), un 31,9% superior a la de las barras VE GFRP (703,50 MPa). La diferencia en el módulo de elasticidad fue del 14,3%. (53,49 GPa para TP GFRP y 46,71 GPA para VE GFRP.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 54 Ensayos a flexión con armadura pasiva de FRP Configuración del ensayo Para los ensayos a flexión, la viga se encuentra en una configuración biapoyada, sobre una viga de apoyo la cual carga sobre un elemento de apoyo rígido (ver Figura 34 y Figura 35). Se aplica una carga puntual simétrica en el centro de la luz mediante la prensa Instron. Figura 34. Esquema de la situación de la viga Figura 35. Situación de la viga en el ensayo de armadura pasiva
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 55 Apoyos Para poder garantizar los grados de libertad, el mecanismo general de apoyos se puede montar de las diferentes maneras como se muestra, Tabla 19: Este tipo de apoyo permite el giro y el desplazamiento. Tiene dos grados de libertad. En este tipo de apoyo el giro está permitido, pero no el desplazamiento. Tiene un grado de libertad. En este tipo de apoyo ni el giro ni el deformaciónestá permitido. No tiene ningún grado de libertad. Tabla 19. Tipos de apoyos En el caso de los ensayos realizados, los aparatos de apoyos son del segundo tipo según la Tabla 16, es decir tienen limitado el deformaciónvertical y permiten el giro (ver Figura 36). Apoyo del lado izquierdo Apoyo del lado derecho Figura 36. Apoyos utilizados en los ensayos de armadura pasiva
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 56 Instrumentación Para hacer el seguimiento del ensayo, los datos que se querían obtener son: - Flecha central de la viga. - Conocer la deformación para ver si tienen un comportamiento lineal o no. - La carga aplicada y la carga de rotura. La figura 37, junto la Tabla 20 y Figura 38, muestran el esquema estático junto con la instrumentación empleada: Figura 37. Esquema de la instrumentación de los ensayos Situación Datos obtenidos 1 El deformaciónde la viga sobre la que se apoyaban los apoyos en el extremo. LVDT 2 El deformaciónde la viga ensayada en el centro de la luz. Temposonic 3 Conocer la deformación de las barras longitudinales. Galgas extensiométricas. 4 Determinar la carga aplicada, los ciclos de carga y determinar la velocidad de carga. Máquina de traccióncompresión universal. Tabla 20. Información obtenida por cada instrumento
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 63 Figura 47. Posición núcleo desplazado hacia arriba, en el LVDT. M.MONTERO(2021). En el caso que se desplace hacia arriba las corrientes segundarias serán del tipo: (|Vs1|> |Vs2|). Como se puede observar en la Figura 47. Figura 48 Posición núcleo desplazado hacia abajo, en el LVDT. . M.MONTERO(2021). En el caso que se desplace hacia abajo, las corrientes segundarias serán del tipo: |Vs2| > |Vs1| Para poder interpretar esos voltajes de salida tenemos una función transferencia de un LVDT típico: Esta función la calibra el industrial. Como se puede observar en esta función, no conocemos si el deformaciónes en positivo en negativo, para poder aportar esa información debemos conocer la amplitud como la fase de salida. Figura 49. Función transferencia de un LVDT típico. Fuente: R.PALLÁS-ARENY y J. G. WEBSTER.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 64 Funcionamiento de las Galgas Extensométricas Las galgas extensométricas se adhieren a las barras de las armaduras con una resina epoxi, de tal manera que, si se la armadura sufre un desplazamiento, las galgas, compuestas por un pequeño filamento dispuesto de manera serpenteada, se mueven de manera solidaria, produciendo una variación en el diámetro de este filament, ver Figura 50: Figura 50. Detalle de la galga extensiométricas. El filamento de la galga es un material que es conductivo eléctricamente, pero como tal tiene resistencia eléctrica, que varía dependiendo del diámetro del filamento. Entonces, se hace pasar una corriente eléctrica por el filamento, si la armadura donde está adherida la galga experimenta un desplazamiento, el filamento también, modificando su diámetro y variando la resistencia eléctrica. Conociendo el material es posible relacionar la perdida de resistencia eléctrica con el deformacióndel filamento, por lo tanto, el deformaciónde la armadura. Para poder obtener con precisión la resistencia eléctrica del material se utiliza el puente de Winston, ver Figura 51: Figura 51. Puente de Winston completo Filamento Zona que se adhiere a la armadura
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 65 En el puente de Winston, existen 4 resistencias que se anulan, para ello todas tienen que tener la misma resistencia eléctrica, se aporta corriente eléctrica al sistema y con un Tester, en los puntos C y B, lados opuesto a los puntos A y D, se mide esta corriente. Si hay una variación en cualquiera de las resistencias, ya no se anulan y el Tester registrara corriente eléctrica en el sistema. Este es el dato que nos permite conocer el puente de Winston. En nuestro caso, el puente de Winston funciona un poco diferente ya que no es completo, sino que es ¼ del puente de Winston, solo necesitamos saber la variación de resistividad en una resistencia: la galga. El fabricante nos indica la resistencia de la galga y las demás resistencias de se configuran con la misma resistencia eléctrica, en el caso de esta campaña: 120 Ω. También nos da la relación entre la variación de resistividad y el diámetro, como se puede ver en la Figura 52: Figura 52. Información aportada por el fabricante de las Galgas Extensiométricas.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 66 Sistema de recogida de datos Como se ha indicado, en los diferentes instrumentos de obtención de datos, lo que se obtiene de estos instrumentos son corrientes eléctricas, se necesita interpretar estas corrientes y obtener datos digitales para poder trabajar con ellos. Para ello, se necesita un sistema de adquisición de datos que se compone por el puente de Winston, un multiplexor, un conversor de analógico digital y un tester o voltímetro, como lector de corriente. El multiplexor no permite realizar varias lecturas de corriente eléctrica de manera simultánea (ver Figura 53). Figura 53. Multiplexor y conversor de datos de analógico a digital
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 67 Control de carga Para el control de la carga que se aplica sobre las vigas durante el ensayo, se disponen de una máquina universal de compresión equipada con una célula para medir la carga, así como una servoválvula que nos permite regular el pistón en base a su carga o a su deformación(ver Figura 54). Figura 54. Máquina de compresión universal El deformacióndel pistón se obtiene mediante un temposonic que incorpora la máquina. Este pistón en nuestro caso tiene un recorrido de 50 𝑚𝑚 − +, uno de los limitantes a la hora de definir los ciclos de carga. La carga aplicada se regula con una servoválvula, que funciona mediante una válvula que se regula por un pistón en movimiento gracias a un campo eléctrico. Con la información del temposonic y de la célula de carga, la máquina de compresión obtiene la información y regula la carga o desplazamiento, dependiendo de los parámetros que se le hayan introducido, y ese proceso de pregunta-repuesta-calibrar la acción, lo puede realizar unas 4000 veces por segundo, es decir a 4 Hz. Célula de carga
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 68 Proceso de ensayo de armadura pasiva de FRP. Ciclos de carga La carga aplicada en los ensayos estáticos a flexión se realizó de acuerdo con los cuatro ciclos indicados en la Tabla 21. Ciclo Situación inicial Velocidad Final de ciclo en desarrollo acumulado del pistón 1r Reposo 1mm/ min 10 mm desarrollo 2n 10 mm desarrollo 10mm/ min 100 mm desarrollo 3r 110 mm desarrollo 33mm / min 200 mm desarrollo el pistón tiene un recorrido limitado, se debe volver a situar el pistón a una distancia más cercana de la viga para seguir ensayando 4rt la carga inicial es de 12kN debido al peso propio del pistón 33mm / min Tabla 21. Ciclos de carga ensayos con armadura pasiva Con estos ciclos de carga lo que se pretender es identificar cuando el hormigón empieza a fisurar, por eso el primer ciclo es más lento en cuanto la carga que se aplica; después un ciclo más rápido hasta la carga última seguido de otro ciclo hasta romper la viga en dos partes. El cuarto ciclo aparece debido a que se supera el recorrido del pistón, por eso no varía en velocidad respecto al 3r ciclo.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 69 Observaciones durante el ensayo En este apartado se tratarán las observaciones que se realizaron durante el ensayo. Se clasificarán en los dos grupos de la campaña. Grupo 1 En el ensayo de la viga de control, armada con barras de acero, a partir de la carga de 10kN se podrían observar las primeras fisuras, estas crecieron longitudinalmente, como se muestra en la siguiente Figura 55: Figura 55. Fisuras Viga 4A10 a 23,6kN. Grupo 1. A una carga de 46,9 kN se podía observar un mayor número de fisuras y estás eran más extensas, ver Figura 56: Figura 56. Fisuras Viga 4A10 a 46,1 kN. Grupo 1.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 70 Seguidamente aparecieron más fisuras en el centro de vano, que empezaron a curvarse en la parte de la carga y estas eran más gruesas, como se puede ver en la Figura 57: Figura 57. Fisuras Viga 4A10 a 49 kN. Grupo 1. A partir de esas fisuras centrales se acabó formando unas fisuras en forma de cono situadas en el centro de vano, y fallando por esa sección, ver Figura 58: Figura 58. Fisuras Viga 4A10 a 49,4 kN,. Grupo 1. El modo de fallo es por fallo del hormigón a una carga última de aproximadamente 49 kN.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 71 En el caso de la viga armada con 2 barras de vinyl ester, se empezaron a apreciar fisuras antes de la carga de 10kN, es decir, antes que en la viga 4A10. A una carga de 9,7kN las fisuras ya se podían apreciar más desarrolladas que en la viga 4A10, ver Figura 59: Figura 59. Fisuras Viga 2V10 a 9,7 kN, Grupo 1. A una carga entorno a los 24,2 kN se podían apreciar fisuras que cubrían el canto de la viga, más desarrolladas que en la viga de control, armada con acero, a una misma carga, ver Figura 60: Figura 60. Fisuras Viga 2V10 a 24,2 kN, Grupo 1.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 72 Seguidamente empezaron a aparecer unas fisuras en diagonal, fisuras por cortante, las cuales no se habían visto en la viga armada con acero, ver Figura 61: Figura 61. Fisuras Viga 2V13 a 55,4 kN, Grupo 1. En este caso la rotura fue muy rápida, las fisuras en forma de cono que se habían observado en la viga armada con acero, en esta viga aparecieron de manera instantánea rompiendo a un lateral de la carga. En la siguiente imagen se ve como empiezan a formarse las fisuras de compresión del hormigón en la zona alta, ver Figura 62: Figura 62. Fisuras Viga 2V13 a 56,9 kN, Grupo 1.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 79 En el caso de la viga 3T13b la carga de fisuración fue un poco menor, y a 4,4kN se puede observar fisuras, como se ve en la Figura 74: Figura 74. Fisuras Viga 3T13b a 4,4kN. Grupo 2. En la viga 3T13b el fallo también fue originado por fallo por compresión del hormigón, como se puede ver en la Figura 75, tampoco se aprecian fisuras de cortante desarrolladas. Figura 75. Fisuras Viga 3T13b a 38kN. Grupo 2.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 80 Canto útil real Durante el ensayo también se puedo observar que as barras de FRP, debido a su baja densidad habían flotado durante el hormigonado de las vigas y esto había hecho variar el canto útil de las vigas, afectando a la resistencia de estas. En la siguiente Tabla 22, se puede ver el canto útil de las vigas, medido al final del ensayo: d1 (mm) 4A10 40 2T13A 75 2T13B 75 2V13 65 5V10 60 3T13A 70 3T13B 70 3V13 60 Tabla 22. Canto útil real de las vigas con armadura pasiva Este hecho se debe tener en cuenta para futuras campañas experimentales, hasta para el uso en obra como material. Véase Figura 76, como ejemplo de la flotación que se dio en la viga 2V13: Figura 76. Situación de la armadura en la viga 2V13 después de rotura.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 81 Conclusiones de las observaciones de armadura pasiva de FRP En conclusión, todas las vigas, tanto en el grupo 1 como en el grupo 2, presentan fallo por compresión del hormigón. En cuanto a la carga de fisuración en las vigas armadas con resinas termoplástica, esta es entorno a 6kN, inferior a la carga de fisuración de las vigas armadas con barras de resina termoestable y esta es menor que la carga de fisuración de la viga armada con barras de acero. También se destaca que solo se han observado fisuras de cortante en las vigas armadas con resinas termoestables, ni en las vigas armadas con resinas termoplásticas ni en la viga armada con acero se han podido observar estas fisuras. También importante destacar la flotación de las barras de FRP, variando el canto útil de las vigas.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 82 4 Resultados y análisis de resultados de la campaña de armadura pasiva de FRP Este apartado se analizarán los resultados obtenidos divididos por los grupos de ensayo, la información que se tratará en cada grupo es la siguiente: - carga última - cargadeformación - carga-deformación De esta manera se analizará cada información obtenida. Grupo 1 El grupo 1 se compone de 4 vigas, 3 de ellas armadas con FRP: 2V13, 2T13a, 2T13b; y una viga de control armada con acero 4 A10. Carga última Tabla 23. Carga última del grupo 1 La carga última se obtiene por cada viga, así como su predicción considerando el canto útil real, medido en el laboratorio después de romper las vigas. Como se puede ver en la Tabla 23, la viga de control 4A10 tiene una carga última similar a la carga calculado con los modelos de diseño, en cambio la viga de Vinyl Ester, tienen carga última superior a la predicción, esto puede darse a que los modelos de diseño no son tan acurdados y al existir una mayor incertidumbre dan valores más conservadores. Donde sí parece haber una diferencia sustancia es en el caso de las vigas con resina termoplástica, ya que se puede observar una carga última inferior a la hallada con modelos. Viga Fcm a 28 días (MPa) Carga última (kN) Predicción de carga última (kN) Modo de fallo 4A10 51,7 49,08 52,31 Fallo hormigón 2V13 42,0 56,34 44,18 Fallo hormigón 2T13a 42,0 35,49 46,10 Fallo hormigón 2T13b 42,0 34,46 46,10 Fallo hormigón
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 83 Carga – Desplazamientos En este apartado se analizará el comportamiento de la flecha de cada viga respecto a la carga. Primero se analiza cada viga por partes, seguido de una comparación de los resultados. Viga 4A10 Se trata de una viga armada con armadura de acero, de un diámetro de 10 mm cada barra. En cuanto a la flecha de la viga, como se ha comentado, necesitamos obtener los desplazamientos de la viga de soporte y la flecha central de viga ensayada, para así poder obtener la flecha real. Véase Figura 77 y Figura 78: Figura 77. Grafica Desplazamientos de la viga soporte, lado derecho e izquierdo. Viga 4A10. Figura 78. Grafica Desplazamientos de la viga ensayada, en centro de vano. Viga 4A10 . Conociendo estas dos flechas se puede llegar a obtener la flecha real de la viga ensayada. Los resultados de la flecha en la carga máxima: 𝛿𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝛿2 −𝛿1 =150−(−0,25)=150,25 𝑚𝑚 La flecha que tomamos como real es la flecha de los tempos (la media aritmética), más el desplazamiento de la viga soporte, obtenida con los LVDT; resulta: 150,25mm. 0 10 20 30 40 50 60 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 Carga (kN) Desplazamientos en la viga soporte (mm) LVDT Left LVDT Right 0 10 20 30 40 50 60 050 100 150 200 250 Carga (kN) Desplazamientos en centro de vano de la viga ensayada (mm) Tempo Average
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 84 Viga 2V13 Se trata de una viga armada con armadura FRP de resina termoestable, de un diámetro de 12,7mm cada barra. En cuanto a la flecha de la viga, como se ha comentado, necesitamos obtener los desplazamientos de la viga de soporte y la flecha central de viga ensayada, para así poder obtener la flecha real. Véase Figura 79 y Figura 80: Figura 79. Grafica Desplazamientos de la viga soporte, lado derecho e izquierdo. Viga 2V13.. Figura 80. Grafica Desplazamientos de la viga ensayada, en centro de vano. Viga 2V13. Conociendo estas dos flechas se puede llegar a obtener la flecha real de la viga ensayada. Los resultados de la flecha en la carga máxima: 𝛿𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝛿2 −𝛿1 =85,6−(−1,00)=86,6 𝑚𝑚 La flecha que tomamos como real es la flecha de los tempos (la media aritmética), más la desplazamiento de la viga soporte, obtenida con los LVDT; resulta: 84,6mm. 0 10 20 30 40 50 60 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 Carga (kN) Desplazamientos en la viga soprte (mm) LVDT Left LVDT Right 0 10 20 30 40 50 60 050 100 150 200 250 Carga (kN) Desplazamientos en centro de vano de la viga ensayada (mm) Tempo Average
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 85 Viga 2T13A Se trata de una viga armada con armadura FRP de resina termoplástica, de un diámetro de 12,7mm cada barra. En cuanto a la flecha de la viga, como se ha comentado en el apartado de instrumentación, necesitamos obtener los desplazamientos de la viga de soporte y la flecha central de viga ensayada, para así poder obtener la flecha real. Véase Figura 81 y Figura 82: Figura 81. Grafica Desplazamientos de la viga soporte, lado derecho e izquierdo. Viga 2T13a Figura 82. Grafica Desplazamientos de la viga ensayada, en centro de vano. Viga 2T13a. Conociendo estas dos flechas se puede llegar a obtener la flecha real de la viga ensayada. Los resultados de la flecha en la carga máxima: 𝛿𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝛿2 −𝛿1 =72,5−(−0,75)=71,75𝑚𝑚 0 10 20 30 40 50 60 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 Carga (kN) Desplazamientos de la viag soporte (mm) LVDT Left LVDT Right 0 10 20 30 40 50 60 050 100 150 200 Carga (kN) Desplazamientos en centro de vano de la viga ensayada (mm) Tempo Average
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 86 Viga 2T13B Se trata de la segunda viga armada con armadura FRP de resina termoplástica, de un diámetro de 12,7mm cada barra. En cuanto a la flecha de la viga, como se ha comentado, necesitamos obtener los desplazamientos de la viga de soporte y la flecha central de viga ensayada, para así poder obtener la flecha real. Véase Figura 83 y Figura 84: Figura 83. Grafica Desplazamientos de la viga soporte, lado derecho e izquierdo. Viga 2T13b Figura 84. Grafica Desplazamientos de la viga ensayada, en centro de vano. Viga 2T13b. Conociendo estas dos flechas se puede llegar a obtener la flecha real de la viga ensayada. Los resultados de la flecha en la carga máxima: 𝛿𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝛿2 −𝛿1 =49,95−(−1,35)=51,3𝑚𝑚 La flecha que tomamos como real es la flecha de los tempos (la media aritmética), más la desplazamiento de la viga soporte, obtenida con los LVDT; resulta: 51,33 mm. 0 10 20 30 40 50 60 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 Carga (kN) Desplazamientos en la viga soporte (mm) LVDT Left LVDT Right 0 10 20 30 40 50 60 010 20 30 40 50 Carga (kN) Desplazamientos en el centro de vano de la viga ensayada(mm) Tempo Average
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 87 Comparación de la carga-desplazamientos Primero se considera solo el primer ciclo, para poder analizar mejor los resultados hasta carga última: Figura 85. Gráfica carga-desplazamientos primer ciclo. Grupo 1. En cuanto a la viga de control 4A10 se puede observar en la Figura 85, un comportamiento elástico-lineal hasta los 10kN aproximadamente, seguida de una rama lineal hasta los 45kN aproximadamente, y después una plastificación hasta carga última; un comportamiento esperable del acero. En cuanto a la viga de Vinyl Ester 2V13 se puede ver un comportamiento elástico-lineal hasta los 10kN, seguido por un comportamiento lineal hasta la falla, propio de un material elástico como las barras FRP. En cuanto a las vigas con resina termoplástica 2T13a y 2T13b se puede ver un comportamiento no lineal, las líneas que se aprecian en la gráfica no son rectas y a partir de los 32kN aproximadamente se puede ver un comportamiento “plástico”. Esto puede ser por tres motivos: plastificación del hormigón, plastificación de las barras o fallo en la adherencia. Plantificación del hormigón no puede ser debido a que no coinciden los órdenes de magnitud de desplazamiento del hormigón con el desplazamiento que se ha obtenido en el experimento. Plastificación de las barras no puede ser, debido que los estudios del material lo caracterizan como un material elástico sin comportamiento plástico. Por consecuencia, ha de ser fallo en la adherencia. 0 10 20 30 40 50 60 020 40 60 80 100 120 Carga (kN) Desplazamientos (mm) 4A10 2V13 2T13A 2T13B
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 88 En el siguiente ciclo podemos ver en la Figura 86: Figura 86. Gráfica carga-desplazamientos. Grupo 1. En el siguiente ciclo, se puede observar que la viga de control 4A10, ver en la Figura 87, sigue teniendo un comportamiento esperado, mantiene el desplazamiento plástico y vuelve a entrar en un desplazamiento lineal, seguida de una rama plástica. Figura 87. Gráfica carga-desplazamientos. Viga 4A10, Grupo 1. En el caso de la viga 2V13 se puede apreciar una desplazamiento irreversible al inicio del segundo ciclo de carga, asociada una desplazamiento remanente en hormigón, seguida de una rama lineal, con menor inclinación debido a la plasticidad del hormigón. Véase Figura 88: 0 10 20 30 40 50 60 050 100 150 200 250 Carga (kN) Desplazamientos (mm) 4A10 2V13 2T13A 2T13B 0 10 20 30 40 50 60 050 100 150 200 250 Carga (kN) Desplazamientos (mm) 4A10
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 95 Comparación de la carga-deformaciones Para poder comparar las deformaciones de las galgas utilizamos las relaciones entre as galgas a ¼ del vano y a ½ del vano, la tabla resume los valores hallados, véase Tabla 25: Tabla 25. Resumen deformaciones Galgas. Grupo 1. Se puede observar una diferencia de las vigas armadas con barras FRP con resina termoplásticas y las barras de resina termoestables y barras de acero. Para ver en mayor detalle los resultados ver las siguientes Figura 98: Figura 98. Grafica carga-deformaciones a ½ de vano. Grupo 1. En a la Figura 98, se puede observar una deformación menor en las galgas de la viga de control, armada con acero; seguidamente de las vigas armadas con FRP resina termoplástica, siendo la viga armada con FRP resina termoestable la que mayor deformaciones presenta, en la zona de centro de vano. 0 10 20 30 40 50 60 0 5000 10000 15000 20000 Carga (kN) Deformaciones (mm/m) Midspan A410 2V13 2T13A 2T13B Viga Relación deformaciones entre galgas 4A10 0,199 2V13 0,204 2T13a 0,663 2T13b 0,6164
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 96 En cuanto a las deformaciones a ¼ del vano, se puede observar en la Figura 99: Figura 99. Grafica carga-deformaciones ¼ de vano. Grupo 1. En la gráfica se puede observar que se mantiene el patrón, la viga de control es la que menor deformaciones presenta, seguida por las vigas armadas con FRP resina termoplástica, seguidas por la viga armada con FRP resina termoestable. 0 10 20 30 40 50 60 0 2000 4000 6000 8000 10000 Carga (kN) Deformaciones (mm/m) A410 2V13 2T13A 2T13B
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 97 Grupo 2 El grupo 2 se compone de 4 vigas, todas de ellas armadas con FRP: 5V10, 3V13, 3T13A, 3T13B. En este caso las vigas de control, son aquellas con resina termoestable, ya que se conoce mejor su funcionamiento estructural y características. Carga última En la Tabla 26, se muestra la carga última obtenida por cada viga, así como su predicción considerando el canto útil real, medido en el laboratorio después de romper las vigas. Como se puede ver, en este caso las vigas de control: 5V10 y 3V13, han obtenido cargas últimas similares a las predicciones, en el caso de la viga 5V10 un valor un poco menor que la otra viga 3V13, también es menor la resistencia a compresión del hormigón de la viga 5V10 respecto a la viga 3V13. En cambio, las vigas con resina termoplástica han obtenido valores por debajo de las cargas últimas previstas, en el caso de la viga 3T13a la diferencia es mayor. Viga Fcm a 28 días (MPa) Carga última (kN) Predicción de carga última (kN) Modo de fallo 5V10 42,0 64,23 62,63 Fallo hormigón 3V13 51,7 72,80 62,29 Fallo hormigón 3T13a 51,7 35,37 60,60 Fallo hormigón 3T13b 51,7 52,07 60,60 Fallo hormigón Tabla 26. Carga última del grupo 2
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 98 Carga – Desplazamientos En este apartado se analizará el comportamiento de la flecha de cada viga respecto a la carga. Primero se analiza cada viga por partes, seguido de una comparación de los resultados. Viga 5V10 Se trata de una viga armada con armadura de FRP de resina termoestable de un diámetro de 10 mm cada barra. En cuanto a la flecha de la viga, como se ha comentado, necesitamos obtener los desplazamientos de la viga de soporte y la flecha central de viga ensayada, para así poder obtener la flecha real. Véase Figura 100 y Figura 101: Figura 100. Grafica Desplazamientos de la viga soporte, lado derecho e izquierdo. Viga 5V10 Figura 101. Grafica Desplazamientos de la viga ensayada, en centro de vano. Viga 5V10 Conociendo estas dos flechas se puede llegar a obtener la flecha real de la viga ensayada. Los resultados de la flecha en la carga máxima: 𝛿𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝛿2 −𝛿1 =73,81−(−0,65)=74,46 𝑚𝑚 La flecha que tomamos como real es la flecha de los tempos (la media aritmética), más el desplazamiento de la viga soporte, obtenida con los LVDT; resulta: 74,46mm. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 Carga (kN) Desplazamientos de la viga de soporte(mm) LVDT Left LVDT Right 0 10 20 30 40 50 60 70 80 050 100 150 200 Load (kN) Desplazamientos en centro de vano de la viga ensayada (mm) Tempo Average
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 99 Viga 3V13 Se trata de una viga armada con armadura de FRP de resina termoestable de un diámetro de 12,7 mm cada barra. En cuanto a la flecha de la viga, como se ha comentado, necesitamos obtener los desplazamientos de la viga de soporte y la flecha central de viga ensayada, para así poder obtener la flecha real. Véase Figura 102 y Figura 103: Figura 102. Grafica Desplazamientos de la viga soporte, lado derecho e izquierdo. Viga 3V13 Figura 103. Grafica Desplazamientos de la viga ensayada, en centro de vano. Viga 3v13. Conociendo estas dos flechas se puede llegar a obtener la flecha real de la viga ensayada. Los resultados de la flecha en la carga máxima: 𝛿𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝛿2 −𝛿1 =76−(−1,25)=77,25 𝑚𝑚 La flecha que tomamos como real es la flecha de los tempos (la media aritmética), más el desplazamiento de la viga soporte, obtenida con los LVDT; resulta: 77,25mm. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -4 -2 0 2 4 6 Carga (kN) Desplazamientos en la viga de soporte (mm) LVDT Left LVDT Right 0 10 20 30 40 50 60 70 80 050 100 150 200 Carga (kN) Desplazamientos en centro de vano de la viga ensayada (mm) Tempo Average
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 100 Viga 3T13a Se trata de una viga armada con armadura de FRP de resina termoplásticas de un diámetro de 12,7 mm cada barra. En cuanto a la flecha de la viga, como se ha comentado, necesitamos obtener los desplazamientos de la viga de soporte y la flecha central de viga ensayada, para así poder obtener la flecha real. Véase Figura 104 y Figura 105: Figura 104. Grafica Desplazamientos de la viga soporte, lado derecho e izquierdo. Viga 3T13a Figura 105. Grafica Desplazamientos de la viga ensayada, en centro de vano. Viga 3T13a Conociendo estas dos flechas se puede llegar a obtener la flecha real de la viga ensayada. Los resultados de la flecha en la carga máxima: 𝛿𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝛿2 −𝛿1 =87−(−0,345)=87,345 𝑚𝑚 La flecha que tomamos como real es la flecha de los tempos (la media aritmética), más el desplazamiento de la viga soporte, obtenida con los LVDT; resulta: 87,345mm 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 Carga (kN) Desplazamientos en la viga de soporte (mm) LVDT Left LVDT Right 0 10 20 30 40 50 60 70 80 050 100 150 200 Carga (kN) Desplazamientos en centro de vano de la viga ensayada (mm) Tempo Average
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 101 Viga 3T13b Se trata de una viga armada con armadura de FRP de resina termoplásticas de un diámetro de 12,7 mm cada barra. En cuanto a la flecha de la viga, como se ha comentado, necesitamos obtener los desplazamientos de la viga de soporte y la flecha central de viga ensayada, para así poder obtener la flecha real. Véase Figura 106 y Figura 107: Figura 106. Grafica Desplazamientos de la viga soporte, lado derecho e izquierdo. Viga 3T13b Figura 107. Grafica Desplazamientos de la viga ensayada, en centro de vano. Viga 3T13b Conociendo estas dos flechas se puede llegar a obtener la flecha real de la viga ensayada. Los resultados de la flecha en la carga máxima: 𝛿𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝛿2 −𝛿1 =60−(−1,5)=61,5 𝑚𝑚 La flecha que tomamos como real es la flecha de los tempos (la media aritmética), más la desplazamiento de la viga soporte, obtenida con los LVDT; resulta: 61,5 mm. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -4 -3 -2 -1 0 1 Carga (kN) Desplazamientos ne la viga soporte (mm) LVDT Left LVDT Right 0 10 20 30 40 50 60 70 80 050 100 150 200 Carga (kN) Desplazamientos en la viga soporte (mm) Tempo Average
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 102 Comparación de la carga-desplazamientos Primero se considera solo el primer ciclo, para poder analizar mejor los resultados hasta carga última: Figura 108. Gráfica carga-desplazamiento primer ciclo. Grupo 2. En la Figura 108, se puede observar que las vigas con resina tipo termoestable (vigas 5V10 y 3V13) tienen un comportamiento elástico-lineal hasta los 10kN, seguida de una rama lineal, donde en el caso de la viga 5V10 se pierde esa linealidad, lo que parece indicar un fallo por adherencia como se había visto en el grupo 1. La diferencia de diámetro, tal y como indican el trabajo de A. Moncayo 2021, es una variable a tener en cuenta. Como se puede observar en la Figura 109, la viga con barra de mayor diámetro tiene un comportamiento elástico-lineal hasta 10kN, seguido de una rama lineal, a diferencia de la viga con barras de menor diámetro (5V10) que su comportamiento es elástico-lineal hasta una carga aproximada de 10kN y después deja de tener un comportamiento lineal, debido a la perdida de adherencia. Una respuesta diferente a la esperada, ya que como se había concluido en el trabajo de A. MONCAYO (2021), a menor diámetro de la barra la adherencia mejora, a diferencia de lo obtenido en estos ensayos. Figura 109. Gráfica carga-desplazamiento primer ciclo. Vigas 5V10 y 3V13. Grupo 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 020 40 60 80 100 120 Carga (kN) Desplazamientos (mm) 5V10 3V13 3T13A 3T13B 0 10 20 30 40 50 60 70 80 020 40 60 80 100 120 Carga (kN) Desplazamientos (mm) 5V10 3V13
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 103 En el caso de las barras armadas con barras con resina termoplástica, se puede observar en la Figura 110: Figura 110. Gráfica carga-desplazamiento primer ciclo. Vigas 3T13a y 1T13b. Grupo 2 En esta grafica se puede observar que hay un comportamiento elástico lineal hasta los 10kN, pero la rama siguiente no tiene un comportamiento lineal, en ninguna de las vigas debido a la perdida de la adherencia. En cuanto al análisis de los ciclos posteriores, en la Figura 111 se puede observar: Figura 111. Gráfica carga-desplazamientos. Grupo 2 En esta figura se mantiene la no linealidad de las vigas con resina termoplástica y el desplazamiento permanente debido a la perdida de adherencia. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 020 40 60 80 100 120 Carga (kN) Desplazamiento (mm) 3T13A 3T13B 0 10 20 30 40 50 60 70 80 050 100 150 200 Carga (kN) Desplazamientos (mm) 5V10 3V13 3T13A 3T13B
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 104 Figura 112. Gráfica carga-desplazamientos. Viga 5V10 y 3V13. Grupo 2 Como se puede apreciar en la Figura 112, las vigas con armaduras de resina termoestable, tienen desplazamientos permanente similares y parecen tener comportamientos elástico-lineales similares, en el caso de la viga 3V13 fisura antes ya que la carga hasta la que llega esa rama elásticolineal es un poco menor. En cuanto a la flecha en la carga máxima de las vigas tenemos la siguiente tabla resumen en la Tabla 27: Vigas Flecha en centro de vano 3V13 77,25 mm 5V10 74,46 mm 3T13a 87,345 mm 3T13b 61,5 mm Tabla 27. Resumen de los valores de Flecha. Grupo 2 No se puede observar una relación consistente en cuanto a los valores obtenidos de las flechas con los diferentes tipos de armaduras de las vigas. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 050 100 150 200 Carga (kN) Desplazamientos (mm) 5V10 3V13
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 111 Conclusiones de los resultados En resumen, se ha podido observar que el comportamiento de la viga armada con acero, la viga de control del grupo 1, ha sido esperable, aunque no han aparecido fisuras de cortante. En cuanto a las vigas armadas con resina termoestables, se han visto mayor cantidad de fisuras que respecto a las vigas termoplásticas, como indica el trabajo de H.SAADATMANESH y M.R.EHSANI (1991), es debido a una mejor adherencia. En cuanto a la adherencia, en el trabajo de A. MONCAYO (2021), se concluya que el diámetro afecta a esta de manera inversa, a menor diámetro mayor adherencia, en el caso de las vigas 5V10 y 3V13 se ha podido observar que la viga con menor diámetro daba resultados que indicaban una menor adherencia, al contrario que los estudios de adherencia de A. MONCAYO (2021). También destaca que las cargas últimas obtenidas en las vigas termoestables se encontraban en entornos superiores a las calculadas por programas no lineales. En cuanto a las vigas armadas con resina termoplástica, presentan problemas en la adherencia, que se ha podido observar por la falta de fisuras, comparadas con las vigas de control, en ambos grupos; así como por las gráficas carga-deformación y carga-desplazamiento. Los valores obtenidos de carga última se encuentran en entornos inferiores a las calculadas por programas lineales, también cabe destacar las diferencias entre los resultados obtenidos en las vigas armadas con esta resina termoplástica, tanto en carga última como las gráficas cargadeformación y carga-desplazamiento.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 112 5. Conclusiones El uso de barras FRP como armadura activa o pasiva en elementos estructurales, es muy reciente y posee varias ventajas; como las propiedades químicas, por la cuales no se ve afectado por la corrosión, así como las propiedades mecánicas con una resistencia a tracción mayor que el acero, pero con un módulo de elasticidad incluso cuatro veces inferior en función del tipo de fibras. También el uso de barras termoplásticas es novedoso, ya que no está todavía en el mercado, y aporta nuevas ventajas al permitir que las barras se pueden volver a transformar una vez ensambladas, así como ser recicladas después del uso. En este documento se ha tratado las propiedades estructurales instantáneas de elementos armados con barras FRP. En relación a las propiedades estructurales de vigas, se ha podido observar que la viga armada con acero, como viga de control, en base a las diferencias observadas en las relaciones de carga-desplazamiento, en el centro de vano de las vigas. En la viga armada con acero se ha podido observar una rama elástica hasta que fisuran, una rama post fisurada donde disminuye la rigidez y finalmente una rama plástica o de pre-rotura una vez plastifica el acero; a diferencia de las vigas armadas con barras FRP las cuales tienen una rama elástica y una rama fisurada pero no tienen una rama plástica como se ha visto en el acero. Esto es debido a que las vigas de FRP son menos rígidas, las pendientes observadas son menos inclinadas, ya que las armaduras de FRP que su módulo elástico es una ¼ el módulo del acero. Las vigas con armadura pasiva de FRP presentan características diferentes dependiendo de la resina. En el caso de las vigas armadas con barras de resina termoestable los resultados de la campaña que se recoge a en este trabajo, dan a entender que se trata de un material bien caracterizado debido a que los resultados del ensayo condicen con los comportamientos descritos en la literatura; como las gráficas carga-deformación y las gráficas cargadesplazamiento las cuales mostraron comportamientos predecibles y similares entre las diferentes vigas; también destacar la fisuración de estas vigas que indica una buena adherencia. Aun así, a la hora de hormigonar se debe tener en cuenta la flotabilidad de las barras, durante el ensayo se puedo observar cómo debido a este fenómeno el canto útil de las vigas se vio afectado. Solo se obtuvieron valores que diferían de los antecedentes estudiados, a la hora de comparar vigas por el diámetro de barra: en el grupo 2 las dos vigas de resina termoestable dan a entender que la relación inversa entre el diámetro y la tensión de adherencia, menor diámetro mayor resistencia A. MONCAYO (2021), no se cumple. En el caso de las vigas armadas con barras de resina termoplástica, los resultados obtenidos en esta campaña ponen de manifiesto la necesidad de continuar estudiando este material, ya que las cargas finales resultantes diferían de las cargas calculadas con modelos no linéales, así como las gráficas carga-deformación y las gráficas carga-desplazamiento, que presentaban un comportamiento asociado a la perdida de adherencia de las barras. También es necesario destacar que entre las vigas armadas con las mismas barras no se ha podido ver una relación consistente, sino que los valores obtenidos de cada viga diferían entre si. En cuanto a las propiedades estructurales de vigas con armadura activa de FRP, aunque en este trabajo no se ha podido analizar la campaña experimental con armadura activa de FRP, los antecedentes indican que existen muchas lagunas de conocimiento en el uso de barras de FRP como armadura activa, como el mecanismo de anclaje de estas barras así, como la fuerza de pretensado, como la relajación o las propiedades a largo termino.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 113 5. 1 Futuras líneas de investigación EL tema de las propiedades estructurales instantáneas de elementos armados con barras FRP es muy amplio, puede ser incluso más amplio que de las barras de acero, como indica FEDERATION OF STRUCTURAL CONCRETE en el FIB Bull 40 (2007); y este estudio ha aportado solo una pequeña cantidad de conocimiento con la esperanza de seguir investigando este tema. - Se requiere más ensayos experimentales de elementos con armadura pasiva de FRP para poder validar los modelos vigentes y así conseguir que de las guías de diseño se puede llegar a incorporar en los códigos e instrucciones de diseño. - Como se ha podido observar en la campaña, se requiere un mayor conocimiento del comportamiento adherente de las barras de FRP, en especial de las barras con resina termoplástica. - Existen una laguna de conocimiento en cuanto al uso de barras de FRP en elementos pretensados. Este estudio, en el marco del proyecto de investigación del Plan Nacional Straduravius, coordinado por la universidad politécnica de Catalunya y la Universidad de A Coruña; ha aportado una pequeña porción de conocimiento y una línea de investigación abierta en cuanto al uso de barras FRP en elementos pretensados, que se continuará en la tesis doctoral del estudiante Galo Ortiz en la cual se realizará la campaña experimental con armadura activa de FRP.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 114 6. Bibliografía (1) FEDERATION OF STRUCTURAL CONCRETE, FRP FIB Bulletin 40, (2007). “Reinforcement in RC structures” (2) A. GUNNARSSON (2013) “Bearing capacity, relaxation and finite elementsimulation for prestressed concrete beamsreinforced with BFRP tendons” Master Tesis Reykjavík University, Iceland. (3) J.M. JONES (1999). “Mechanics of composite materials” Taylor & Francis, Philadelphia, USA. (4) D. AGARWAL y J. BROUTMAN, (1990). “Analysis and performance of fiber composites”. Pg 1-67. (5) J. HENRÍQUEZ (2018). https://docplayer.es/95585799-Ensayo-de-compresion.html a dia 14 de junio del 2021. (6) I. DANIEL y O. ISHAI. (1994). “Engineering Mechanics of Composite Materials”, Oxford UniversitynPress, Oxford. (7) P. K. MALLICK, (1988). “Fiber Reinforced Composites, Materials, Manufacturing and Design”, Marcel Dekker Inc., New York, USA. (8) E. GUDONISA, E.TIMINSKASA, V.GRIBNIAKAB, G. KAKLAUSKASA, A. K. ARNAUTOVC and V.TAMULĖNASA (2013). “FRP reinforcement for concrete structures: State-of-the-art review of application and design” (9) E.G. NAWY y G.E. NEUWERTH, (1971) “Behavior of Fiber Glass Reinforced Concrete Beams,” Journal of the Structural Division, ASCE, September, pp. 2203-2215. (10) H. SAADATMANESH y M.R. EHSANI (1991).“Fiber Composite Bar for Reinforced Concrete Construction,” Journal of Composite Materials, V. 25, February, pp. 188-203. (11) J. LARRALDE; L. RENBAUM; y A. MORSI (1988)“ Fiberglass Reinforced Plastic Rebars in Lieu of Steel Rebars,” TRB Annual Meeting, Task Force A2C51—Structural Applications of Fiber Reinforced Plastics, August. (12) R.KOTYNIA (2014). “Analytical models for reinforced concrete members shear strengthened with frp composites” (13) C.J. BURGOYNE (1992). “Tets on beams prestressed with polyaraimd ropes” (14) T.DONECHEV (2016) “Deformability of pretensioned pc beams with bfrp reinforcement” (15) S.H. GUÐMUNDSSON (2012). “Test of prestressed basalt FRP concrete beams with and without external stirrups”.
Estudio del comportamiento a flexión de elementos de hormigón armado o pretensado con FRP Sara Tamames Soriano pág. 115 (16) M.PEARSON and T.DONECH ( 2013) “Experimental Study on the Behavior of Prestressed ConcreteBeams with Internal BFRP Reinforcement.” Kingston University, London. (17) E.THORHALLSSON. (2015) “Concrete beams reinforced with prestressed basalt bars” (18) M.MIRSHEKARI (2016). “Deformability of pretensioned pc beams with bfrp reinforcement”. (19) A. MONCAYO (2021) “Estudio de la adherencia de armaduras de polímeros reforzados con fibras con resinas termoplásticas” TFM, UPC, 2021. (20) G. ORTIZ, (2020) “Campaña experimental, Proyecto Straduravius.” Universidad Politecnica de Cataluña, Barcelona, (21) Aenor ed., UNE-EN-12390-3. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 3: Determinación de la resistencia a compresión de probetas. Asociación Española de Normalización y Certificación, 2009. (22) Aenor ed., UNE-EN-12390-6. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 6. Resistencia a tracción indirecta de probetas, 2010. (23) Aenor ed., UNE-EN 12350-8:2020 Ensayos de hormigón fresco. Ensayo de asentamiento, 2020. (24) M.MONTERO(2021),https://tecnoticias.net/2021/05/introduccion-a-lostransformadores-diferenciales-variables-lineales-lvdt/ (25) R.PALLÁS-ARENY y J. G. WEBSTER, “Sensores y acondicionamiento de señales”