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FRP, Fiber Reinforced Polymers o materiales fibrorreforzados de matriz polimérica

FRP-fiber-reinforced-polymers

Los Fiber Reinforced Polymers, denominados comúnmente FRP o materiales fibrorreforzados de matriz polimérica, constituyen una amplia gama de materiales compuestos consistentes en una matriz polimérica de naturaleza orgánica (resina epoxídica) con la que se impregna un refuerzo de fibra larga y continua de elevadas propiedades mecánicas.

Los materiales compuestos FRP son materiales constituidos por dos elementos distintos, fibras y matriz, con dos funciones diferentes: el cometido de las fibras es soportar las tensiones, y la función de la matriz es transferir las tensiones del elemento a reforzar a las fibras de refuerzo.

Además de las aplicaciones consolidadas en el campo de la ingeniería aeronáutica, naval y mecánica, el uso de FRP se ha afianzado asimismo en la industria de la construcción, particularmente en el ámbito del refuerzo de estructuras existentes. Esta difusión, iniciada a finales de la década de los 80, se expandió paulatinamente gracias a una experimentación científica continua, al perfeccionamiento de los modos de aplicación mediante la experiencia de la puesta en obra sobre el terreno y al desarrollo de un marco regulador cada vez más completo. Dada su difusión, en realidad los FRP no deberían definirse como una técnica de refuerzo “innovadora”, sino formar parte ya de las intervenciones de refuerzo estructural “comunes”, especialmente en el campo de la adecuación antisísmica.

Los FRP representan una mejora con respecto a las técnicas más tradicionales existentes, gracias a sus múltiples ventajas, que pueden resumirse en los siguientes puntos:

→ elevada resistencia química y durabilidad en el tiempo;

→ incremento de las resistencias mecánicas de los elementos reforzados, sin incrementar las masas y la rigidez de la estructura. Esta característica representa una ventaja de vital importancia, especialmente en los refuerzos en el campo antisísmico;

→ espesores de aplicación reducidos que, a diferencia de las intervenciones de refuerzo tradicionales (refuerzos de sección, vigas intermedias, betón plaqué, etc.) no modifican el aspecto estético de la estructura, por lo que no conllevan ninguna variación de la geometría original;

→ incremento de la ductilidad de la estructura;

→ rapidez y sencillez de la intervención;

→ reversibilidad de la intervención con respecto a otros sistemas.

Los FRP, por ejemplo, pueden reemplazar la tradicional intervención de aplacado con planchas de acero de estructuras plegadas: la sustitución de las placas de acero (pesadas, sujetas a una rápida corrosión y que precisan ser atornilladas a la estructura) por láminas de tejido FRP, representa un avance tecnológico que permite eliminar el problema de la corrosión, simplificar las operaciones de colocación, reducir los tiempos de intervención y no modificar las dimensiones del elemento reforzado.

Contrariamente a lo que cabría pensar, los sistemas FRP también son ventajosos desde un punto de vista económico.

Los productos, gracias a su extrema ligereza, pueden ser puestos en obra sin la ayuda de equipos o maquinaria específicos, por un reducido número de operarios, en tiempos extremadamente breves y, por lo general, sin necesidad de interrumpir el servicio de la estructura. En consecuencia, la aplicación de estos sistemas permite reducir los tiempos de aplicación y los equipos necesarios para la intervención.


 MARCO NORMATIVO

La referencia para el diseño de refuerzos con FRP son las Instrucciones italianas CNR-DT 200 R1 / 2013 (revisión de las CNR originales DT200 / 2004) para el Diseño, Ejecución y Control de Intervenciones de Consolidación Estática mediante el uso de Materiales Compuestos Fibrorreforzados - Materiales, estructuras de hormigón armado y de hormigón armado pretensado, estructuras de albañilería, incorporadas como Directrices del Servicio Técnico Central del C.S.LL.PP. a todos los efectos desde el año 2009.

Para la elaboración de estas instrucciones se han combinado los conocimientos y la experiencia de fabricantes, usuarios (proyectistas y constructores) y representantes del mundo universitario, adoptando un enfoque de la seguridad congruente con el marco regulatorio de los Eurocódigos.

En Italia, las indicaciones para la calificación de los sistemas y su aceptación en la obra se recogen, por su parte, en la Directriz para la identificación, la calificación y el control de aceptación de compuestos fibrorreforzados de matriz polimérica (FRP), destinados a la consolidación estructural de edificios existentes, emitida por el C.S.LL.PP. con el DPCS LL.PP. n. 220 de 9.7.2015. Ésta va dirigida, principalmente, a los fabricantes de dichos sistemas, que deben probar la validez de las soluciones propuestas, así como a los Jefes de Obra, que son los responsables de controlar y aceptar el material en la obra.

En base a dicha Directriz, el Servicio Técnico Central (STC) de la C.S.LL.PP. emite a los Fabricantes un Certificado de Evaluación Técnica (CVT) (ex CIT NTC 2008) para los sistemas de refuerzo FRP requeridos.

En España, los sistemas de refuerzo FRP de MAPEI CARBOPLATE y MAPEWRAP, poseen el Documento de Idoneidad Técnica (DIT) 549/14, emitido por el Instituto Eduardo Torroja (IETcc).

MÉTODO DE CÁLCULO

La intervención de refuerzo debe diseñarse en base a los resultados obtenidos de un análisis preliminar realizado en la estructura existente.

La mejora de las prestaciones de las estructuras existentes sometidas a acciones sísmicas puede llevarse a cabo mejorando la capacidad de respuesta de la estructura o bien limitando las solicitaciones a que se verá sometida la propia estructura en caso de seísmo.

Un proyecto de refuerzo que prevea el uso de FRP puede clasificarse como una intervención selectiva y específica sobre algunos elementos de la estructura para mejorar sus prestaciones, sobre todo en términos de ductilidad, y evitar los mecanismos de colapso frágiles.

Los problemas de irregularidad en términos de rigidez no pueden ser resueltos mediante el uso de FRP.

Por otra parte, las irregularidades en términos de resistencia pueden resolverse reforzando ciertos elementos de la estructura, aunque deberá verificarse que no se reduce su ductilidad global.

Fibrorreforzados de matriz polimérica (FRP),

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