ES2325011A1 - Barra a base de polimeros reforzados con fibras para el armado del hormigon. - Google Patents
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Abstract
Barra reforzada con fibras para el armado del hormigón que comprende, al menos: una primera zona (1) formada por un núcleo central, compuesta por hilos de filamentos de fibras de vidrio u otro tipo de refuerzo, adheridas entre sí por resinas poliméricas. una segunda zona (2) que envuelve la primera zona formada por tejidos de refuerzo, preferentemente de fibra de vidrio, los cuales, además de envolver y zunchar, apantalla la primera zona ante elevadas temperaturas. una tercera zona (3) formada por la adición de un granulada sujeto por medio de resinas resistentes a altas temperaturas a la segunda zona (2).
Description
Barra a base de polímeros reforzados con fibras
para el armado del hormigón.
La presente invención describe una barra,
normalmente del tipo circular, prevista para trabajar como armadura
de refuerzo en la formación del hormigón armado; fabricada por
pultrusión con materiales poliméricos y que presentan buen
comportamiento bajo los esfuerzos de compresión y un buen
comportamiento ante la acción del fuego de los elementos de
hormigón armado con este material.
La presente invención es de aplicación en el
campo de la construcción en general y en especial en estructuras
construidas cerca del mar, en estructuras sujetas a otros agentes
agresivos como son plantas de depuración, en plantas petroquímicas,
en instalaciones que requieren baja conductividad eléctrica, como
son conducciones para instalaciones eléctricas o en zonas que se
necesite baja permeabilidad magnética y a radiofrecuencias en cuyo
caso es factible su empleo al no producir apantallamiento a equipos
de comunicación y de telefonía; y para todo tipo de carreteras,
vías férreas, puentes y en general en cimentaciones para todo tipo
de construcciones que estén sometidas a las dos cualidades
principales de dicho material, como son la resistencia a la
corrosión y el aislamiento térmico.
Los plásticos reforzados con fibras o composites
se emplean por primera vez en reforzar estructuras de hormigón
armado a mediados de los años cincuenta, desde entonces y hasta
ahora se siguen empleando como sistema de refuerzo en estructuras
de hormigón. El desarrollo y perfeccionamiento de los métodos de
fabricación hace que aparezcan otras aplicaciones, como son su uso
como armado de estructuras de hormigón, los cuales se han basado en
las experiencias y resultados obtenidos de su empleo como refuerzo
estructural. Este tipo de refuerzos, desde sus inicios hasta la
actualidad, se ha llevado a cabo con la estratificación de tejidos
o por la adhesión de placas o planchas de estos materiales en las
partes exteriores de las piezas a reforzar.
El desarrollo de los actuales materiales
estructurales empleados en las obras públicas y en la edificación
han venido marcados, aparte de por las propiedades y
características de los mismos, por los ciclos económicos que han
existido. El acero ha sido y es el gran protagonista en diversos
periodos, pero su vulnerabilidad ante el fuego, su cada vez mayor
costo, que se ve incrementado por la gran demanda existente en
países emergentes, junto a otros problemas técnicos, como puede ser
la corrosión, hace necesaria la sustitución del mismo en aquellos
casos que sea necesario y posible.
Por otro lado el desarrollo de la industria de
la pultrusión lleva pareja la aparición de nuevos productos,
primero se desarrollan aquellos que precisan como características
principales del material su homogeneidad, su resistencia mecánica y
su comportamiento eléctrico; posteriormente se pasa a cubrir campos
complementarios a los anteriores en los que además se necesita un
buen comportamiento en ambiente agresivos y es ahora cuando
comienza su empleo en estructuras de hormigón armado para su empleo
en zonas de ambientes corrosivo, como son en puentes y calzadas de
zonas con clima frío y fuertes nevadas o en zonas marinas y costeras
con ambiente salino. Durante muchos años se ha estado trabajando
más en proteger a las armaduras de acero que en buscar un sustituto
a las mismas, se galvanizan, se protegen con resina pulverizada,
con resinas tipo epoxy, etc..., y no es hasta finales de los años
setenta del pasado siglo cuando se reconocen las ventajas de las
barras de resinas reforzadas con fibras como armaduras del hormigón
armado. Durante los años ochenta se desarrolla su uso en aquellas
estructuras que requerirían especificaciones especiales, por
ejemplo en puentes.
Es necesario resaltar que en todas las
normativas que existen actualmente a nivel mundial sobre el uso de
estos refuerzos en estructuras de hormigón no se hace en ningún
momento referencia a nivel de cálculo el que los redondos
pultrusionados con fibra de vidrio puedan trabajar a compresión, no
se recomienda su uso y no se incluye la formulación para este tipo
de solicitación.
La pérdida de las propiedades mecánicas a
elevadas temperaturas de las barras de resina reforzadas con fibras
para el armado del hormigón es otra de las desventajas más
importantes con las que se ha de contar, para posibilitar su empleo
en la construcción. En comparación con el acero, se pueden
establecer los inconvenientes propios ante la exposición a elevadas
temperaturas de estos elementos:
- -
- Pérdida de la adherencia entre fibras: aparece por el comportamiento de las resinas a elevadas temperaturas, la pérdida de la adhesión provoca por una parte el que disminuya la capacidad mecánica de los redondos y barras, y que no se absorban las tensiones tangenciales.
- -
- Disminución de la resistencia y de la rigidez: tanto la resistencia como la rigidez disminuye al aumentar la temperatura. La resistencia y rigidez se reduce drásticamente a temperaturas mayores de 300ºC debido a la incapacidad de la resina de transmitir esfuerzos a elevadas temperaturas, dependiendo del tipo de resina a emplear y de la duración de la carga térmica.
La adherencia de las barras de composites con el
hormigón se lleva a cabo mediante acabados superficiales con el fin
de que ambos materiales, hormigón y barras de composite, trabajen
al unísono. Existen generalmente tres tipos de acabado superficial
para este tipo de redondo, el corrugado, el granular y el granular
- acanalado.
Del estado de la técnica se deduce que este tipo
de barras como armadura de refuerzo del hormigón viene empleándose
desde finales del siglo XX, con algunas ventajas sobre el uso de
estructuras de acero, pero que todavía no se han conseguido su
empleo, bajo los siguientes condicionantes:
- -
- En soportes y elementos bajo la acción predominante de cargas a compresión, para la cuales este tipo de material no se considera adecuado por el previsible pandeo de las fibras.
- -
- Con la creación de un acabado que proteja al interior del redondo de las altas temperaturas en edificación y bajo cargas de fuego.
- -
- Con un acabado superficial que conserve el mayor nivel de adherencia bajo altas temperaturas.
Para paliar o eliminar los problemas arriba
mencionados, se presenta la barra reforzada con fibras para el
armado de hormigón, objeto de la presente patente de invención.
La barra o redondo de pultrusión prevista para
ser usada como armadura de hormigón, comprende, al menos, tres zonas
diferenciadas:
- una primera zona formada por un núcleo central, formada por mechas de filamentos de fibras de vidrio u otro tipo de refuerzo, adheridas entre si por resinas poliméricas.
- una segunda zona que envuelve y zuncha a la primera zona, comprendida a su vez por tejidos de refuerzo, preferentemente fibra de vidrio, cuyo fin, además de zunchar el núcleo central al que rodea y envuelve, es apantallar ante elevadas temperaturas la primera zona. Dicho tejido, como se ha dicho sirve para conferir el mayor zunchado, produciendo por otro lado un apantallamiento térmico superficial debido a la mayor cantidad de fibra existente en dicha zona, sobre todo, por la situación de las tramas del tejido, el cual actúa como manta cortafuegos o protección al núcleo central de la primera zona, protegiéndole térmicamente, permitiendo su utilización en zonas habituales del hormigón, con sus correspondientes recubrimientos previstas para soportar la acción de cargas de fuego.
- una tercera zona formada por la adición de un granulado a base de sílice, y de granulometría variable aglutinado por medio de resinas resistentes a altas temperaturas, a la segunda zona lo que confiere adherencia a la barra con el hormigón armado en que se sitúa la barra a modo de armadura; para la adherencia de esta tercera zona a la segunda, se ha de efectuar un decapado químico de la segunda zona, que elimine los desmoldeantes, sin dañar los tejidos existentes en la misma.
La barra prevista para trabajar a compresión y
bajo la acción de cargas de fuego, se consigue mediante el tejido
que se encuentra situado en la segunda zona el cual logra zunchar
las fibras de los refuerzos longitudinales de hilos o mechas de
fibras situados en la zona primera, evitando la posibilidad de
pandeo locales de las fibras a su vez debido a la mayor cantidad de
fibras existentes en esta segunda zona y la situación de las tramas
del tejido, se consigue una protección térmica del núcleo central
que le confiere una mayor resistencia bajo la acción de cargas
térmicas externas.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
La figura 1 representa una sección longitudinal
de una barra reforzada con fibras para el armado del hormigón,
objeto de la presente invención.
La figura 2 representa la sección transversal de
una barra reforzada con fibras para el armado del hormigón, objeto
de la presente invención.
La figura 3 representa una vista de uno de los
acabados de la barra, en el cual se observa que está compuesto por
dos tipos de tejidos -1-1' y 2-2',
dispuestos de forma que formen una trama de fibra de vidrio que
cubre toda la superficie, actuando como manta y proporcionando un
zunchado a las fibras longitudinales existentes en la zona
central.
La figura 4 representa una vista de otro acabado
de la barra reforzada con fibras, el cual está compuesto en este
caso por un solo tejido que envuelve en una doble capa al núcleo
central.
Como es posible observar en la figura 1 la barra
reforzada con fibras para el armado del hormigón, objeto de la
presente invención, comprende, al menos:
- una primera zona (1) formada por un núcleo central, compuesta por hilos o mechas de filamentos longitudinales de fibras de vidrio u otro tipo de refuerzo, adheridas entre si por resinas poliméricas.
- una segunda zona (2) que envuelve la primera zona formada por tejidos de refuerzo, preferentemente mechas de filamentos de fibra de vidrio; los cuales, además de envolver y zunchar a la primera zona, apantalla la primera zona, ante elevadas temperaturas.
- una tercera zona (3) formada por la adición de un granulado sujeto por medio de resinas a la segunda zona (2), que confieren adherencia a la barra con el hormigón armado en que se sitúa la barra a modo de armadura;
En la figura 2 es posible observar la sección
transversal de la barra reforzada con fibras para el armado del
hormigón, objeto de la presente invención.
En la figura 3 se representa uno de los tipos de
acabado de la segunda zona (2) donde el acabado se lleva a cabo por
medio de dos tejidos (1 y 1') y (2 y 2'), donde el primero de ellos
gira en sentido contrario a las agujas del reloj. En esta misma
figura es posible observar la situación relativa de la trama (4) y
de la urdimbre (3) en dichos tejidos, donde la urdimbre (3) viene
situada paralela a las mechas de la fibra de vidrio, y la trama (4)
es normal a las mismas. Aunque la representación es esquemática, el
tipo de tejido empleado es un tafetán, actuando la trama cuyos
filamentos tienen una anchura igual a la de la urdimbre (3) y que
junto a la misma cubre en varias capas toda la superficie, actuando
prácticamente como una manta de fibra de vidrio y confiriendo por
medio de la trama el zunchado de las mechas de la primera zona
(1).
La figura 4 representa otro tipo de acabado de
la segunda zona (2) de Fig 1) similar y con las mismas funciones
del indicado en la figura 3, aunque situando un solo tejido que
envuelve en doble capa al núcleo central (1) de Fig 1),
consiguiéndose en este caso una mayor coacción transversal.
Claims (4)
1. Barra a base de polímeros reforzados con
fibras para el armado del hormigón, caracterizada porque
comprende al menos:
- una primera zona (1) formada por un núcleo central, compuesta por mechas de fibras de vidrio u otro tipo de refuerzo, adheridas entre si por resinas poliméricas.
- una segunda zona (2) que envuelve la primera zona formada por tejidos de refuerzo, preferentemente de fibra de vidrio; los cuales, envuelven y zunchan a la primera zona, evitando pandeos locales de las mechas de fibra de vidrio de la primera zona.
- una tercera zona (3) formada por la adición de un granulado sujeto por medio de resinas resistentes a altas temperaturas a la tercera zona (2).
2. Barra reforzada con fibras para el armado del
hormigón, según reivindicación primera, caracterizada porque
los refuerzos de la primera zona son hilos de filamentos de fibra
de vidrio.
3. Barra reforzada con fibras para el armado del
hormigón, según reivindicación primera, caracterizada porque
la segunda zona (2) actúa como manta de vidrio apantallando la
primera zona (1) ante elevadas temperaturas.
4. Barra reforzada con fibras para el armado del
hormigón, según reivindicación primera, caracterizada porque
la tercera zona (3) confiere adherencia a la barra con el hormigón
armado en que se sitúa la barra a modo de armadura, siendo
resistente a altas temperaturas, al emplearse gránulos de sílice
adheridos con resinas resistentes a altas temperaturas.
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