Método para aplicar un material compuesto reforzado a un miembro estructural.

Método para aplicar un material compuesto reforzado (12), tal como un laminado de polímero reforzado con fibra (FRP),

tal como un polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), o un laminado de polímero reforzado con acero (SRP) o un compuesto de lechada reforzada con acero (SRG), a un miembro estructural (10), que comprende las etapas de:

• aplicar un adhesivo curable (14) a una superficie del miembro estructural (10) y/o a una superficie del material compuesto reforzado (12) y poner dichas superficies en contacto; y

• aplicar de manera directa o indirecta una fuerza de pretensado, Pmax al material compuesto reforzado (12), caracterizado por que el método comprende la etapa de:

• disminuir la fuerza de pretensado, Pmax, a la que se somete un tramo en tratamiento, LT, del material compuesto reforzado (12), de tal manera que el material compuesto reforzado (12) a lo largo del tramo en tratamiento, LT, estará menos pretensado que el material compuesto reforzado (12) adyacente al tramo en tratamiento, LT, cuando el adhesivo se haya curado.

Método para aplicar un material compuesto reforzado a un miembro estructural CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un método para aplicar un material compuesto reforzado, tal como un laminado de polímero reforzado con fibra (FRP) o un laminado de polímero reforzado con acero (SRP) o un compuesto de lechada reforzada con acero (SRG), a un miembro estructural, tal como una parte de un puente, edificio, vehículo o cualquier otro miembro estructural que necesite reforzarse o repararse.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Un polímero reforzado con fibra (FRP) es un material compuesto que comprende una matriz de un polímero reforzado con fibras. Las fibras generalmente son de vidrio, carbón, aramida o fibras metálicas, tal como fibras de acero, mientras que la matriz generalmente es de epoxy, viniléster, nylon o de plástico de poliéster termoendurecible. Los FRP generalmente se organizan en una estructura laminada, de tal manera que cada lámina contenga un conjunto de fibras unidireccionales o telas de fibras tejidas embebidas en una fina capa de un material matriz de polímero ligero. Las fibras proporcionan fuerza y rigidez. La matriz une y protege las fibras de daños y transmite esfuerzos entre las fibras.

Los laminados de FRP tienen la capacidad de soportar una carga sin una excesiva deformación o fallo y debido a que responden de manera lineal y elástica a la tensión axial, es decir, cuando se libera a un laminado de FRP de la aplicación de una tensión axial volverá a su forma o longitud original. Los laminados de FRP tienen una elevada relación fuerza-peso, una elevada resistencia a la deformación por fluencia lenta, un elevado módulo de elasticidad (hasta 45 GPa por ejemplo), una elevada resistencia a la corrosión, pueden soportar entornos agresivos y realizarse con formas complicadas.

Se conoce que los beneficios de un laminado de FRP pueden aumentarse mediante el pretensado del laminado de FRP antes de unirlo a un miembro estructural. Concretamente, un laminado de FRP se pretensa y se une a un miembro estructural utilizando un adhesivo a la vez que se mantiene la fuerza de tensado. La fuerza de tensado se libera cuando el adhesivo se ha endurecido o curado. El pretensado de los laminados antes de su unión a miembros estructurales tiene diversas ventajas. Las ventajas de unir un laminado de FRP pretensado a una estructura de hormigón incluyen:

reducir las deformaciones provocadas por cargas vivas y por tanto mejorar el rendimiento en el estado límite de servicio,

reducir la profundidad de las grietas en la parte de tracción de la estructura y por consiguiente aumentar la durabilidad,

proporcionar un momento negativo para cargas muertas y mayor capacidad de carga viva, y

compensar la pérdida de pretensado en una estructura de hormigón pretensado (debida a la corrosión o al daño de los cables por ejemplo).

Las ventajas de unir un laminado de FRP a una estructura de acero incluyen mejorar la resistencia a la fatiga de la estructura de acero y prevenir la formación o propagación de grietas de fatiga en la estructura de acero.

Un problema al utilizar laminados de FRP pretensados unidos al reparar o reforzar un miembro estructural es que se pueden incrementar las elevadas tensiones de corte en los extremos del laminado de FRP en la capa de adhesivo que une el laminado de FRP al miembro estructural. Estas tensiones de corte normalmente son varias veces mayores que la resistencia de los adhesivos convencionales, tal como las resinas epoxy, que se utilizan para unir los laminados de FRP al miembro estructural. Las tensiones de corte de 1-15 MPa pueden surgir por ejemplo en los extremos de un laminado de FRP, mientras que los adhesivos convencionales pueden soportar únicamente tensiones de corte de 2-25 MPa. Las tensiones de corte pueden dar lugar al deslaminado o desunión de los laminados de FRP al miembro estructural, de tal manera que el deslaminado o desunión pueda iniciarse en los extremos del laminado de FRP y propagarse hacia el interior desde los extremos del laminado de FRP. La desunión limita la capacidad del sistema de refuerzo por debajo de su capacidad máxima de flexión y este modo de fallo puede caracterizarse por una repentina separación del laminado de FRP del miembro estructural en lugar de por la capacidad máxima de flexión de la sección transversal de la estructura reforzada.

Los anclajes mecánicos generalmente se utilizan para solucionar el problema de elevadas tensiones de corte en los extremos de los laminados de FRP. No obstante, existen diversos problemas asociados a la utilización de un sistema de anclaje mecánico. En muchos casos los anclajes mecánicos son bastante complicados, requieren mucho tiempo y son caros de fabricar, instalar e inspeccionar. Generalmente necesitan fabricarse con tolerancias dimensionales muy cercanas para el miembro estructural específico que se va a reforzar. El miembro estructural en el que se montan generalmente tiene que modificarse (puede que deba cortarse y retirarse una parte del miembro estructural y puede que deba perforarse y fijarse pernos en el miembro estructural utilizando un adhesivo o junta de

mortero, por ejemplo). Los anclajes mecánicos pueden ser susceptibles a la humedad y a la acumulación de polvo, lo que puede provocar la corrosión del sistema de anclaje. Asimismo, puede darse una corrosión galvánica cuando se utilizan los anclajes metálicos para reparar o reforzar una estructura que comprende un metal diferente. Además, la perforación de las estructuras de acero para instalar los anclajes mecánicos es inevitable. En algunos casos, cuando la intención al utilizar laminados pretensados es aumentar la resistencia a la fatiga, perforar orificios en una estructura, que normalmente se sitúan en un área con un momento elevado, podrían provocar nuevos puntos propensos a la fatiga en la estructura.

La Patente de Estados Unidos N° 6464811 desvela un método para reforzar una estructura con tiras de plástico laminado reforzado con fibras. La tiras laminadas se pretensan con un dispositivo de tensado, se tratan con un adhesivo en un estado pretensado y luego se trasladan a la parte de la construcción que se va a tratar junto con un dispositivo de tensión. El dispositivo de tensión se fija provisionalmente a la parte de la construcción con dispositivos de fijación desplazables. A continuación, las tiras laminadas se presionan contra la construcción mediante una bolsa de aire o un tubo de aire hasta que el adhesivo se endurece. Esta patente desvela que las tiras pueden pretensarse en diferentes medidas pretensando una primera parte de la tira mediante una primera tensión y adhiriendo dicha primera parte de la tira a la estructura, y luego, una vez que el adhesivo se ha curado, pretensando la segunda parte de la tira mediante una segunda tensión y adhiriendo luego dicha segunda parte de la tira a la estructura. No obstante este método es bastante largo y complejo, especialmente si se utilizan tiras de larga longitud y si se refuerza una estructura ya existente, tal como un puente, este podría estar fuera de servicio durante un periodo de tiempo considerable.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método mejorado para aplicar un material compuesto reforzado, tal como un laminado de polímero reforzado con fibra (FRP) o polímero reforzado con acero (SRP) o un compuesto de lechada reforzada con acero (SRG) (es decir, un compuesto que comprenda cables de acero formados por alambres de acero entretejidos embebidos en una matriz de resina de polímero o de lechada de cemento) a un miembro estructural, tal como al menos parte de un puente (tal como la arcada, una columna, un cable, una viga o un gancho), un edificio (tal como una pared, un pilar, un suelo o un techo), un vehículo o cualquier otra estructura monolítica o polilítica para reparar o reforzar el miembro estructural.

Este objetivo se logra mediante un método que comprende las etapas de aplicar un adhesivo curable, tal como una resina epoxy o cualquier otro adhesivo curable adecuado, a una superficie del miembro estructural y/o una superficie del material compuesto reforzado, poniendo las superficies en contacto y aplicando de manera directa o indirecta una fuerza de pretensado, Pmax al material compuesto reforzado. La fuerza de pretensado puede aplicarse utilizando una unidad de cilindro de pistón operada de manera hidráulica o mecánica o por medio de un accionador de conexión a rosca o simplemente mediante un tornillo, por ejemplo. La fuerza de pretensado, Pmax, a la que se somete un tramo en tratamiento, LT, del material compuesto reforzado, se disminuye a continuación para que el material compuesto reforzado a lo largo del tramo en tratamiento, Lt,... [Seguir leyendo]

1. Método para aplicar un material compuesto reforzado (12), tal como un laminado de polímero reforzado con fibra (FRP), tal como un polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), o un laminado de polímero reforzado con acero (SRP) o un compuesto de lechada reforzada con acero (SRG), a un miembro estructural (1), que comprende las etapas de:

aplicar un adhesivo curable (14) a una superficie del miembro estructural (1) y/o a una superficie del material compuesto reforzado (12) y poner dichas superficies en contacto; y

aplicar de manera directa o indirecta una fuerza de pretensado, Pmax al material compuesto reforzado (12), caracterizado por que el método comprende la etapa de:

disminuir la fuerza de pretensado, Pmax, a la que se somete un tramo en tratamiento, LT, del material compuesto reforzado (12), de tal manera que el material compuesto reforzado (12) a lo largo del tramo en tratamiento, LT, estará menos pretensado que el material compuesto reforzado (12) adyacente al tramo en tratamiento, LT, cuando el adhesivo se haya curado.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que comprende la etapa de disminuir la fuerza de pretensado, Pmax, a la que se somete un tramo en tratamiento, Lt, del material compuesto reforzado (12) de manera continua o escalonada, de tal manera que el material compuesto reforzado (12) a lo largo del tramo en tratamiento, Lt, preferentemente un tramo en un extremo de dicho material compuesto reforzado (12), comprenderá una pluralidad de secciones del tramo, teniendo cada una un estado de pretensado diferente cuando el adhesivo se haya curado.

3. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque comprende las etapas de:

aplicar directamente una fuerza de pretensado al material compuesto reforzado (12); y

proporcionar un medio para dificultar/evitar que al menos un tramo de la sección del material compuesto reforzado (12) se desplace en dirección opuesta a la dirección de aplicación de la fuerza de pretensado cuando se disminuye la fuerza de pretensado.

4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que comprende las etapas de:

aplicar de manera indirecta una fuerza de pretensado al material compuesto reforzado (12) aplicando la fuerza de pretensado, Pmax, a dicho medio (2) para dificultar/evitar que al menos una sección del tramo del material compuesto reforzado (12) se desplace más allá de una distancia predeterminada en una dirección opuesta a la dirección de aplicación de la fuerza de pretensado, de tal manera que el estado pretensado del medio de limitación del desplazamiento (2) se transfiera al material compuesto reforzado (12).

5. Método de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, caracterizado por que dicho medio (2) para dificultar/evitar que al menos una sección del tramo del material compuesto reforzado (12) se desplace más allá de una distancia predeterminada en dirección opuesta a la dirección de aplicación de la fuerza de pretensado, que se proporcionan por medio de:

la unión de al menos un saliente (18), tal como al menos un tope o al menos una serie de topes, al material compuesto reforzado (12), preferentemente cerca de al menos uno de sus extremos, por adhesión, por ejemplo, antes o después de que se haya afianzado el material compuesto reforzado (12) y/o antes o después de que se haya aplicado la fuerza de pretensado; y

el suministro de un medio de limitación del desplazamiento (2) para evitar que dicho al menos un saliente (18) se desplace más allá de una distancia predeterminada en dirección opuesta a la dirección de aplicación de la fuerza de pretensado mientras se disminuye la fuerza de pretensado.

6. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3-5, caracterizado por que dicho medio de limitación del desplazamiento comprende un molde (2) con al menos un rebaje (22) que tiene una pared lateral (24), de tal manera que dicho al menos un rebaje (22) esté colocado para recibir dicho al menos un saliente (18) y dicho al menos un saliente (18) esté colocado para desplazarse en el rebaje (22) en una dirección opuesta a la dirección de aplicación de la fuerza de pretensado hasta que alcanza dicha pared lateral (24), mientras se disminuye la fuerza de pretensado, teniendo preferentemente dicho molde (2) una pluralidad de dichos rebajes (22), tal como de tres a diez rebajes, de tal manera que la anchura de cada rebaje disminuya en la dirección de aplicación de la fuerza de pretensado.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que dicho molde (2) es una estructura polilítica que permite que al menos una pared lateral (24) se sujete de manera liberable o no liberable en más de una posición a lo largo del molde (2).

8. Método para aplicar un laminado de polímero reforzado con fibra (FRP) (12), tal como un polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), a un miembro estructural (1), que comprende las etapas de:

someter un material compuesto reforzado (12) a un pretensado no uniforme aumentando la fuerza de pretensado a la que se somete un tramo, Lc, del material compuesto reforzado (12), de tal manera que el material compuesto reforzado (12) a lo largo de dicho tramo, Lc, estará más pretensado que el material compuesto reforzado (12) a lo largo de una sección del tramo, LT, adyacente a dicho tramo, Lc, cuando el adhesivo se haya curado; y

adherir el material compuesto reforzado (12) al miembro estructural (1) en un estado pretensado.

9. Método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque comprende la etapa de:

aumentar la fuerza de pretensado a la que se somete un tramo, Lc, del material compuesto reforzado (12) de manera continua o escalonada, de tal manera que el material compuesto reforzado (12) comprenderá una pluralidad de secciones del tramo, teniendo cada una un estado pretensado diferente cuando el adhesivo se haya curado.

1. Método de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, caracterizado por que dicho tramo, Lc, es un tramo en el centro (C) de dicho material compuesto reforzado (12).

11. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-1, caracterizado por que el método comprende la

etapa de:

aplicar de manera Indirecta una fuerza de pretensado al material compuesto reforzado (12) uniendo al menos un saliente (18), tal como al menos un tope o al menos una serie de topes, al material compuesto reforzado (12), por ejemplo por adhesión;

proporcionar un molde (2) que comprende al menos un rebaje (22) que tiene una pared lateral (24), de tal manera que dicho al menos un rebaje (22) esté colocado para recibir dicho al menos un saliente (18) y la pared lateral (24) de dicho al menos un rebaje (22) esté colocada para ponerse en contacto con dicho al menos un saliente (18) en alguna etapa durante la aplicación de la fuerza de pretensado; y

aplicar una fuerza de pretensado al molde (2) de tal manera que la fuerza de pretensado se transfiera al material compuesto reforzado (12) por la acción de la pared o paredes laterales (24) de dicho al menos un rebaje (22) del molde (2) en dicho al menos un saliente (18).

12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que dicho molde (2) comprende una pluralidad de rebajes (22), tal como de tres a diez rebajes, de tal manera que la anchura de cada rebaje (22) aumente en la dirección de aplicación de la fuerza de pretensado.

13. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que dicho molde (2) es una estructura polilítica que permite que al menos una pared lateral (24) se sujete de manera liberable o no liberable en más de una posición a lo largo del molde (2).

14. Método para aplicar un laminado de polímero reforzado con fibra (FRP) (12), tal como un polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), a un miembro estructural (1), caracterizado por que comprende las etapas de:

someter un miembro estructural (1) a un pretensado no uniforme a lo largo de un tramo Ltotai, y

adherir el material compuesto reforzado (12) al miembro estructural (1) en un estado no tensado.

15. Método de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado por que dicho miembro estructural (1) se somete a un pretensado no uniforme a lo largo de un tramo Ltotai por medio de:

la instalación de al menos un montante mecánico (26) en el miembro estructural (1);

la conexión de un medio de barras de pretensado (28) a dicho al menos un montante mecánico (26); y

la aplicación de una fuerza de pretensado a dicho al menos un montante mecánico (26).