Fortalecimiento de la placa de CFRP para muros de carga de hormigón

La adhesión de una placa de PRFC en el lado sometido a tracción de un muro equivale, en esencia, a añadir una capa de “armadura externa”, pero más ligera, más delgada, resistente a la corrosión y de instalación más rápida.

¿Por qué las placas de CFRP funcionan para muros de carga?

Los muros de carga de hormigón son los principales elementos de resistencia a la fuerza lateral en un edificio. Llevan simultáneamente cargas verticales y resisten el cizallamiento horizontal de eventos sísmicos y fuerzas del viento. Cuando las paredes se deterioran debido a las siguientes condiciones, su capacidad de carga disminuye significativamente:

Carbonatación o corrosión de la barra de refuerzo que conduce a la pérdida de la sección
Defectos de construcción tales como panales, huecos o resistencia inadecuada del concreto
Cambio de uso, donde las cargas impuestas exceden el diseño original
Daños sísmicos, con grietas y desintegración del hormigón

El mecanismo central del fortalecimiento de la placa de CFRP (polímero reforzado con fibra de carbono) es sencillo: el CFRP tiene una resistencia a la tracción máxima aproximadamente 7-10 veces mayor que la del acero ordinario. Cuando se une a la cara de tensión de un muro de hormigón, la placa actúa como refuerzo externo, compartiendo tensiones de tracción, restringiendo la propagación de grietas y mejorando la capacidad de flexión y cizallamiento.

Unir una placa de CFRP al lado de tensión de una pared es esencialmente agregar una capa de "barra de refuerzo externa", excepto más liviana, más delgada, resistente a la corrosión y más rápida de instalar.

¿Cuándo es apropiado el fortalecimiento de la placa CFRP?

CFRP no es una solución universal. Las siguientes condiciones determinan directamente si el fortalecimiento será efectivo:

Requisitos de la condición de la pared

Mínima resistencia a la compresión del hormigón: C20 o superior. Por debajo de este umbral, la fuerza de unión del sustrato se vuelve insuficiente para una transferencia de carga fiable.
Sin aplastamiento, fallo de compresión localizado o desintegración severa. La estructura debe permanecer globalmente estable.
El espesor de la pared debe acomodar la unión de la placa y el anclaje adecuado del extremo.

Coincidencia con el objetivo de fortalecimiento

El fortalecimiento de la placa de CFRP aborda las siguientes condiciones de manera efectiva:

Objetivo de fortalecimiento	Cómo ayudan las placas de CFRP
Insuficiente capacidad de flexión	La placa lleva fuerzas extensibles, resistencia cada vez mayor del momento
Retrofit sísmico	Restringir el fallo de corte, mejorar la ductilidad
Control de grietas	Limita el ancho de grieta, mejora la apariencia y la durabilidad
Reparación de daños locales	Reemplaza jacketing, restaura las áreas alveoladas o descascaradas

Controles críticos de construcción

Preparación del sustrato: el factor de hacer o romper

Shot-blast o moler la superficie de hormigón para eliminar las capas carbonatadas y material suelto, exponiendo sustrato de sonido.
Limpie con agua a alta presión o acetona. La superficie debe estar libre de polvo, aceite, grasa y humedad.
Tolerancia de la planitud de la superficie: ≤ 3mm de espacio bajo una recta de 2 m.

Control de calidad de la vinculación de la placa de CFRP

Utilice un adhesivo epoxi estructural compatible con CFRP (adhesivo de fibra de carbono). Mezcle los componentes A y B estrictamente por la proporción del fabricante.
Después de colocar la placa, use un rodillo dedicado para compactar repetidamente, exprimiendo las burbujas de aire. Espesor de la capa adhesiva objetivo: 2-3mm.
Durante el curado, prohibir cualquier vibración o carga. Siga las especificaciones de temperatura y tiempo del fabricante estrictamente.

End Anchorage-Nunca omitido

Las terminaciones de placa son puntos de concentración de tensión y el eslabón más débil del sistema. Se debe emplear uno de los siguientes métodos de anclaje:

Anclajes de envoltura de CFRP en forma de U: Hoja de fibra envuelta alrededor de tres caras de la pared, agarrando el extremo de la placa.
Pernos de anclaje mecánicos: Pernos de acero inoxidable con arandelas de placa de acero que proporcionan sujeción mecánica en los extremos de la placa.
Combinación de placa de acero y perno: placa de acero unida y atornillada en el extremo de la placa, anclando a la pared.

Limitaciones y límites honestos

Bond Interface es el eslabón débil. La unión entre CFRP y el hormigón es significativamente más débil que las respectivas resistencias del material de cualquiera de los componentes. La desvinculación es el modo de fallo primario. Los diseñadores deben verificar rigurosamente la capacidad de unión y la longitud del anclaje; nunca traten esto como un detalle menor.
Resistencia al fuego es limitada. La fibra de carbono pierde propiedades mecánicas rápidamente por encima de los 300 °C (572 °F). En entornos con riesgo de incendio, se requieren recubrimientos de protección contra incendios adicionales o sistemas de cobertura contra incendios.
No es adecuado para fallas de compresión o compresión de corte Si la pared ya ha experimentado trituración de concreto, falla de compresión localizada o desintegración severa, el CFRP no puede proporcionar una capacidad de compresión adecuada. El revestimiento, el revestimiento de acero o la ampliación del hormigón son las soluciones adecuadas.
Aunque el CFRP aumenta eficazmente la capacidad de carga, su contribución a la rigidez estructural global es modesta. Si la deficiencia de rigidez es el problema principal, otros métodos de fortalecimiento deben considerarse de manera integral.