Sistemas de refuerzo estructural

con materiales compuestos FRCM

En los sistemas de refuerzo estructural Ruregold se utilizan dos tipos diferentes de fibras: carbono y PBO (poli-parafenileno-benzobisoxazol), ambos materiales sintéticos que presentan propiedades mecánicas de alto rendimiento capaces de absorber las tensiones generadas por sobrecargas y eventos excepcionales, como los terremotos. Las fibras de PBO tienen una resistencia a la tracción un 20% mayor y un módulo elástico un 15% mayor que los sistemas FRCM.

Los sistemas de refuerzo estructural FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) consisten en el acoplamiento de una fibra larga de alto rendimiento con una matriz inorgánica empleada como adhesivo, que reemplaza las resinas epoxi de los sistemas FRP tradicionales.

Ruregold ha introducido una innovación mundial en el campo de los refuerzos estructurales patentando varios sistemas
de refuerzo FRCM,
cada uno de los cuales se ha desarrollado específicamente para responder a las exigencias de refuerzo
estructural de las distintas estructuras existentes: estructuras de hormigón armado y estructuras de mampostería.

Los morteros especiales, diferenciados en la formulación para cada sistema de refuerzo específico, aseguran una adherencia eficaz tanto a las fibras estructurales de la malla como a los materiales que forman el recrecido de base, garantizando una alta fiabilidad del refuerzo estructural.

Los refuerzos compuestos Ruregold utilizan fibras de tejido estructurales con una geometría específica para garantizar una mayor versatilidad de uso, es decir, una mayor capacidad para interceptar los esfuerzos incluso en las situaciones de carga más complejas: flexocompresión de los pilares, resistencia a cortante de los paneles, flexión y cortante de las vigas y acciones en el plano y fuera del plano.

Ventajas de los sistemas de refuerzo FRCM:

Aplicación sobre soportes húmedos

Resistente al fuego

Permeabilidad al vapor

Matriz no nociva

Resistente a altas temperaturas

Resistente a los ciclos de hielo/deshielo

Fácil colocación

Eco

Compatible con la mampostería

Ductilidad

Protección pasiva

Reversible

FRCM: refuerzo sismorresistente

Las propiedades de los sistemas de refuerzo estructural

La intervención de refuerzo estructural en zona sísmica tiene como objetivo adaptar la estructura a la intensidad de la acción sísmica esperada. El material compuesto es particularmente adecuado para este propósito gracias a su resistencia, ligereza y practicidad de aplicación, que se presta para intervenciones selectivas localizables en las zonas críticas de la estructura.

La estrategia de intervención de adecuación sísmica tiene como objetivo eliminar todos mecanismos de colapso de tipo frágil de los elementos de construcción portantes y todos los mecanismos de colapso de plano en correspondencia con los forjados, así como mejorar la capacidad de deformación general de la estructura.

Este requisito se logra incrementando la ductilidad de las rótulas plásticas en las estructuras de hormigón armado y obteniendo un comportamiento del edificio similar al de una caja en las construcciones de mampostería portante para hacerlas más resistentes a las acciones horizontales, eliminando los empujes ortogonales en los muros de carga ("pilares") y conectando entre sí los elementos perpendiculares portantes.

Es de una importancia fundamental para la eficacia y la fiabilidad de la adecuación sísmica la capacidad de deformación del elemento reforzado individualmente y la capacidad de adherencia del refuerzo a la estructura, aun más allá de la primera fisuración del soporte, características garantizadas por todos los sistemas FRCM de Ruregold.

Aplicación de los refuerzos estructurales Ruregold de matriz inorgánica

FASES DE COLOCACIÓN

Preparación del recrecido de base

El soporte debe estar libre de partes incoherentes, degradadas y poco adheridas al recrecido de base; además, se deben eliminar el polvo y los tratamientos de superficie. Las posibles irregularidades o defectos macroscópicos de la superficie deben compensarse con morteros de reparación adecuados a la naturaleza del recrecido de base hasta que se restablezca la planeidad del soporte. Las aristas deberán redondearse con un radio de curvatura de 2 cm.

FASES DE COLOCACIÓN

Preparación de la matriz de cemento inorgánica

La matriz inorgánica se prepara como un mortero predosificado normal, es decir, con el simple añadido de agua y mezclando sin interrupción en hormigonera o, en cantidades limitadas, en una cubeta con taladro batidor durante al menos 4-5 minutos.

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FASES DE COLOCACIÓN

Puesta en obra del sistema Ruregold

El recrecido de base debe estar mojado hasta la saturación sin capas de agua superficiales. Aplicar la primera capa de matriz con un espesor de aproximadamente 3-5 mm utilizando un fratás de metal suave. Sumergir la malla en el mortero, ejerciendo con el fratás la presión necesaria hasta hacer salir la matriz por los orificios de la malla. Aplicar la segunda capa de matriz inorgánica con un espesor de 3 - 5 mm, para cubrir completamente la malla. En los puntos de unión, prever una superposición de aproximadamente 30 cm.

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FASES DE COLOCACIÓN

Eventual aplicación de una segunda capa del sistema

Si el diseño ha previsto varias capas de refuerzo superpuestas, continuar con la colocación de la segunda capa de malla y la última capa de matriz inorgánica, siempre procediendo fresco sobre fresco.

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FASES DE COLOCACIÓN

Eventual aplicación de un conector de fibra

Para garantizar que el elemento reforzado esté unido a la estructura portante, es necesario insertar en el sistema conectores de fibra PBO. Una vez realizado un orificio en la estructura portante, hay que rellenar con el mortero específico e introducir la unión. El extremo libre debe quedar "con flecos" y debe estar cubierto por la capa superficial de mortero que recubre la malla de refuerzo siempre con el mortero específico de Ruregold.

Características de los sistemas FRCM

Comportamiento dúctil de los sistemas FRCM

Los sistemas de refuerzo FRCM presentan una relación tensión-deformación por tracción del elemento portante individual respecto de los sistemas FRP con matriz orgánica. En efecto, el sistema FRP se configura en una posición intermedia, en términos de comportamiento, entre el de la matriz orgánica -generalmente resina epoxi- y el de las fibras de refuerzo, con características de relación tensión-deformación elástico lineal. En cambio, los sistemas FRCM, de mayor innovación que los consolidados sistemas FRP, presentan una relación tensión-deformación caracterizada por una primera fase en la cual contribuye la función del mortero/matriz inorgánica, seguida de un desarrollo de agrietamiento dentro de la matriz y luego la residual contribución de la sola malla seca. Tal comportamiento pone en evidencia una pseudo ductilidad de los FRCM respecto de los sistemas FRP, que se manifiesta en una ventaja en términos de ductilidad local del material de refuerzo, aplicado al elemento estructural que es objeto de intervención. Dicha ductilidad local tendrá efectos positivos en la ductilidad global del sistema, enfoque buscado en todos los elementos estructurales que tienen necesidad de disipar energía y disponer de capacidades de deformación en relación con la presencia de condiciones severas de carga, como es el caso de la acción sísmica.

comportamento duttile dei sistemi FRCM: grafici
Resistencia a altas temperaturas

Para confrontar el decaimiento de las prestaciones mecánicas de elementos de hormigón (reforzados o no) al aumentar la temperatura, se ha tomado como parámetro significativo la resistencia a la flexión, ya que, respecto de la resistencia a la compresión, resulta mucho más sensible a la degradación que se produce por efecto del calor. Como se ve en el histograma al lado, al aumentar la temperatura de prueba, especialmente al superar los 130°, se produce una notable reducción de las prestaciones mecánicas. Los sistemas de refuerzo FRCM, si bien sufren el efecto de la temperatura, mantienen su eficacia en términos de incremento de resistencia a la flexión respecto del hormigón sin reforzar, a la misma temperatura. Respecto de la temperatura ambiente, el refuerzo es capaz de contrarrestar la descohesión entre los áridos y la pasta de cemento, que es la causa de pérdida de resistencia del hormigón sin reforzar.

Resistenza a flessione variazione in funzione della temperatura: grafico di confronto, cls non rinforzato e cls rinforzato con PBO-MESH Ruregold
Transición vítrea

El DT 200 R1 2013 (CNR) muestra que a medida que las temperaturas aumentan las resinas epoxi comienzan a pasar del estado rígido al viscoso, con la consiguiente degradación del adhesivo y, por lo tanto, del rendimiento mecánico de los sistemas FRP. Además, la temperatura a la cual el refuerzo es efectivo es aquella que se obtiene reduciendo 15 °C la temperatura de transición vítrea de la resina (Tg) declarada por el fabricante en la ficha técnica. Por ejemplo, si la Tg declarada era 50 °C, la temperatura máxima de funcionamiento que garantiza la eficacia del refuerzo FRP es 35 °C.

Reacción al fuego

El sistema FRCM de Ruregold, sujeto a las pruebas de reacción al fuego de acuerdo con las regulaciones europeas vigentes, UNI EN 13501-1 ha sido certificado en clase no inferior a la B-s1,d0. No provoca humos tóxicos y no forma gotas incandescentes potencialmente peligrosas para las personas durante el incendio. Todos los sistemas FRP han sido clasificados en la clase “E”, porque utilizan un adhesivo orgánico que contribuye a la generación y/o propagación del fuego y, por lo tanto, requieren una protección adecuada.

Durabilidad y humedad

Los sistemas de refuerzo FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) mantienen el rendimiento declarado independientemente de la humedad y la temperatura de ejercicio, a diferencia de los FRP, que lo garantizan solamente en condiciones termo-higrométricas estándar (20 °C y 50% de H.R.). Por otro lado, están los resultados obtenidos de un estudio de durabilidad realizado en el laboratorio ITC-CNR de S. Giuliano Milanese, que, al igual que otras investigaciones realizadas en instituciones de prestigio en todo el mundo, como el MIT en Boston y la Universidad de Edimburgo, ha puesto en evidencia la fuerte influencia de las condiciones ambientales en el rendimiento mecánico de los refuerzos estructurales FRP. De la experimentación se desprende que en los sistemas FRP la presencia de humedad en la superficie de la estructura determina una variación del tipo de rotura que de "cohesiva", en el soporte, se convierte en "adhesiva", es decir, en la interfaz entre soporte y refuerzo. Se destaca, además, que la exposición prolongada a la humedad provoca un deterioro progresivo de la resistencia mecánica al cortante y la flexión que, en el rango de 23÷40 °C, se vuelve cada vez más rápido a medida que aumenta la temperatura.

Resistenza a flessione dei sistemi di rinforzo FRCM e FRP: i grafici

DOCUMENTACIÓN

Guía sobre los materiales FRCM para el refuerzo estructural en hormigón armado y mampostería | Ruregold

Guía sobre los refuerzos estructurales y sismorresistentes | Ruregold

Monografía técnica Sistemas de refuerzo estructural para hormigón y mampostería FRCM en fibra de PBO de Ruregold

Cuaderno técnico | Ruregold

Folleto Infraestructuras: referencias ferroviarias y viales con las soluciones para el refuerzo estructural de Ruregold

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