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PRESENTACION PFG-MATERIALES COMPUESTOS_MARTA MARQUINA y JORGE FAUS.ppt
- 1. MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO Y FIBRA DE CARBONO PARA APLICACIONES ESTRUCTURALES ALUMNOS JORGE FAUS FERRER MARTA MARQUINA CONTRERAS DIRECTOR TFG JOSÉ RAMÓN ALBIOL IBÁÑEZ LUIS V. GARCÍA BALLESTER PROYECTO FINAL DE GRADO JUNIO 2013 TALLER 17: MATERIALES AVANZADOS // MODALIDAD CIENTÍFICO TÉCNICA
- 2. ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS 2. ESTADO DEL ARTE 3. PROGRAMA EXPERIMENTAL 4. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 5. ENSAYOS Y RESULTADOS 6. CONCLUSIONES 7. FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO 8. BIBILIOGRAFÍA 9. AGRADECIMIENTOS
- 3. INTRODUCCIÓN MATERIALES COMPUESTOS - AMPLIAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN - RELACIONADOS A INDUSTRIAS TECNOLÓGICAMENTE MUY AVANZADAS GRANDES Y COSTOSAS INVESTIGACIONES EXCELENTES PROPIEDADES MECÁNICAS USO EN INGENIERÍA ESTRUCTURAL EFECTIVAS SOLUCIONES ESTRUCTURALES INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 4. - FABRICACIÓN DE UNA SERIE DE LAMINADOS - ANALIZAR LAS RESPUESTAS MECÁNICAS EN FUNCIÓN DE - ESTUDIO Y ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS - OBJETIVO FINAL FABRICACIÓN DE UNA VIGA A PARTIR DE UN PERFIL PULTRUSIONADO OBJETIVOS LA DISPOSICIÓN DE LAS FIBRAS TIPO DE MATRIZ TIPOS DE CURADO INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 5. 1. MATERIALES COMPUESTOS 2. COMPONENTES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS - FIBRAS - MATRICES - PROCESOS DE FABRICACIÓN 3. COMPONENTES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS POLIMÉRICOS ESTADO DEL ARTE INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 6. MATERIAL FORMADO POR: Rigidez Tenacidad Resistencia a la tracción FIN MATERIALES COMPUESTOS MEJORAN PROPIEDADES DE COMPONENTES POR SEPARADO Propiedades finales superiores Excluir de esta lista: - Aquellos materiales que no hayan sido fabricados expresamente por la mano del hombre - Los que tengan continuidad fenomenológica - El hormigón armado Resistencia mecánica Rigidez Dureza Resistencia térmica Resistencia ambiental Fina película (ensimaje) Reviste filamentos de la fibra PROPORCIONA PROPIEDADES ESTRUCTURALES ENGLOBA AL REFUERZO CONSEGUIR UNIÓN ENTRE FIBRA-RESINA REFUERZO MATRIZ INTERFASE INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 7. CLASIFICACIÓN DEL REFUERZO COMPONENTES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS FIBRAS DE ORIGEN MINERAL Fibras Cerámicas (Carburo de Silicio, Aramida) Fibras Metálicas Fibras de origen inorgánico (Carbono, Vidrio, Boro) FIBRAS DE ORIGEN ORGÁNICO Aramida, Polietileno CLASIFICACIÓN DE LA MATRIZ MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METÁLICA (MMC) MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ CERÁMICA (CMC) MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA (PMC) SEGÚN NATURALEZA DE LA MATRIZ REFORZADOS CON PARTÍCULAS REFORZADOS CON FIBRAS ESTRUCTURAL SEGÚN ORIGEN DE LAS FIBRAS SEGÚN FORMA DE REFUERZO CONTINUAS/DISCONTINUAS LAMINARES/PANEL SANDWICH INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 8. FIBRAS COMPONENTES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS POLIMÉRICOS - FIBRA DE CARBONO - FIBRA DE VIDRIO - FIBRA DE ARAMIDA MATRICES - RESINA DE POLIÉSTER - RESINA VINILÉSTER - RESINA FENÓLICA - FIBRA DE CARBURO DE SILICIO - FIBRA DE BORO - FIBRA DE CUARZO - RESINA EPOXI - RESINAS DE BISMALEIMIDA, POLIIMIDA Y ÉSTERES CIANATO INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 9. PROCESOS DE FABRICACIÓN COMPONENTES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS POLIMÉRICOS - MOLDE ABIERTO - PROCESADO DE PREIMPREGNADOS EN AUTOCLAVE - PROCESADO DE PREIMPREGNADOS SIN AUTOCLAVE - ENROLLAMIENTO FILAMENTARIO - MOLDEO POR CONTACTO A MANO - MOLDEO POR PROYECCIÓN SIMULTÁNEA - CENTRIFUGACIÓN - MOLDE CERRADO - PULTRUSIÓN - SISTEMA DE MOLDEO COMPOUND - PRENSA (EN FRÍO Y EN CALIENTE) - MOLDEO POR INYECCIÓN DE TERMOESTABLES - MOLDEO POR TRANSFERENCIA DE RESINA (RTM) INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 10. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL ELEMENTO CONSTRUCTIVO SELECCIÓN DE LÁMINAS Y RESINAS ENSAYOS PREVIOS ELABORACIÓN DE LAMINADOS ENSAYOS A TRACCIÓN CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DE LAMINADOS (RESULTADOS) ELABORACIÓN DE VIGA ENSAYO A FLEXIÓN POR CUATRO PUNTOS ANÁLISIS DE RESULTADOS CONCLUSIONES PROGRAMA EXPERIMENTAL INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 11. PROGRAMA EXPERIMENTAL INICIAL 1. ESTUDIO Y COMPARACIÓN de materiales compuestos atendiendo a la composición, dirección y gramaje de fibras. 2. ESTUDIO Y COMPARACIÓN de materiales compuestos atendiendo a la composición, dirección y gramaje de fibras. GLOSARIO COMPOSICIÓN DEL LAMINADO Plain_0/90 Tela Plain de fibra de vidrio con fibras direccionadas a 0 y 90 Mat Tela Mat de fibra de vidrio con fibras direccionadas aleatoriamente Tejido_0/90 Tela Tejido de fibra de vidrio con fibras direccionadas a 0 y 90 Carbon.uni_0 Tela Tejido Unidireccional de fibra de carbono direccionada a 0 NOMENCLATURA PARA LA COMPOSICIÓN DE LOS LAMINADOS - Matriz utilizada (poliéster frente a epoxi) - Temperaturas de curado (ambiente/60C y 90C durante 2 horas) - Temperaturas de curado (ambiente/60C y 90C durante 2 horas) - Influencia de introducción de filler calizo en porcentajes de 5, 10 y 20 % sobre matriz de poliéster INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 12. SEGÚN UNE-EN ISO 527-4 PROGRAMA EXPERIMENTAL INICIAL tipos Fibras 1 Vidrio E / Carbono Ambiente 60 0 C 90 0 C 2 Vidrio E Ambiente 60 0 C 90 0 C 3 Vidrio E / Carbono Ambiente 60 0 C 90 0 C 4 Vidrio E / Carbono Ambiente 60 0 C 90 0 C 5 Vidrio E Ambiente 60 0 C 90 0 C 6 Vidrio E / Carbono Ambiente 60 0 C 90 0 C 11 Vidrio E / Carbono Ambiente 60 0 C 90 0 C 12 Vidrio E / Carbono Ambiente 60 0 C 90 0 C 13 Vidrio E / Carbono Ambiente 60 0 C 90 0 C 21 Vidrio E Ambiente 60 0 C 90 0 C 22 Vidrio E Ambiente 60 0 C 90 0 C 23 Vidrio E Ambiente 60 0 C 90 0 C 31 Vidrio E / Carbono Ambiente 60 0 C 90 0 C 32 Vidrio E / Carbono Ambiente 60 0 C 90 0 C 33 Vidrio E / Carbono Ambiente 60 0 C 90 0 C Curado Matriz Característica del laminado Plain_0/90 + Mat + Carbon.uni_0 + Mat + Velo_0/90 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Velo_0/90 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Carbon.uni_90 + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Carbon.uni_0 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Carbon.uni_90 + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Carbon.uni_0 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Carbon.uni_0 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Carbon.uni_0 + Mat + Plain_0/90 Poliester insaturado ortoftálico +5% filler calizo Poliester insaturado ortoftálico +10% filler calizo Poliester insaturado ortoftálico +20% filler calizo Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Carbon.uni_90 + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Carbon.uni_90 + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Carbon.uni_90 + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Poliester insaturado ortoftálico Poliester insaturado ortoftálico Poliester insaturado ortoftálico Epoxi Epoxi Epoxi Poliester insaturado ortoftálico +5% filler calizo Poliester insaturado ortoftálico +10 % filler calizo Poliester insaturado ortoftálico +20 % filler calizo Poliester insaturado ortoftálico +5% filler calizo Poliester insaturado ortoftálico +10% filler calizo Poliester insaturado ortoftálico +20% filler calizo SE PROGRAMAN ENSAYOS PREVIOS TIPO 1B TIPO 2 PROBETA TIPO 1B PROBETA TIPO 2 GEOMETRÍAS DIFERENTES PARA PROBETA EN ENSAYOS A TRACCIÓN INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 13. ANTE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN LOS ENSAYOS PREVIOS, SE REFORMULA EL PROGRAMA EXPERIMENTAL PROGRAMA EXPERIMENTAL INICIAL SE DECIDEN REALIZAR ÚNICAMENTE PROBETAS DE LA TIPOLOGÍA 2, POR SU FACILIDAD DE CORTE, FABRICACIÓN Y ENSAYO. SE PLANTEA SITUAR EN LAS ZONAS INTERIORES LAS LÁMINAS DE PLAIN, CON EL FIN DE CONCENTRAR LAS TENSIONES MÁS CERCA DEL NÚCLEO DEL LAMINADO. ANTE LOS RESULTADOS OBTENIDOS POR LA INCORPORACIÓN DE LOS FILLERS CALIZOS EN UNA MATRIZ DE POLIÉSTER, SE ELIMINA LA PARTE DE ESTE TRABAJO Y SE DECIDE: INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS • AUMENTAR EL NÚMERO DE MUESTRAS Y COMPOSICIONES A COMPARAR • LA FABRICACIÓN DE UN ELEMENTO CONSTRUCTIVO, UNA VIGA
- 14. PROGRAMA EXPERIMENTAL CARACTERIZACIÓN MATERIAL MATRIZ POLIÉSTER 1 Plain_0/90 + Mat + Carbon.uni_0 + Mat + Plain_0/90 2 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 1b Mat + Plain_0/90 + Carbon.uni_0 + Plain_0/90 + Mat 2b Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 3 Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 4 Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Carbon.uni_0 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat MATRIZ EPOXI 1b E Mat + Plain_0/90 + Carbon.uni_0 + Plain_0/90 + Mat 2b E Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 3 E Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 4 E Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Carbon.uni_0 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat ELEMENTO CONSTRUCTIVO VIGA ADIRA C/G FIBER PROGRAMA EXPERIMENTAL DEFINITIVO INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 15. 1 Vidrio E / Carbono 1.1 1.2 1.1-60 1.2-60 1.1-90 1.2-90 2 Vidrio E 2,1 2.2 2.1-60 2.2-60 2.1-90 2.2-90 1bis Vidrio E / Carbono 1b1 1b2 1b1-60 1b2-60 1b1-90 1b2-90 2bis Vidrio E 2b1 2b2 2b1-60 2b2-60 2b1-90 2b2-90 3 Vidrio E 3.1 3.2 3.1-60 3.2-60 3.1-90 3.2-90 4 Vidrio E / Carbono 4.1 4.2 4.1-60 4.2-60 4.1-90 4.2-90 1bis-E Vidrio E / Carbono 1b1-E 1b2-E 1b1-E-60 1b2-E-60 1b1-E-90 1b2-E-90 2bis-E Vidrio E 2b1-E 2b2-E 2b1-E-60 2b2-E-60 2b1-E-90 2b2-E-90 3-E Vidrio E 3.1-E 3.2-E 3.1-E-60 3.2-E-60 3.1-E-90 3.2-E-90 4-E Vidrio E / Carbono 4.1-E 4.2-E 4.1-E-60 4.2-E-60 4.1-E-90 4.2-E-90 Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Carbon.uni_0 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Mat + Plain_0/90 + Carbon.uni_0 + Plain_0/90 + Mat Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Carbon.uni_0 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Mat + Plain_0/90 + Carbon.uni_0 + Plain_0/90 + Mat Horno 90 Plain_0/90 + Mat + Carbon.uni_0 + Mat + Plain_0/90 Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat PROGRAMA EXPERIMENTAL POLIESTER INSATURADO ORTOFTÁLICO EPOXI Matriz Curado Tipos Característica del laminado Fibras Ambiente Horno 60 La influencia de introducir una lámina de carbono, en sustitución de tejido de fibra de vidrio MATRIZ POLIÉSTER MATRIZ EPOXI CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL PROGRAMA EXPERIMENTAL DEFINITIVO comparando las probetas y 1b-E y 2b-E La influencia de introducir una lámina de carbono, además de las ya existentes Las capacidades mecánicas de una matriz de resina epoxi frente a una de resina de poliéster comparando las probetas 3-E y 4-E comparando probetas 1b y 1b-E, 2b y 2b-E, 3 y 3-E, 4 y 4-E INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS Influencia de sustituir tejido de fibra de vidrio por lámina de carbono comparación probetas 1-2 y 1b-2b Los cambios producidos debido a la colocación del Plain en las capas interiores, quedando el Mat como material superficial La influencia de introducir una lámina de carbono, además de las ya existentes comparando las probetas 1-1b y 2-2b comparando las probetas 3 y 4
- 16. ELEMENTO CONSTRUCTIVO ELABORACIÓN UNA VIGA - A PARTIR DE UN PERFIL PULTRUSIONADO PROGRAMA EXPERIMENTAL DEFINITIVO INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS - ENSAYO A FLEXIÓN CON 4 PUNTOS
- 17. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 1. MATERIALES 2. PROCESO DE FABRICACIÓN DE PROBETAS CON MATRIZ DE POLIÉSTER/EPOXI 3. PROCESO DE FABRICACIÓN DE UNA VIGA A PARTIR DE PERFIL PULTRUSIONADO INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 18. MATERIALES RESINA DE POLIÉSTER RESINA EPOXI FIBRA DE VIDRIO FIBRA DE CARBONO MOLDE VIGA MÁQUINA DE ENSAYOS A TRACCIÓN MÁQUINA DE ENSAYOS A FLEXIÓN TEJIDO _0/90 PLAIN_0/90 MAT CARBON.UNI_0 INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 19. PROCESO DE FABRICACIÓN DE PROBETAS MATRIZ POLIÉSTER/EPOXI INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS PREPARACIÓN DEL MOLDE PREPARACIÓN DEL REFUERZO PREPARACIÓN DE LA RESINA ELABORACIÓN DEL LAMINADO ENDURECIMIENTO DESMOLDE CURADO EN HORNO DESBASTADO DE PROBETAS PREPARACIÓN DE LA MATRIZ RESINA + CATALIZADOR PREPARACIÓN DEL MOLDE Y MATERIAL ELABORACIÓN DE LOS LAMINADOS SEGÚN PROGRAMA EXPERIMENTAL PREPARACIÓN DEL REFUERZO. CORTE DE PIEZAS DE FIBRA DE VIDRIO Y CARBONO + CATALIZADOR POLIÉSTER EPOXI POLIÉSTER EPOXI
- 20. PROCESO DE FABRICACIÓN DE PROBETAS MATRIZ POLIÉSTER/EPOXI INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS + CATALIZADOR ELABORACIÓN DE LOS LAMINADOS SEGÚN PROGRAMA EXPERIMENTAL EPOXI PREPARACIÓN DEL MOLDE PREPARACIÓN DEL REFUERZO PREPARACIÓN DE LA RESINA ELABORACIÓN DEL LAMINADO ENDURECIMIENTO DESMOLDE CURADO EN HORNO DESBASTADO DE PROBETAS POLIÉSTER
- 21. PROCESO DE FABRICACIÓN DE PROBETAS MATRIZ POLIÉSTER/EPOXI INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS DESMOLDEO DE PROBETAS CURADO AMBIENTE 24h DESBARDADO DE PROBETAS COMPROBACIÓN DE SECCIÓN Y ESPESOR POST-CURADO EN HORNO A 60°C Y 90°C Según programa experimental 2 horas En caso de post-curado: Poliéster 1h. / Epoxi 8h. ENSAYOS DE TRACCIÓN PREPARACIÓN DEL MOLDE PREPARACIÓN DEL REFUERZO PREPARACIÓN DE LA RESINA ELABORACIÓN DEL LAMINADO ENDURECIMIENTO DESMOLDE CURADO EN HORNO DESBASTADO DE PROBETAS
- 22. FABRICACIÓN DE UNA VIGA DE LAMINADO DE FIBRA DE VIDRIO Y CARBONO CON RESINA DE POLIÉSTER UNIÓN DE LOS MÓDULOS FABRICACIÓN DE MÓDULOS PREPARACIÓN DEL MOLDE Y MATERIALES LAMINADO DE LA VIGA FABRICACIÓN DE RIGIDIZADORES ENSAYO A FLEXIÓN Preparación del molde y materiales Fabricación de módulos Unión de los módulos Conformación base de la viga Fabricación de los rigidizadores Laminado de la viga Capa de compresión hormigón HR Ensayo a flexión CAPA DE COMPRESIÓN HORMIGÓN HR CONFORMACIÓN BASE DE LA VIGA INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 23. FABRICACIÓN DE UNA VIGA DE LAMINADO DE FIBRA DE VIDRIO Y CARBONO CON RESINA DE POLIÉSTER Preparación del molde y materiales Fabricación de módulos Unión de los módulos Conformación base de la viga Fabricación de los rigidizadores Laminado de la viga Capa de compresión hormigón HR Ensayo a flexión ENSAYO A FLEXIÓN CAPA DE COMPRESIÓN HORMIGÓN HR INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 24. ENSAYOS Y RESULTADOS ENSAYOS PREVIOS PROBETAS CON MATRIZ DE POLIESTER CURADAS A DIFERENTE TEMPERATURA PROBETAS CON MATRIZ EPOXI CURADAS A DIFERENTE TEMPERATURA PROBETAS CON MATRIZ DE POLIESTER Y EPOXI CURADAS A DIFERENTE TEMPERATURA RESULTADOS TENSIÓN-DEFORMACIÓN DE PROBETAS CON MATRIZ DE POLIÉSTER RESULTADOS TENSIÓN-DEFORMACIÓN DE PROBETAS CON MATRIZ EPOXI RESULTADOS TENSIÓN-DEFORMACIÓN DE PROBETAS DE FIBRA DE VIDRIO Y FIBRA DE CARBONO CON MATRIZ DE POLIÉSTER / EPOXI RESULTADOS ELEMENTO CONSTRUCTIVO. VIGA INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 25. ENSAYOS PREVIOS 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Tensión (MPa) Deformación (%) Ens. A1.1- Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 FINO + Mat + Plain_0/90 Ens. C1.1- Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 FINO + Mat + Plain_0/90 Ens. A2.1- Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Ens. C2.1- Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Ens. C2.3- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat NO SE APRECÍAN DIFERENCIAS SUSTANCIALES DE RESISTENCIA ENTRE LAS PROBETAS TIPO 1B (A) Y TIPO 2(C), CON LA MISMA COMPOSICIÓN LA COLOCACIÓN DE LAS LÁMINAS DE PLAIN_0/90 EN EL INTERIOR DE LA PROBETA SE PROGRAMAN ÚNICAMENTE PROBETAS DE LA TIPOLOGÍA 2 PPRODUCE UN PEQUEÑO INCREMENTO EN LA RESISTENCIA A TRACCIÓN INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS TIPO 2 (C1.1 – C2.1) TIPO 1B (A1.1 – A2.1)
- 26. TIPO CURADO PROBETA ESPESOR SECCIÓN L mordazas (mm) KN MPa 1.1 1,14 53,56 /50/ 33,012 540,66 1.2 1,18 55,66 /50/ 30,957 471,34 1.1-60 1,405 54,895 /50/ 30,81 399,47 1.2-60 1,21 56,18 /50/ 31,089 457,34 1.1-90 1,05 56,07 153 16,86 286,38 1.2-90 1,14 55,21 158 21,55 342,39 CURADO PROBETA PESO TELA PESO TOTAL % FIBRAS Fv (MPa) Fs 1.1 13,92 22,45 62,00 540,66 / 1.2 13,19 22,41 58,86 471,34 / 1.1-60 12,65 23,2 54,53 399,47 / 1.2-60 13,77 24,62 55,93 457,34 / 1.1-90 12,95 23,26 55,67 286,38 / 1.2-90 13,1 23,04 56,86 342,39 / OBSERVACIONES: Vidrio E + CARBONO POLIÉSTER Plain_0/90 + Mat + Carbon.uni_0 + Mat + Plain_0/90 FICHA PROBETAS PROGRAMA EXPERIMENTAL 1 COMPONENTES MATRIZ COMPOSICIÓN 90 AMB. 60 90 60 L entre mordazas /50/= extensómetro con longitud base de 50mm. Límite de rotura (Fv) = Límite elástico (Fs) AMB. Problemas en los captadores de deformación muestran gráficas con menor módulo de rigidez a simple vista, hecho que se soluciona como se detalla al principio del apartado de Ensayos y Resultados. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Tensión (MPa) Deformación (%) 1.1 1.2 1.1-60 1.2-60 1.1-90 1.2-90 TIPO CURADO PROBETA ESPESOR SECCIÓN L mordazas (mm) KN MPa 2.1 1,3 54,75 /50/ 9,939 139,64 2.2 1,11 55,96 /50/ 9,652 155,39 2.1-60 1,06 55,7 /50/ 5,85 99,08 2.2-60 1,15 54,98 /50/ 7,132 112,80 2.1-90 1,13 56,02 146 5,59 88,31 2.2-90 1,03 55,62 163 5,98 104,38 CURADO PROBETA PESO TELA PESO TOTAL % FIBRAS Fv (MPa) Fs 2.1 13,19 23,95 55,07 139,64 / 2.2 14,65 23,97 61,12 155,39 / 2.1-60 13,17 20,72 63,56 99,08 / 2.2-60 13,2 22,37 59,01 112,80 / 2.1-90 13,46 22,1 60,90 88,31 / 2.2-90 13,49 22,48 60,01 104,38 / OBSERVACIONES: Vidrio E POLIÉSTER Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 Problemas en los captadores de deformación muestran gráficas con menor módulo de rigidez a simple vista, hecho que se soluciona como se detalla al principio del apartado de Ensayos y Resultados. FICHA PROBETAS PROGRAMA EXPERIMENTAL 2 COMPONENTES MATRIZ COMPOSICIÓN Límite de rotura (Fv) = Límite elástico (Fs) AMB. AMB. 60 90 L entre mordazas /50/= extensómetro con longitud base de 50mm. 60 90 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 Tensión (MPa) Deformación (%) 2.1 2.2 2.1-60 2.2-60 2.1-90 2.2-90 PROBETAS CON MATRIZ DE POLIESTER CURADAS A DIFERENTE TEMPERATURA INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 27. TIPO CURADO PROBETA ESPESOR SECCIÓN L mordazas (mm) KN MPa 1b1 1,14 55,04 /50/ 30,362 483,89 1b2 1,145 56,24 /50/ 27,356 424,82 1b1-60 1,11 56,78 /50/ 17,441 276,73 1b2-60 1,145 57,42 /50/ 29,829 453,70 1b1-90 1,07 52,94 169 24,51 432,69 1b2-90 1,07 51,37 166 18,76 341,30 CURADO PROBETA PESO TELA PESO TOTAL % FIBRAS Fv (MPa) Fs 1b1 13,84 23,56 58,74 483,89 / 1b2 13,83 24,44 56,59 424,82 / 1b1-60 13,59 23,01 59,06 276,73 / 1b2-60 13,85 23,73 58,36 453,70 / 1b1-90 13,78 21,41 64,36 432,69 / 1b2-90 13,82 21 65,81 341,30 / OBSERVACIONES: Vidrio E + CARBONO POLIÉSTER Mat + Plain_0/90 + Carbon.uni_0 + Plain_0/90 + Mat Problemas en los captadores de deformación muestran gráficas con menor módulo de rigidez a simple vista, hecho que se soluciona como se detalla al principio del apartado de Ensayos y Resultados. FICHA PROBETAS PROGRAMA EXPERIMENTAL 1B COMPONENTES MATRIZ COMPOSICIÓN Límite de rotura (Fv) = Límite elástico (Fs) AMB. AMB. 60 90 L entre mordazas /50/= extensómetro con longitud base de 50mm. 60 90 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Tensión (MPa) Deformación (%) 1b1 1b2 1b1-60 1b2-60 1b1-90 1b2-90 TIPO CURADO PROBETA ESPESOR SECCIÓN L mordazas (mm) KN MPa 2b1 1,02 54,33 /50/ 9,349 168,70 2b2 1,74 55,35 144 7,79 80,89 2b1-60 1,17 52,56 139 4,72 76,75 2b2-60 1,18 54,71 143 6,89 106,73 2b1-90 1,14 52,48 146 4,37 73,04 2b2-90 1,095 52,62 145 6,88 119,41 CURADO PROBETA PESO TELA PESO TOTAL % FIBRAS Fv (MPa) Fs 2b1 13 20,02 64,94 168,70 / 2b2 12,77 25,46 50,16 80,89 / 2b1-60 14,01 21,78 64,33 76,75 / 2b2-60 13,77 22,18 62,08 106,73 / 2b1-90 13,21 20,52 64,38 73,04 / 2b2-90 12,82 20,89 61,37 119,41 / OBSERVACIONES: Vidrio E POLIÉSTER Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Problemas en los captadores de deformación muestran gráficas con menor módulo de rigidez a simple vista, hecho que se soluciona como se detalla al principio del apartado de Ensayos y Resultados. FICHA PROBETAS PROGRAMA EXPERIMENTAL 2B COMPONENTES MATRIZ COMPOSICIÓN Límite de rotura (Fv) = Límite elástico (Fs) AMB. AMB. 60 90 L entre mordazas /50/= extensómetro con longitud base de 50mm. 60 90 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 Tensión (MPa) Deformación (%) 2b1 2b2 2b1-60 2b2-60 2b1-90 2b2-90 PROBETAS CON MATRIZ DE POLIESTER CURADAS A DIFERENTE TEMPERATURA INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 28. PROBETAS CON MATRIZ DE POLIESTER CURADAS A DIFERENTE TEMPERATURA TIPO CURADO PROBETA ESPESOR SECCIÓN L mordazas (mm) KN MPa 3.1 1,245 55,28 /50/ 12,012 174,53 3.2 1,245 53,5 /50/ 12,212 183,34 3.1-60 1,3 53,8 149 8,08 115,53 3.2-60 1,18 55,12 143 8,53 131,15 3.1-90 1,32 55,49 161 9,93 135,57 3.2-90 1,29 56,1 151 5,7 78,76 CURADO PROBETA PESO TELA PESO TOTAL % FIBRAS Fv (MPa) Fs 3.1 16,97 25,26 67,18 174,53 / 3.2 17,03 25,35 67,18 183,34 / 3.1-60 16,7 26,6 62,78 115,53 / 3.2-60 17,36 27,43 63,29 131,15 / 3.1-90 16,15 27,82 58,05 135,57 / 3.2-90 16,41 26,64 61,60 78,76 / OBSERVACIONES: Vidrio E POLIÉSTER Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Problemas en los captadores de deformación muestran gráficas con menor módulo de rigidez a simple vista, hecho que se soluciona como se detalla al principio del apartado de Ensayos y Resultados. FICHA PROBETAS PROGRAMA EXPERIMENTAL 3 COMPONENTES MATRIZ COMPOSICIÓN Límite de rotura (Fv) = Límite elástico (Fs) AMB. AMB. 60 90 L entre mordazas /50/= extensómetro con longitud base de 50mm. 60 90 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Tensión (MPa) Deformación (%) 3.1 3.2 3.1-60 3.2-60 3.1-90 3.2-90 TIPO CURADO PROBETA ESPESOR SECCIÓN L mordazas (mm) KN MPa 4.1 1,625 54,3 /50/ 35,202 398,95 4.2 1,36 53,71 /50/ 35,002 479,18 4.1-60 1,5 55,59 153 17,81 213,59 4.2-60 1,5 55,91 153 31,88 380,13 4.1-90 1,47 55,7 150 25,89 316,20 4.2-90 1,46 55,8 155 25,26 310,06 CURADO PROBETA PESO TELA PESO TOTAL % FIBRAS Fv (MPa) Fs 4.1 19,3 31,25 61,76 398,95 / 4.2 19,02 29,05 65,47 479,18 / 4.1-60 21,03 31,42 66,93 213,59 / 4.2-60 20,23 30,68 65,94 380,13 / 4.1-90 19,54 29,98 65,18 316,20 / 4.2-90 20,02 32,49 61,62 310,06 / OBSERVACIONES: Vidrio E + CARBONO POLIÉSTER Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Carbon.uni_0 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Problemas en los captadores de deformación muestran gráficas con menor módulo de rigidez a simple vista, hecho que se soluciona como se detalla al principio del apartado de Ensayos y Resultados. FICHA PROBETAS PROGRAMA EXPERIMENTAL 4 COMPONENTES MATRIZ COMPOSICIÓN Límite de rotura (Fv) = Límite elástico (Fs) AMB. AMB. 60 90 L entre mordazas /50/= extensómetro con longitud base de 50mm. 60 90 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 Tensión (MPa) Deformación (%) 4.1 4.2 4.1-60 4.2-60 4.1-90 4.2-90 INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 29. PROBETAS CON MATRIZ EPOXI CURADAS A DIFERENTE TEMPERATURA TIPO CURADO PROBETA ESPESOR SECCIÓN L mordazas (mm) KN MPa 1b1-E 1,03 53,5 166 27,48 498,68 1b2-E 1,09 52,77 160 22,83 396,91 1b1-60-E 1,91 53,33 154 29,19 286,57 1b2-60-E 1,81 52,7 161 20,85 218,58 1b1-90-E 1,66 53,1 155 31,48 357,13 1b2-90-E 1,325 53,07 163 23,4 332,78 CURADO PROBETA PESO TELA PESO TOTAL % FIBRAS Fv (MPa) Fs 1b1-E 13,15 20,02 65,68 498,68 / 1b2-E 13,36 21,25 62,87 396,91 / 1b1-60-E 14,08 25,57 55,06 286,57 / 1b2-60-E 13,77 24,49 56,23 218,58 / 1b1-90-E 14,05 22,71 61,87 357,13 / 1b2-90-E 13,32 19,99 66,63 332,78 / OBSERVACIONES: 90 Vidrio E + CARBONO EPOXI Mat + Plain_0/90 + Carbon.uni_0 + Plain_0/90 + Mat Problemas en los captadores de deformación muestran gráficas con menor módulo de rigidez a simple vista, hecho que se soluciona como se detalla al principio del apartado de Ensayos y Resultados. FICHA PROBETAS PROGRAMA EXPERIMENTAL 1B-E COMPONENTES MATRIZ COMPOSICIÓN Límite de rotura (Fv) = Límite elástico (Fs) AMB. AMB. 60 90 L entre mordazas /50/= extensómetro con longitud base de 50mm. 60 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 Tensión (MPa) Deformación (%) 1b1-E 1b2-E 1b1-60-E 1b2-60-E 1b1-90-E 1b2-90-E TIPO CURADO PROBETA ESPESOR SECCIÓN L mordazas (mm) KN MPa 2b1-E 1,19 53,65 145 11,3 177,00 2b2-E 1,28 52,87 151 9,41 139,05 2b1-60-E 1,7 51,35 163 9,02 103,33 2b2-60-E 1,45 51,62 169 8,95 119,57 2b1-90-E 1,41 53,07 167 7,73 103,30 2b2-90-E ··· ··· ··· ··· ··· CURADO PROBETA PESO TELA PESO TOTAL % FIBRAS Fv (MPa) Fs 2b1-E 12,98 23 56,43 177,00 / 2b2-E 13,68 23,54 58,11 139,05 / 2b1-60-E 13,55 24,76 54,73 103,33 / 2b2-60-E 13,59 24,92 54,53 119,57 / 2b1-90-E 12,93 21,13 61,19 103,30 / 2b2-90-E 13,08 ··· ··· ··· / OBSERVACIONES: Vidrio E EPOXI Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Problemas en los captadores de deformación muestran gráficas con menor módulo de rigidez a simple vista, hecho que se soluciona como se detalla al principio del apartado de Ensayos y Resultados. FICHA PROBETAS PROGRAMA EXPERIMENTAL 2B-E COMPONENTES MATRIZ COMPOSICIÓN Límite de rotura (Fv) = Límite elástico (Fs) AMB. AMB. 60 90 L entre mordazas /50/= extensómetro con longitud base de 50mm. 60 90 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 Tensión (MPa) Deformación (%) 2b1-E 2b2-E 2b1-60-E 2b2-60-E 2b1-90-E INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 30. TIPO CURADO PROBETA ESPESOR SECCIÓN L mordazas (mm) KN MPa 3.1-E 1,23 53,33 153 10,28 156,72 3.2-E 1,27 52,96 145 10,01 148,83 3.1-60-E 1,89 52,11 164 11,82 120,01 3.2-60-E 1,92 52,52 165 8,22 81,52 3.1-90-E 1,86 52,78 150 10,28 104,72 3.2-90-E ··· ··· ··· ··· ··· CURADO PROBETA PESO TELA PESO TOTAL % FIBRAS Fv (MPa) Fs 3.1-E 15,63 24,66 63,38 156,72 / 3.2-E 16,88 26,09 64,70 148,83 / 3.1-60-E 16,91 32,05 52,76 120,01 / 3.2-60-E 17,07 27,27 62,60 81,52 / 3.1-90-E 16,46 25,7 64,05 104,72 / 3.2-90-E 16,55 ··· ··· ··· ··· OBSERVACIONES: Vidrio E EPOXI Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Problemas en los captadores de deformación muestran gráficas con menor módulo de rigidez a simple vista, hecho que se soluciona como se detalla al principio del apartado de Ensayos y Resultados. FICHA PROBETAS PROGRAMA EXPERIMENTAL 3-E COMPONENTES MATRIZ COMPOSICIÓN Límite de rotura (Fv) = Límite elástico (Fs) AMB. AMB. 60 90 L entre mordazas /50/= extensómetro con longitud base de 50mm. 60 90 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 Tensión (MPa) Deformación (%) 3.1-E 3.2-E 3.1-60-E 3.2-60-E 3.1-90-E TIPO CURADO PROBETA ESPESOR SECCIÓN L mordazas (mm) KN MPa 4.1-E 1,39 54,77 144 34,7 455,80 4.2-E 1,53 54,71 139 23,28 278,12 4.1-60-E 1,85 52,86 165 28,07 287,04 4.2-60-E 1,99 52,54 157 25,62 245,04 4.1-90-E 1,785 53,41 159 27,45 287,93 4.2-90-E ··· ··· ··· ··· ··· CURADO PROBETA PESO TELA PESO TOTAL % FIBRAS Fv (MPa) Fs 4.1-E 19 28,01 67,83 455,80 / 4.2-E 20,06 31,13 64,44 278,12 / 4.1-60-E 18,77 30,01 62,55 287,04 / 4.2-60-E 19,34 30,12 64,21 245,04 / 4.1-90-E 19,64 30,72 63,93 287,93 / 4.2-90-E 19,55 ··· ··· ··· / OBSERVACIONES: Vidrio E + CARBONO EPOXI Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Carbon.uni_0 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat Problemas en los captadores de deformación muestran gráficas con menor módulo de rigidez a simple vista, hecho que se soluciona como se detalla al principio del apartado de Ensayos y Resultados. FICHA PROBETAS PROGRAMA EXPERIMENTAL 4-E COMPONENTES MATRIZ COMPOSICIÓN Límite de rotura (Fv) = Límite elástico (Fs) AMB. AMB. 60 90 L entre mordazas /50/= extensómetro con longitud base de 50mm. 60 90 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 Tensión (MPa) Deformación (%) 4.1-E 4.2-E 4.1-60-E 4.2-60-E 4.1-90-E PROBETAS CON MATRIZ EPOXI CURADAS A DIFERENTE TEMPERATURA INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 31. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Tensión (MPa) Deformación (%) 3.1 3.2 3.1-60 3.2-60 3.1-90 3.2-90 INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS PROBETAS CON MATRIZ DE POLIESTER Y EPOXI CURADAS A DIFERENTE TEMPERATURA LA RESISTENCIA DE LAS PROBETAS DISMINUYE DEL CURADO A AMBIENTE AL CURADO EN HORNO NO SE APRECIAN DIFERENCIAS NOTABLES EN LA RESISTENCIA ENTRE LAS PROBETAS CURADAS EN HORNO A 60° Y A 90° OBSERVAMOS CAMBIOS EN LA TEXTURA SUPERFICIAL SEGÚN LOS DIFERENTES TIPOS DE CURADO CURADO EPOXI A AMBIENTE/60/90 CURADO POLIÉSTER A AMBIENTE/60/90
- 32. 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Tensión (MPa) Deformación (%) 1.1- Plain_0/90 + Mat + Carbon.uni_0 + Mat + Plain_0/90 2.2- Plain_0/90 + Mat + Tejido_0/90 + Mat + Plain_0/90 1b1- Mat + Plain_0/90 + Carbon.uni_0 + Plain_0/90 + Mat 2b1- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 3.2- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 4.2- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Carbon.uni_0+ Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat RESULTADOS TENSIÓN-DEFORMACIÓN DE PROBETAS CON MATRIZ DE POLIÉSTER AUMENTO CONSIDERABLE DE LA RESISTENCIA (elevada pendiente) LA INCORPORACIÓN DE FIBRA DE CARBONO probeta tipo 1b1 - 4.2 LA RESISTENCIA DEL MATERIAL NO MEJORA POR MAYOR VOLUMEN DE FIBRAS DE VIDRIO QUE SE COLOQUEN NO SE MUESTRAN EVIDENCIAS CLARAS QUE PERMITAN CONCLUIR QUE LA COLOCACIÓN DE LÁMINAS TIPO MAT EN EL EXTERIOR MEJORE LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS probeta tipo 1.1-1b1 y tipo 2.2-2b1 INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 33. 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 Tensión (MPa) Deformación (%) 1b1-E- Mat + Plain_0/90 + Carbon.uni_0 + Plain_0/90 + Mat 2b1-E- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 3.1-E- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 4.1-E- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Carbon.uni_0+ Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat RESULTADOS TENSIÓN-DEFORMACIÓN DE PROBETAS CON MATRIZ EPOXI INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS AUMENTO CONSIDERABLE DE LA RESISTENCIA (elevada pendiente) LA INCORPORACIÓN DE FIBRA DE CARBONO probeta tipo 1b1E - 4.1E LA RESISTENCIA DEL MATERIAL NO MEJORA POR MAYOR VOLUMEN DE FIBRAS DE VIDRIO QUE SE COLOQUEN
- 34. RESULTADOS TENSIÓN-DEFORMACIÓN DE PROBETAS DE FIBRA DE VIDRIO Y FIBRA DE CARBONO CON MATRIZ DE POLIÉSTER / EPOXI PARA UN MISMO TIPO DE PROBETA REALIZADA CON MATRIZ DE POLIÉSTER O CON MATRIZ EPOXI SE PRODUCE UNA ROTURA FRÁGIL DEL MATERIAL NO EXISTE ZONA PLÁSTICA, SU LÍMITE ELÁSTICO COINCIDE CON SU LÍMITE DE ROTURA INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS NO SE MUESTRAN EVIDENCIAS CLARAS DE UN INCREMENTO EN RESISTENCIA A TRACCIÓN 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 Tensión (MPa) Deformación (%) 1b1- Mat + Plain_0/90 + Carbon.uni_0 + Plain_0/90 + Mat 1b1-E- Mat + Plain_0/90 + Carbon.uni_0 + Plain_0/90 + Mat 2b1- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 2b1-E- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 3.2- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 3.1-E- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 4.2- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Carbon.uni_0+ Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat 4.1-E- Mat + Plain_0/90 + Tejido_0/90 + Carbon.uni_0+ Tejido_0/90 + Plain_0/90 + Mat
- 35. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 fuerza kN flecha mm V_2_1_patron V_2_5_1/2 patron+6,2_T60 Raquel y Vanesa ADIRA RESULTADOS ELEMENTO CONSTRUCTIVO. VIGA COMPORTAMIENTO TRAS ROTURA EL CONJUNTO DE LA VIGA POLIMÉRICA PRESENTA ROTURA FRÁGIL, CON UN NULO COMPORTAMIENTO PLÁSTICO LAS VIGAS DE HORMIGÓN PRESENTAN COMPORTAMIENTO PLÁSTICO, SOPORTANDO CARGAS TRAS SUPERAR EL LIMITE ELÁSTICO INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS 0 10 20 30 40 50 60 70 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 fuerza KN flecha mm ADIRA C/G FIBER flexión ROTURA A CORTANTE EN LA CAPA DE COMPRESIÓN EN LA ZONA DE CARGA TRAS EL ENSAYO, NO SE OBSERVAN PROBLEMAS DE ESFUERZO RASANTE ENTRE LA CAPA DE COMPRESIÓN DE HORMIGÓN Y LA PARTE POLIMÉRICA DEL CONJUNTO DE LA VIGA NI AFECTACIÓN A LA FIBRA DE CARBONO
- 36. RESULTADOS ELEMENTO CONSTRUCTIVO. VIGA VENTAJAS UTILIZACIÓN MATERIALES COMPUESTOS - REDUCIDO PESO PRECIO MATERIALES - MAT …………………………….4,64€/m² - PLAIN ………………………….3,73€/m² - TEJIDO ………………………..6,68€/m² - CARBONO …………………..112,15€/m - POLIÉSTER …………………..6,84€/kg - EPOXI …………………………..35€/kg AHORRO EN PESO ALREDEDOR 80% FRENTE HORMIGÓN PESO ADIRA 6 kg 15 kg Capa compresión Laminado TOTAL 21 kg INCONVENIENTES UTILIZACIÓN MATERIALES COMPUESTOS - COMPORTAMIENTO PLÁSTICO NULO - ELEVADO COSTE ROTURA FRÁGIL 0 DUCTILIDAD MUCHO MAYOR A LA FABRICACIÓN DE VIGAS DE HORMIGÓN ARMADO - REFUERZO: 143,27 € - RESINAS: 19,31 € COSTE 1m lineal viga H.A: 25-30€ (precio IVE) COSTE 1m lineal viga laminada (sólo en materiales): 162,58€ INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 37. CONCLUSIONES INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS LA ELABORACIÓN MANUAL DE PROBETAS NO PERMITE CONSEGUIR MUESTRAS CON IDÉNTICAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, PORCENTAJES IGUALES DE FIBRA Y MATRIZ, ASÍ COMO CONTROLAR EL AIRE OCLUIDO EN LOS LÁMINADOS, DIFICULTANDO LA EXTRACCIÓN DE CONCLUSIONES EN CUANTO A LAS DIFERENTES TIPOS DE CURADO SE REFIERE. LA INCORPORACIÓN DE FIBRA DE CARBONO PRODUCE UN AUMENTO CONSIDERABLE DE LA RESISTENCIA ASÍ COMO DE LA RIGIDEZ, DANDO LUGAR A UNA MENOR DEFORMACIÓN PARA UN MISMO TIPO DE PROBETA REALIZADA POR CONTACTO A MANO CON MATRIZ DE POLIÉSTER O CON MATRIZ EPOXI, NO SE OBSERVA UN INCREMENTO EN LA RESISTENCIA A TRACCIÓN, POR LO QUE ES ACONSEJABLE UTILIZAR LAMINADOS CON MATRIZ DE POLIÉSTER DADA SU ECONOMÍA Y PRESENTAR SIMILARES CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS NO SE MUESTRAN EVIDENCIAS CLARAS QUE PERMITAN CONCLUIR QUE LA COLOCACIÓN DE LÁMINAS DEL PLAIN EN EL INTERIOR DE LAS PROBETAS MEJORE LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS ESTOS MATERIALES NO POSEEN DUCTILIDAD, POR LO QUE SI EL ELEMENTO SUPERA SU LÍMITE ELÁSTICO, LA CAPACIDAD DE RESISTENCIA CAE CONSIDERABLEMENTE DEBIDO A SU ROTURA FRÁGIL, SIENDO EL LÍMITE ELÁSTICO = LÍMITE DE ROTURA.
- 38. CONCLUSIONES INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS LA UTILIZACIÓN DE MATERIALES POLIMÉRICOS EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES CONSIGUE ALCANZAR RESISTENCIAS A FLEXIÓN SIMILARES A VIGAS DE HORMIGÓN ARMADO. EL AHORRO EN PESO DEL ELEMENTO ESTRUCTURAL REALIZADO CON MATERIALES COMPUESTOS, COMO ES NUESTRO CASO, LAMINADOS DE FIBRA DE VIDRIO Y FIBRA DE CARBONO, ES DE ALREDEDOR DE UN 80% CON RESPECTO A LAS VIGAS DE HORMIGÓN. DEBIDO AL ELEVADO COSTE DE LOS MATERIALES UTILIZADOS, ASÍ COMO LA MANO DE OBRA PARA LA ELABORACIÓN DE LOS COMPUESTOS, CONVIENE UTILIZAR ÉSTE TIPO DE SOLUCIONES EN CASOS PARTICULARES O CUANDO LAS CARACTERÍSTICAS DEL ENTORNO SEAN TALES QUE ACONSEJEN SU USO POR LA IDONIEDAD DE SUS PROPIEDADES. LA RESISTENCIA DEL MATERIAL NO MEJORA POR MAYOR VOLUMEN DE FIBRAS DE VIDRIO QUE SE COLOQUEN, SIENDO LA CANTIDAD ÓPTIMA DE FIBRAS EN UNA LAMINADO DEL 60%, COMO SE HA COMPROBADO Y ESTUDIADO PREVIAMENTE Y DURANTE EL TRABAJO.
- 39. FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS DIFERENTES TIPOS DE PROBETAS REALIZADOS CON UN MAYOR NÚMERO DE MUESTRAS PARA CADA TIPO DE PROBETA, SIENDO UN TOTAL DE 5 PROBETAS TAL Y COMO INDICA LA NORMA UNE-EN ISO 527-1, PARA ENSAYOS A TRACCIÓN. REALIZAR UN ESTUDIO MÁS EXHAUSTIVO SOBRE LA DIFERENCIA DE SITUAR EN LAS CAPAS EXTERIORES LAS LÁMINAS DE MAT, EN LUGAR DE LAS LÁMINAS PLAIN, SUPONIENDO QUE AL SITUAR EL PLAIN EN LAS ZONAS INTERIORES, CONCENTRAREMOS LAS TENSIONES MÁS CERCA DEL NÚCLEO DEL LAMINADO. ESTUDIAR EL TIEMPO ÓPTIMO DE CURADO EN HORNO TANTO PARA 60C COMO A 90C. CONTINUAR CON LA SEGUNDA LÍNEA DE ESTUDIO DEL PROGRAMA EXPERIMENTAL INICIAL Y COMPROBAR LA INFLUENCIA DE LA INCORPORACIÓN DE LOS FILLERS CALIZOS EN UNA MATRIZ DE POLIÉSTER PARA MATERIALES COMPUESTOS. ESTUDIAR CÓMO SOLUCIONAR EL PROBLEMA A CORTANTE DE LA CABEZA DE HORMIGÓN EN LA ZONA DE COMPRESIÓN, PARA AVERIGUAR REALMENTE LA RESISTENCIA FINAL DEL LAMINADO, SIN QUE SE PRODUZCA EL FALLO DE ÉSTAS POR CULPA DE LA COMPRESIÓN EN LA PARTE SUPERIOR. INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 40. BIBLIOGRAFÍA Miravete, Antonio. Materiales Compuestos (Tomos I y II). Zaragoza, 2000. Nguyen Duc Hai, Hiroshi Mutsuyoshi, Shingo Asamoto, Takahiro Matsui. Structural behavior of hybrid FRP composite I-beam. Construction and Building Materials 24: 956–969, 2010. Miravete, Antonio. Los nuevos materiales en la Construcción. Zaragoza, 1994. París Carballo, F., Cañas Delgado, J. Materiales Compuestos 95. Asociación Española de Materiales Compuestos (AEMAC). Actas del I Congreso Nacional de Materiales Compuestos, 1995. Antequera, Pablo; Jiménez, Lorenzo; Miravete, Antonio. Los materiales compuestos de fibra de vidrio. Zaragoza, 1991. INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 41. AGRADECIMIENTOS JOSE RAMÓN ALBIOL IBÁÑEZ LUIS VICENTE GARCÍA BALLESTER TÉCNICOS DEL LABORATORIO: JESÚS MARTÍNEZ Y RAFAEL CALABUIG FAMILIA AMIGOS COMPAÑEROS INTRODUCCIÓN/OBJETIVOS – ESTADO DEL ARTE – PROGRAMA EXPERIMENTAL – METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ENSAYOS Y RESULTADOS – CONCLUSIONES – FUTURAS LÍNEAS DE ESTUDIO – BIBLIOGRAFÍA – AGRADECIMIENTOS
- 42. MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN ALUMNOS JORGE FAUS FERRER MARTA MARQUINA CONTRERAS DIRECTOR TFG JOSÉ RAMÓN ALBIOL IBÁÑEZ LUIS V. GARCÍA BALLESTER PROYECTO FINAL DE GRADO JUNIO 2013 MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO Y FIBRA DE CARBONO PARA APLICACIONES ESTRUCTURALES
Notas del editor
- Buenos días, mi nombre es Marta Marquina y el es mi compañero Jorge Faus, y vamos a exponer nuestro proyecto final de grado. Dicho proyecto consiste en el estudio de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibra de vidrio y fibra de carbono para aplicaciones estructurales, realizado a través de la modalidad científico técnica. Nuestros directores de proyecto durante el desarrollo del taller han sido Jose Ramón Albiol Ibáñez y Luis Vicente García Ballester.
- Los puntos destacados a desarrollar durante la exposición serán: introducción y objetivos, estado del arte, programa experimental, metodología experimental, ensayos y resultados, conclusiones y futuras líneas de estudio.
- Actualmente, los materiales compuestos cuentan con amplias líneas de investigación y erróneamente se suelen relacionar con industrias tecnológicamente muy avanzadas. Debido a sus excelentes propiedades mecánicas y efectivas soluciones ante posibles problemas estructurales, se está viendo incrementado su uso en el campo de la construcción e ingeniería civil.
- En este trabajo, se va a proceder a la fabricación de una serie de muestras caracterizando el material, según la disposición de las fibras, tipos de matriz y diferentes temperaturas de curado, con el fin de elaborar un elemento estructural según los resultados obtenidos en la primera fase del proyecto.
- El estado del arte se dividirá en 3 partes: Por un lado hablaremos en general de los materiales compuestos, tanto en el punto 1 como en el 2, para centrarnos finalmente en los materiales compuestos poliméricos, a utilizar en nuestro trabajo.
- Los materiales compuestos estarán formados por un refuerzo, que proporcionará las propiedades estructurales, y una matriz, que englobará a éste. Entre estos elementos se encontrará la interfase, que permitirá la correcta unión entre fibra-resina. El fin de estos materiales es mejorar las propiedades que presentan por separado. Matizar que se excluirán de esta lista aquellos materiales que no hayan sido fabricados expresamente por la mano del hombre, los que tengan continuidad fenomenológica y el hormigón armado.
- En cuanto al refuerzo, cabe diferenciarlo según su forma de refuerzo y el origen de las fibras; y la clasificación de la matriz se establecerá en función de su naturaleza, siendo la matriz polimérica la empleada en nuestro proyecto.
- Centrándonos ya en los materiales compuestos poliméricos, las principales fibras que se usan en la actualidad son las que aparecen en la diapositiva, siendo la fibra de carbono y la fibra de vidrio, las utilizadas durante el taller, combinando sus propiedades con resina de poliéster y resina de epoxi.
- En cuanto a los procesos de fabricación se pueden diferenciar entre molde abierto y molde cerrado. En nuestro caso procedimos mediante moldeo por contacto a mano.
- Dividiremos en programa experimental en dos fases: Una primera para la caracterización del material en cuestión y una segunda para la aplicación estructural del material según los resultados obtenidos.
- Inicialmente, el programa experimental contemplaba distintas líneas de estudio: Una primera basada en el estudio y comparación de materiales compuestos atendiendo a la disposición y gramaje de fibras, según la matriz utilizada (en nuestro caso poliéster y epoxi) y las diferentes temperaturas de curado (ambiente, 60º y 90º). También se pretendía, siguiendo el esquema anterior, observar la influencia al introducir filler calizo en una matriz de poliéster en porcentajes de 5,10 y 20%. Antes de continuar la exposición, desearíamos explicar la nomenclatura de los refuerzos que hemos utilizado: Por un lado tenemos 3 tipologías de fibra de vidrio: Plain_0/90 (con fibras direccionadas a 0y90º), Mat (con fibras colocadas aleatoriamente) y Tejido_0/90, que como su propio nombre indica, las tendrá direccionadas a 0y90º. Por otro lado estará el carbono unidireccional, con fibras direccionadas a 0º.
- En la tabla se puede observar este primer programa experimental, donde se diferencia una primera fase con las disposiciones de fibras y matriz utilizada, y una segunda donde se programan los distintos laminados con la incorporación de filler calizo en diferentes porcentajes. Hay que tener en cuenta, que antes de proceder a cualquier paso en la elaboración de los laminados, es necesario conocer y estudiar a qué ensayos se someterán, con el fin de establecer dimensiones normalizadas. En nuestro caso, los compuestos serán sometidos a ensayos de tracción, la Norma UNE-EN ISO 527-4, nos diferencia entre tres tipos de probetas: tipo 1B, tipo 2 y 3; pero en base a las características de nuestro programa experimental y ensayos previos, las idóneas para realizar los ensayos serán las tipo 1b y tipo 2, cuya geometría podemos observar en la zona inferior de la pantalla.
- Ante los resultados obtenidos en los ensayos previos programados, se reformula el programa experimental: Decidiendo realizar un solo tipo de probeta, por facilidad de corte, fabricación y ensayo, la tipo 2. Colocar el Plain_0/90 en el interior del laminado, con el fin de concentrar las tensiones lo más cercanas al núcleo posible, sabiendo que se trata de un tipo de fibra que se utiliza para mejorar el acabado superficial. Eliminar del programa el apartado referente a la introducción de fillers, aumentando el número de comparaciones a realizar e introduciendo la elaboración de un elemento estructural, viga en nuestro caso.
- En este esquema queda reflejado de forma resumida el programa experimental definitivo, donde se diferencian ambas fases, por un lado la caracterización del material con las distintas tipologías, según sea matriz de poliéster o matriz de epoxi, y por el otro la elaboración del elemento constructivo, la viga.
- En la fase de caracterización del material, distinguiremos entre tres tipos de curado (ambiente, en horno 60 y horno 90) para cada tipología de probeta, realizando estas por partida doble, previniendo defectos de fabricación o fallos durante los ensayos, teniendo así la posibilidad de disponer de datos fiables en el transcurso del proyecto. El programa experimental definitivo diferencia un primer bloque utilizando matriz de resina de poliéster y un segundo con matriz de resina de epoxi. En el primer caso se observará si existen mejoras sustanciales que justifiquen el cambio del Mat por el Plain. Además, en ambos se estudiará la influencia de sustituir tejido de fibra de vidrio por fibra de carbono y la introducción de ésta última además de las ya existentes. Por último, y una vez realizadas todas las probetas programadas, se compararán las capacidades mecánicas de utilizar una resina de poliéster frente a epoxi.
- Finalizada la caracterización del material, y analizados los resultados, se extraerán las conclusiones pertinentes para elaborar una viga, ADIRA C/G FIBER, estudiando que refuerzo de los ensayados es el más apropiado para las tensiones a la que se va a someter el elemento constructivo, según zonas, durante el ensayo a flexión con 4 puntos. Podemos avanzar que quedará conformada por dos capas de Mat de fibra de vidrio como base, un envoltorio a 45 grados según la disposición de fibras de la tipología 3, una capa superior a 0 grados según la tipología 3 y una capa inferior a 0 grados según la tipología 1. Además, como refuerzo, se añadirá una lámina de fibra de carbono con resina epoxi y una capa de compresión de 2 cm de hormigón de alta resistencia reforzado con fibras metálicas.
- Y a continuación vamos a explicar la metodología experimental, que consta de 3 puntos a desarrollar: Materiales, proceso de fabricación de probetas con matriz de poliéster/epoxi y el proceso de fabricación de una viga a partir de perfil pultrusionado.
- Los materiales utilizados para la realización del programa experimental han sido: Resina de poliéster y resina epoxi, con su correspondiente catalizador, fibra de vidrio y fibra de carbono. Para la elaboración de la viga utilizamos como base un perfil pultrusionado de fibra de vidrio y la maquinaria utilizada durante la realización de los ensayos de tracción y flexión ha sido la que aparece en las fotografías, de la marca IBERTEST, con capacidades de carga de 600 y 150 KN, respectivamente.
- A continuación vamos a explicar los pasos a seguir en el proceso de fabricación de probetas. Para la realización de laminados compuestos, no disponemos de un molde como tal, sino que se colocarán unos tablones de madera (como podemos observar en la primera fotografía), que actuarán como base para homogeneizar las probetas y evitar la pérdida de planeidad que se produce en la retracción causada por la reacción exotérmica en el curado de la resina. Entre ellas se colocarán unos plásticos separadores para prevenir que los laminados se adhieran a las maderas. Para continuar con la elaboración del laminado, será necesario disponer de todas las telas de refuerzo cortadas y preparadas antes de elaborar la resina. Distinguimos entre dos tipos de matriz, poliéster y epoxi. La resina de poliéster utilizada en este proyecto lleva ya incorporado el acelerador, por lo que únicamente habrá que añadir su catalizador, con el fin de iniciar la reacción química que provocará su endurecimiento. La dosificación a utilizar será 3 gramos de catalizador por cada 100 gramos de resina. Este componente presenta un color azul en su estado inicial, adquiriendo un tono marrón una vez homogeneizada la mezcla, que nos indicará que esta lista para su uso. En cuanto a la matriz de epoxi, el proceso es similar, teniendo por un lado la resina en un estado viscoso, a la que incorporaremos su catalizador, en una relación de 50 gramos por cada 100 de resina. La mezcla de ambas se realizará manualmente con una cuchara aproximadamente durante unos minutos. Debido a su limitada trabajabilidad, se preparó en cada momento la cantidad exacta y necesaria que se iba ha utilizar, pues una vez ha sido catalizada, su estado líquido hasta que comienza a gelificar es muy corto y deberá aplicarse rápidamente sobre la fibra, hecho más acentuado en la resina de poliéster en la que en tal sólo 15 minutos se convierte en gel.
- Una vez preparada la matriz podemos proceder al impregnado de las telas. Antes de comenzar a colocar las láminas de fibra, se aplicará, con ayuda de un rodillo, una capa de resina sobre el plástico separador donde las colocaremos, para favorecer la impregnación de resina de la primera capa. Colocada la primera lámina sobre la capa de resina, se pasará el rodillo por encima tantas veces como sea necesario para conseguir una correcta adaptación y desburbujeo, y se repetirá este paso de forma sucesiva hasta colocar la ultima lámina de la probeta. Hay que tener en cuenta que la impregnación de una capa sobre la anterior debe hacerse sin que haya endurecido, para asegurar la correcta adherencia entre ellas y evitar así una posible delaminación (además, en el caso de los laminados con epoxi, se tendrá especial cuidado a la hora de distribuir la resina, ya que presenta un estado mas viscoso)
- Realizada la tanda de probetas programada para ese momento, colocaremos otro plástico idéntico al situado en la parte inferior de este laminado, y sobre él, otra tabla de madera con la intención de conseguir “prensar” la probeta y repartir uniformemente la resina colocada, ejerciendo presión con ayuda de unos gatos, como aparece en la fotografía. Una vez llegado a este paso, habrá que distinguir entre los 3 distintos curados. En el caso de curado a ambiente, estas probetas se mantendrán de la forma descrita durante 24 horas. Cuando se trate de curado en horno, ya sea a 60 o 90º, se mantendrá en este encofrado durante dos horas en el caso de resina de poliéster y durante 8 horas en el caso de epoxi. Estos tiempos se obtuvieron controlando el curado hasta observar que presentaba un endurecimiento suficiente para su manipulación, con el fin de desencofrarlas sin dañar el laminado e introducirlas en horno para su post-curado. Tal y como indicamos en el programa experimental, las probetas se curarán en horno a 60 y 90º durante dos horas. Finalizado el endurecimiento de la probeta, ya sea a ambiente o con un post-curado en horno, será necesario recortar la resina sobrante, eliminando imperfecciones y realizaremos un control de las características físicas, comprobando el espesor y sección de los compuestos. Por ultimo, solo quedará someter a ensayo de tracción todas las piezas programadas, con el fin de obtener los resultados y las conclusiones que mas tarde analizaremos.
- Una vez finalizado en programa experimental, procedemos a explicar los resultados obtenidos tras los ensayos. Los englobaremos en diferentes bloques analizando por separado: Ensayos previos Probetas con matriz poliéster y matriz de epoxi curadas a diferentes temperaturas Comparaciones entre probetas de matriz de poliéster Comparaciones entre probetas de matriz de epoxi Contrastar el uso de resina de poliéster frente a epoxi en laminados de idénticas características Los resultados extraídos del conjunto de la viga
- En conclusión a los ensayos previos realizados y teniendo en cuenta las restricciones en cuanto a tiempo a las que estábamos sometidos, podríamos decir que no existen diferencias sustanciales entre los obtenidos tras el ensayo a tracción de las probetas establecidas según la norma UNE-EN ISO 527-4 (tipo 1B y 2 en nuestro caso), optando solo a la realización de probetas tipo 2 para la totalidad del programa experimental por facilidad de fabricación y ensayo. Tras observar la rotura de las probetas, se observa que podrían existir mejoras en cuanto resistencia a tracción alternando la colocación de Mat y Plain.
- En la pantalla, podemos observar las plantillas utilizadas para registrar los diferentes datos obtenidos y facilitar el estudio de los diferentes tipos de curado para una misma tipología. En ellas se muestran las características de cada uno de los laminados, una fotografía de las diferentes láminas de fibras utilizadas y la gráfica comparativa de los 6 compuestos, 2 por cada tipo de curado.
- Tras analizar todos los comportamientos frente a rotura a tracción de una misma probeta curada a diferentes temperaturas, podemos decir que los resultados obtenidos en cuanto a la mejora de la resistencia a medida que aumentamos la temperatura de curado, no son los esperados, pues ésta sufre una caída del curado a ambiente al curado en horno, sin apreciarse notables diferencias entre el curado a 60 y 90º. Todo esto puede ser debido a que el proceso de moldeo se realiza por contacto a mano, siendo imposible controlar todos los factores que intervienen en el proceso de fabricación por la persona, como son el aire ocluido en los laminados y la obtención de piezas con características idénticas.
- En cuanto a la comparación de probetas con matriz de poliéster, hemos utilizado la que mejor resultado a obtenido de cada tipología (siendo en la totalidad de los casos las curadas a ambiente, debido a las circunstancias). Las conclusiones extraídas son: Que la introducción de fibra de carbono, tanto sustituyéndolo por tejido_0/90, como incorporándolo a las laminas ya existentes, conlleva un aumento considerable de la resistencia y de la rigidez, como podemos observar en las probetas cuya gráfica tensión-deformación muestran una elevada pendiente, pudiendo soportar mayores cargas con una menor deformación. También podemos señalar que un aumento en volumen de fibra de vidrio, no produce mejoras en la resistencia final del material, siendo el comportamiento durante el ensayo prácticamente idéntico (azul-verde) Por ultimo, no se muestras evidencias claras que permitan concluir que la colocación del Plain en el interior provoque un aumento de la resistencia a tracción, tal y como se podía suponer tras el análisis de los ensayos previos. (rojo-verde, y amarillo-lila).
- Respecto a los resultados tensión-deformación de probetas realizadas con matriz epoxi, se pueden extraer prácticamente las mismas conclusiones que las indicadas en poliéster. Aumento de la resistencia y de la rigidez con el uso del carbono y el aumento del volumen de fibras no afecta al comportamiento mecánico.
- En lo referente al estudio de la utilización de resina de poliéster o epoxi, en nuestro caso, y utilizando el método por contacto a mano, no sería recomendable la utilización de resina epoxi por su elevado coste, ya que mediante la resina de poliéster obtuvimos resultados similares. Cabe decir, que según la información previamente recabada al inicio del proyecto, la resina epoxi debería aportar mejores propiedades mecánicas. En la parte inferior de la pantalla podemos observar diferentes formas de romper que han tenido las probetas realizadas, todas ellas de manera frágil, sin dar lugar a un comportamiento dúctil.
- Para finalizar, tras la rotura a flexión con 4 puntos del conjunto de la viga, se obtuvo un resultado de 60 KN. La rotura se produjo por fallo a cortante en la zona de carga de la capa de compresión. No se observo fallo rasante entre la capa de compresión y la estructura polimérica de la viga ni se vio afectada la fibra de carbono. A continuación podemos observar el comportamiento durante el ensayo de la viga realizada en comparación a distintas vigas de hormigón armado. Soporta resistencias nada envidiables a las de hormigón. La rotura es frágil, presentando un comportamiento plástico nulo mientras que las de hormigón obtienen un tramo dúctil.
- Lo más sorprendente tras la elaboración del conjunto de la viga, además del resultado en cuanto a resistencia, es el ahorro en peso frente a una viga de hormigón de las mismas dimensiones, obteniendo una reducción de alrededor del 80%. En contra, el elevado coste de los materiales utilizados, lo hace aconsejable solo para casos particulares y estrictamente necesarios, ya que con solo la inversión en material para 1m lineal de la viga realizada el valor asciende a alrededor de los 160€.
- Analizados todos los datos, podemos concluir que: El método de contacto a mano, es el más económico pero no el más idóneo para la realización de estudios en cuanto a temperaturas de curado. La fibra de carbono aporta resistencia y rigidez. La colocación del Mat en el exterior del laminado no ha mostrado evidencias claras de un aumento de la resistencia. Es aconsejable la utilización de resina de poliéster frente a la epoxi por su coste, al menos en nuestro caso, siendo el método de moldeo por contacto a mano, obteniendo propiedades mecánicas similares. Se trata de un material completamente frágil, siendo el límite elástico = al límite de rotura.
- Un aumento del volumen de fibras no conlleva a un aumento en la resistencia a tracción del material. La utilización de materiales compuestos consigue alcanzar resistencias a flexión similares a las del hormigón armado. La reducción en peso del material estudiado frente al hormigón es muy considerable. El elevado coste de los materiales utilizados, lo hace aconsejable solo para casos particulares y estrictamente necesarios, así como cuando las características ambientales del entorno lo hagan idóneo.
- Para finalizar la presentación, querríamos destacar que una vez realizado nuestro proyecto, quedan muchas posibilidades de estudio de un material como lo es el utilizado, siendo algunas de ellas: La utilización de 5 unidades de probetas para cada ensayo a tracción por cada tipología, realizando de ésta forma un análisis más exhaustivo de todo lo comprobado en este trabajo. Estudiar el tiempo óptimo de curado en horno, o si mediante otros procesos de moldeo se obtienen los resultados deseados. Reparar el conjunto de la viga intentando solucionar los problemas a cortante de la zona de compresión en la cabeza de hormigón, intentado alcanzar la resistencia final del laminado.
- Quisieramos mencionar a todas las personas que han hecho posible que hoy estemos aquí: Jose Ramón, Luis, Rafa y Jesús, nuestras familias, amigos y compañeros.
- MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN y si lo desean pueden realizarnos las preguntas que crean conveniente.