Elementos reforzados con FRP
Polímeros reforzados con fibra.
Uso de fibra como refuerzo
El uso clásico de acero como refuerzo plantea como problema la corrosión del mismo, lo cual incrementa el volumen y provoca el deterioro y descascarado del concreto. Como alternativas están: el uso de acero inoxidable, o el de polímeros reforzados con fibra.
Estas barras FRP son fibras continuas impregnadas de resinas epoxi o resina éster. Son tres tipos las fibras más usadas: carbón, aramida, vidrio.
Diferencias
En comparación con el uso de acero, las fibras de FRP tienen las siguientes características.
- Alta resistencia a la tensión
- Módulo de elasticidad más pequeño.
Debido a ello, los elementos que las utilizan como refuerzo son vulnerables a deflexiones excesivas y grietas anchas, excepto que sean pretensados. Los siguientes valores son aproximados y dependientes de los procesos y condiciones de fabricación.
| Refuerzo | Módulo de elasticidad, GPa | Resistencia a la tensión, MPa |
| FRP vidrio | 40 | 550 |
| FRP aramida | 80 | 1200 |
| FRP carbón | 180 | 2000 |
| Acero | 200 | 400 y 500 (esfuerzo de fluencia) |
Características de interés de las FRP
Se asume también un diagrama lineal esfuerzo-deformación, llegando a un límite directo de ruptura.
No hay una adhesión con el concreto que permita la interacción con las deformación. Por ello, las superficies de las fibras son tratadas o cubiertas con arena. O son trenzadas. De esta manera también, se impide su deslizamiento al interior del elemento de concreto.
Respecto al coeficiente de expansión térmica longitudinal, su relación acero/concreto es menor que en FRP/concreto, lo cual da un comportamiento desigual ante variaciones importante de temperatura. En el caso del coeficiente de expansión térmica radial, la situación al revés, lo cual puede producir grietas radiales en el concreto hasta aliviar la tensión.
La resistencia a la compresión de las fibras es relativamente baja por lo que su contribución en este aspecto no es considerada en el diseño.
En el caso de las fibras de carbón, y en razón de su alta resistencia, para evitar grietas en alta tensión, los elementos de concreto deben ser pre-esforzados. Su coeficiente de relajación indica casi 60 años para llegar a una pérdida del pre-esfuerzo en un 15%.
En relación con el creep, algunas fibras son vulnerables a la ruptura bajo esfuerzo de tensión sostenido (lo cual se conoce como ruptura por creep).
Respecto al diseño
Para elementos reforzados con fibra, se mantienen las hipótesis básicas en esfuerzos, deformaciones y desplazamientos usadas para estructuras en servicio en concreto reforzado con acero.
Debido al módulo de elasticidad relativamente bajo, el análisis de elementos reforzados con fibra, está dictado por mantener las condiciones de servicio antes que el de resistencia última (para controlar la deflexión y evitar grietas anchas).
Referencia
A. Ghali, R. Favre and M. Elbadry. Concrete Structures. Stress and Deformations. Third Edition. Spon Press. London, 2002.