lunes 19 de abril de2021

Arquitectura

Refuerzo y rehabilitación de estructuras

Hoy vamos a hablar de vigas de hormigón armado dañadas por la corrosión y reparadas con polímeros reforzados con fibras.

  • lunes, 15 de marzo de 2021

La corrosión de las armaduras de acero es uno de los principales problemas que afecta la durabilidad de las estructuras de hormigón armado y que se traduce en una pérdida de la seguridad estructural.

En consecuencia, se hace necesaria una rápida reparación y/o refuerzo. En el caso de vigas, se ha demostrado experimentalmente que el refuerzo con polímeros reforzados con fibras (PRF) confina las fisuras producidas por la expansión de los productos resultantes de la corrosión, manteniendo la integridad estructural y mejorando la resistencia última a flexión. Sin embargo, para enriquecer el conocimiento existente sobre el tema y mejorar las técnicas de intervención, es necesario contar con un mayor número de resultados experimentales donde, además, se evalúe la influencia de los PRF en la evolución del proceso corrosivo de elementos dañados y reparados.

La corrosión de las armaduras de aceros representa un problema de gran importancia para las estructuras de hormigón armado por dos razones:

Primero: la corrosión del acero va asociada con una pérdida considerable de su sección transversal.

Segundo: los productos de la corrosión ocupan un volumen mayor que el acero original, y ello genera tensiones de tracción en el hormigón que pueden provocar su fisuración o desprendimiento y en consecuencia pérdida de la unión estructural entre el refuerzo y el hormigón.

De este modo, si las fisuras generadas por el proceso corrosivo pueden ser prevenidas o demoradas, se podría conservar un cierto grado de resistencia estructural en las vigas corroídas.

Los métodos tradicionales para la rehabilitación de vigas de hormigón armado con sus armaduras dañadas por corrosión, incluyen la remoción del recubrimiento de hormigón y aplicación de uno nuevo y/o la colocación de planchuelas de acero. Estas últimas tienen problemas de durabilidad, pues son vulnerables a la corrosión y por lo general se necesitan equipos pesados para instalarlas. En consecuencia, se hace sumamente necesario estudiar nuevos materiales y técnicas que permitan reforzar en forma efectiva y económica estructuras deterioradas.

Recientes avances en el campo de los materiales poliméricos reforzados con fibras (PRF) han dado como resultado el desarrollo de nuevos materiales con excelentes potenciales para el refuerzo de elementos de hormigón armado en áreas donde los materiales convencionales han fallado. Los PRF tienen una alta relación resistencia- peso, buena durabilidad en ambientes agresivos, son térmicamente estables y resultan especialmente adecuados para estructuras en las que el peso constituye una variable fundamental en el proceso de diseño.

No exhiben fluencia, sino que tienen un comportamiento lineal elástico hasta la rotura [2]. Su naturaleza anisótropa permite diseñar el refuerzo y/o reparación según la dirección de la solicitación máxima de carga. Pueden superar en propiedades de resistencia última y rigidez al acero. Su coeficiente de dilatación es compatible con el del hormigón (o se puede diseñar para que el laminado lo sea).

Su instalación es sencilla, menos compleja y destructiva que la del acero. En diversas situaciones no hace falta detener la actividad a la que está sometida la estructura.

La técnica de refuerzo y/o reparación con PRF consiste en adherir dichos materiales, láminas preparadas in situ mediante el proceso denominado húmedo o placas prefabricadas, a la parte inferior de la viga, donde se supone se producirán los esfuerzos de tracción. Se utilizan comúnmente tres tipos de PRF:

  • PRFV: polímero reforzado con fibras de vidrio
  • PRFC: polímero reforzado con fibras de carbono
  • PRFA: polímero reforzado con fibras de aramida (fibras orgánicas)

Investigaciones realizadas por otros autores han demostrado que el uso de PRF para la rehabilitación de vigas dañadas por corrosión ha sido exitoso. Sin embargo, pocos trabajos han estudiado el comportamiento post reparación de elementos con sus armaduras de acero afectadas por distintos grados de corrosión y reparados con PRF.

Conclusiones

Se han presentado resultados de ensayos de flexión en vigas de hormigón armado sometidas a un proceso acelerado de corrosión y reparadas con PRFC. Se evaluó el comportamiento post-reparación de los especímenes, que luego de reparados continuaron con el proceso de corrosión. Se analizaron esquemas de reparación con PRFC y modos de falla. Del análisis y comparación de los resultados obtenidos se puede concluir:

  • Las técnicas utilizadas para medir la actividad corrosiva revelaron la disminución de la misma en las vigas reparadas con PRFC. Ello demuestra, aún cuando es necesario realizar un número mayor de ensayos, que el sistema de reparación con PRFC pudo efectivamente detener el proceso de corrosión a que fue sometida la armadura de tracción.
  • El refuerzo con PRFC permitió incrementar significativamente la resistencia última de la viga. En cuanto al tipo de rotura, se produjo en general una falla frágil por corte, pero se mantuvo la integridad estructural de los especímenes hasta el final de los ensayos.
  • La eficiencia de la técnica de refuerzo y/o reparación con PRFs depende de la configuración adoptada. Por ser el material de refuerzo un material marcadamente ortótropo con valores mayores de resistencia en la dirección axial de las fibras que en la dirección transversal, si se elige una configuración inadecuada podría resultar en un perjuicio para la estructura.

La comparación de los resultados experimentales con valores empíricos calculados a partir de modelos existentes en la literatura ha resultado en general satisfactoria, con estimaciones aceptables en algunos casos y significativamente conservadoras en otros.

Fuente  Bibliográfica: Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Concepción del Uruguay.