Confinamiento de pilares de hormigón con FRP

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El refuerzo estructural con fibra de carbono en columnas o pilares de hormigón armado permite dotar al elemento de mayor rigidez y capacidad mediante el confinamiento. Los efectos del confinamiento del hormigón han sido extensivamente investigados en el pasado, y en la actualidad se entiende relativamente el resultante incremento en resistencia y ductilidad. En la práctica, el confinamiento del hormigón en un miembro estructural es proporcionado comúnmente por el refuerzo transversal en forma de zunchos o espirales.

Hoy existen numerosas estructuras que están en la necesidad de alguna rehabilitación o reforzamiento por diversas causas, o simplemente por errores en la ejecución. En el caso de los pilares de puentes construidos en el pasado pueden tener la urgente necesidad de ser actualizados debido a las exigencias más rigurosas de los nuevos códigos sísmicos. En tal sentido, la necesidad de reparar o reforzar se ha incrementado significativamente.

En respuesta a esto, han surgido nuevas tecnologías de refuerzo que incluyen la utilización de fibras de carbono, produciendo un efecto de confinamiento interno, zunchado con tejidos compuestos, normalmente con polímeros reforzados con fibras (FRP).

En realidad, todo material que pueda proporcionar una restricción lateral (confinamiento) suficiente puede ser usado para contener o demorar la rotura instantánea del hormigón.

Básicamente, el confinamiento restringe la fisuración por compresión y cortante, aumentando así la ductilidad del elemento estructural durante la rotura.

Al respecto, en años recientes se ha incrementado el uso de los polímeros reforzados con fibra (FRP) como elemento de confinamiento, debido a sus excelentes propiedades mecánicas y químicas de estos materiales.

Algunos investigadores han mostrado que el confinamiento con FRP mejora el comportamiento de columnas sometidas a carga sísmica, y se han aplicado eficientemente en la rehabilitación sísmica de pilares de puentes en USA, Japón y por supuesto en Chile.

TRABAJOS EXPERIMENTALES SOBRE PILARES DE HORMIGÓN CONFINADOS CON FRP.

Numerosos han sido los trabajos publicados por investigadores acerca de las variaciones de sus propiedades que resultan del confinamiento de pilares. Los resultados de estas investigaciones coinciden en que este trabajo incide directamente en las siguientes propiedades:

1. Resistencia a Compresión.

2. Ductilidad.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

El efecto más importante del confinamiento con FRP es la deformación axial a rotura. En los hormigones confinados con FRP, es considerablemente mayor que la deformación correspondiente al hormigón sin confinar. En el caso del hormigón con resistencias del tipo H30 confinado con FRP de carbono, se observa un incremento del 10% en la tensión de compresión cuando es reforzado con 1 capa de fibra de carbono. Para 3 capas hay un incremento de 80%, mientras para 6 capas el incremento en la tensión es de 160%La comparación de estos resultados permite establecer que la eficiencia de confinamiento es dependiente del tipo de FRP, siendo mayor el caso del confinamiento con FRP de carbono.

DUCTILIDAD

Si consideramos el valor emax/ec como índice de ductilidad, se puede establecer que la ductilidad se incrementa cuando se incrementa el número de capas de FRP. Sin embargo, se observa que este incremento es más significante en el caso de los FRP de carbono que en el caso de los FRP de vidrio. Esto puede atribuirse al mayor módulo de elasticidad y resistencia a la tracción del FRP de carbono.

Por otro lado, el incremento del índice de ductilidad es mayor en al caso del hormigón del orden H30 en comparación con el hormigón de alta resistencia H70.

APLICACIONES EN CHILE DE PILARES HORMIGÓN CONFINADOS CON FRP.

La primera aplicación que tuvo en Chile el confinamiento de pilares se realizó en el puente Rodrigo Bastidas en Villarrica.

Refuerzo a confinamiento de pilarRefuerzo a confinamiento puente

Este puente tenía múltiples fisuras producidas por fallas de compresión de los pilares más altos, y fallas de corte en los pilares más cortos. Ambos fueron confinados con fibras de carbono del tipo ADCOS Carbotex o Sika Wrap.

Refuerzos en el Mall Plaza Alameda

Por incremento de cargas en pisos superiores decididos después de la construcción de los subterráneos, se requirió incrementar la resistencia a compresión de 47 pilares. El trabajo se realizó en tres semanas de forma tal que se garantizara la entrega de los locales en el tiempo previsto.

En conclusión, el confinamiento de columnas al aplicar un refuerzo estructural con fibra de carbono permite:

  • Aumentar la capacidad de carga axial de la columna.

  • Aumentar la ductilidad de la columna.

  • Aumentar la capacidad al corte.

  • Requiere un mínimo acceso.

  • Se ajusta a las diversas secciones.

  • Coste comparativo menor que el reforzamiento con métodos tradicionales.