BARRA A BASE DE POLíMEROS REFORZADOS CON FIBRAS PARA EL

ARMADO DEL HORMIGóN.

Objeto de Ia invención.

La presente invención describe una barra, normalmente del tipo circular, prevista para trabajar como armadura de refuerzo en Ia formación del hormigón armado; fabricada por pultrusión con materiales poliméricos y que presentan buen comportamiento bajo los esfuerzos de compresión y un buen comportamiento ante Ia acción del fuego de los elementos de hormigón armado con este material.

Campo de Ia invención.

La presente invención es de aplicación en el campo de Ia construcción en general y en especial en estructuras construidas cerca del mar, en estructuras sujetas a otros agentes agresivos como son plantas de depuración, en plantas petroquímicas, en instalaciones que requieren baja conductividad eléctrica, como son conducciones para instalaciones eléctricas o en zonas que se necesite baja permeabilidad magnética y a radiofrecuencias en cuyo caso es factible su empleo al no producir apantallamiento a equipos de comunicación y de telefonía; y para todo tipo de carreteras, vías férreas, puentes y en general en cimentaciones para todo tipo de construcciones que estén sometidas a las dos cualidades principales de dicho material, como son Ia resistencia a Ia corrosión y el aislamiento térmico.

HOJA DE SUSTITUCIóN (REGLA 26)

Antecedentes de Ia invención.

Los plásticos reforzados con fibras o composites se emplean por primera vez en reforzar estructuras de hormigón armado a mediados de los años cincuenta, desde entonces y hasta ahora se siguen empleando como sistema de refuerzo en estructuras de hormigón. El desarrollo y perfeccionamiento de los métodos de fabricación hace que aparezcan otras aplicaciones, como son su uso como armado de estructuras de hormigón, los cuales se han basado en las experiencias y resultados obtenidos de su empleo como refuerzo estructural. Este tipo de refuerzos, desde sus inicios hasta Ia actualidad, se ha llevado a cabo con Ia estratificación de tejidos o por Ia adhesión de placas o planchas de estos materiales en las partes exteriores de las piezas a reforzar.

El desarrollo de los actuales materiales estructurales empleados en las obras públicas y en Ia edificación han venido marcados, aparte de por las propiedades y características de los mismos, por los ciclos económicos que han existido. El acero ha sido y es el gran protagonista en diversos periodos, pero su vulnerabilidad ante el fuego, su cada vez mayor costo, que se ve incrementado por Ia gran demanda existente en países emergentes, junto a otros problemas técnicos, como puede ser Ia corrosión, hace necesaria Ia sustitución del mismo en aquellos casos que sea necesario y posible.

Por otro lado el desarrollo de Ia industria de Ia pultrusión lleva pareja Ia aparición de nuevos productos, primero se desarrollan aquellos que precisan como características principales del material su homogeneidad , su resistencia mecánica y su comportamiento eléctrico; posteriormente se pasa

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a cubrir campos complementarios a los anteriores en los que además se necesita un buen comportamiento en ambiente agresivos y es ahora cuando comienza su empleo en estructuras de hormigón armado para su empleo en zonas de ambientes corrosivo, como son en puentes y calzadas de zonas con clima frío y fuertes nevadas o en zonas marinas y costeras con ambiente salino. Durante muchos años se ha estado trabajando más en proteger a las armaduras de acero que en buscar un sustituto a las mismas, se galvanizan, se protegen con resina pulverizada, con resinas tipo epoxy, etc., y no es hasta finales de los años setenta del pasado siglo cuando se reconocen las ventajas de las barras de resinas reforzadas con fibras como armaduras del hormigón armado. Durante los años ochenta se desarrolla su uso en aquellas estructuras que requerirían especificaciones especiales, por ejemplo en puentes

Es necesario resaltar que en todas las normativas que existen actualmente a nivel mundial sobre el uso de estos refuerzos en estructuras de hormigón no se hace en ningún momento referencia a nivel de cálculo el que los redondos pultrusionados con fibra de vidrio puedan trabajar a compresión, no se recomienda su uso y no se incluye Ia formulación para este tipo de solicitación. La pérdida de las propiedades mecánicas a elevadas temperaturas de las barras de resina reforzadas con fibras para el armado del hormigón es otra de las desventajas más importantes con las que se ha de contar, para posibilitar su empleo en Ia construcción. En comparación con el acero, se

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pueden establecer los inconvenientes propios ante Ia exposición a elevadas temperaturas de estos elementos:

- Pérdida de Ia adherencia entre fibras: aparece por el comportamiento de las resinas a elevadas temperaturas, Ia pérdida de Ia adhesión provoca por una parte el que disminuya Ia capacidad mecánica de los redondos y barras, y que no se absorban las tensiones tangenciales.

- Disminución de Ia resistencia y de Ia rigidez: tanto Ia resistencia como Ia rigidez disminuye al aumentar Ia temperatura. La resistencia y rigidez se reduce drásticamente a temperaturas mayores de 300 ^e C debido a Ia incapacidad de Ia resina de transmitir esfuerzos a elevadas temperaturas, dependiendo del tipo de resina a emplear y de Ia duración de Ia carga térmica.

La adherencia de las barras de composites con el hormigón se lleva a cabo mediante acabados superficiales con el fin de que ambos materiales, hormigón y barras de composite, trabajen al unísono. Existen generalmente tres tipos de acabado superficial para este tipo de redondo, el corrugado, el granular y el granular - acanalado.

Del estado de Ia técnica se deduce que este tipo de barras como armadura de refuerzo del hormigón viene empleándose desde finales del siglo XX, con algunas ventajas sobre el uso de estructuras de acero, pero que todavía no se han conseguido su empleo, bajo los siguientes condicionantes:

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- En soportes y elementos bajo Ia acción predominante de cargas a compresión, para Ia cuales este tipo de material no se considera adecuado por el previsible pandeo de las fibras.

- Con Ia creación de un acabado que proteja al interior del redondo de las altas temperaturas en edificación y bajo cargas de fuego.

- Con un acabado superficial que conserve el mayor nivel de adherencia bajo altas temperaturas.

Descripción de Ia invención. Para paliar o eliminar los problemas arriba mencionados, se presenta

Ia barra reforzada con fibras para el armado de hormigón, objeto de Ia presente patente de invención.

La barra o redondo de pultrusión prevista para ser usada como armadura de hormigón, comprende, al menos, tres zonas diferenciadas: una primera zona formada por un núcleo central, formada por mechas de filamentos de fibras de vidrio u otro tipo de refuerzo, adheridas entre si por resinas poliméricas. una segunda zona que envuelve y zuncha a Ia primera zona, comprendida a su vez por tejidos de refuerzo, preferentemente fibra de vidrio, cuyo fin, además de zunchar el núcleo central al que rodea y envuelve, es apantallar ante elevadas temperaturas Ia primera zona. Dicho tejido, como se ha dicho sirve para conferir el mayor zunchado, produciendo por otro lado un apantallamiento térmico superficial debido a Ia mayor cantidad

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de fibra existente en dicha zona, sobre todo, por Ia situación de las tramas del tejido, el cual actúa como manta cortafuegos o protección al núcleo central de Ia primera zona, protegiéndole térmicamente, permitiendo su utilización en zonas habituales del hormigón, con sus correspondientes recubrimientos previstas para soportar Ia acción de cargas de fuego. una tercera zona formada por Ia adición de un granulado a base de sílice, y de granulometría variable aglutinado por medio de resinas resistentes a altas temperaturas, a Ia segunda zona Io que confiere adherencia a Ia barra con el hormigón armado en que se sitúa Ia barra a modo de armadura; para Ia adherencia de esta tercera zona a Ia segunda, se ha de efectuar un decapado químico de Ia segunda zona, que elimine los desmoldeantes, sin dañar los tejidos existentes en Ia misma. La barra prevista para trabajar a compresión y bajo Ia acción de cargas de fuego, se consigue mediante el tejido que se encuentra situado en Ia segunda zona el cual logra zunchar las fibras de los refuerzos longitudinales de hilos o mechas de fibras situados en Ia zona primera, evitando Ia posibilidad de pandeo locales de las fibras a su vez debido a Ia mayor cantidad de fibras existentes en esta segunda zona y Ia situación de las tramas del tejido, se consigue una protección térmica del núcleo central que Ie confiere una mayor resistencia bajo Ia acción de cargas térmicas externas .

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Breve descripción de las figuras.

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor Ia invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La figura 1 representa una sección longitudinal de una barra reforzada con fibras para el armado del hormigón, objeto de Ia presente invención.

La figura 2 representa Ia sección transversal de una barra reforzada con fibras para el armado del hormigón, objeto de Ia presente invención. La figura 3 representa una vista de uno de los acabados de Ia barra, en el cual se observa que está compuesto por dos tipos de tejidos -1 -1 'y 2- 2 ^' , dispuestos de forma que formen una trama de fibra de vidrio que cubre toda Ia superficie, actuando como manta y proporcionando un zunchado a las fibras longitudinales existentes en Ia zona central. La figura 4 representa una vista de otro acabado de Ia barra reforzada con fibras, el cual está compuesto en este caso por un solo tejido que envuelve en una doble capa al núcleo central.

Realización preferente de Ia invención. Como es posible observar en Ia figura 1 Ia barra reforzada con fibras para el armado del hormigón, objeto de Ia presente invención, comprende, al menos:

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una primera zona (1 ) formada por un núcleo central, compuesta por hilos o mechas de filamentos longitudinales de fibras de vidrio u otro tipo de refuerzo, adheridas entre si por resinas poliméricas. una segunda zona (2) que envuelve Ia primera zona formada por tejidos de refuerzo , preferentemente mechas de filamentos de fibra de vidrio; los cuales .además de envolver y zunchar a Ia primera zona, apantalla Ia primera zona, ante elevadas temperaturas. una tercera zona (3) formada por Ia adición de un granulado sujeto por medio de resinas a Ia segunda zona (2), que confieren adherencia a Ia barra con el hormigón armado en que se sitúa Ia barra a modo de armadura;

En Ia figura 2 es posible observar Ia sección transversal de Ia barra reforzada con fibras para el armado del hormigón, objeto de Ia presente invención.

En Ia figura 3 se representa uno de los tipos de acabado de Ia segunda zona (2) donde el acabado se lleva a cabo por medio de dos tejidos (1 y 1') y (2 y 2'), donde el primero de ellos gira en sentido contrario a las agujas del reloj. En esta misma figura es posible observar Ia situación relativa de Ia trama (4) y de Ia urdimbre (3) en dichos tejidos, donde Ia urdimbre (3) viene situada paralela a las mechas de Ia fibra de vidrio, y Ia trama (4) es normal a las mismas. Aunque Ia representación es esquemática, el tipo de tejido empleado es un tafetán, actuando Ia trama cuyos filamentos tienen una anchura igual a Ia de Ia urdimbre (3) y que junto

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a la misma cubre en varias capas toda Ia superficie, actuando prácticamente como una manta de fibra de vidrio y confiriendo por medio de Ia trama el zunchado de las mechas de Ia primera zona (1 )

La figura 4 representa otro tipo de acabado de Ia segunda zona (2) de Fig 1 ) similar y con las mismas funciones del indicado en Ia figura 3, aunque situando un solo tejido que envuelve en doble capa al núcleo central (1 ) de Fig 1 ), consiguiéndose en este caso una mayor coacción transversal.

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