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REFORZANDO EDIFICACIONES CON FIBR AS DE CARBONO

Auto r: Luis Flores Tanta lenIngen iero CivilGerente Adm inistrativo de Constructora RF SA

Muchas veces un diseo o una construccindeficiente, la corrosin del refuerzo, el cambio deuso de una edificacin o un incremento en las cargas

de diseo original, sumados a innumerables efectosambientales crean la necesidad de pensar en reforzaruna estructura. En el Per, histricamente elreforzamiento se ha hecho de manera convencional,ya sea agrandando las secciones estructurales ocolocando elementos metlicos que ayuden a tomarlas cargas.

Sin embargo, cada vez ms se introduce en nuestromedio un sistema de reforzamiento estructuralbasados en nuevos materiales de alta tecnologa quepresenta innumerables v entajas frente a los mtodosconvencionales: la fibra de carbono, un polmero10 veces ms resistente a la traccin que el acero(35,500 kg/cm2 vs. 4,200 kg/cm2) y mucho msliviano.

Foto 01: Reforzamiento de columnascon tecnologa de punta: Sistema FRP .

QUE ES LA FIBRA DE CA RBONO?

Este polmero se obtiene de calentar sucesivamente a altas temperaturas (hasta 1500 C) otropolmero llamado poliacrilonitrilo. Este proceso de recalentamiento da lugar a la formacin deunas cintas perfectamente alineadas de casi carbono puro en su forma de grafito, por ello sunombre de fibras de carbono.

Aunque su aplicacin en nuestro medio es reciente, el uso de esta fibra no es una novedad en elmundo: hace ms de 30 aos se viene aplicando en la industria aeroespacial y manufacturera deproductos de bajo peso, alta resistencia a la tensin y anti-corrosivos, presentando innumerablesventajas en el campo de la construccin.

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EL SISTEMA DE REFORZA MI ENTO ESTRUCTURA L

De todos los sistemas de reforzamiento disponibles, ennuestro medio, el que ms acogida a tenido porventajas es el de lminas de fibras de carbono. Una ovarias capas de lminas son colocadas alrededor odebajo de las secciones de concreto a reforzar, y junto aun sistema adhesivo epxico especial, se logra una total

adherencia a la antigua superficie de concreto: elresultado es una capa externa de reforzamiento queayuda a soportar las cargas del elemento y previenedeflexiones excesivas. A este comportamiento se sumasu rpida aplicacin y bajo costo, obteniendo un sistemanico basado en materiales de alta resistencia, con unarelacin rigidez/peso elevada y muy resistentes a

ataques qumicos.Grfico 01: Los componentes de unSitema de Refor zamiento FRP .

Estos sistemas FRP (por su nombre en ingls fiber-reinforced polymer) cada vez en el Per sonms usados por muchos factores: los sistemas FRP tienen un costo muy competitivo frente a lossistemas convencionales de refuerzo y un comportamiento estructural muy bueno. Aunque en elPer son pocas las empresas especialistas en su diseo y aplicacin, normado por el AmericanConcrete Institute (ACI) y por los fabricantes de la fibra, este sistema ha terminado convenciendo atodos los componentes de crculo constructivo: los prop ietarios estn conformes por la versatilidadque ofrece el sistema y su capacidad para modificar el uso de estructuras, los proyectistas ansiguen intrigados en las maravillosas propiedades de estos materiales y los contratistas estn

satisfechos con su rpida aplicacin y adecuacin a las estructuras.

COMO FUNCIO NA EL SISTEMA FRP

El sistema FRP funciona bien solo cuando se asegura una adecuada adherencia a la cara deconcreto. Bajo condiciones ambientales severas, la superficie del concreto puede representar uncontacto muy dbil en el proceso de reforzamiento y hay que tener un especial cuidado en esto.Dos factores importantes en el proceso de reforzamiento son la mano de obra especializada en suuso y aplicacin y en control de calidad de la superficie a reparar. Otros factores tambin

importantes son:

= Resistencia a la traccin de la superficie delconcreto.

= Uniformidad y espesor de la capa de adhesivo.= Resistencia y perfecta reaccin qumica del

sistema epxico de adhesin.= Geometra del elemento a reforzar.= Condiciones ambientales en el momento de la

aplicacin.

Grfico 02: Prcticamente cualquierestructura puede reforzarse con fibrasde carbono, como tanques o silos .

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Antes de instalar el sistema FRP, se debe preparar la superficie a reforzar tratando grietas ocangrejeras, imperfecciones y limpiando o arenando las barras de refuerzo si estas presentanxido. Es importante mencionar en esta parte que el sistema FRP no est diseado para resistir

grandes fuerzas expansivas generadas por la corrosin del refuerzo.

LAS LAMINA S DE FIBRA DE CA RBONO

En el mercado peruano estn disponibles la lminas de fibras de carbono de 0,50 m de espesor porlongitud variabble, de acuerdo al requerimiento del diseo. Las fibras de carbono en la lmina

vienen alineadas en una sola direccin, direccin en la que se provee la resistencia adicional. Porejemplo, en el caso del refuerzo de una losa aligerada cuya resistencia se desea aumentar, sedisponen tiras de fibras debajo de las viguetas, en el nmero de capas necesario. En una losasarmada en dos sentidos, se pueden disponer franjas en ambas direcciones.

Luego de la adecuada preparacin de la superficie del concreto, mencionada en los prrafosanteriores, el proceso de aplicacin de un sistema FRP se puede resumir en las siguientes etapas:

1. Ya preparada la superficie de concreto, se aplica una capade imprimante epxico usando un rodillo especial.Usualmente, este primer producto epxico tiene una bajaviscosidad permitiendo su penetracin en el concreto. Lafuncin de esta primera capa es proveer a la superficie delconcreto una adecuada adherencia.

2. Acto seguido , se aplica una masilla o pasta epxica pararellenar cualquier defecto en la superficie que pueda quedarmayor de de profundidad (Cualquier cangrejera o huecoprofundo debe ser rellenado con mortero durante la

preparacin de la superficie de concreto, no en esta etapa).

3. Luego, se cubre la superficie con un saturante epxico paraimpregnar las fibras secas. Este saturante mantiene lasfibras en su adecuada direccin y posicin. El objetivo deesta capa de saturante es rpidamente empapar las fibras ymantenerlas en su ubicacin mientras se inicia el procesode curado del sistema de reforzamiento. Debido a su altaviscosidad, permite el fcil manejo de la fibra y su correcta

aplicacin. Este saturante tambin distribuye los esfuerzosen las fibras y ayuda a protegerlas de las condicionesambientales y la abrasin.

4. Se cortan y preparan a medida las lminas de fibras decarbono de acuerdo al diseo del proyecto y se colocan ensu lugar, permitiendo que comience a absorber elsaturante.

5. Luego de un tiempo de espera determinado que permiteque la lmina absorba la primera capa de saturante, seaplica una segunda capa de saturante para cubrirla.

6. F inalmente, se aplica una capa de acabado que cubretotalmente el sistema FRP, logrando una apariencia similar

a un concreto comn. Esta capa tambin protege a la fibra

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de los rayo s ultrav ioletas, ataques qumicos, abrasin, severas cond iciones climticas, etc.

Es muy importante mencionar que la efectividad de este sistema depende de la pericia y

experiencia que debe tener el tcnico aplicador para lograr una adecuada adherencia concreto-fibra, siempre bajo la supervisin de un ingeniero entrenado en este procedimiento. El manejoadecuado de los tiempos de espera entre una y otra capa, los espesores exactos de las capas, y lapresin de aplicacin son factores determinantes en la resistencia final del sistema, por lo que nose recomienda su aplicacin en manos inexpertas.

Ya conocemos la naturaleza de las fibras, los componentes de un sistema FRP y su aplicacin.Veamos ahora su aplicacin en edificaciones en el Per:

AP LIC A CIONES DE L OS SISTEMA S FRP

Como hemos visto, los beneficios de este sistema de reforzamiento, y por ello su vasta aplicacinen diversas construccin, se puede resumir en:

= Peso muy liviano (mnima carga muerta adicional)= A lta durabilidad, anticorrosivo y bajo mantenimiento.= Rpida instalacin, con el consiguiente ahorro de d inero y tiempo de espera.= Mnimo incremente de espesor en la geometra del elemento.= Muy flexible, adaptable a todas las formas de los elementosSus aplicaciones ms usuales vienen determinadas po r:

= Cambios en el uso o cargas en las edificaciones.= Defectos en el diseo o construccin.= Cambios en las normas de diseo.=

Daos ssmicos.= Deflexiones excesivas, etc.AP LIC A CIONES EN VIGA S

Al aplicarse en vigas, el sistema FRPincrementa sensitivamente la capacidad deresistencia a la flexin y al corte en estoselementos. La resistencia adicional es tal,que una viga agrietada por las cargas a lasque ha sido sometida, reforzada deextremo a extremo posteriormente coneste sistema, puede llegar a superar su

capacidad de carga adicional.

Al aplicar este sistema en la cara del fondode la viga, en su longitud, incrementamos

su resistencia a la flexin, controlandomejor su deflexin, mientras que si seaplica en las caras laterales,incrementamos su resistencia al corte.

FOT O 02 : Refor zamiento por corte y flex in deviga estr uctur al e n Edificio Chocavento SanIsidro

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AP LIC A CIONES EN MUROS D ECONCRETO O A LBA ILERIA

El uso de este sistema en muros de concreto o dealbailera ayuda a absorver las cargas decompresin o laterales (flexin) que se puedanpresentar. Se puede usar en placas, muros desostenimiento, paredes cilndricas de los

reservorios, cajas de ascensor, estructurasindustriales sujetas a posibles presiones deexplosiones, etc.

Grfico 03: Posibilidades der eforzam iento en un muro.

AP LIC A CIONES EN COLUMNA S

Una de sus aplicaciones ms usualesconsiste en incrementar la resistencia a laflexin y dotar de mayor confinamiento alas columnas. Este es un sistema de bajocosto en comparacin a tener queagrandar la seccin de las columna, conla consiguiente prdida de la aparienciaarquitectnica original. Una vez reforzaday recubierta la columna, el cambio en la

apariencia es nulo, pero muy significativoen resistencia.

FOTO 0 3 : P reciso instante de colocacin de lafibr a sobre el satur ante, en una columna. Localde P laza Vea Hi guereta - Sur co

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AP LIC A CIONES EN LOSA S

A l aplicar este sistema de reforzamientoen losas aligeradas o macizas armadas enuna o dos direcciones, las cargas deservicio pueden ser sustancialmenteincrementadas, manteniendo un control

de su deflexin . Otras estructuras quepueden ser reforzadas son tableros depuentes, losas de piso de concreto, losasde estacionamiento, losas industriales,etc.

FOTO 0 4 : P re paracin prev ia de la superf icie

en una losa a ligerada. Refor zamiento de lo sade stano en Local de T elefnica del P er enSurquillo.

FOTO 0 5 : Colo cacin de la segunda mano desatur ante sobre la fibr a de car bono.

Como hemos podido observ ar, las aplicaciones de este sistema son tantas como las necesidades dereforzamiento de una estructura. Y en el campo del reforzamiento estructural, en un Pas altamentessmico como el nuestro y con muchas edificaciones que han sido construdas por mano de obra sinexperiencia, con escasa direccin tcnica y sin respeto alguno de normas o reglamentos, comoprofesionales debemos estar atentos al uso de estas nuevas tecnologas que nos simplifican la vidacon una buena relacin beneficio-costo en comparacin a los mtodos tradicionales.