Resumen de Estudio de la influencia de los factores ambientales en el comportamiento de la unión adhesiva entre hormigón y barras frp nsm
Las estructuras de hormigón se utilizan ampliamente debido a sus ventajas como son la resistencia al fuego, la alta durabilidad y la buena relación entre funcionalidad y costo. Sin embargo, la vida útil de estas estructuras es limitada y su integridad estructural puede verse comprometida por distintos factores, entre los cuales destaca el envejecimiento de los materiales, los problemas patológicos y los efectos medioambientales (como la corrosión). Para intentar solucionar estas patologías y, teniendo en cuenta los costos asociados a la sustitución de elementos estructurales, la rehabilitación y el refuerzo de las estructuras existentes suponen una solución efectiva para aumentar su vida útil y reducir el impacto ambiental asociado al consumo de materias primas y procesos asociados. Por este motivo, el desarrollo de nuevos materiales y técnicas para la reparación, rehabilitación y refuerzo de estructuras de hormigón es de especial interés. La implementación de materiales compuestos de matriz polimérica (FRP, del inglés Fiber Reinforced Polymer), como alternativa a los elementos de refuerzo tradicionales de acero, está en crecimiento debido a las ventajas que este tipo de material ofrece en comparación al acero, como por ejemplo, su elevada relación resistencia – peso, la alta resistencia a la corrosión y su alta durabilidad en procesos de fatiga.
La técnica de refuerzo NSM (del inglés, Near – Surface Mounted), insertando una barra o laminado de FRP en la zona del recubrimiento de la armadura del elemento de hormigón y adhiriéndola mediante un adhesivo, mejora la capacidad de la unión y su protección ante daños externos, si lo comparamos con la técnica pionera de refuerzo externo que se utilizó, EBR (del inglés, Externally Bonded Reinforcement), donde una lámina de FRP se adhiere en la superficie del elemento estructural. A pesar de las ventajas que proporciona la técnica NSM, es necesario un buen comportamiento adherente entre el refuerzo de FRP y el hormigón para garantizar la trasmisión de esfuerzos entre ambos materiales durante el proceso de carga y de esta manera, alcanzar el éxito de las técnicas de refuerzo. Este comportamiento adherente es crucial tanto para la capacidad como para el modo de rotura del elemento reforzado. Además, las condiciones ambientales de temperatura y humedad relativa afectan al comportamiento de la unión.
Existen varios trabajos de investigación sobre el comportamiento adherente de los refuerzos EBR FRP con el hormigón, donde se estudia la interacción entre los tres constituyentes (hormigón, adhesivo y refuerzo de FRP) involucrados en el comportamiento de la unión y se analizan los distintos parámetros mecánicos y geométricos de los constituyentes y la influencia de las condiciones ambientales de la capacidad de la unión. En cambio, para elementos reforzados con la técnica NSM, la cantidad de estudios experimentales son más limitados, especialmente los referentes a la influencia de la temperatura y humedad relativa. A su vez, se requiere también de herramientas analíticas y/o numéricas para permitir predecir la capacidad de la unión.
El objetivo de este trabajo es contribuir en la mejora del conocimiento del comportamiento adherente instantáneo de los sistemas de refuerzo NSM con barras FRP de Carbono (CFRP), analizando la influencia de la temperatura y humedad relativa en el comportamiento de la unión y desarrollando un modelo analítico basado en la mecánica de la fractura para determinar la tenacidad de la unión en función del modo de rotura.
Se ha realizado una campaña experimental formada por dos series. En la serie 1 se estudia el comportamiento adherente instantáneo, en término de respuesta de carga máxima – deslizamiento y tensión de adherencia – deslizamiento de barras NSM CFRP con hormigón bajo condiciones ambientales. Para ello, se han ejecutado ensayos de pull-out directo, a cortante simple, bajo condiciones ambientales, en probetas de hormigón reforzadas con la técnica NSM y utilizando como refuerzo barras de FRP. Se ha analizado la influencia de la longitud de adherencia, el diámetro y el módulo de elasticidad de la barra FRP y la relación entre la anchura de la ranura y el diámetro de la barra FRP en la respuesta mecánica de la unión. En la serie 2 se estudia la influencia de la temperatura y la humedad en la capadidad de la unión. Se han ensayado probetas con las mismas características que las probetas de la serie 1, pero en este caso, bajo condiciones de temperatura y humedad relativa elevadas. Con los resultados experimentales obtenidos, y haciendo uso del modelo analítico desarrollado, se ha caracterizado el comportamiento a fractura de la unión y la influencia de los distintos parámetros analizados en la campaña experimental.
