ANCLAJE, SISTEMA DE FIJACIÓN Y PROCEDIMIENTO PARA POSTENSAR ARMADURAS ACTIVAS DE MATERIAL COMPUESTO.

Anclaje, sistema de fijación y procedimiento para postensar armaduras activas de material compuesto,

que comprende un casquillo circular (2) de acero con rosca métrica o Dywidag, con un cilindrado interior (3) de diámetro mayor que un tendón (1) de material compuesto de sección circular, unidos tendón (1) y casquillo circular (2) a través de un adhesivo. La zona de adhesión o cilindrado interior puede ser pasante o dejar un tramo del casquillo circular macizo, en función de si la longitud de adhesión es superior o inferior a la longitud mínima de tensado establecida por el grupo hidráulico. El sistema de fijación de un anclaje para postensar armaduras activas de material compuesto comprende una placa de reparto (5), arandela de contacto (6), tuerca de fijación (7, 8) y anclaje.

ANCLAJE, SISTEMA DE FIJACIÓN Y PROCEDIMIENTO PARA POSTENSAR ARMADURAS ACTIVAS DE MATERIAL COMPUESTO

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto un anclaje, sistema de fijación y procedimiento para postensar armaduras activas de material compuesto, donde el anclaje comprende un casquillo circular de acero con un cilindrado interior y de un tendón de material compuesto de sección circular, siendo el diámetro de dicho cilindrado interior mayor que el diámetro del tendón unido al casquillo circular a través de un adhesivo. El casquillo circular presenta una rosca externa que facilita la fijación del sistema.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las estructuras de hormigón pre/postensadas, presentan el inconveniente que la armadura activa, actualmente de acero, está sometida a efectos de corrosión que reduce la durabilidad de la estructura y sus prestaciones mecánicas. La corrosión que se produce en la armadura es un proceso electroquímico que puede presentar rotura frágil cuando se utilizan determinados aceros y procesos de fabricación.

Por otra parte, en el ámbito de los nuevos materiales destacan los materiales compuestos Fiber Reinforced Polymer FRP, que se presentan como barras individuales o agrupados en cordones. Los materiales FRP son materiales de nueva generación que están revolucionando el mercado de la construcción y la obra civil. Las grandes ventajas que ofrecen son su alta resistencia, su ligereza y, además, es inmune a la corrosión.

Es por este motivo, que universidades y empresas estudian el uso de materiales compuestos FRP como armaduras activas para estructuras postensadas, eliminando de esta forma el principal inconveniente de corrosión que sufren las actuales armaduras activas de acero.

Los tendones FRP más utilizados en este tipo de estructuras son tendones con fibras unidireccionales de aramida (AFRP) , vidrio (GFRP) o carbono (CFRP) . Las investigaciones realizadas indican que el hormigón pretensado con FRP es una opción duradera en el diseño de estructuras para su uso en ambientes corrosivos. Además, por condiciones de durabilidad, fatiga y fluencia, los tendones de CFRP muestran un mejor comportamiento.

Por otra parte, la matriz del material compuesto son polímeros termoestables y pueden ser de poliéster, viniléster, epoxi, fenólicas o poliuretano. La formulación y las propiedades fisicoquímicas de la matriz son prácticamente ilimitadas. Además, los materiales compuestos son heterogéneos y anisotrópicos. Las características finales del material compuesto FRP dependen tanto de las propiedades de la fibra como de la matriz, así como del proceso de fabricación.

Aunque los materiales compuestos tienen excelentes propiedades para finalidades de pretensado, su anclaje es la principal área de estudio. Debido a la gran anisotropía del material FRP, las fuerzas perpendiculares podrían dañar el material compuesto a nivel transversal. Es por este motivo que las aplicaciones convencionales utilizadas en tendones de acero no pueden ser utilizadas con los materiales compuestos debido a las propiedades transversales del tendón FRP.

Actualmente, se han desarrollado nuevos sistemas de anclaje para tendones FRP que permiten a los materiales compuestos ser tesados hasta el 90% de su resistencia máxima a tracción antes de producirse la fallada del anclaje. En general, el anclaje es de acero, pero también puede ser de mortero o de material compuesto con la finalidad de evitar problemas de durabilidad. Hay diferentes tipos de anclajes basados en el mismo principio de fijación. Son anclajes de sujeción mecánica que fijan el tendón FRP mediante un mecanismo de corte-fricción. Los anclajes de sujeción mecánica más usados hasta la fecha son:

Anclaje abrazador: Consta de dos placas de acero que intercalan el material compuesto en su interior. Mediante pernos se fijan las placas atrapando entre sí el tendón FRP. La fuerza se transmite mediante un mecanismo de corte-fricción. El material compuesto utilizado puede ser tanto de sección circular como rectangular.

Anclaje cónico-conexión: Este anclaje está formado por un cilindro exterior y un cilindro interior con forma cónica. Este sistema es adecuado para fijar tendones donde las fibras no se encuentran embebidas en matriz. Estas fibras, únicamente, son sujetadas y protegidas por una funda de protección exterior.

Anclaje con cuñas interiores: Son los anclajes más utilizados. Estos anclajes son muy parecidos a los sistemas convencionales para tendones de acero con algunas adaptaciones para ser compatibles con el material compuesto. Están formados por un casquillo exterior de tipo cilíndrico hueco cónico en el que se insertan diferentes cuñas interiores que permiten la sujeción del tendón entre ellas. La conicidad se encarga de fijar el sistema mediante la fricción entre los diferentes elementos del sistema al realizar el tensado del tendón. Los anclajes con cuñas interiores para tendones de acero disponen de unos dientes endurecidos que permiten aumentar la transferencia de tensión. En sistemas con materiales compuestos, están rugosidades podrían dañar localmente el tendón. Por tanto, las diferencias entre los anclajes convencionales y los utilizados para materiales compuestos radican en la interface entre las cuñas interiores y el tendón.

El anclaje con cuñas interiores es el sistema más utilizado debido a su compacidad, facilidad de montaje, reutilización y fiabilidad. El sistema de cuñas es ampliamente utilizado en tendones de acero con gran éxito. Los anclajes son modificados para su uso con materiales compuestos aumentando su longitud de contacto y eliminando los dientes endurecidos de las cuñas de acero. El mecanismo de sujeción se basa en la fricción y la presión radial entre las cuñas y el tendón FRP.

Los investigadores Rostasy y Budelmann determinaron que para el buen funcionamiento del anclaje, el conjunto debe tener un factor de eficiencia de 0?95. Es decir, el conjunto debe permitir el desarrollo de una fuerza de tracción de más del 95% de la resistencia a tracción del tendón de FRP según especificaciones del fabricante. No obstante, tal y como menciona Nanni et al., en este tipo de anclajes mecánicos se producen fuerzas transversales que actúan sobre el tendón de material compuesto provocando el colapso prematuro de la matriz. Los investigadores Taha et al. especificaron en su trabajo las fuerzas que interactúan entre las partes del anclaje de sujeción mecánico con cuñas interiores, donde hay una máxima tensión radial en el inicio del anclaje que provoca la rotura del tendón a valores de carga inferiores a los deseados.

Por otra parte, dado que la fijación del tendón se realiza durante el proceso de tensado, la ejecución está más próxima a las condiciones de una obra que a la de una instalación industrial. Por tanto, la colocación del tendón y su tensado es mucho menos industrializado que en otro tipo de uniones.

También existe otro sistema de fijación de material compuesto basado en uniones adhesivas. Este tipo de anclaje está formado por un casquillo exterior en el que se inserta una barra FRP. Entre el casquillo y la barra se distribuye un adhesivo que debe garantizar la unión perfecta entre ambos materiales. La transferencia de carga se realiza a través de la unión adherida y es función del esfuerzo cortante en la superficie de unión. Esto permite obtener una distribución de tensión tangencial mucho más uniforme que en los sistemas mecánicos evitando dañar el material compuesto a nivel local.

Por otra parte, puesto que la realización del anclaje no depende del tensado del mismo, este sistema de anclaje permite la elaboración de anclajes con una producción industrializada. De esta manera se puede conseguir una alta calidad en los materiales y en la ejecución fruto de la especialización del personal.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Se ha desarrollado un nuevo anclaje, sistema de fijación y procedimiento para postensar armaduras activas de material compuesto, el cual no tiene los inconvenientes mencionados anteriormente a la vez que satisface los requerimientos para sistemas de postensado para diferentes aplicaciones de estructuras.

El anclaje está formado por un casquillo de acero hueco en el que se inserta un tendón CFRP centrado respecto su eje de revolución. El diámetro del cilindrado interior del casquillo de acero debe ser superior al diámetro del tendón CFRP para garantizar una unión deseada. De esta manera, la unión entre ambos se realiza mediante un adhesivo. El casquillo de acero dispone en su exterior de rosca métrica o Dywidag que permitirá acoplar la tuerca de fijación para realizar la reacción del tensado contra...

1. Anclaje para postensar armaduras activas de material compuesto, que comprende un casquillo circular (2) de acero con un cilindrado interior (3) y un tendón (1) de material compuesto de sección circular, caracterizado porque el casquillo circular (2) de acero presenta una rosca exterior de un tipo elegido entre métrica o Dywidag, con un cilindrado interior (3) de diámetro mayor que el diámetro del tendón (1) , y estando unidos casquillo circular (2) y tendón (1) a través un adhesivo dispuesto en el interior del casquillo circular (2) que rellena el espacio generado por la diferencia de diámetros entre casquillo circular (2) y tendón (1) .

2. Anclaje para postensar armaduras activas de material compuesto, según reivindicación 1, caracterizado porque el cilindrado interior (3) es pasante de extremo a extremo del casquillo circular (2) .

3. Anclaje para postensar armaduras activas de material compuesto, según reivindicación 1, caracterizado porque el cilindrado interior (3) es igual a la longitud de adhesión, quedando la última parte del casquillo circular (2) maciza. Para una longitud de adhesión inferior a la longitud mínima del sistema de tensado.

4. Sistema de fijación para postensar armaduras activas de material compuesto, que comprende una placa de reparto (5) , arandela de contacto (6) , tuerca de fijación (7, 8) y anclaje, caracterizado porque el anclaje comprende un casquillo circular (2) de acero con una rosca exterior de un tipo elegido entre métrica o Dywidag, con un cilindrado interior (3) de diámetro mayor que el diámetro del tendón (1) , y estando unidos casquillo circular (2) y tendón (1) a través un adhesivo dispuesto en el interior del casquillo circular (2) que rellena el espacio generado por la diferencia de diámetros entre casquillo circular (2) y tendón (1) .

5. Procedimiento para postensar armaduras activas de material compuesto, a través de un sistema de fijación de un anclaje, que comprende las siguientes etapas:

Se dispone sobre la estructura el sistema de anclaje, la placa de reparto (5) , la arandela de contacto (6) y la tuerca de fijación (14) ;

Se coloca el equipo de tensionado (10) sobre los elementos anteriormente citados y se transmite la fuerza de tensado deseada al anclaje mediante la tuerca de fijación auxiliar (13) ;

Alcanzada la fuerza de tensado deseada se ajusta la tuerca de fijación (14)

del sistema de anclaje y se libera posteriormente la tensión del equipo de tensionado (10) ;

Se retira el equipo de tensionado (10) y la tuerca de fijación auxiliar (13) .

6. Procedimiento para postensar armaduras activas de material compuesto, según reivindicación 5, caracterizado porque cuando la longitud de adhesión es inferior a la longitud mínima de tensado del equipo de tensionado (10) se utiliza una extensión (15) , realizando el acoplamiento entre el casquillo circular (2) y la extensión (15) mediante una tuerca de unión (16) , adaptando el equipo de tensionado (10) mediante dos perfiles (17) .