Cortante con refuerzos de fibra de carbono.

Después de las vacaciones, retomo el hilo de post sobre refuerzos de fibra de carbono. En un post anterior hablamos del refuerzo para flexión simple en vigas (ver post aquí).

En este post voy hablar de cómo reforzar con fibra de carbono para aumentar la capacidad de cortante de una sección.

Volvamos a pensar en ese edificio del post anterior donde al cambiar el tipo de uso de residencial a comercial obtenemos nuevos esfuerzos de diseño que superan los esfuerzos últimos de las secciones del edificio. En este caso obtenemos un Vd (cortante de diseño) superior al Vu (cortante último) de la sección. Por tanto, tenemos que reforzar.

Bandas de fibra de carbono

En este caso, las bandas se colocan en el alma pudiendo estar inclinadas para aprovechar al máximo el comportamiento del material (la orientación de las fibras suelen ir en la dirección de las bandas).

Como reza la EHE, el Estado Límite de Agotamiento por esfuerzo cortante se puede alcanzar ya sea por agotarse la resistencia a compresión del alma (Vu1), o por agotarse su resistencia a tracción (Vu2) y por tanto se debe comprobar que se cumple simultáneamente:

 Vd≤Vu1

Vd≤Vu2

Donde Vu1 es el Esfuerzo cortante de agotamiento por compresión oblicua del alma y Vu2 es el esfuerzo cortante de agotamiento por tracción del alma. (Cuidado con el Vd que se escoge para cada comprobación, pues el primero es en el borde del apoyo y el segundo a un canto útil).

En la comprobación de Vu1 no afecta tener o no las bandas de fibra de carbono (como es lógico pues se trata de resistencia a compresión). Por tanto es sólo en el término Vu2 donde la fibra de carbono tiene algo que decir.

Para obtener Vu2 la EHE distingue el caso entre las secciones con armadura de cortante y las secciones sin ella. En este caso, al disponer la fibra de carbono debemos considerar la sección como si tuviera armadura de cortante aunque se dé el caso que no la tenga.

Entonces Vu2 se obtiene por:

Vu2=Vcu+Vsu+Vru

Donde:

     Vcu es la contribución del hormigón a la resistencia a esfuerzo cortante

    Vsu es la contribución de la armadura transversal del alma a la resistencia a esfuerzo cortante

     Vru es la contribución de la fibra de carbono del alma a la resistencia a esfuerzo cortante

Tanto para Vcu y Vsu, la fibra de carbono no tiene nada que decir y su formulación es la misma que la indicada en la EHE. Por otro lado, la contribución de la fibra de carbono a la resistencia viene dada por la siguiente fórmula:

Vru cortante

Donde:

     d es el canto útil de la sección

     γ es un coeficiente de seguridad que da el fabricante de la fibra de carbono cuyo valor suele estar en 1,25

     Ar es el área de las bandas de fibra de carbono sr es la tensión de la fibra de carbono que debe limitarse al valor que se obtiene de su ecuación constitutiva asumiendo una deformación del 2‰ (artículo 40.2 de la EHE). Este valor suele estar en torno a los valores de 460 a 880 N/mm²

     α es el ángulo de las fibras de carbono respecto a la horizontal (de la fórmula se observa que se obtiene el máximo aprobechamiento del material disponiendo las bandas con un ángulo de 45º)

Por tanto, para obtener la cantidad de fibra de carbono para nuestra viga habrá que calcular Vru como:

Vru=Vd-Vcu-Vsu

Y luego, despejar Ar de la ecuación de Vru.

Como comprobación adicional se deberemos verificar que Vd≤Vu1.

Como en el post anterior, os remito para saber mas a mi fuente: “Guía de diseño sistema Replark” de DRIZORO Construction Products de Juan Carlos Arroyo Portero, et al.

En próximos post seguiré hablado del refuerzo de fibra de carbono para los demas estados límites.


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José Antonio Agudelo Zapata

Ing. Caminos, Canales y Puertos por la Universidad de Granada. Cofundador y responsable de Estructurando.net

5 Responses to Cortante con refuerzos de fibra de carbono.

  1. quisco mena dice:

    Vamos, que se calcula siguiendo la norma… y limitando la capacidad de la fibra a una deformación del 0,2%, lo que obliga a una infrautilización del material… y además va por fuera con lo que habrá que protegerla a incendio… ¿exactamente dónde está la ventaja de la fibra de carbono?

  2. Hola Quisco,
    Pues si, se calcula como la norma asumiendo la colaboración de la fibra de carbono con el término Vru. Aunque se limita la deformación de la fibra de carbono al 2 por mil, su contribución final es bastante grande.
    Es verdad que tienes que protergerla ante el fuego pero cualquier refuerzo que hagas, incluso los de acero, tendrás que hacerlo también.
    ¿Dónde esta la ventaja? Entre sus ventajas estan en que es fácil de disponer y rápido de colocar, con poco material se consiguen aumentos de resistencia considerables, frente a otros métodos de refuerzo presenta economía en el material y su puesta en obra y por último, permite reforzar sin tener que hacerles grandes “perrerías” a la obra a reforzar.
    El uso de refuerzo de fibra de carbono es un método de refuerzo más como otros muchos, y como los demás, tiene sus ventajas y sus inconvenientes que será determinantes para su utilización en cada caso concreto.
    Un saludo¡

  3. Material de gran utilidad, muchísimas gracias por su difusión

  4. Victor dice:

    Buenas:
    En este tipo de refuerzo, ¿es necesario que la fibra de carbono recorra toda la sección exterior del hormigón? o ¿puede simplemente pegarse a los lateras de la viga?

    Gracias.

  5. Francisco Arroyo dice:

    no tengo ninguna experiencia en fibra de carbono, pero se que es cara las soluciones con este material, para un tanque de acero para reforzarlo por tension puede funsionar este material

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