Presentacion gfrp dr sebastian delgado
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Este documento trata sobre el diseño de estructuras de concreto reforzado con varillas de fibra de vidrio (GFRP). Explica las propiedades y comportamiento del material GFRP, los métodos de ensayo y normas aplicables, los procesos de fabricación, y aplicaciones potenciales en Nicaragua como losas de piso y tableros de puente. También cubre temas como el diseño de secciones reforzadas con GFRP, factores de reducción de resistencia, y control de deflexiones.
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- 1. DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO CON VARILLAS GFRP Dr. Ing. Sebastián Delgado Profesor Titular Universidad del Zulia Venezuela Managua, Septiembre de 2018.
- 2. GFRP?
- 3. GFRP?Glass Fiber-Reinforced Polymer Polímero reforzado con fibra de vidrio
- 4. NORMAS ?
- 5. GUIA PARA EL DISEÑO Y LA CONSTRUCCIÓN DE CONCRETO ESTRUCTURAL REFORZADO CON BARRAS FRP
- 6. GUIA DE METODOS DE ENSAYO DE COMPUESTOS FRP
- 7. ESPECIFICACIONES PARA BARRAS DE CFRP Y GFRP
- 8. GUIA DE DISEÑO AASHTO PARA TABLEROS DE PUENTES
- 9. ENSAYOS ?
- 10. ENSAYOS ?
- 11. ENSAYOS ?
- 12. NORMAS ? METODO ESTANDAR ASTM PARA DETERMINAR PROPIEDADES A TRACCION DE BARRAS FRP
- 13. NORMAS ? METODO ESTANDAR ASTM PARA DETERMINAR PROPIEDADES A TRACCION DE BARRAS FRP
- 14. TEXTOS ?
- 15. CONCRETO REFORZADO CON BARRAS FRP
- 16. DISEÑO Y EVALUACIÓN DE JUNTAS CON DOVELAS DE FRP EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
- 17. COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA DOVELAS
- 19. FABRICACIÓN ?
- 20. ACERO GFRP NOTA: Menor consumo de energía y de calor para la elaboración de las barras GFRP que las de acero PROCESOS DE FABRICACIÓN
- 24. COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL GFRP ?
- 25. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 DIAGRAMA Esfuerzo - Deformación unitaria 𝜸 𝒇 = 𝟏𝟓𝟎𝟎𝒌𝒈/𝒎 𝟑 𝜸 𝒔 = 𝟕𝟖𝟓𝟎𝒌𝒈/𝒎 𝟑 𝑓 𝑓 = 𝐶 ∗ 𝑓 COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL GFRP
- 29. PROPIEDADES DE BARRAS GFRP
- 30. APLICACIONES PISOS INDUSTRIALES Y PISTAS DE ATERRIZAJE APOYADOS EN EL TERRENO1 TABLEROS DE PUENTES Y DEFENSAS VIALES2 ANCLAJES EN EL TERRENO CONSTRUCCIONES SOMETIDAS A AMBIENTES AGRESIVOS (MARINO)5 4 LOSAS DE ENTREPISO, NERVADAS O MACIZAS3 CONSTRUCCIONES AISLANTES Y PERMEABLES A ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS6 SISTEMAS RESISTENTES A CARGAS GRAVITACIONALES7
- 31. APLICACIONES PISOS INDUSTRIALES Y PISTAS DE ATERRIZAJE APOYADOS EN EL TERRENO1 TABLEROS DE PUENTES Y DEFENSAS VIALES2 ANCLAJES EN EL TERRENO CONSTRUCCIONES SOMETIDAS A AMBIENTES AGRESIVOS (MARINO)5 4 LOSAS DE ENTREPISO, NERVADAS O MACIZAS3 CONSTRUCCIONES AISLANTES Y PERMEABLES A ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS6 SISTEMAS RESISTENTES A CARGAS GRAVITACIONALES7
- 32. NORMA NICARAGUENSE DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CONCRETO ESTRUCTURAL
- 33. Art. 11 – Requisitos para sistemas estructurales Capítulo I Generalidades NORMAS MÍNIMAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CONCRETO REFORZADO CR001-17 b) Sistema resistente a fuerzas sísmicas (seismic force resisting system) — - Porción de la estructura que se diseña para resistir las fuerzas sísmicas Sistema resistente a fuerzas sísmicas
- 34. Art. 11 – Requisitos para sistemas estructurales Capítulo I Generalidades NORMAS MÍNIMAS DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CONCRETO REFORZADO CR001-17 a) Sistema estructural resistente a cargas gravitacionales, o de viento - Aquellos miembros designados solamente a resistir las cargas muertas y las cargas variables, cargas de viento - Todos los miembros del sistema deben trabajar en el rango elástico ante las cargas gravitacionales - No requieren cumplir las prescripciones de detallado dúctil Sistema resistente a cargas gravitacionales
- 35. APLICACIONES
- 39. VENTAJAS RESISTENCIA SUPERIOR A LA DEL ACERO1 MENOR PESO UNITARIO QUE EL DEL ACERO2 SE PUEDE FABRICAR EN CUALQUIER LONGITUD ELEVADA DURABILIDAD, NO SE CORROE5 4 MENORES COSTOS DE TRANSPORTE Y DE COLOCACIÓN3 NO CAUSA INTERFERENCIAA ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS6 RESISTENCIA QUÍMICA Y BAJA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA7
- 40. LIMITACIONES NO TIENE DUCTILIDAD1 BAJO MÓDULO DE ELÁSTICIDAD (20% DEL DEL ACERO)2 AL MOMENTO NO SE DISPONE EN EL PAIS EQUIPO PARA FABRICAR CURVAS3
- 41. LIMITACIONES NO TIENE DUCTILIDAD1 BAJO MÓDULO DE ELÁSTICIDAD (20% DEL DEL ACERO)2 AL MOMENTO NO SE DISPONE EN EL PAIS EQUIPO PARA FABRICAR CURVAS3 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 DIAGRAMA Esfuerzo - Deformación unitaria
- 43. SOLUCIONES PROPUESTAS LOSA DE PISO DEL PARQUE ACUATICO: e=13 cm Varillas GFRP 10 mm @18 cm1 LOSA DE PISO MATADERO MAINCA: e= 17 cm Varillas GFRP 10 mm @ 20 cm2 REF. TRANSV. PUENTE B LAS PIEDRECITAS: sup e inf 16 mm @ 10 cm REF. LONG. PUENTE 7 SUR: sup 12 mm, inf 14 mm ambas @ 15 cm5 4 REF. LONG. PUENTE B LAS PIEDRECITAS: sup 12 mm, inf 14 mm ambas @ 15 cm3 BARRAS DE SUJECCIÓN JUNTA LONGITUDINAL PAVIMENTO CARRETERO: 16 mm @ 60 cm Long 50 cm 6 DOVELAS EN JUNTAS TRANSVERSALES PAVIMENTO CARRETERO: e=25 cm 38 mm @ 20 cm Long 30 cm 7
- 44. PARQUE ACUATICO
- 51. PISO INDUSTRIAL
- 63. MURO DE CONTENCION EN LAS PIEDRECITAS
- 72. Diseño de secciones ?
- 73. Estados límites de resistencia SECCIÓN GFRP ACERO Sub-Reforzada Fractura de barra a tracción FALLA FRÁGIL 1) Fluencia del acero traccionado 2) Rotura del concreto a compresión FALLA DÚCTIL Balanceada 𝜌 = 𝑘 𝑘 𝑓´ 𝑓 𝜀 𝜀 + 𝜀 𝜌 = 𝑘 𝑘 𝑓´ 𝑓 𝜀 𝜀 + 𝜀 Sobre-Reforzada Rotura del concreto a compresión FALLA FRÁGIL Rotura del concreto a compresión No permitido por las normas FALLA FRÁGIL
- 74. FACTOR DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA PARA VARILLAS GFRP
- 75. Estados límites de resistencia SECCIÓN GFRP ACERO Sub-Reforzada Fractura de barra a tracción FALLA FRÁGIL 1) Fluencia del acero traccionado 2) Rotura del concreto a compresión FALLA DÚCTIL Balanceada 𝜌 = 𝑘 𝑘 𝑓´ 𝑓 𝜀 𝜀 + 𝜀 𝜌 = 𝑘 𝑘 𝑓´ 𝑓 𝜀 𝜀 + 𝜀 Sobre-Reforzada Rotura del concreto a compresión FALLA FRÁGIL Rotura del concreto a compresión No permitido por las normas FALLA FRÁGIL ∅ = 𝟎. 𝟗 ∅ = 𝟎.65 ∅ = 𝟎. 𝟓5
- 76. GFRP Parámetro Ecuación Cuantía geométrica balanceada 𝜌 = 𝐾 𝐾 𝑓´ 𝑓 𝜀 𝜀 + 𝜀 Profundidad al eje neutro para la condición balanceada 𝑐 = 𝜀 𝜀 + 𝜀 𝑑 Cuantía mínima de refuerzo por retracción y temperatura 𝜌 & = 0.0018 ∗ 4200 𝑓 ∗ 𝐸 𝐸 Selección del refuerzo mayor que el balanceado 𝜌 = 𝐴 𝑏𝑑 ≥ 1.4𝜌 Esfuerzo desarrollado por las barras GFRP cuando el concreto llega a la rotura 𝑓 = 𝐸 𝜀 4 + 0.85𝛽 𝑓′ 𝜌 𝐸 𝜀 − 0.5𝐸 𝜀 Profundidad del bloque rectangular de esfuerzos del concreto 𝑎 = 𝐴 𝑓 𝑘 𝑓 𝑏 Profundidad al eje neutro 𝑐 = 𝑎/𝑘 Resistencia nominal a la flexión ∅𝑀 = ∅ 𝐴 𝑓 𝑑 − 𝑎 2 ≥ 𝑀 DISEÑO POR EL ESTADO LÍMITE DE RESISTENCIA: SECCIÓN SOBRE REFORZADA
- 77. GFRP Parámetro Ecuación Cuantía geométrica balanceada 𝜌 = 𝐾 𝐾 𝑓´ 𝑓 𝜀 𝜀 + 𝜀 Profundidad al eje neutro para la condición balanceada 𝑐 = 𝜀 𝜀 + 𝜀 𝑑 Cuantía mínima de refuerzo por retracción y temperatura 𝜌 & = 0.0018 ∗ 4200 𝑓 ∗ 𝐸 𝐸 Selección del refuerzo mayor que el balanceado 𝜌 = 𝐴 𝑏𝑑 ≥ 𝟏. 𝟒𝝆 𝒇𝒃 Esfuerzo desarrollado por las barras GFRP cuando el concreto llega a la rotura 𝑓 = 𝐸 𝜀 4 + 0.85𝛽 𝑓′ 𝜌 𝐸 𝜀 − 0.5𝐸 𝜀 Profundidad del bloque rectangular de esfuerzos del concreto 𝑎 = 𝐴 𝑓 𝑘 𝑓 𝑏 Profundidad al eje neutro 𝑐 = 𝑎/𝑘 Resistencia nominal a la flexión ∅𝑀 = ∅ 𝐴 𝑓 𝑑 − 𝑎 2 ≥ 𝑀 DISEÑO POR EL ESTADO LÍMITE DE RESISTENCIA: SECCIÓN SOBRE REFORZADA
- 78. GFRP Parámetro Ecuación Cuantía geométrica balanceada 𝜌 = 𝐾 𝐾 𝑓´ 𝑓 𝜀 𝜀 + 𝜀 Profundidad al eje neutro para la condición balanceada 𝑐 = 𝜀 𝜀 + 𝜀 𝑑 Cuantía mínima de refuerzo por retracción y temperatura 𝜌 & = 0.0018 ∗ 4200 𝑓 ∗ 𝐸 𝐸 Selección del refuerzo mayor que el balanceado 𝜌 = 𝐴 𝑏𝑑 ≥ 1.4𝜌 Esfuerzo desarrollado por las barras GFRP cuando el concreto llega a la rotura 𝒇 𝒇 = 𝑬 𝒇 𝜺 𝒄𝒖 𝟐 𝟒 + 𝟎. 𝟖𝟓𝜷 𝟏 𝐟′ 𝒄 𝝆 𝒇 𝑬 𝒇 𝜺 𝒄𝒖 − 𝟎. 𝟓𝑬 𝒇 𝜺 𝒄𝒖 Profundidad del bloque rectangular de esfuerzos del concreto 𝑎 = 𝐴 𝑓 𝑘 𝑓 𝑏 Profundidad al eje neutro 𝑐 = 𝑎/𝑘 Resistencia nominal a la flexión ∅𝑀 = ∅ 𝐴 𝑓 𝑑 − 𝑎 2 ≥ 𝑀 DISEÑO POR EL ESTADO LÍMITE DE RESISTENCIA: SECCIÓN SOBRE REFORZADA
- 79. Inercia efectiva promedio GFRP Parámetro Ecuación Momento de agrietamiento 𝑀 = 𝑓 𝐼 𝑌 𝑓 = 2 𝑓′ Factor 𝛽 𝛽 = 1 5 𝜌 𝜌 ≤ 1.0 Inercia efectiva según la ecuación de Branson 𝐼 = 𝑀 𝑀 𝐼 𝛽 + 1 − 𝑀 𝑀 𝐼 ≤ 𝐼 Factor para la integración de la curvatura ∝= 1.72 − 0.72 𝑀 𝑀 Inercia efectiva según la ecuación de Bischoff 𝐼 = 𝐼 1 − 𝛼 𝑀 𝑀 1 − 𝐼 𝐼 ≤ 𝐼 Inercia efectiva promedio 𝐼 , = 0.85𝐼 + 0.15𝐼 𝐼 , = 0.7𝐼 + 0.15(𝐼 + 𝐼 ) DISEÑO POR EL ESTADO LÍMITE DE SERVICIO: DEFLEXIÓN
- 80. Control de deflexiones GFRP Parámetro Ecuación Deflexión para vigas continuas ∆ = 𝑘∆ 5 48 ∗ 𝑀 𝑙 𝐸 𝐼 Deflexiones a largo plazo ∆ = 0.6𝜉 ∆ 𝜉 = 2 Deflexión límite Losa= 𝐿/360 Tableros= 𝐿/800 DISEÑO POR EL ESTADO LÍMITE DE SERVICIO: DEFLEXIÓN
- 81. Control del agrietamiento GFRP Parámetro Ecuación Gradiente del diagrama de deformación unitario 𝛽 𝛽 = ℎ − 𝑘𝑑 𝑑(1 − 𝑘) Esfuerzo de tracción en el refuerzo para el estado límite de servicio 𝑓 = 𝑀 1 − 𝑘 3 𝐴 𝑑 Ancho de grieta de la sección 𝑤 = 2 𝑓 𝐸 𝛽𝑘 𝑑 + 𝑠 2 𝑘 = 1.4 Ancho de grieta límite 0,4 – 0,7 mm Recubrimiento máximo para controlar el agrietamiento 𝑑 í ≤ 𝐸 𝑤 2𝑓 𝑘 Separación máxima para control del agrietamiento 𝑠 = 1,15 − 2,5𝑐 ≤ 0,92 DISEÑO POR EL ESTADO LÍMITE DE SERVICIO: AGRIETAMIENTO
- 82. Diseño por control de temperatura? Af,sh = Area de refuerzo en cm2/ml1 𝝁 = Coeficiente de fricción con el suelo2 w = Peso del concreto por centímetro cuadrado (0.24*t, en Kg/cm*ml), t en cm. Ef = Módulo de elasticidad de las varillas de GFRP en Kg/cm2 5 4 L = Distancia entre juntas de contracción en cm3
- 83. DIAGRAMAS MOMENTO-CURVATURA h= 35 cm b= 30 cm 𝒔 h= 35 cm b= 30 cm 𝒇 ACERO GFRP
- 84. Parámetro Unidad GFRP ACERO Resistencia a la compresión del concreto: 𝑓′𝑐 kg/cm2 280 Deformación del concreto última: 𝜀 cm/cm 0.003 Resistencia a la fluencia: 𝑓 kg/cm2 No aplica 4200 Módulo de elasticidad del concreto: 𝐸 kg/cm2 252671.33 Módulo de elasticidad del refuerzo: kg/cm2 𝐸 = 4.68𝑥10 𝐸 = 2.10𝑥10 Factor de reducción ambiental: 𝐶 adimensional 0.8 No aplica Recubrimiento: 𝑟 cm 5 𝑘 adimensional 0.85 𝑘 adimensional 0.85 Módulo de rotura del concreto: 𝑓 kg/cm2 33.47 Relación modular: 𝜂 adimensional 𝜂 = 1.852 𝜂 = 8.31 DATOS DE ENTRADA PARA EL CÁLCULO DE LOS DIAGRAMAS MOMENTO VS CURVATURA
- 85. 0 5000 10000 15000 20000 25000 0.E+00 1.E-04 2.E-04 3.E-04 4.E-04 5.E-04 6.E-04 7.E-04 8.E-04 MomentoM(kg-m) Curvatura Ø (rad/cm (M vs Ø) AceroSub-Reforzada ∅ = 𝟎. 𝟗 NO PERMITIDO ∅ = 𝟎.65 ∅ = 𝟎. 𝟓𝟓 DIAGRAMA MOMENTO VS CURVATURA
- 86. RECOMENDACIONES REALIZAR EL PROYECTO DE FORMA CONVENCIONAL CON VARILLAS DE ACERO1 IDENTIFICAR CUALES MIEMBROS ESTRUCTURALES NO FORMAN PARTE DEL SISTEMA RESISTENTE A CARGAS SISMICAS 2 UNA VEZ TOMADA LA DECISIÓN HACER LOS AJUSTES EN LAS ESPECIFICACIONES Y PLANOS 4 SOLICITAR A UN REPRESENTANTE LA HOMOLOGACIÓN CON BARRAS DE GFRP PARA LUEGO HACER UNA EVALUACIÓN INTEGRAL DE AMBAS ALTERNATIVAS 3
- 87. “Todo parece imposible hasta que se hace”.