Tesis (Magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Estructuras)

La ingeniería en el contexto de la innovación, la mejora y el uso eficiente de los recursos, siempre ha estado en busca de nuevos materiales que puedan ser usados en la construcción de todo tipo de estructuras, es así como antes de mediados del siglo XX surge la investigación de materiales compuestos con resinas poliméricas y fibras de vidrio en la industria de la aviación, desarrollando un material ligero, de gran resistencia a la tensión y con una gran ventaja frente al acero, su alta resistencia a la corrosión. Considerando las anteriores propiedades de este nuevo material, la ingeniería civil empezó a estudiar el comportamiento de las barras de polímeros reforzados con fibra como el reforzamiento interno del concreto, surgiendo como un material alternativo al acero convencional.

Es así como se han creado diversos códigos de diseño para el uso de barras de polímeros reforzados con fibra de vidrio y carbón (GFRP y CFRP) como reforzamiento del concreto, uno de ellos fue el desarrollado a través del comité 440 del ACI (American Concrete Institute), el documento ACI 440.1 R 15 Guide for the Design And Construction of Structural Concrete Reinforced With Fiber Polymer (FRP) Bars (2015,1), el cual estipula la metodología a emplear para diseños por estados límites de resistencia y de servicio.

En el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10, en el titulo C, se especifica el diseño de elementos estructurales de concreto, reforzado internamente con barras de acero, este título toma como base la publicación ACI 318; actualmente el ACI está trabajando en una normativa paralela, donde se considera el concreto reforzado internamente con barras de FRP por lo tanto, dada la importancia de estar a la vanguardia en las últimas tecnologías, se realiza la presente investigación de elementos de concreto sometidos a flexión, típicos de entrepisos de edificios, reforzados internamente con barras de GFRP con el fin de evaluar su respuesta ante cargas de servicio y últimas de diseño, comunes en sistemas de entrepiso del medio colombiano.

El proyecto involucró el diseño y construcción de cuatro losas de 4,0 m de longitud, 0,20 m de espesor y 1,0 m de ancho, variando la cuantía de refuerzo para considerar diseños sub-reforzados, sobre-reforzados y con cuantías similares a la balanceada, que cumplieran la capacidad de resistencia requerida y las deflexiones admisibles impuestas por la NSR-10. Así mismo, se construyó un elemento en concreto reforzado con acero convencional diseñado enteramente bajo las consideraciones de la norma colombiana, que sirviera como punto de comparación.

Estos elementos se construyeron y ensayaron en la Escuela Colombiana de Ingeniería “Julio Garavito”, aprovechando la infraestructura existente del laboratorio de materiales. Los ensayos se llevaron a cabo modelando una condición de carga por flexión a través de la aplicación de cargas puntuales en los tercios de los elementos, creando así una zona de flexión pura y dos de flexo-cortante.

Los ensayos, a través de la instrumentación adecuada, permitieron adquirir datos de capacidad ultima, deflexiones, esfuerzos en las barras de refuerzo y modo de falla para cada elemento.

Los resultados evidenciados para cada elemento permitieron establecer relaciones entre las capacidades teóricas y experimentales, discrepancias en los modos de falla y sus posibles causas, diferencias entre deflexiones teóricas y experimentales, así como, generar conclusiones y recomendaciones para el diseño de elementos reforzados con barras de GFRP.