Justificación de la tesis doctoral

En  las  últimas  décadas  se  ha  incrementado  la  concienciación  en  relación  a   la  importancia  de  la  rehabilitación  y  mantenimiento  del  patrimonio  construido.  Los   avances   en   la   ingeniería   de   materiales   han   llevado   a   la   generalización   de   los   materiales   compuestos   con   fibras   y   matrices   poliméricas   (FRP),   inicialmente   limitados  a  los  sectores  aeronáutico  e  industrial,  a  su  uso  en  la  construcción.  En   este   ámbito,   los   materiales   compuestos   fueron   acogidos   como   una   alternativa   interesante  a  los  recrecidos  de  hormigón  y  pletinas  metálicas;;  entre  las  ventajas   que   se   señalaron   para   la   adopción   de   las   nuevas   tecnologías   de   refuerzo   se   encuentran   la   buena   durabilidad   de   estos   materiales,   su   bajo   peso   y   elevada   relación  resistencia  peso  que  los  hacen  idóneos  para  refuerzos  anti  sismo,  y  su   flexibilidad  de  utilización.    

La   adopción   de   los   materiales   compuestos   FRP   para   el   refuerzo   de   estructuras  de  hormigón  armado  ha  llevado  a  la  aparición  a  nivel  internacional  de   diversas  normas  de  diseño  de  este  tipo  de  refuerzos,  que  suelen  incluir  sistemas   de   refuerzo   adherido   exteriormente   a   la   superficie   del   soporte   y   parcialmente   embebidos  en  el  mismo.  

Las   normativas   existentes   indican   sin   embargo   una   importante   limitación   para  el  aprovechamiento  del  material  de  refuerzo,  como  consecuencia  del  fallo   prematuro   por   despegue.   Dicho   fallo   de   adherencia   ha   motivado   numerosas   investigaciones,   y   en   la   actualidad   disponemos   de   modelos   numéricos   y   calibrados   empíricamente   para   el   cálculo   de   la   resistencia   máxima   del   mecanismo   adherente,   en   función   de   la   longitud   adherida;;   se   ha   identificado,   además,  una  longitud  adherida  efectiva  más  allá  de  la  cual  no  se  incrementa  la   resistencia.  

En  muchos  casos,  la  resistencia  aportada  por  la  adherencia  al  soporte  sigue   sin  ser  suficiente  para  un  uso  efectivo  de  las  propiedades  de  los  FRP.  Por  este   motivo,   los   investigadores   han   desarrollado   sistemas   de   anclaje   que   permitan   evitar  o  paliar  el  fallo  por  despegue.  Los  refuerzos  adheridos  exteriormente,  por   ser  los  más  utilizados,  son  objeto  de  las  principales  investigaciones  de  sistemas   de   anclaje.   Entre   los   sistemas   de   anclaje   para   refuerzos   de   FRP   destacan   los   denominados  anclajes  de  FRP,  que  se  caracterizan  por  estar  fabricados  con  la   misma  fibra  que  el  refuerzo  con  lo  que  garantizan  una  máxima  compatibilidad  con   el  mismo  y  con  el  soporte.  Si  bien  estos  anclajes  has  sido  estudiados  durante  una   década,  a  día  de  hoy  no  existen  guías  de  diseño,  y  su  uso  en  las  normativas  de   refuerzos  de  FRP  se  limita  a  una  sugerencia  debiendo  estar  avalado  en  proyecto   por  pruebas  empíricas.  

La   falta   de   directrices   para   el   diseño   de   refuerzos   anclados   se   debe   al   desconocimiento  de  las  variables  que  intervienen  en  la  resistencia  de  los  anclajes   aislados;;   tampoco   se   han   estudiado   suficientemente   los   mecanismos   de   interacción   del   anclaje   con   el   refuerzo,   por   lo   que   no   se   puede   estimar   con   precisión  en  qué  medida  un  refuerzo  anclado  incrementa  su  resistencia  respecto   a  un  refuerzo  simplemente  adherido.  La  necesidad  de  identificar  los  parámetros   que  afectan  al  comportamiento  de  los  anclajes  de  FRP  ha  motivado  esta  tesis.   Se   desea   aportar   un   modelo   que   sirva   de   base   para   el   diseño   de   refuerzos   anclados,  persiguiendo  un  mayor  aprovechamiento  de  la  resistencia  del  material   compuesto.      

El   principal   objetivo   de   esta   tesis   doctoral   es   estudiar   las   variables   que   intervienen  en  la  resistencia  y  modo  de  fallo  de  los  anclajes  de  FRP.  Se  pretende   también  analizar  la  influencia  de  la  instalación  de  anclajes  en  el  comportamiento   del  refuerzo  anclado,  en  términos  tanto  de  resistencia  como  de  modo  de  fallo  y   de  relación  carga-­desplazamiento.  

Este  objetivo  principal  ha  llevado  a  distinguir  dos  fases  experimentales.  En   la  primera  se  ha  estudiado  el  comportamiento  de  cordones  de  fibra  de  carbono   embebidos  en  hormigón,  y  en  la  segunda  se  han  ensayado  refuerzos  con  distintas   configuraciones  de  anclajes  de  FRP:  

-­La   primera   fase   se   ha   centrado   en   evaluar   las   diferencias   en   el   comportamiento  de  los  anclajes  de  FRP  en  función  de  variables  geométricas  y  de   ejecución.  Las  parámetros  geométricos  consideradas  son:  diámetro,  profundidad   de  la  perforación  e  inclinación  de  la  perforación  respecto  a  la  carga;;  las  variables   de  ejecución  incluyen  la  técnica  de  fabricación  e  inserción  de  los  anclajes  y  el   tratamiento  del  filo  de  la  perforación.  Los  resultados  de  la  primera  campaña  se   han   analizado   mediante   regresión   lineal   múltiple   con   objeto   de   evaluar   la   importancia  de  las  distintas  variables  estudiadas,  lo  que  ha  permitido  discriminar   las  de  menor  relevancia  en  la  carga  unitaria  de  los  conectores.    

-­La   segunda   fase   ha   tenido   como   objetivo   optimizar   la   configuración   del   anclaje   para   lograr   una   mejor   interacción   y   transferencia   de   tensiones   del   refuerzo.  Para  ello  se  han  comparado  distintas  posiciones  relativas  de  anclaje  y   refuerzo,  incluyendo:  refuerzo  bajo  el  abanico  de  expansión,  abanico  entre  dos   capas   de   refuerzo   y   fibras   del   anclaje   bajo   el   refuerzo.   Adicionalmente   se   han   ensayado   configuraciones   de   anclajes   múltiples   dispuestos   transversal   y   longitudinalmente.   Para   el   diseño   del   tramo   embebido   de   los   anclajes   se   ha   partido  de  los  resultados  obtenidos  en  la  primera  campaña  experimental.    

Los   resultados   de   las   campañas   experimentales   han   permitido   identificar   las  variables  con  mayor  influencia  en  la  eficacia  de  los  anclajes.  Se  ha  propuesto   un  modelo  de  diseño  de  conectores  de  FRP,  con  base  a  los  resultados  obtenidos   y  a  los  estudios    presentes  en  la  literatura,  para  lo  cual  se  ha  elaborado  una  base   de  datos  incluyendo  anclajes  ensayados  a  arrancamiento  por  tracción  directa  y   los  ensayos  de  la  primera  campaña  experimental.  El  modelo  analítico  tiene  un   interés  práctico  ingenieril;;  se  ha  partido  de  modelos  existentes  de  arrancamiento   y   de   refuerzos   internos   con   barras   de   FRP   en   hormigón;;   el   modelo   tiene   un   carácter  eminentemente  práctico,  por  lo  que  se  ha  simplificado  en  la  medida  de   lo   posible   a   partir   de   la   calibración,   considerando   márgenes   de   seguridad   aceptables  para  el  diseño.    

Una   última   parte   se   ha   destinado   a   la   extensión   del   modelo   a   refuerzos   anclados,  teniendo  en  cuenta  la  contribución  de  los  anclajes  y  la  resistencia  de   adherencia  del  laminado.  Para  esto  se  ha  elaborado  una  segunda  base  de  datos   de   refuerzos   anclados.   El   modelo   extendido   se   ha   aplicado   a   la   segunda   fase   experimental  de  esta  investigación,  así  como  a  un  ejemplo  teórico  de  refuerzo,   para  estimar  el  aprovechamiento  del  FRP  a  que  puede  dar  lugar  la  inclusión  de   anclajes.  

Con  todos  los  elementos  señalados,  se  pretende  fomentar  futuros  estudios   para   un   mejor   ajuste   del   modelo   de   cálculo   propuesto,   con   vistas   al   uso   de   anclajes  en  proyectos  reales  de  refuerzo  de  estructuras  con  FRP.