Este documento presenta un proyecto de fin de carrera sobre estructuras de hormigón pretensado armadas con fibra de polímero reforzado (FRP). El documento incluye una introducción al material FRP y su uso para el armado de hormigón pretensado. También analiza las guías de diseño y comités técnicos relacionados con este tema, así como los tendones y anclajes de FRP y el comportamiento a flexión de las estructuras de hormigón pretensado con FRP.

1. PROYECTO
FINAL
DE
CARRERA
ESTRUCTURAS DE HORMIGON
PRETENSADO ARMADAS CON FRP
ALUMNO: JOSÉ MANUEL GARCIA POLO
TUTORA: MILAGRO IBORRA LUCAS
CURSO 2012 – 2013
TITULACIÓN: ARQUITECTURA TÉCNICA

2. Revisión del estado actual del estado del conocimiento Científico-Técnico
del hormigón pretensado con armado con FRP
OBJETIVOS

3. INDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. EL MATERIAL FRP
3. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
4. FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN
5. CONCLUSIONES

4. INDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. EL MATERIAL FRP
3. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
4. CAMPOS DE INVESTIGACIÓN EN DESARROLLO
5. CONCLUSIONES

5. INDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. EL MATERIAL FRP
3. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
4. CAMPOS DE INVESTIGACIÓN EN DESARROLLO
5. CONCLUSIONES

6. INTRODUCCIÓN
FRP ¿POR QUÉ?
• relaciona coste y durabilidad
• alta resistencia a tracción y rigidez en relación al peso, alta
resistencia a la fatiga,
• resistir a la corrosión y el ataque químico
• expansión térmica controlable
• Mejora la durabilidad
• neutralidad electromagnética mayores a las de otros materiales.
Desventajas
• No presentan rama plástica en el diagrama esfuerzo-
deformación, falta de normativa, coste.
HORMIGÓN PRETENSADO ¿POR QUÉ?
• El hormigón trabaja en condiciones óptimas  COMPRESIÓN
• Evita la fisuración
• Grandes luces y cargas

7. INTRODUCCIÓN
ARMADURA PASIVA
ARMADURA ACTIVA
PRETESADAS
POSTESADAS
ADHERIDA
NO ADHERIDA
INTERNA
EXTERNA
HORMIGÓN PRETENSADO  HORMIGÓN + ARMADURA
ARMADURA

8. INDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. EL MATERIAL FRP
3. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
4. CAMPOS DE INVESTIGACIÓN EN DESARROLLO
5. CONCLUSIONES

9. EL MATERIAL FRP
FRP
Fiber Reinforce Polimer
MATRIZ
POLIMERICA
FIBRAS

10. EL MATERIAL FRP
FIBRAS
ARMIDA
(AFRP)
CARBONO
(CFRP)
VIDRIO
(GFRP)
BASALTO
CARACTERÍSTICAS
•COMPORTAMIENTO PERFECTAMENTE ELÁSTICO
•ALTO MÓDULO ELÁSTICO
•ALTA RESISTENCIA
•ROTURA FRAGIL

11. EL MATERIAL FRP
ARAMIDA
•ALTA RESISTENCIA
•ALTO MÓDULO DE
ELASTICIDAD
•COMPORTAMIENTO
FRAGIL A TRACCIÓN
•SENSIBLES A LOS
RAYOS U.V.A.
•BUENA RESISTENCIA
AL CALOR
•SUFREN
DEGRADACIÓN POR
ÁCIDOS Y ÁLCALIS
•ANISOTRÓPICO
CARBONO
•ALTA RESISTENCIA
•ALTO MÓDULO DE
ELASTICIDAD
•ALTO COSTE ENTRE
10 Y 30 VECES LAS
DE FIBRA DE VIDRIO
•ANISOTRÓPICO
VIDRIO
•BUENA RELACIÓN
RESISTENCIA/PESO
•BUENA ESTABILIDAD
DIMENSIONAL
•BUENA RESISTENCIA
AL CALOR
•BUENA RESISTENCIA
AL FRIO
•BUENA RESISTENCIA
A LA CORROSIÓN
•PROPIEDADES
ELÉCTRICAS
AISLANTES
•ISOTROPICO
BASALTO
•NO ESTÁN
DESARROLLADA LA
INVESTIGACIÓNO
COMO REFUERZO
ESTRUCTURAL.

12. EL MATERIAL FRP
RESINA
(Durante su
fabricación)
• DEBE SER DUCTIL
• MÓDULO ELÁSTICO MENOR QUE LA
FIBRA
• EL VOLUMEN ESTÁ ENTRE EL 30 Y EL
60%
MATRIZ
POLIMÉRICA
• MANTENER LAS FIBRAS PROTEGIDAS
• MANTENER LAS FIBRAS UNIDAS
• MANTENER LAS FIBRAS SEPARADAS
• TRANSMITIR A LAS FIBRAS LOS
ESFUERZO (ADHERENCIA FIBRA
MATRIZ

13. EL MATERIAL FRP
RESINAS
TERMOESTABLES
EPOXY
POLIESTER
VINYL-ESTER
TERMOPLÁSTIOS
PEEK
PPS
PSUL

14. EL MATERIAL FRP
EPOXY
• ALTAS PRESTACIONES
MECÁNICAS
• FACIL PROCESADO
• BAJA RETRACCIÓN
DURANTE EL CURADO
• BUENA ADHERENCIA
CON LAS FIBRAS
• ALTA RESISTENCIA A
LA CORROSIÓN
• LA RESINA MENOS
AFECTADA POR EL
AGUA
• ALTO COSTE
• LARGO PERIODO DE
CURADO
POLIESTER
• ALTA RESISTENCIA A
LA CORROSIÓN
• ALTO VOLUMEN DE
RETRACCIÓN
VINILESTER
• ALTA RESISTENCIA
QUIMICA
• ALTA RESISTENCIA
TRACCIÓN
• RÁPIDO CURADO
• RESISTENTE ÁCIDO Y
ÁLCALIS
• RETRACCIÓN MÁS
ALTA QUE LAS EPOXY
RESINAS TERMO ENDURECIDAS

15. EL MATERIAL FRP
PROPIEDADES LAS BARRAS DE FRP.
PROCESO DE FABRICACIÓN
• TIPO DE RESINA Y FIBRA
• ORIENTACIÓN DE LAS
FIBRAS
• CONTROL DE CALIDAD
EN LA FABRICACIÓN
ACABADOS
•DEFORMACIONES SUPERFICIALES
•ENROLLADO DE FILAMENTOS EN FORMA HELICOIDAL
•ENTALLADO DE LA BARRA
•ENROLLAMIENTO DE FILM TEXTURIZADO
•AGREGADO DE ÁRIDOS FINOS PARA AUMENTAR LA RUGOSIDA EXTIRIOR

16. EL MATERIAL FRP
PROPIEDADES LAS BARRAS DE FRP.
MASA ESPECÍFICA
DILATACIÓN TÉRMICA
• COMPORTAMIENTO ELÁSTICO LINEAL CON ROTURA FRAGIL. NO TIENE RAMA
PLÁSTICA
RESITENCIA A
TRACCIÓN
• NO TIENE TAN BUEN COMPORTAMIENTO COMO A TRACCIÓN. EL MODELO
NO ES VÁLIDO. LA ROTURA SE PRODUCE POR MICROFISURACIÓN DE LAS
FIBRAS.
RESISTENCIA A
COMPRESIÓN
• ES DETERMINADA POR LAS PROPIEDADES DE LA MATRIZ. EN GENERAL ES
BAJA
CIZALLAMIENTO
• BUEN COMPORTAMIENTO A FATIGA.
FATIGA

17. INDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. EL MATERIAL FRP
3. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
4. CAMPOS DE INVESTIGACIÓN EN DESARROLLO
5. CONCLUSIONES

18. INTRODUCCIÓN
CONCEPTO HORMIGÓN PRETENSADO
HORMIGÓN  resistencia a tracción 10 veces menor que la resistencia a compresión
RESISTENCIA
RESISTENCIA ÚLTIMA A
TRACCIÓN
PROBLEMA: ROTURA FRAGIL

19. INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN DE MATERIAL QUE
RESISTA LA COMPRESIONES
ACERO
FISURACIÓN  CORROSIÓN

20. INTRODUCCIÓN
TRABAJO DEL
HORMIGÓN EN
COMPRESIÓN
• GRANDES LUCEN
• GRANDES CARGAS
PRETENSADO

21. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
DESARROLLO HISTÓRICO
•INTERÉS DEL EJECTIO AMERCIANO . SE GENERAN INFORMES PERO NO HAY APLICACIONES
1950-1960
•SE INICIAN LAS IVESTIGACIONES EN ALEMANIA CON TENDONES DE GFRP PRETENSADO
1970
•SE INICIA EL DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN JAPÓN
1980
•SE DESARROLLA UN NUEVO ANCLAJE PARA GFRP
1988
•SE INICIA EL USO DEL KEVLAR (AFRP) EN EE.UU.
1989
•PRIMER PUENTE CON CON GRPR PRETENSADO CONSTRUIDO EN DAKOTA DEL SUR
1990
•PRIMERA GUÍA DE DISEÑO PARA EL USO DE FRP PRETENSADO EN JAPÓN (JSCE)
1995
•COMITÉ 440 PUBLICA ACI440.4R-04
2004
•ISIS CANADA. MANUAL DE DISEÑO PARA HORMIGÓN PRETENSADO CON TENDONES DE FRP
2007
•REAPROBADO EL DOCUMENTO ACI 440.4R-04
2011

22. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
GUÍAS DE DISEÑO Y COMITÉS TÉCNICOS
• PROYECTO EUROCONCRETE. TG9 DEL FIB
• EL TASK GROUP 9.3
• FIB BULLETIN 10 ADEHERENCIA DE REFUERZO NO METÁLICO.2000
• FIB BULLETIN 14 REFUERZO EXTERNO NO ADHERIDO DE FRP PARA
ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO. 2001
• FIB BULLETIN 10 REFUERZO DE FRP PARA ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN.
2007
EUROPA
• 1991 SE FUNDA EL COMITÉ DE TRABJO ACI 440. REFUERZO CON FIBRAS
POLIMÉRCIAS PAR HORMIGÓN
• ACI 440R-96. State-of-the-art Report on Fiber Reinforced Polymer (FRP)
Reinforcement for Concrete Structures. 1996
• ACI 440.4R-04. Prestressing Concrete Structures with FRP Tendons. 2004.
Reaprovada en 2011
• ACI 440R-07. Report on Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Reinforcement for
Concrete Structures. (solo la introducción). 2007.
• SAMPE Society for Advancement of Material and Process Engineering
• ASCE Sociedad Americana de Ingenieros Civiles
EEUU

23. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
GUÍAS DE DISEÑO Y COMITÉS TÉCNICOS
•Canadian Society for Civil Engineering, CSCE, Comité Técnico sobre el uso de los
materiales compuestos, FRP en 1987.
•Publicación de un informe sobre los FRP’s. 1991.
•ISIS Canada Research Network (Intelligent Sensing for Innovative Structures).
•Manuals on the use of internal, external and prestressed FRP reinforcement. 2001.
•The Canadian standard association (CSA).
•CAN/CSA S6-00 Puentes
•CAN/CSA S806-06 edificios.
CANADA
•En 1987 JSCE, Japan Society of Civil Engineering, establece un Comité Investigador
sobre los materiales continuos reforzados con fibras.
•State of the art report on contiuous Fiber reinforcing materials. 1992.
•1995 primera guía en Japón (JSCE) Versión japonesa en 1995 y en inglés en 1997
JAPON

24. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
TENDONES Y ANCLAJES
Los tendones de FRP son de tres fibras
- Aramida
- Carbono
- Vidrio • Tiene poca resistencia a la fluencia
bajo cargas sostenidas
• Más susceptible a la degradación
alcalina.
• Las únicas recomendadas tanto por ACI
como por ISIS CANADA
Selección de las fibras basada en:
- Resistencia
- Rigidez
- Entorno y durabilidad
- Coste
- Disponibilidad

25. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
TENDONES Y ANCLAJES
Criterio
Tipo de fibra
Carbón Aramida Vidrio
Resistencia a tracción Muy bueno Muy bueno Muy bueno
Módulo de elasticidad Muy bueno Bueno Adecuado
Comportamiento a largo plazo Muy bueno Bueno Adecuado
Fatiga Excelente Bueno Adecuado
Densidad Bueno Excelente Adecuado
Resistencia al alcalis Muy bueno Bueno Inadecuado
Precio Adecuado Adecuado Muy bueno

26. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
TENDONES Y ANCLAJES

27. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
TENDONES Y ANCLAJES
Fuente: CAN/CSA-S806-02
Propiedades
Acero
Pretensado
Tendón
AFRP
Tendón
CFRP
Tendón
GFRP
Tensión nomina de
Fluencia (MPa)
1034-1396 N.D. N.D. N.D.
Resistencia a Tracción
(MPa)
1379-1862 1200-2068 1650-2410 1379-1734
Módulo Elástico (Gpa) 186-200 50-74 152-165 48-62
Deformación de fluencia
(%)
1,4-2,5 N.D. N.D. N.D.
Deformación de Rotura
(%)
>4 2-2,6 1-1,5 3-4,5
Densidad (kg/m3) 7900 1250-1400 1500-1600 1250-2400

28. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
TENDONES Y ANCLAJES
(a) Abrazadera
(b) Plug and cone
(c) Camisa recta

29. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
TENDONES Y ANCLAJES
(d) Camisa cónica
(e) Camisa
(f) Cuñas partidas

30. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
COMPORTAMIENTO A FLEXIÓN
Comparación entre
una viga de hormigón
pretensado con acero
y una viga de
hormigón pretensada
con FRP
El diseño a flexión de los estados límite:
1. Tensiones de servicio: se pueden calcular con
técnicas similares a las usadas en vigas
pretensadas con acero
2. Requerimiento de resistencia flexión: requiere
una aproximación diferente al acero

31. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
COMPORTAMIENTO A FLEXIÓN
Pérdidas de pretensado
1. Asentamiento del anclaje
2. Fricción y pérdida de la fuerza de tesado
3. Acortamiento elástico del hormigón
4. Pérdidas dependientes del tiempo
• Fluencia del hormigón
• Fisuración del hormigón
• Relajación de los tendones
Inmediatas
Se pueden calcular con técnicas similares a las
del hormigón pretensado con acero

32. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
COMPORTAMIENTO A FLEXIÓN
La relajación es la pérdida de tensión bajo condiciones de
deformación constante
1. Relajación del polímero
2. Relajación de las fibras.
• 0% CFRP
• 6% al 18% AFRP a los 100 años
3. Estiramiento de las fibras. Depende de la fabricación y
está entre el 1 y el 2%

33. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
COMPORTAMIENTO A FLEXIÓN
Tipo de tendón Coef de reducción Condición
Aramida 0,70
“Tension-controlled”
Carbono 0,85
Aramida/carbono 0,65
“Compression-
controlled”
Tensión de pretensado admisible
Carbono 0,65 fpu
Aramida 0,50 fpu
Tensión admisible después de la transferencia
Carbono 0,60 fpu
Aramida 0,40 fpu
Coeficientes de
minoración par
la resistencia a
flexión
Limitaciones de
tensión de
tesado.

34. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
COMPORTAMIENTO A FLEXIÓN
Modos de fallo.
Tension Controlled
• Se rompe el tendón por tracción
• Se debe proveer refuerzo no pretensado
para conseguir un fallo progresivo
• Rotura frágil, no avisa
Compression controlled
• Se rompe el hormigón por compresión
• Tiene una ductilidad limitada

35. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
DUCTILIDAD
Acero: ductilidad =
𝜺𝒔𝒖
𝜺𝒔𝒚
FRP: ductilidad = 0
DEFORMABILIDAD
INDICE DE
DEFORMABILIDAD
𝝓𝒖
𝝓𝒙
𝝓: curvatura de la sección
no fisurada con carga igual
a la carga última

36. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
ADHERENCIA
FACTORES QUE AFECTAN A LA ADHERENCIA DE LOS FRP:
• Resistencia a tracción del refuerzo
• Modulo elástico
• Coeficiente de poisson
• Acabado superficial
• Forma de la sección
• Tipo y volumen de la fibra o la matriz polimérica
• Resistencia del hormigón
• Recubrimiento de hormigón

37. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
ADHERENCIA
Tipo fpe/fpu
Transferencia
(d)
Desarrollo
(d)
Arapree AFRP 0,5 a 0,7 16 a 50 100
FiBRA AFRP 0,4 a 0,6 20 a 50 90
Technora CFRP 0,6 50 140
Leadline CFRP 0,5 a 0,7 50 a 80 175
CFCC CFRP 0,5 a 0,7 50 N/A
Longitud de desarrollo= long de transferencia + long de adherencia
Long de transferencia
Longitud en la cual la fuerza de
pretensado es totalmente
transferida al hormigón
Long de adherencia
Longitud que se requiere para
desarrollar totalmente la
resistencia a tracción del tendón.

38. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
APLICACIONES
TAYLOR BRIDGE, CANADA 1997
Se utilizaron cables
Leadline® de CFRP en las
vigas
Refuerzo a
cortante con
estribos de
Leadline® de
CFRP
Headingly, Manitoba

39. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
APLICACIONES
BRIDGE STREET BRIDGE, USA 2001
Tendones externos post-tesados
Estructura: 12 vigas en doble T cada una de
ellas utilizando tendones CFRP
Leadline™Tendones externos post-tesados en
la dirección longitudinal y cables CFCC en la
dirección transversal
Southfield, Michicgan
Compuesto por tres pórticos
de 21 metros de luz aprox.

40. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
ENSAYO A TRACCIÓN
Bastidor ECADA
Ingeniería de la Construcción
y Proyectos de Ingeniería Civil
de la Universidad Politécnica
de Valencia Departamento
Anclaje tipo camisa recta
Camisa de acero rellena de
mortero expansivo.

41. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
ENSAYO A TRACCIÓN
Equipo de medida.
Galgas extensiométricas
Captadores de
desplazaminento
Rotura del tendón

42. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
ENSAYO A TRACCIÓN
RESULTADOS
• Carga de Rotura
4,14 T a 5,02 T
• 530 y 616 MPa.
• Valores dentro del
rango previsto
• Rotura fragil

43. INDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. EL MATERIAL FRP
3. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
4. CAMPOS DE INVESTIGACIÓN EN DESARROLLO
5. CONCLUSIONES

44. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
• Sistemas anclaje-tendón
• Resistencia y protección frente al fuego
• Comportamiento a largo plazo
• Corrosión galvánica
• Postesado externo para rehabilitación
• Procedimientos de pretensado
• Capacidad de resistencia a cortante del hormigón
pretensado con FRP
• Adherencia y longitud de desarrollo

45. INDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. EL MATERIAL FRP
3. HORMIGÓN PRETENSADO CON FRP
4. CAMPOS DE INVESTIGACIÓN EN DESARROLLO
5. CONCLUSIONES

46. CONCLUSIONES
• INVESTIGACIÓN CENTRADA EN EEUU CANADA y
JAPÓN
• LA MAYOR PRODUCCIÓN EN LOS AÑOS 80, 90 Y
APLICACIONES CON TENDONES PRETENSADO DE FRP
HASTA MEDIADOS DE LA PRIMERA DÉCADA DEL
SIGLO XXI
• ACI 440 4R-04 REAPROVADA 2011 SIN CAMBIOS
• A PESAR DE LAS VENTAJAS QUE OFRECE EL FRP
COMO PRETENSADO PARA HORMIGÓN EL CAMPO
DE APLICACIÓN TODAVÍA ES PEQUEÑO, SOLAMENTE
INGENIERÍA CIVIL.
• CADA PROYECTO ES NUEVO

47. PROYECTO
FINAL
DE
CARRERA
ESTRUCTURAS DE HORMIGON
PRETENSADO ARMADAS CON FRP
ALUMNO: JOSÉ MANUEL GARCIA POLO
TUTORA: MILAGRO IBORRA LUCAS
CURSO 2012 – 2013
TITULACIÓN: ARQUITECTURA TÉCNICA