Estudio experimental de la adherencia entre laminados de GFRP y el hormigón

Abstract

En la actualidad, poco a poco, se están incorporando las estructuras híbridas en elementos a flexión en el sector de las estructuras civiles y de edificación. El bajo peso y la gran durabilidad de estas estructuras hacen viable su utilización. Las estructuras híbridas están compuestas generalmente por materiales poliméricos reforzados con fibras de vidrio o carbono (GFRP o CFRP) en forma de perfiles estructurales de cualquier tipo de sección en I, en caja, en forma de artesa, como elementos que trabajan a tracción, y el hormigón en la cabeza comprimida de la sección resistente. Es por ello que la unión de estos materiales y sus excelentes cualidades permiten optimizar su rendimiento mecánico en dichas posiciones. Los modos de fallo de estas estructuras presentan diversidad de criterios entre los investigadores, y es por ello que en esta Tesis Doctoral se realiza en primer lugar un estudio (Anexo I) sobre la posibilidad de diseñar una viga con un modo de fallo dúctil, trasladando la rotura a la cabeza comprimida con hormigones reforzados con fibras. Así en este estudio se comprueba que no es posible analizar dicho modo de fallo ya que tras "blindar" todos los posibles modos de fallo de la estructura la rotura se produce por esfuerzo rasante entre el GFRP y el hormigón, sin llegar a comprobar la influencia del hormigón reforzado con fibras. Por ello se redirige y se inicia el estudio en la adherencia del GFRP y el hormigón, analizando la influencia de una serie de tratamientos superficiales aplicados al perfil de GFRP, así como el uso de elementos de fijación mecánica. Para ello, y sin perder de vista las aplicaciones en obra civil y edificación, y después de analizar la información científica disponible, visto que no existen ensayos normalizados para el estudio de este tipo de vigas híbridas, se plantea la necesidad de aportar una metodología de ensayo sencilla que posibilite el estudio de este fenómeno. Es por ello que se plantea la adaptación del ensayo de pull-out, habitual para barras, para su aplicación a perfiles de sección rectangular. La complejidad de esta adaptación se resuelve aportando una serie de modalidades al método, siendo el grado de confinamiento del hormigón sobre el perfil de GFRP y la posibilidad de aplicar par de apriete para postesar la tornillería lo que genera las modalidades de 2C, 1CA, 1CE y 1CL. Estas modalidades a su vez se ven representadas en las formas de conexión de los perfiles de GFRP con el hormigón en obra: ala o alma del perfil embebido en la capa de compresión, o la cara superior del ala del perfil en contacto con la capa de compresión. En la modalidad 2C el hormigón se encuentra confinando pasivamente todas las caras del perfil de GFRP; en la modalidad 1CA el hormigón confina las dos caras principales pero una de ellas no tiene tratamiento superficial; en la modalidad 1CE una de las caras del perfil sí está confinada con tratamiento superficial y la otra no está en contacto con el hormigón; y por último 1CL una cara está en contacto con el hormigón y la otra está liberada de éste para tener acceso al perfil en la probeta híbrida y poder darle el par de apriete para realizar un postesado del elemento de fijación mecánico, consiguiendo así un confinamiento activo del hormigón sobre el perfil de GFRP. Una vez clarificada la metodología del ensayo se procede a la caracterización de las distintas variables de adherencia propuestas, como son una serie de tratamientos superficiales tales como arenados, resinas y texturizados, así como una combinación entre ambos; también se utilizan elementos de fijación mecánica fijos y con desplazamiento dotándolos de un par de apriete, unas veces solo para su fijación al perfil de GFRP y en otros casos para conseguir un confinamiento activo del hormigón sobre el perfil. Tras la obtención de los resultados se procede a realizar una propuesta de caracterización de los parámetros de adherencia, así como a la interpretación de una serie de modelos de comportamiento basados en curvas tensión-deslizamiento, aportando novedades sobre el fenómeno estudiado.