Estudio del comportamiento de mallas de fibras de carbono embebidas en matriz cementosa (cfrcm) para el refuerzo de estructuras de hormigón

• Autores: Cosette María Rodríguez Marcos
• Directores de la Tesis: Paula Villanueva Llauradó (dir. tes.), Jaime Fernández Gómez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería de Estructuras, Cimentaciones y Materiales por la Universidad Politécnica de Madrid
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de la construcción
      • Resistencia de estructuras
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • En la actualidad, el grado de concienciación sobre la sostenibilidad ha aumentado, así como la preocupación por el medio ambiente. En este contexto, el uso de materiales de reparación y refuerzo también ha crecido con el fin de aumentar la vida útil de las estructuras. Los materiales compuestos por fibras embebidas en una matriz son una opción viable en lugar de los métodos tradicionales de refuerzo, gracias a su alta resistencia en relación con su bajo peso. Los composites más utilizados son las fibras embebidas en matriz polimérica (FRP), que tienen un comportamiento elástico-lineal hasta la rotura, pero que no siempre pueden aplicarse. Como alternativa, existen los sistemas de fibras embebidos en matriz cementosa (FRCM) que tienen mayor compatibilidad con las estructuras de fábrica, mayor resistencia a altas temperaturas, e incluso una resistencia a fuego similar a las estructuras de hormigón o fábrica; además pueden ser aplicadas en soportes húmedos y permeabilidad al vapor de agua.

    Las propiedades de los FRCM son variables, dependiendo de las características de los tejidos y la matriz que los forman, de la interfaz entre ellas, y de la interfaz con el soporte. Antes de su aplicación como refuerzo, es necesario estudiar sus propiedades mediante ensayos de tracción y de otro tipo que permitan caracterizar la interfaz con el soporte. Actualmente, aunque existen guías sobre el refuerzo con FRCM, no hay ensayos específicos estandarizados para estos composites.

    Por todo lo expuesto anteriormente, se propone un estudio integral del comportamiento de las fibras de carbono embebidas en matriz cementosa (CFRCM), en el que se analicen las propiedades de las matrices, el comportamiento de las probetas aisladas y el comportamiento del material compuesto una vez aplicado como refuerzo. Además, se propone evaluar el impacto que tienen las propiedades de las mallas y de los morteros en el comportamiento global.

    Se analizan las propiedades mecánicas y de durabilidad de los morteros empleados como matrices. El objetivo principal es estudiar la posible mejora en la durabilidad empleando morteros de reparación, a la vez que se refuerza. Las diferentes tecnologías de reparación base cemento de las que se estudian las propiedades mecánicas y prestaciones de durabilidad son morteros Portland tradicional, modificados con polímeros y poliuretanos. Los resultados revelan que los morteros de reparación presentan altas prestaciones a diferentes niveles, siendo apropiados para aplicaciones en las que tanto la durabilidad como las prestaciones estructurales son críticas.

    El comportamiento de cada FRCM particular, como ya se ha comentado, depende de la malla y de la matriz que lo forman. Con el objetivo de evaluar la influencia de sus propiedades en el comportamiento global, se comparan sistemas de FRCM con dos mallas diferentes de carbono (con y sin impregnación) y seis morteros mediante ensayos de tracción uniaxial. Los resultados revelan un comportamiento remarcablemente mejor en los sistemas de malla impregnada, especialmente cuando esta se combina con morteros de alta resistencia.

    Una vez obtenido el comportamiento de los composites aislados, se analiza el comportamiento de los sistemas aplicados como refuerzo. En esta investigación, se someten 16 vigas de hormigón reforzadas con tres sistemas diferentes de FRCM a ensayos de flexión de tres puntos para caracterizar la interfaz soporte-composite. La resistencia última de las vigas con el mismo volumen de fibras varía hasta un 60% dependiendo del mortero, y la carga última de las vigas reforzadas es de al menos dos veces la de control.

    Debido la dificultad de realizar ensayos para estudiar la adherencia, se propone un modelo numérico de las vigas de hormigón reforzadas con FRCM con un enfoque macro en el software DIANA, que permita estimar su comportamiento. El modelo adoptado permite representar la fisuración del hormigón, la del FRCM y el comportamiento general de la viga.