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LA ARMADURA DE POLÍMERO REFORZADO POR FIBRA (PRF) Tema 6. Diseño de las construcciones de concreto Andrey Buchkin, Candidato en Ciencias Técnicas, Jefe adjunto del laboratorio de corrosión y durabilidad de las estructuras de concreto y de concreto armado del Instituto de Investigación de Hierro y Concreto AA Gvozdev
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LA ARMADURA DE POLÍMERO REFORZADO POR FIBRA (PRF)
Tema 6. Diseño de las construcciones de concreto
Andrey Buchkin, Candidato en Ciencias Técnicas, Jefe
adjunto del laboratorio de corrosión y durabilidad de las
estructuras de concreto y de concreto armado del Instituto de
Investigación de Hierro y Concreto AA Gvozdev
Principios básicos del diseño
Europa
R≥S
R – resistencia de diseño de la sección, en función de las características de
diseño de los materiales (valores estándar divididos por el índice de habilidad
del material)
S – fuerza en la sección por las influencias externas de diseño y cargas.
América del Norte
φ·Rn≥S
Rn – resistencia nominal de la sección, en función de las características
normativas del material (con seguridad específica);
φ – coeficiente de confiabilidad generalizado según el tipo de falla;
S – fuerza en la sección por las influencias externas de diseño y cargas.
Coeficientes según las condiciones de explotación de las estructuras
reforzadas con la armadura compuesta
El factor a tomar en
cuenta
ACI 440.1R-15
(EEUU)
CSA-S6-00
(Canadá)
JSCE
(Japón)
CNR-DT 203
(Italia)
Condiciones exteriores
(1º y 2º estados límites)
Ambiente seco:
Armadura de
PRFV – 0,8
PRFC – 1,0
Ambiente
húmedo:
Armadura de
PRFV – 0,7
PRFC – 0,9
Armadura de
PRFV – 0,5
PRFC – 0,75
Armadura
de PRFV
– 0,77
PRFC –
0,87
Ambiente
seco:
Armadura de
PRFV – 0,8
АУК – 1,0
Ambiente
húmedo:
Armadura de
PRFV – 0,7
PRFC – 0,9
Duración y periocidad
de las cargas
(prueba con las cargas
normativas aplicadas)
Armadura de
PRFV – 0,2
PRFC – 0,55
Armadura de
PRFV –0,3-
0,4
PRFC –0,7-
0,9
Armadura de
PRFV – 0,3
PRFC – 0,9
Principios básicos del diseño
Valores límites de la apertura de las grietas
Documento
normativo
Material de la
varillaCondiciones de explotación acrc,ult ,mm
CR 52-101-2003 Acero Ambiente neutral 0,3
Eurocode 2 Acero Ambiente neutral 0,4
Eurocode 2 Acero Ambiente agresivo 0,3
ACI 318 AceroAmbiente neutral
(dentro de las instalaciones)0,4
ACI 318 Acero Humedad alta (explotación al aire libre o en el suelo) 0,3
JSCEPolímero reforzado
con fibra- 0,5
ACI 440
CSAPolímero reforzado
con fibraCondiciones neutrales (dentro de las instalaciones) 0,7
ACI 440
CSAPolímero reforzado
con fibraHumedad alta (explotación al aire libre o en el suelo) 0,5
CNRPolímero reforzado
con fibra- 0,5 mm con la
carga prolongada
DSTUPolímero reforzado
con fibra de vidrio/
basalto
Instalaciones a la vista (requisitos estético-
psicológicos)0,4
DSTUPolímero reforzado
con fibra de vidrio/
basalto
Superficies ocultas de las instalaciones 0,8
Principios básicos del diseño
CR 295.1325800.2017 Construcciones de concreto reforzado por la
armadura de PRF. Reglas de diseño.
1 Ámbito de aplicación
2 Referencias normativas
3 Términos y definiciones
4 Disposiciones generales
5 Materiales
5.1 Características normativas y de diseño del concreto de la armadura de
PRF
5.2 Características normativas y de diseño de la armadura de PRF
6 Construcciones no pretensadas con la armadura de PRF
6.1 Cálculo de estructuras según los estados límites del primer grupo
6.2 Cálculo de estructuras según los estados límites del segundo grupo
7 Construcciones con la armadura de PRF pretensada
7.1 Armadura de PRF pretensada
7.2 Cálculo de estructuras pretensadas por estados límites del
primer grupo
7.3 Cálculo de estructuras pretensadas por estados límites del
segundo grupo
8 Requisitos de diseño
Apéndice A Designaciones alfabéticas básicas
Armadura de
PRFV– armadura de polímero reforzado por la fibra
de vidrio;Armadura de
PRFB– armadura de polímero reforzado por la fibra
de basalto;Armadura de
PRFC– armadura de polímero reforzado por la fibra
de carbono;Armadura de
PRFComb– armadura de polímero reforzado por la fibra
combinada.
Tipos de la armadura de
polímero reforzado por fibra
1 estado límite (por la resistencia o capacidad de carga)
- Cálculo de resistencia;
- Cálculo de la estabilidad de forma (para estructuras de paredes delgadas);
- Cálculo de la estabilidad de la situación (inclinación, deslizamiento,
flotación).
2 estado límite (idoneidad para el funcionamiento normal)
- Cálculo de fisuramiento;
- Cálculo de la apertura de las grietas;
- Cálculo de deformaciones.
El método de los estados límites
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armadura de PRF. Reglas de diseño.
Método de cálculo por fuerza última
Método de cálculo por el modelo de deformación
Cálculo de la resistencia de una sección normal
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armadura de PRF. Reglas de diseño.
La precisión de los métodos de cálculo
//T.A. Mukhamediev, D.V. Kuzevanov "Para el cálculo de la resistencia de las estructuras
dobladas de concreto reforzado por el PRF" Mecánica de construcción y diseño de
instalaciones Nº 4, 2016
Mexp/Mtheor ~ 1.08 (v=0.13)
// R.Fico Limit state design of concrete structures reinforced with frp bars. PHD Thesis,
University of Naples Federico II
Fiabilidad de los métodos de cálculo
CR 295.1325800.2017 Construcciones de concreto reforzado por la armadura de
PRF. Reglas de diseño.
IndicadorUnidad de
medidaArmadura
de PRFV
Armadura
de PRFB
Armadura
de PRFC
Armadura
de
PRFComb
Resistencia a la tracción
mínimaМPа 800 800 1400 1000
Módulo de elasticidad a la
tracción mínimoGPa 50 50 140 100
Valores de las características de resistencia y deformación
Coeficiente de fiabilidad para el material.
calculando por los estados límites del segundo grupo equivalentes a
1.0;
calculando por los estados límites del primer grupo, según el valor del
coeficiente de variación V,
1,2 - cuando V ≤ 0,1;
1.5 - cuando 0.10 ≤ V ≤ 0.15
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PRF. Reglas de diseño.
Coeficientes según las condiciones de explotación
Condiciones de explotación
Tipo de la varilla
Armadura
de PRFV
Armadura
de PRFB
Armadura
de PRFC
Armadura
de PRFA
Armadura
de
PRFComb
En el interior 0,8 0,9 1,0 0,9 0,9
Al aire libre y en el suelo 0,7 0,8 1,0 0,8 0,8
Tipo de carga
Tipo de varilla
Armad
ura de
PRFV
Armad
ura de
PRFB
Armad
ura de
PRFC
Armad
ura de
PRFA
Armad
ura de
PRFCo
mb
De corta duración 1 1 1 1 1
De larga duración 0,3 0,4 0,6 0,4 0,4
Coeficientes para la carga de larga duración
con recubrimiento de arena
Tipo de la superficie/perfil de la armadura de PRF
con perfil deformado
con enrollamiento espiral o entretejido
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El ancho de la apertura de las grietas normales a crc se calcula según la fórmula:
φ2 es equivalente a:
0,7 – para la varilla corrugada;
1,2 – para la varilla lisa
El ancho de la apertura de las grietas
s
s
ssicrc l
Ea
321,
0
5
10
15
20
25
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
Tensió
nde la a
dhesió
nτr
, M
Pа
Deslizamiento, mm
El anclaje de la armadura de PRF en el concreto depende de:
La adhesión en el márgen de dos materiales (enlace químico);
La fricción en la interfaz entre dos materiales;
El acoplamiento mecánico debido a las irregularidades de las superficies
(perfil)
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La longitud del anclaje de la armadura en el concreto se determina por la fórmula :
Rbond = η1 η 2 Rbt
Los valores de los coeficientes η1 η2 son equivalentes a 1.5 y 1.0
independientemente del tipo de superficie de la armadura de PRF y de su diámetro.
El anclaje de la armadura de PRF
en el concreto
sbond
ss
анuR
ARl
,0
1 etapa: elástica 2 etapa: parcialmente elástica 3 etapa: deslizamiento
en la construcción de instalaciones de infraestructura vial;
para la construcción de instalaciones operadas en condiciones de campos
electromagnéticos altos y la diferencia de potencial, expuestas a las corrientes de
fuga;
en la construcción de instalaciones de producción química, entierros tóxicos, las de
tratamiento y purificación de agua, mejoramiento del terrreno;
en construcciones de concreto, que se caracteriza por un efecto protector reducido
con respecto al refuerzo de acero;
en la construcción de instalaciones marítimas y portuarias;
en la construcción de objetos de infraestructura de ingeniería urbana;
en la construcción de instalaciones agrícolas;
en la construcción de minas y túneles de subterráneos;
en las obras de excavación y consolidación del terreno;
en estructuras termoresistentes de varias capas;
en estructuras de concreto sobre una base distribuida;
en la reconstrucción, reparación y restauración de los elementos de edificios e
instalaciones.
Aplicaciones racionales y efectivas
La secuencia del diseño
El análisis de planificación espacial y de soluciones constructivas;
El cálculo estático;
Cambios en la solución constructiva;
La elaboración de la documentación de trabajo;
Monitoreo de las estructuras.
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Realización del cálculo de las construcciones de concreto reforzadas
con el PRF en LIRA 10.6
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Realización del cálculo de las construcciones de concreto reforzadas
con el PRF en LIRA 10.6
La clase de las barras de refuerzo Las barras del polímero reforzado con la fibra de vidrio
Módulo de elasticidad
La resistencia de diseño a la tracción para el refuerzo longitudinal
La resistencia de diseño a la tracción para el refuerzo transversal
La resistencia de diseño a la compresión
La resistencia normativa a la tracción
Сoeficiente de reducción de la resistencia a la tracción bajo exposición
prolongada a una carga
Diámetro máximo
Diámetro mínimo
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Realización del cálculo de las construcciones de concreto reforzadas
con el PRF en LIRA 10.6
Una construcción en la base elásticaLa losa de cimentación del edificio residencial de 17 pisos y 6 secciones en el
distrito "Drozhzhino-2", región de Moscú, 2016 (la armadura de PRF fue fabricada
por Galen LLC)
Tiene lugar una sustitución de la varilla de acero de la clase A500C Ø 20 por la
de PRFV Ø14,2 en la rejilla superior del refuerzo de fondo
Los cálculos fueron realizados por el Instituto de Investigación de Hierro y
Concreto AA Gvozdev según la Redacción n.°1 al CR 63.1330.2012
Construcciones de concreto y de concreto armado
La losa de cimentación del edificio residencial de 17 pisos y 6 secciones en
el distrito "Drozhzhino-2", región de Moscú, 2016 (la armadura de PRF fue
fabricada por Galen LLC)
La losa de cimentación del edificio residencial de 17 pisos y 6 secciones
en el distrito "Drozhzhino-2", región de Moscú, 2016 (la armadura de PRF
fue fabricada por Galen LLC)
Una comparación de los gastos para el refuerzo de fondo de la losa de cimentación (precios del 2016)
Rublos EneroFebreroMarzoAbrilMayoJunioJulioAgostoSetiembreOctubreNoviembreDiciembre
El costo del refuerzo de fondo de la rejilla superior de la losa de cimentación con el uso de la varilla de acero A500, RUB, incl.IVA
El costo del refuerzo de fondo de la rejilla superior de la losa de cimentación con el uso de la varilla de PRF “Rockbar” fabricada por Galen LLC, RUB, incl.IVA
Ejemplo del diseño de una losa plana
Solución constructiva de la junta entre la losa y la pared
Ejemplo del diseño de una losa plana
Combinación de la armadura de acero y la de PRFV
La solución constructiva de la losa en el medio del tramo
Ejemplo del diseño de una losa plana
Combinación de la armadura de acero y la de PRFVLosa plana
Viga
Viga
Soluciones técnicas preliminares para la vivienda monolítica
«EDIFICIO TIPO C» realizadas con la tecnología «FORSA»
El plan de un piso típico
Soluciones técnicas preliminares de la vivienda monolítica «EDIFICIO
TIPO C» realizadas con la tecnología «FORSA»
El esquema de cargas para las losas planas El esquema de deformaciones del casco del edificio
El modelo de cálculo Las deflexiones de las losas planas de un piso estándar
