Sistemas compuestos FRCM a base de tejidos de fibras de cabuya y vidrio para el fortalecimiento de columnas y vigas de concreto reforzado

Abstract

Las estructuras de concreto armado deben poseer una vida útil adecuada, y se puede presumir que los requerimientos y consideraciones iniciales de diseño deben tomar en cuenta diversos factores tales como durabilidad y presencia de fenómenos naturales. Actualmente, la reparación y reforzamiento de estructuras es una actividad cotidiana en la ingeniería civil; esto con el propósito de no dejar abandonadas o llegar a demoler estructuras que presenten problemas estructurales. Por este motivo, los sistemas de reforzamiento son cada vez más estudiados, y entre estos sistemas, los sistemas FRCM (Fabric Reinforced Cementitious Matrix Composites) producidos a base de tejidos de fibras sintéticas o naturales son una opción viable para reparar o reforzar diversos tipos de estructuras. En este estudio, se han diseñado sistemas FRCM producidos a base de tejidos de fibras de cabuya y de vidrio. En el caso de los tejidos de vidrio, estos tejidos se comercializan en el Ecuador y en Colombia para ser usado principalmente en la elaboración de tanques de gasolina y que no han sido usados en la industria de la construcción, más aún en la producción de materiales compuestos FRCM; una ventaja de estos tejidos de vidrio, frente a los tejidos de vidrio que tradicionalmente se usan en la industria de la construcción, es su economía. Se evaluaron las principales características físicas y mecánicas de cada uno de los materiales compuestos considerados en este estudio. Luego de llevar a cabo la caracterización y determinar cuántos estratos (layers) de tejido de refuerzo se van a usar, se procedió a construir modelos a escala de elementos estructurales de concreto armado del tipo vigas y columnas para poder ensayarlas a flexión a cuatro puntos y a compresión concéntrica, respectivamente. De esta manera, se estudiaron propiedades tales como capacidad resistente, capacidad de deformación y ductilidad. En el caso de vigas y columnas sin refuerzo FRCM, estas muestras evidentemente obtuvieron resistencias inferiores a aquellas de los elementos reforzados con los sistemas FRCM. Las vigas con refuerzo FRCM a base de tejidos de cabuya alcanzaron una resistencia a flexión de 14.591 MPa y las vigas con refuerzo FRCM a base de tejidos de vidrio alcanzaron una resistencia a flexión de 20.875 MPa, frente a los 11.310 MPa que obtuvieron las vigas sin refuerzo FRCM. Por otro lado, las columnas sin refuerzo FRCM alcanzaron una resistencia a la compresión de 17.281 MPa, valor muy inferior a los obtenidos en el caso de las columnas reforzadas con sistemas FRCM a base de tejidos de cabuya (33.723 MPa) y de vidrio (34.456 MPa). Estos resultados alentadores demuestran el potencial de los sistemas FRCM diseñados en este estudio para el reforzamiento estructural de elementos de concreto armado. Adicionalmente, en esta investigación también se realizó un análisis numérico del comportamiento de elementos de concreto armado reforzados con materiales compuestos FRCM sometidos a flexión y a compresión, y estos resultados se compararon con aquellos obtenidos experimentalmente ensayando, en el laboratorio de Control de Calidad de Materiales de la UNACH, las muestras construidas y reforzadas con los sistemas FRCM considerados.