Códigos de diseño con fibras

Los polímeros reforzados con fibras o FRP por sus siglas en inglés (Fiber Reinforced Polymer), son productos que han venido entrando en el nicho de la ingeniería y la construcción. La tecnología de estos materiales se remonta a mediados de 1930, cuando el primer casco de un barco experimental fue fabricado con un tejido de fibras de vidrio y una matriz polimérica a base de resina poliéster.

Llevados a la ingeniera y construcciones, las Fibras de Polímero Reforzadas (FRP) varían en sus componentes (fibras y matrices), cambiando sus denominaciones en función del tipo de fibra utilizada. Las más conocidas en el ámbito de la construcción son las GFRP (polímeros reforzados con fibras de vidrio), CFRP (polímeros reforzados con fibras de carbono), BFRP (polímeros reforzados con fibras de basalto) y AFRP (polímeros reforzados con fibras de aramida).

Con la inclusión de los FRP en la industria del diseño y las construcciones civiles se ve la necesidad de desarrollar ensayos para determinar un comportamiento base de este nuevo material en términos estructurales, solo y en conjuntos con materiales como el concreto. Teniendo estas bases experimentales, diferentes países encabezados por Estados Unidos, Canadá, Japón y de Unión Europa, inician el desarrollo de diferentes guías, códigos y/o especificaciones de cálculo y diseño de elementos estructurales reforzados con FRP.

Resultados de prueba y códigos de diseño con fibra de basalto.

Recientemente se han utilizado barras de refuerzo de FRP como alternativa a las barras de acero para el refuerzo de estructuras de hormigón. Sin embargo, en algunos casos, las barras de acero no se pueden sustituir directamente con sus análogos de FRP, debido a las diferencias en sus propiedades mecánicas. Es por eso que se deben seguir las pautas aplicables durante el diseño de estructuras de concreto reforzado con FRP. Las diferencias más importantes, como un módulo de elasticidad y resistencia al corte más bajos, una tensión de corte máxima sostenida limitada de las barras de refuerzo de FRP, también se deben considerar antes del diseño.

ACI 440.1R-15 (2015) “Guía para el diseño y construcción de concreto estructural reforzado con barras de polímero reforzado con fibra”, Comité ACI 440, American Concrete Institute.

ACI 440.3R-12 (2012) «Guía de métodos de prueba para polímeros reforzados con fibra (FRP) para reforzar o fortalecer estructuras de hormigón» Comité ACI 440, American Concrete Institute.

ACI 440.4R-04 (Aprobado 2011) «Pretensado de estructuras de hormigón con tendones de FRP» Comité ACI 440, American Concrete Institute. 

ACI 440R-07 (2007) «Informe sobre el refuerzo de polímero reforzado con fibra (FRP) para estructuras de hormigón», Comité ACI 440, American Concrete Institute. 

ACI 440.5-08 (2008) «Especificación para la construcción con barra de refuerzo de polímero reforzado con fibra», Comité ACI 440, American Concrete Institute. 

ACI 440.6-08 (2008) «Especificación para materiales de barra de polímero reforzado con fibra de vidrio y carbono para refuerzo de concreto», Comité ACI 440, American Concrete Institute.

AASHTO GFRP-1 (2009) «Especificaciones de la guía de diseño de puentes AASHTO LRFD para cubiertas de puentes de hormigón armado GFRP y barandas de tráfico», Asociación Americana de Oficiales de Carreteras y Transporte del Estado. 

CANADÁ

CAN / CSA-S807-10 (R2015) «Especificación para polímeros reforzados con fibra», Asociación Canadiense de Normas.

CAN / CSA-S806- 12 (2012) «Diseño y construcción de componentes de construcción con polímeros reforzados con fibra» Asociación Canadiense de Normas. 

CAN / CSA-S6- 14 (2014) «Código de diseño del puente de la autopista canadiense» Sección 16: Estructuras reforzadas con fibra, Asociación canadiense de normas. 

Manual No. 3 «Estructuras de hormigón armado con polímeros reforzados con fibra (FRP)», Dr. Brahim Benmokrane. 

Manual No. 4 «Fortalecimiento de estructuras de hormigón armado con polímeros reforzados con fibra (FRP) unidos externamente», Dr. Kenneth Neale. 

Manual No. 5 «Pretensado de estructuras de hormigón con FRP»  Dr. Ivan Campbell.

EUROPA
NORMATIVA DE TOLERANCIA Y FABRICACIÓN

Fabrica sus perfiles bajo la normativa UNE-EN 13706, en cada una de sus designaciones: 

UNE-EN 13706-1, UNE-EN 13706-2 y UNE-EN 13706-3. Cada una de estas normas hacen referencia a los materiales compuestos de plástico reforzado, específicamente para perfiles pultruidos.

La fabricación de la fibra de basalto requiere la conversión de la roca volcánica usando temperaturas extremadamente altas en fibra continua finamente extruida, un proceso altamente complejo que se ha desarrollado, probado y madurado durante varias décadas. 

Sostenible
La fibra se fabrica directamente a partir de roca basáltica en un proceso de fusión única, y comprende solo una sola materia prima.

Amigable con el medio ambiente
No existen aditivos químicos peligrosos a diferencia de la producción de fibra de vidrio de alta calidad que requiere la adición de óxido de boro (B2O3).

Bajo consumo energético en la fabricación
El proceso de producción es completamente sostenible, con un bajo requerimiento de energía (solo 5kWh / kg de electricidad) y bajos costos de fabricación.

La fibra de basalto es un material artificial compuesto de fibras de basalto. Obtenido a partir del proceso de fundición del basalto, es un material ignífugo, resiste al calor (1000º), a los alcalinos y a los ácidos, además es un buen aislante térmico y acústico. Posee una alta resistencia a la tracción y una alta conductividad térmica. Posee un módulo de elasticidad muy elevado, así como una alta resistencia a la fatiga. Es un material inmune a la radiación nuclear y es totalmente reciclable.


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