Adecuación del método de Bielas y tirantes en el reforzamiento con 'CFRP' para regiones 'D' en estructuras de concreto armado

Abstract

La mayoría de las estructuras en el país se han construido en concreto armado, y debido al tiempo transcurrido algunas presentan riesgos de estabilidad por problemas de durabilidad, la necesidad de conservarlas, a costos asumibles, exigen nuevas estrategias y tecnologías de reforzamiento, entre las que se encuentran aquellas que usan polímeros reforzados con fibra de carbono CFRP. Los estándares de diseño en CFRP, presenta limitaciones en el reforzamiento en regiones con discontinuidad, vigas de gran peralte, vigas con aberturas, ménsulas, etc. (regiones D). No existe un procedimiento desarrollado y normado para reforzar con CFRP en las regiones D, siendo estas zonas las más críticas. El método de bielas y tirantes BT proporciona un marco conceptual simple para investigar el mecanismo de transferencia de carga para regiones D, actualmente es aceptado como un método de diseño incorporado en el estándar del ACI-318 y el Eurocódigo 2 (2003). En la investigación se ha adecuado el método de BT para reforzar con CFRP una región D, con resultados confiables de diseño, los cuales fueron verificados con ensayos experimentales. Los resultados obtenidos de los ensayos experimentales son corroborados en un modelo de elementos finitos MEF utilizando el software Abaqus, para lo cual se tiene en cuenta el comportamiento de daño plástico del concreto CDP en compresión y tensión, además de las propiedades del acero y CFRP. Finalmente, se desarrolló un ejemplo aplicativo de reforzamiento del cabezal de un puente (región D) mediante la adecuación del método BT en el reforzamiento con CFRP, cuyos resultados fueron verificados mediante el MEF.

Most of the structures in the country have been built in reinforced concrete, and due to the passage of time, some present stability risks due to durability issues. The need to preserve these structures at affordable costs demands new reinforcement strategies and technologies, among which are those that utilize Carbon Fiber Reinforced Polymers CFRP. CFRP design standards have limitations when it comes to reinforcing areas with discontinuities, deep beams, beams with openings, corbels, and the like (referred to as “D regions“). There is no established and standardized procedure to reinforce with CFRP in these D regions, making these areas particularly critical. The Strut and Tie Method BT offers a simple conceptual framework to investigate the load transfer mechanism for D regions. It is currently accepted as a design method incorporated into the ACI-318 standard and Eurocode 2 (2003). In this research, the BT method has been adapted to reinforce a D region using CFRP, yielding reliable design results, which were then verified through experimental testing. The results obtained from the experimental tests are further corroborated in a Finite Element Model FEM using the Abaqus software. This modeling considers the plastic damage behavior of CDP concrete in both compression and tension, as well as the properties of steel and CFRP. Lastly, an application example for the reinforcement of a bridge pier (D region) was developed, adapting the BT method for CFRP reinforcement. The outcomes of this were then verified using the FEM approach.