reforzamiento de estructuras de hormigón armado con frp (fiber reinforced polymers). aplicación al

225 Pages·2013·3.45 MB·English

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO

CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

“REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN
ARMADO CON FRP (FIBER REINFORCED POLYMERS).
APLICACIÓN AL CASO DE REFUERZO DE UNA LOSA Y
COLUMNAS DE UN SALÓN DE AUDIOVISUALES Y UN
AUDITORIO”.

TESIS DE GRADO
PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:

INGENIERO CIVIL

ELABORADO POR:

LUIS FERNANDO ROSERO LANDETA

SANGOLQUÍ, AGOSTO DEL 2013
II

RESUMEN

El Proyecto de Tesis “Reforzamiento de estructuras de hormigón armado con
FRP (Fiber Reinforced Polymers). Aplicación al caso de refuerzo de una losa y
columnas de un Salón de Audiovisuales y un Auditorio” se presenta como una
guía de diseño referencial, para que los profesionales, en función de sus
necesidades puedan utilizar y calcular refuerzos estructurales con láminas o
tejidos FRP.

Este documento comprende detalladamente los procedimientos que se deben
seguir para diseñar un refuerzo estructural con FRP ante esfuerzos de flexión,
corte, compresión y flexo-compresión en vigas y columnas de hormigón
armado; estableciendo también las ventajas y desventajas de esta técnica
frente a los métodos tradicionales.

Finalmente, en base a los parámetros de diseño presentados, se realiza el
reforzamiento de la losa del Salón de Audiovisuales y el Auditorio del Liceo
Municipal Fernández Madrid, dando como resultado importantes conclusiones
acerca del uso del FRP en el campo de la Ingeniería Civil.
III

ABSTRACT

Thesis Project "Strengthening of reinforced concrete structures with FRP (Fiber
Reinforced Polymers). Application to the reinforcement of a slab and columns of
a Visual Showroom and Auditorium" is presented as a reference design guide,
for professionals, depending on their needs can be used and calculate structural
reinforcements FRP sheets and wraps.

This document covers in detail the procedures to be followed to design a FRP
structural strengthening efforts to bending, shear, compression and combined
axial and bending force for beams and reinforced concrete columns,
establishing also the advantages and disadvantages of this technique to the
methods traditional.

Finally, based on the design parameters proposed is done reinforcement of slab
and columns of a Visual Showroom and Auditorium of “Liceo Municipal
Fernández Madrid”, resulting in important conclusions about the use of FRP in
Civil Engineering.
IV

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue realizado en su totalidad por el Sr. LUIS
FERNANDO ROSERO LANDETA, como requerimiento parcial a la obtención
del título de INGENIERO CIVIL.

Sangolquí, Agosto del 2013

DR. ROBERTO AGUIAR FALCONÍ ING. BLANCA CHÁVEZ ORDOÑEZ
DIRECTOR CODIRECTOR

REVISADO POR

ING. JORGE ZÚÑIGA
V

DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD

DECLARO QUE:
El proyecto de grado denominado “Reforzamiento de estructuras de hormigón
armado con FRP (Fiber Reinforced Polymers). Aplicación al caso de refuerzo de
una losa y columnas de un salón de audiovisuales y un auditorio”, ha sido
desarrollado en base a una investigación exhaustiva, respetando derechos
intelectuales de terceros, conforme las citas que constan al pie de las páginas
correspondientes, cuyas fuentes se incorporan en la bibliografía.
Consecuentemente este trabajo es de mi autoría.
En virtud de esta declaración, me responsabilizo del contenido, veracidad y
alcance científico del proyecto de grado en mención.

Sangolquí, Agosto del 2013

LUIS FERNANDO ROSERO LANDETA
VI

AUTORIZACIÓN

Yo, Luis Fernando Rosero Landeta, autorizo la publicación de la tesis
“Reforzamiento de estructuras de hormigón armado con FRP (Fiber Reinforced
Polymers). Aplicación al caso de refuerzo de una losa y columnas de un salón
de audiovisuales y un auditorio”, la cual es de mi propia autoría y
responsabilidad.

Sangolquí, Agosto del 2013

LUIS FERNANDO ROSERO LANDETA
VII

DEDICATORIA

A mis padres; quienes siempre confiaron en mí, sin su sacrificio y apoyo
incondicional, simplemente, nada de esto hubiese sido posible, a mi hermana,
para que vea en mí el mejor ejemplo a seguir durante su carrera y vida
profesional, a mi abuelito Mardoqueo, el hombre más sabio e inteligente que
conozco y que llena de inspiración mi vida.
Y de una manera muy especial dedico este trabajo a la memoria de la querida
“Tía Yolita”, quién me cuidó y fue testigo del esfuerzo durante mis años de
estudio.
Los quiero mucho.

LUIS FERNANDO ROSERO LANDETA
VIII

AGRADECIMIENTO
No alcanzaría el tiempo, el papel o la memoria, para agradecer a mis padres lo
que han hecho por mí; todo se lo debo a ustedes.
Al Colegio Fisco-Misional San Francisco y la Escuela Politécnica del Ejército,
templos de formación y sabiduría, instituciones de las que siempre estaré
orgulloso de pertenecer. A la Facultad de Ingeniería Civil, a cada uno de sus
docentes, ingenieros profesionales del más alto nivel, que con gusto y paciencia
han sabido transmitir sus sabios conocimientos y experiencias para la formación
de nuevas generaciones.
Al Dr. Roberto Aguiar, por aceptarme para realizar esta tesis bajo su dirección,
su apoyo y confianza en mi trabajo y su capacidad para guiar mis ideas, ha sido
un aporte invaluable que realza el nivel científico de este trabajo. A la Ing.
Blanca Chávez, por su participación como Codirectora, lo cual ha enriquecido
mucho este proyecto.
A mis compañeros y amigos, con quienes he compartido tantos momentos
agradables dentro y fuera de las aulas, en especial a Paulo por siempre darme
palabras de aliento.
A todos ustedes, siempre gracias.

LUIS FERNANDO ROSERO LANDETA
IX

ÍNDICE DE CONTENIDOS

1. CAPÍTULO I: GENERALIDADES ................................................................ 1
1.1. Reforzamiento de Estructuras de Hormigón Armado con FRP .............. 1
1.1.1. ¿Por qué la necesidad de un refuerzo? .......................................... 3
1.1.2. Métodos y Materiales utilizados en el refuerzo ............................... 5
1.2. Antecedentes ......................................................................................... 9
1.3. Justificación ......................................................................................... 11
1.4. Objetivos .............................................................................................. 13
1.4.1. Objetivo General del Proyecto ...................................................... 13
1.4.2. Objetivos Específicos .................................................................... 13
1.5. Descripción del Tema de Estudio ........................................................ 14
2. CAPÍTULO II: DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL COMPUESTO,
VENTAJAS Y DESVENTAJAS ........................................................................ 16
2.1. Introducción ......................................................................................... 16
2.2. Fibras Aramida .................................................................................... 21
2.3. Fibras de Vidrio .................................................................................... 22
2.4. Fibras de Carbono (Tejidos) ................................................................ 23
2.5. Platinas de Carbono ............................................................................ 26
2.6. Ventajas y Desventajas del FRP ......................................................... 28
2.7. Reforzamientos Realizados ................................................................. 32
X

3. CAPÍTULO III: FLEXIÓN ........................................................................... 49
3.1. Introducción ......................................................................................... 49
3.2. Esquema Típico de Refuerzo a Flexión Usando FRP ......................... 50
3.3. Ensayos a Flexión de Vigas Reforzadas con FRP .............................. 53
3.4. Hipótesis Básicas para el Análisis a Flexión ........................................ 57
3.4.1. Hipótesis ....................................................................................... 57
3.4.2. Modos de falla ............................................................................... 59
3.5. Resistencia Nominal de una Viga sin Reforzar .................................... 62
3.6. Deformación Inicial al Colocar el FRP ................................................. 64
3.6.1. Propiedades de la sección fisurada y no fisurada ......................... 67
3.6.2. Momento de fisuración .................................................................. 70
3.6.3. Cálculo de deformaciones iniciales ............................................... 71
3.7. Resistencia a Flexión de una Viga Reforzada con FRP ...................... 74
3.7.1. Propiedades de diseño del FRP .................................................... 74
3.7.2. Posición del eje neutro para la sección con refuerzo FRP ............ 76
3.7.3. Cálculo de la capacidad a flexión en condiciones últimas ............. 82
3.7.4. Longitud de desarrollo ................................................................... 83
3.8. Flexión en Losas .................................................................................. 85
3.9. Aplicación al Reforzamiento de una Viga ............................................ 87