Concreto Confinado 3hcg

1 CONCRETO CONFINADO CON FRP

Hasta la década de los 90 el uso de acero de refuerzo o encamisados con inyección de morteros de hormigón, eran los métodos más comunes de reforzamiento y reparación de columnas RC. Encamisado es más efectivo , pero ambos agregan peso considerable a la estructura, requieren de mucha mano de obra y son más difícil de implementar. Actualmente, envolver las columnas con tela de FRP es preferido a los métodos anteriores.

El reforzamiento de columnas existente de RC usando acero o FRP está basado en el bien conocido hecho de que se incrementa el confinamiento lateral de la columna, y de esa manera incrementa su capacidad de Resistencia axial de compresión y a su vez la ductilidad de la misma. Ahora bien los estudios del confinamiento con FRP han demostrado que este se comporta de una manera diferente al confinamiento con acero, de forma que las recomendaciones de diseno desarrolladas para el acero no

2 pueden ser aplicadas al confinamiento de columnas con FRP, a pesar de la similitud aparente. Métodos de reforzamiento Los métodos de reforzamiento pueden ser clasificados en tres categorías en término del método adoptado para construir el compuesto de FRP: 1. Envolver la columna con tela de FRP, 2. Enrolarla con filamentos de FRP, y 3. Encamisado prefabricado.

Envolver Envolvimiento en sitio es el más común utilizado. Fibras unidireccionales son impregnadas con resinas de polímeros en forma de tela y colocadas alrededor de las columnas en un proceso donde las fibras principales están orientadas en la dirección de la circunferencia o sea en la dirección de los estribos. Una columna puede estar envuelta por una capa de FRP o varias capas o podría estar parcialmente envuelta usando tiras de FRP en forma de espiral o de anillos.

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Envolvimiento en sitio con tela de FRP

Envuelta total

espiral continua

Anillos discretos

Envoltura parcial

4 Enrolado con filamentos de FRP El principio del enrolado con filamentos de FRP es similar al de envolver la columna, excepto que la técnica de colocar el filamento usa hilos continuos de fibra que pueden ser colocados automáticamente mediante un proceso computarizado que controla la máquina de enrolado, inclusive se podría incluir pre esfuerzo con este procedimiento. Las primeras máquinas utilizadas fueron inventadas en Japón a mediados de los 80.

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Encamisados prefabricados Estos encamisados prefabricados se preparan en un taller especializado bajo mucho control con fibras de tela de FRP o con hilos de FRP e impregnados con resinas mucho antes de ser colocados en el terreno. Estos pueden ser medio círculos o medio rectángulos o cuadrados o círculos abiertos ya sea en pedazos o en rollos continuos abiertos colocados alrededor de las columnas. Ahora bien se requiere o total entre el FRP y la columna de

6 concreto para que haya eficiencia de confinamiento, ya sea mediante adherencia con epoxi o por inyección de mortero no-retraiga en los espacios que puedan quedar entre el concreto y el cascaron de FRP. Una aplicación interesante de esta técnica es la modificación de la forma de as columnas. En particular, cambiando de rectangulares o cuadradas a secciones circulares o elípticas. En esta aplicación el cascaron de FRP actúa como encofrado durante la colocación del concreto adicional y a su vez provee confinamiento durante el curado del mismo.

Aspectos constructivos Típicamente, la interface entre el concreto y el FRP es crítico el o entre el concreto y el FRP y no es la adherencia que es crítica. Por lo que, la resistencia del

7 concreto en la interface no es tan crítica. Ahora bien, la superficie debe estar limpia y seca y cualquier desperfecto debe ser corregido ya sea con masilla o concreto o mortero.

En la mayoría de los casos, el confinamiento con FRP se obtiene de una manera pasiva en naturaleza, con aros de esfuerzos de tensión del FRP que desarrolla en la forma que el concreto se dilata o deforma por el efecto de poison. Confinamiento activo ha sido explorado proveyendo encamisados más grandes y llenando los huecos con mortero expansivo o resinas a presión, y alternativamente los filamentos pueden ser pre esforzados durante el proceso de instalación. Una presión de confinamiento podría desrrollarse antes de que la columna comience a dilatarse en la dirección perpendicular a la carga.

Modos de falla típicos. El enfasis aqui es columnas de seccion transversal circular. Donde se coloca un confinamiento con FRP i esta se somete a una carga axial de compresion, el concreto se

8 expande lateralmente, y esta expansión es confinada por el FRP. Para columnas circulares, el concreto está sujeto a una presión uniforme de confinamiento, la cual es función de la cantidad y resistencia del FRP y del diámetro del núcleo de la columna dado por:

1 Donde fl es la presion de confinamiento lateral, ffrp es la Resistencia a la tension del FRP en la direccion transversal del aro, tfrp es el espesor total del FRP (o el espesor equivalente en caso de franjas confinadas con separacion), d es el diametro de la columna confinada, y ρfrp es la relacion volumetrica de FRP dado por la siguiente ecuación con envoltura total:

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Acción de confinamiento

En la manera que el FRP está sujeto a tensión en la dirección del aro, la eventual falla ocurre cuando se alcanza la Resistencia del aro en este caso acero o FRP. Este modo de falla se reporta en la mayoría de los ensayos realizados. Pero también se ha visto desprendimiento prematuro debido a la separación del FRP en las uniones de solape especialmente en aquellas con poco solape.

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Fallas de confinamiento por rotura del FRP

Resistencia a Compresion de concreto confinado con FRP Para diseño de esquemas de reforzamiento, es necesario calcular la ganancia en Resistencia debido al confinamiento. Estudios en experimentos han mostrado que el modelo utilizado para acero no es adecuado para confinamiento con FRP, de forma que estudios están en proceso para desarrollar un modelo específico para confinamiento con FRP.

11 Mucho de los modelos toman la forma de las primeras ecuaciones desarrolladas por Richart en el 1920 en la Universidad de Illinois

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Donde f’cc y f’co son los esfuerzos de compresión confinados y no confinados respectivamente, y k es un factor de confinamiento. Mientras varios (más complejos) modelos existen o están en desarrollo, los datos experimentales indican que la Resistencia del concreto confinado con FRP esta relacionada linealmente con la presión de confinamiento lateral de forma que Lam & Teng han propuesto que para diseño se tome a k = 2. Ellos también sugieren que, para su modelo propuesto, la resistencia a la tensión del FRP en la dirección transversal sea tomada de un ensayo de cupón. Otros ensayos como ensayos de separación de anillos se han utilizado recientemente y el modelo mostrado arriba todavía parece mantenerse apropiado.

12 Esfuerzo-Deformación, comportamiento del concreto confinado con FRP Entender el comportamiento constitutivo de la relación de concreto confinado con FRP se requiere para presentar esquemas de reforzamiento de diseño (particularmente cuando se aplican cargas combinadas de momento y axial y la simulación numérica de esos elementos. Ensayos muestran que la curva de esfuerzo deformación unitaria para concreto confinado con FRP en columnas circulares es bilineal con una zona de transición alrededor del nivel de esfuerzos del concreto no confinado. La etapa inicial lineal es similar a la del concreto no confinado, indicando que el comportamiento no se afecta por la presencia del FRP. En la segunda etapa lineal, el concreto se agrieta y se active el confinamiento del FRP. El esfuerzo del concreto confinado incrementa linealmente con el incremento del FRP y alcanza un valor máximo cuando el FRP alcanza la rotura. Ahora bien, si el nivel de confinamiento es bajo, el comportamiento descrito puede que no se cumpla, y la segunda etapa se puede caracterizar por una ecuación descendente suave.

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Graficas típicas de esfuerzo- deformación del concreto confinado

Basados en revisión de modelos anteriores y en datos base de experimentos, Lam & Teng proponen un modelo simple pero preciso de esfuerzo-deformación. El modelo está basado en las siguientes asunciones:

14 • La primera porción de la gráfica es parabólica (pero su forma es cercana a una línea recta) • La segunda porción es lineal • La primera porción se encuentra con la segunda en una transición suave (la variación de la pendiente es continua) • El eje de esfuerzos es interceptado por la segunda porción en la posición de la resistencia a la compresión del concreto no confinado, y • La segunda porción lineal termina en un punto donde la compresión y la deformación unitaria ultima se obtienen.

15 Modelo de Esfuerzo-deformación de concreto confinado con FRP Basado en estas asunciones y la representación gráfica mostrada más arriba, el modelo está representado por las siguientes ecuaciones:

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Y

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Donde la transición suave entre las dos porciones es a εt dado por:

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Y la pendiente de la porción lineal está dada por:

7 Finalmente, la deformación unitaria ultima de diseño de columnas confinadas con CFRP es dada por:

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