Ruredil Dominicana

Prueba

2012-01-30T04:39:00.001-08:00

Con esta entrada estoy probando la aplicación del IPad.

-- Desde Mi iPad

Hormigón permeable

2008-11-14T07:54:00.000-08:00

Construcción de un pavimento de hormigón permeable, en la cancha de tenis #4 del Santo Domingo Country Club.

El hormigón permeable, "pervious concrete" en lengua inglesa, es una mezcla de agregado grueso, cemento, agua y aditivos, sin arena. El agregado grueso se selecciona de manera tal que el tamaño de las partículas sea constante. Esto permite crear una estructura con oquedades interconectadas que puede llegar a tener entre un 15% y un 25% de vacío por volumen.

Un esmerado control de la relación agua cemento permite una mezcla que se logra adherir a toda la superficie de la partícula de agregado grueso sin fluir durante el mezclado ni durante la colocación.

El resultado es un hormigón altamente permeable que puede permitir el paso de 3 a 8 galones de agua por cada pie cuadrado de pavimento.

Es un hormigón ligero que llega a tener desde 1,600 Kg/m3 hasta 1,900 Kg/ m3 peso específico.

Su resistencia a la compresión disminuye, pero aún así puede encontrarse en un rango que oscila entre 35 y 280 Kg/cm2.

Otra vista de la colocación del hormigón permeable, "pervious concrete" en inglés

CFRP y CFRCM: Dos tecnologías para el refuerzo de estructuras.

2007-12-25T06:34:00.000-08:00

Los Materiales Compuestos.

Lo primero que debemos hacer es definir los términos del título.

CFRP es la sigla en inglés de Carbon Fiber Reinforced Polymer que en castellano sería Polímero Reforzado con Fibras de Carbono.

De igual manera CFRCM es la sigla en inglés de Carbon Fiber Reinforced Cement Matrix y que en castellano sería Matriz de Cemento Reforzada con Fibras de Carbono.

Ambos materiales entran dentro del campo de los materiales compuestos (composite material en inglés) y para desmitificar un poco esa categoría diremos que esos materiales compuestos abundan en nuestro medio: el hormigón, el hormigón armado, la madera, nuestros huesos, son todos ejemplos de materiales compuestos desde un punto de vista macroscópico.

La naturaleza crea los materiales compuestos para aprovechar eficientemente las características propias de cada material. El ser humano, que también es naturaleza, hace lo mismo, la diferencia está en que el ser humano tiene conciencia de lo que hace. Así, toma una fibra extraordinariamente resistente, vale decir, alrededor de diez veces la resistencia del acero y la combina con una matriz polimérica en el caso del CFRP o con una matriz de cemento con el caso del CFRCM.

La matriz, en ambos casos, mantiene unida las fibras, aporta protección contra agentes externos del ambiente y transfiere las fuerzas de las fibras de manera que todas aporten al conjunto del material compuesto.

La fibra (de carbono) como dijimos, aporta resistencia. Tiene un módulo de elasticidad de 240,000 Mpa, un poco mayor que el módulo de elasticidad del acero que es de 210,000 Mpa; pero alcanza, en el rango elástico, una deformación unitaria que ronda el 1.5%, es decir, ef=0.015 lo que le permite tener un esfuerzo último de alrededor de 3,600 Mpa; mucho mayor que el esfuerzo de fluencia del acero grado 60, que es de 420 Mpa que se corresponde con un deformación unitaria de fluencia de alrededor de 0.2%, es decir es =0.002.

El resultado es un material compuesto que puede ser adherido a la superficie del hormigón para aumentar la resistencia nominal, para mejorar la prestación o para aumentar la rigidez del elemento estructural que se refuerza.

Los constituyentes.

La fibra de carbono, sin entrar en detalles químicos que desconozco, es una fibra resultado de un calentamiento iterativo y controlado del carbono. Ese proceso permite que la molécula de carbono sea cada vez más intrincada, sus enlaces más íntimos y su resistencia a la tracción más alta.

La matriz polimérica, en el caso del CFRP, es una matriz formada por cadenas de monómeros. Básicamente el polímero es un compuesto orgánico formado por largas cadensa de moléculas constituidas por pequeñas y repetidas unidades llamadas monómeros.

Existen dos tipos de polímeros, los Thermoplastics y los Thermosetting. Los primeros son los plásticos de amplios usos, muy conocidos y muy resistentes en la dirección de las cadenas de monómeros, pero cada cadena de monómeros está unida a la más cercana por fuerzas de Van Der Waals que son interacciones débiles entre dipolos moleculares. En resumidas cuentas, son materiales que pueden ser ablandados por calor y sus macro moléculas pueden ser deslizadas una sobre la otra, por eso no pueden ser utilizados como matrices de un refuerzo estructural.

Los “Thermosetting” por su lado, son polímeros con enlaces químicos cruzados entre cadenas. No pueden ser ablandados por calor, se deterioran irreversiblemente a altas temperaturas y sus macro moléculas no se deslizan entre si, por eso pueden ser utilizados como matrices de un refuerzo estructural.

En el caso de la matriz de cemento, es oportuno establecer que no se trata de una matriz de cemento convencional, sino de un cemento especial, con aditivos particulares, capaces de establecer uniones químicas, además de las mecánicas, entre el sustrato y la fibra de refuerzo.

Cuándo y dónde utilizar esta tecnología.

Principalmente, cuando y donde se necesite aumentar la resistencia nominal de un elemento estructural, puede ser considerada la aplicación de la tecnología que estamos presentando.

También cuando y donde se necesite mejorar la prestación, o como comúnmente se dice, la serviciabilidad, que no es palabra castiza, o cuando y donde se necesite aumentar la rigidez de algún elemento estructural, puede ser considerada la tecnología que estamos presentando.

La más común de las intervenciones es la de aumentar la resistencia nominal de un elemento estructural. Es, de todas las intervenciones presentadas, la que más eficientemente utiliza esta tecnología.

Las estructuras que, debido a un cambio de uso, requieran adecuarse a las nuevas cargas, pueden ser resueltas utilizando esta tecnología.

Las estructuras que debido a cualquier deficiencia en los materiales constituyentes (baja resistencia del hormigón, baja cantidad o calidad del acero de refuerzo, etc), tengan necesidad de mejorar su resistencia, pueden encontrar en esta tecnología una solución adecuada.

El CFRP y el CFRCM pueden ser utilizados para reforzar elementos sometidos a tracción simple, para reforzar elementos sometidos a flexión, para elementos sometidos a cortante y también para elementos sometidos a compresión; esta última se logra vía el confinamiento del elemento, ya que el refuerzo CFRP o el CFRCM por si mismos no resisten compresión.

Diferencias entre ambas tecnologías.

La principal ventaja del CFRP como material compuesto es que tiene mayor resistencia nominal, puede llegar a tener una deformación unitaria de 1.5%, es decir, ef=0.015 lo que le permite tener una esfuerzo último a tracción que ronda los 3,600 Mpa.

El CFRCM como material compuesto puede llegar a tener una deformación unitaria de 0.8%, es decir ef=0.008 lo que le permite tener un esfuerzo último a tracción que ronda los 1920 Mpa.

La principal ventaja del CFRCM es que tiene una resistencia al fuego similar a la del hormigón, mientras que el CFRP se descompone a temperaturas tan bajas como 100 grados Celsius.

Otra ventaja es el tiempo de vida de la matriz (Pot Life) que en el caso de el CFRP es, a lo sumo, de 30 minutos, en el caso del CFRCM es la misma del mortero de cemento, de manera que puede llegar a ser de 75 minutos.

Accediendo a nuestra página de Internet www.ruredil.com.do puede el lector encontrar información adicional acerca de esta tecnología, así como también detalles de proyectos en los cuales se ha utilizado.

Notas:

Donde se encuentran expresiones como ef=0.008 debe entenderse que e corresponde a la letra griega épsilon, que por razones propias del formato permitido por el blog no es posible su escritura.
Este texto sirvió de base para una entrevista que aparecerá en una revista dedicada al tema de la construcción y la ingeniería.

Refuerzo de vigas con CFRP y CFRCM

2007-12-15T16:40:00.000-08:00

INFORME

RELATIVO AL REFORZAMIENTO CON MATRIZ POLIMÉRICA FIBRO REFORZADA CON CARBONO (CFRP) Y MATRIZ CEMENTICIA FIBRO REFORZADA CON CARBONO (CFRCM) DE LAS VIGAS DEL SEXTO NIVEL DE LA TORRE X, A FIN DE CORREGIR DEFICIENCIAS EN LA RESISTENCIA DE LOS HORMIGONES.

Introducción

La empresa fabricante del hormigón premezclado nos solicitó que evaluáramos la posibilidad de reforzar estructuralmente el entrepiso del sexto nivel de la Torre X, cuyos hormigones arrojaban deficiencia en la resistencia a los 28 días.

Nos reunimos con el propietario de la Torre X, quien nos suministró un plano con la ubicación de los testigos extraídos de las vigas y sus resistencias a los 28 días así como también nos suministró los planos estructurales de los pórticos y las losas de la Torre X.

Con la información suministrada por el propietario procedimos a determinar, para cada sección crítica de cada viga, el momento nominal (Mn(210)) de la sección para un hormigón con resistencia de 210 Kg/cm2 (f `c = 210 Kg/cm2) que era la resistencia de diseño.

Posteriormente procedimos a determinar, para cada sección crítica de cada viga, el momento nominal (Mn(reducido)) de la sección para un hormigón con la resistencia reducida.

Al finalizar este análisis teníamos una tabla con los momentos nominales positivos en los vanos y negativos en los apoyos, tanto para un hormigón con la resistencia de diseño así como para las resistencias reales por debajo de la resistencia de diseño obtenidas de los testigos extraídos de las vigas.

Los momentos nominales correspondientes al hormigón de baja resistencia no difieren mucho de los momentos nominales de la sección de diseño. En la mayoría de los casos la diferencia es de un 1%. Solamente en un caso llega a ser de 2.7%.

Aun siendo pequeña la diferencia entre los momentos nominales de la sección de diseño y los momentos nominales de la sección de hormigón de resistencia reducida, estamos recomendando un refuerzo con CFRP en los vanos y CFRCM en los apoyos.

Luego de reforzada, la sección presenta un momento nominal (Mn(reforzada)) que en promedio anda por un 20% por encima del momento nominal de la sección de diseño (Mn(210)). En el peor de los casos ese porcentaje de aumento llega a ser de 7.16% por encima del momento nominal de la sección de diseño.

No estamos recomendando refuerzo para las losas por ser éstas sistemas en dos direcciones con sobrados recursos para distribuir cualquier excedente de carga.

Como puede verse, no hemos trabajado con cargas de diseño, por lo que el alcance de nuestro trabajo no nos permite garantizar que las vigas reforzadas resistirán las cargas de diseño.

Lo que sí garantizamos es que la resistencia nominal de las secciones de las vigas estudiadas, serán, luego de reforzadas, mayores que la resistencia nominal de la sección original de diseño; y ese aumento en la resistencia nominal de la sección anda en promedio por un 20%

El Refuerzo

Básicamente se trata de reforzar los vanos de las vigas con CFRP, que es una matriz polimérica reforzada con una malla de fibra de carbono. La matriz polimérica sirve de elemento adherente entre la superficie del hormigón y la malla de fibra de carbono que luego de colocada recibe un acabado con la matriz polimérica de manera que la matriz polimérica queda reforzada en su interior por una malla de fibra de carbono y ese refuerzo compuesto queda adherido a la superficie del hormigón.

En los apoyos continuos de las vigas estamos recomendando reforzar con CFRCM, que es una matriz cementicia reforzada con una malla de fibra de carbono. Al igual que en el caso anterior, la matriz cementicia sirve de elemento adherente entre la superficie del hormigón y la malla de fibra de carbono que luego de colocada recibe un acabado con la matriz cementicia de manera que la matriz cementicia queda reforzada en su interior por una malla de fibra de carbono y ese refuerzo compuesto queda adherido a la superficie del hormigón.

La decisión de recomendar el CFRCM en lugar de mantener el CFRP tiene su razón de ser en la necesidad de que la superficie en donde se aplique el CFRP sea lo más cercana posible a un plano. En el caso del fondo de las vigas esa condición se cumple, pero en el caso del refuerzo al momento negativo en el apoyo continuo, se tendría que colocar el refuerzo en la superficie de la losa, la cual dista mucho de ser un plano. Por su parte la matriz cementicia del CFRCM puede variar en espesor entre 3mm hasta 8mm lo que le da la oportunidad de colocar en un plano la malla de fibra de carbono.

En anexo a este documento estamos presentando las fichas técnicas del CFRP Ruredil X-Wrap 310 y el CFRCM Ruredil X-Mesh C-10 M50, ambos productos de la Ruredil.

El diseño del refuerzo se realizó siguiendo las recomendaciones del ACI 318-99 y ACI 440.2R-02

Se realizó una comprobación del cortante a fin de determinar si la viga reforzada era capaz de resistir el cortante asociado al nuevo momento resistente aumentado por el refuerzo. La comprobación fue satisfactoria.

Marco Conceptual

En la foto de arriba puede verse la sección transversal estudiada, el diagrama de deformaciones unitarias mostrando el eje neutro y las fuerzas internas que actuan sobre la sección.

Se trata de establecer el equilibrio de fuerzas. La sumatoria de fuerzas deberá ser nula, por lo que la suma de fuerzas que ejercen compresión a la sección debe ser igual a la suma de fuerzas que ejercen tracción a la sección.

Esa condición se aplica para dos mecanismos de falla posibles:

Caso 1: El hormigón falla antes de que falle el CFRP. En la gráfica pueden verse las ecuaciones que permiten establecer el equilibrio de fuerzas y posteriormente el Momento Nominal de la sección

Caso 2: El CFRP falla antes de que falle el hormigón. Al igual que en el caso anterior, en la gráfica pueden verse las ecuaciones que permiten establecer el equilibrio de fuerzas y posteriormente el Momento Nominal de la sección.

El ACI 440.2R-02 establece reducciones a la deformación unitaria última de la fibra, provista por el fabricante, para tomar en cuenta la exposición al ambiente y para tener seguridades de que no ocurrirá el descascarado del hormigón. En adición a estas reducciones, establece un factor y=0.85 que reduce el aporte del CFRP.

Ing. Mario Bergés

Codia 4199

Los Resultados

A continuación se presenta el resultado del análisis de las secciones de cada una de las vigas estudiadas:

Los momentos nominales con el hormigón de diseño con f`c=210 Kg/cm2 (Mn(210))

Los momentos nominales con el hormigón de resistencia reducida (Mn(reducido))

Los momentos nominales luego de reforzada la sección (Mn(reforzada))

El porcentaje de aumento del momento nominal de la sección reforzada con relación al momento de la sección de diseño (Mn(reforzada)/Mn(210) - 1)

En la figura de abajo podrá ver el plano con los detalles de refuerzo con CFRP y CFRCM.

Ahora veamos algunas fotos de la colocación del refuerzo:

Foto 1: Mortero de reparación (grout) utilizado en la adecuación de la superficie de hormigón

Foto 2: Adecuación de la superficie de hormigón con el mortero de reparación

Foto 3: Mezclado mecánico de la resina de dos componentes que sirve de matriz al CFRP

Foto 4: Colocación del refuerzo CFRP sobre la resina epoxídica.

Foto 5: Viga reforzada con CFRP

Estudio de Restauración Estructural. P2007-4-10

2007-09-03T17:11:00.000-07:00

Estudio de la Restauración Estructural de Palacio Colonial en la Calle Arzobispo Nouel de Santo Domingo, República Dominicana.

Edificación de finales del siglo XVIII con muros de mampostería con piedra de origen calcareo y argamasa propia de la época.

Presenta grietas cuasi verticales pasantes en los muros 1, 2, 8 y 9 (muros perpendiculares a la calle Arzobispo Nouel) entre los muros A y B, que hacen pensar en algún asentamiento diferencial entre estos dos muros A y B que son los dos primeros pórticos paralelos a la calle Arzobispo Nouel.

En el resto de los muros presenta grietas pasantes y superficiales que no parecen obedecer a ningún patrón estructural.

La inspección visual y la historia de las grietas mueven a pensar que las mismas no están activas, por lo que el asentamiento, si lo hubo, o el desplazamiento, si este fuera el caso, pudo ser consecuencia de algún movimiento sísmico o de alguna otra causa bien determinada en el tiempo y que la misma ha dejado de ejercer su efecto sobre la estructura.

La determinación de las causas de las grietas está fuera del alcance de este trabajo.

En todo caso hemos asumido que las grietas no son activas y hemos informado de esta asunción al cliente.

La estructura presenta dos patologías básicas:

I. Grietas pasantes, que pueden llegar a tener 10 mm de espesor

II. Mampostería friable con la consecuente pérdida de material.

a. Perdida de material estructural en el apoyo de una columna del segundo nivel, en uno de los arcos del segundo nivel y en el apoyo del muro en el eje B en la zona del entrepiso.

Soluciones presentadas para cada patología:

Grietas: Inyección de Rurewall B1. Mortero de consistencia líquida con una composición química inerte a la presencia de los materiales existentes en las edificaciones antiguas y con una resistencia a la compresión a los 28 días de 39.3 Mpa. En el caso de grietas de espesores mayores de 3mm hemos dispuesto la colocación de una malla de fibra de carbono en matriz cementicia, la Ruredil X-Mesh C10 M25

Mampostería friable: Consolidación de la mampostería con mortero Rurewall R/Z. Mortero de consistencia plástica con una composición química inerte a la presencia de los materiales existentes en las edificaciones antiguas. Actúa como una membrana que permite la salida de la humedad del muro en forma de vapor y evita el ingreso de la humedad exterior. En el caso de pérdida de material estructural, hemos dispuesto la colocación de una malla de fibra de carbono en matriz cementicia, la Ruredil X-Mesh C10 M25

Foto 1

Grietas pasantes y zonas de perdida de material en el segundo nivel

Inyección de Rurewall B1 y consolidación con Rurewall R/Z

Foto 2

Grietas pasantes en primer nivel

Inyección de Rurewall B1

Foto 3

Dintel con grieta pasante y pérdida de material en primer nivel.

Inyección de Rurewall B1, consolidación con Rurewall R/Z y malla de fibra de carbonon en matriz cementicia (CFRCM) para reforzar el dintel.

Foto 4
Pérdida de mucho material en la base de un muro en eje B del segundo nivel, huecos pasantes.
Consolidacion con Rurewall R/Z y refuerzo con malla de fibra de carbono en matriz cementicia (CFRCM) confinando el muro para reforzarlo en su base.

Foto 5
Columna del segundo nivel socavada por la pérdida de material en la base.
Consolidación con Rurewall R/Z y refuerzo de confinamiento con malla de fibra de carbono en matriz cementicia (CFRCM) para reforzar la base de la columna.

Foto 6
Arco con pérdida casi total de material.
Reconstrucción del arco con ladrillo de barro cocido y Rurewall R/Z, refuerzo con malla de fibra de carbono en matriz cementicia (CFRCM) para dar unidad estructural al conjunto.

Refuerzo estructural de vigas pretensadas

2007-09-01T04:16:00.000-07:00

Pagina 1

Caso: Cubierta de techo con vigas pretensadas de sección Doble T. Vanos con luces variables. En la zona con vano de mayor luz (l= 27.54 metros), cuatro vigas presentan deflexiones cercanas a los 25 centímetros. Se presenta la geometría de las vigas y las calidades de los materiales.
Se modifica la sección de la viga pretensada aumentando el espesor del ala y colocando tres capas de FRP con fibra de carbono ( CFRP ) de la Ruredil Dominicana. También se reduce el vano al construir dos pórticos de apoyo de las vigas pretensadas las cuales reducen su luz de 27.54 metros a 23.60 metros, disminuyendo de ese modo los momentos actuantes.

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Se determina el momento resistente nominal de la sección Mn tal que no produzca esfuerzos mayores que los fijados por el Capítulo 18 del Building Code del ACI 318-89.

Mn=103.30 Toneladas-Metros

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Determinacion del momento actuante en la viga, Mu, así como también la determinación de la deflexión máxima esperada de la viga bajo las cargas actuantes. El momento máximo actuante Mu= 149.79 Toneladas-Metros, mucho mayor que el momento resistente nominal de la viga que fue de Mn=103.30 Toneladas-Metros La flecha esperada es Y=34.24 centímetros La deflexión máxima permisible conforme al Capítulo 9 del Building Code del ACI 318-89 es Ymax= 15.30 centímetros.

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Recomendaciones del estructuralista, Ing. Juan Carlos Martínez.

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Recomendaciones del estructuralista (continuación)

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La sección de la viga, luego de modificada, tiene un espesor del ala de 10 centímetros, 5 centímetros más que la sección original. Esto se logró con el vaciado de una losa topping de hormigón utilizando el Ultrabond 2100, un epóxico bicomponente para garantizar la unión estructural del hormigón viejo y el hormigón fresco. Además la sección modificada de la viga tiene un refuerzo en la cara inferior del nervio de 3 capas de malla de fibra de carbono en matriz epoxídica, la Ruredil X Wrap 310 La luz del vano a salvar de la viga se redujo de 27.54 metros a 23.60 metros. Bajo esas nuevas condiciones, el momento resistente nominal de la sección fue de Mn=123.70 Toneladas-metros

Haciendo click en este enlace, se puede encontrar la ficha técnica del X Wrap 310 de Ruredil

Página 7

Se determinó el momento actuante en la viga para las nuevas condiciones, tomando en cuenta la reducción de la luz y la reducción de las cargas muertas debido a la utilización de hormigón celular con un peso de 0.650 T/M3. El momento actuante en la viga fue

Mu= 84.24 Toneladas-metros

Por tanto tenemos

Mu < øMn

84.24 [Ton-m] < (0.90)*(123.70) [Ton-m]

84.24 [Ton-m] <111.33 [Ton-m] (ok, chequea)

La flecha máxima esperada bajo las nuevas condiciones es

Y=10.69 centímetros, menor que la flecha admisible que es

Ymax=13.11 centímetros

10.69 centímetros < 13.11 centímetros (ok, chequea)

Foto 1
Las cuatro vigas de sección Doble T apuntaladas luego de haber recuperado su contraflecha. Se procede a colocar el "primer" previo a la resina epóxica del refuerzo de CFRP

Foto 2
Colocacion de la primera capa de CFRP en los nervios de las vigas.

Foto 3

Mezclado mecánico de la resina epóxica bicomponente.

Foto 4

Muestran cómo se ve la estructura una vez finalizado el proceso de refuerzo.
Ya se había colocado el topping estructural y las tres capas de CFRP.
Nótese al fondo el pórtico construido para reducir la luz de las vigas.

Foto 5

Uno de los dos pórticos de apoyo de las cuatro vigas pretensadas de sección Doble T, construidos para reducir la luz del vano de 27.54 metros a 23.60 metros

Palabras claves: FRP, CFRP, refuerzo, hormigón, hormigón celular, resina epóxica