PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE

Tal y como se expondrá en los siguientes apartados un posible modo de fallo del elemento reforzado es la pérdida de adherencia entre alguna de las partes del material de refuerzo y el soporte. Entre las causas del despegue se incluye la posibilidad de despegue como consecuencia de un defecto de planeidad en el soporte destacando que cada laminado requiere de un nivel de planeidad de la superficie de adhesión con objeto de evitar este modo de fallo que en cada caso lo determina el fabricante. Además, debido a las tensiones rasantes que se desarrollan en la unión tiene gran influencia la resistencia tangencial superficial del soporte en el nivel de tensiones rasantes que podrá resistir.

La adherencia de las formulaciones epoxídicas sobre el hormigón es, por una parte, un fenómeno de tipo mecánico en el que intervienen la porosidad del soporte y el estado de la superficie. Por otra, la adhesión es un fenómeno de tipo químico y electrostático de fuerzas moleculares en la que interviene la tensión superficial del soporte y se altera por la presencia de material suelto. Por ello todas las Guías indican la necesidad de preparar la superficie previamente a la ejecución del refuerzo con objeto de, además de asegurar el nivel de planeidad exigible a la

superficie, garantizar un determinado nivel de resistencia rasante en el sustrato de hormigón.

Pero además de las actividades de preparación de la superficie no podemos olvidar la necesidad de estudiar las causas que han podido reducir la capacidad del soporte con objeto de eliminarlas dado que el refuerzo no las erradica por sí sólo, tal es el caso por ejemplo de la corrosión de armaduras internas. En estos casos de corrosión de armaduras será necesario sanear las armaduras existentes y verificar la profundidad de carbonatación así como el contenido en cloruros con objeto de evitar el posterior deterioro del elemento reforzado. Con este mismo fin se aconseja sellar las fisuras existentes en el soporte.

ACI 440.2R-02 (1) indica que hay que investigar el estado del soporte de manera que previamente a la definición del refuerzo se determine la capacidad portante existente, según ACI 364.1R, se identifiquen las patologías existentes y se defina el estado del hormigón del soporte. Para ello se habrá de realizar una inspección del soporte de acuerdo a lo indicado en ACI 473 R así como será necesario determinar la resistencia del hormigón de las superficies en las que se va a adherir el refuerzo, de acuerdo al ensayo de pull-off según ACI 503R. Además la correcta ejecución del refuerzo requiere que el soporte esté sano, siendo necesario que la unión cumpla las recomendaciones de ACI 503R, de manera que el soporte sea capaz de transmitir las tensiones tangenciales y de flexión al material de refuerzo. Por ello, mediante ensayo pull-off, la resistencia mínima superficial será de 1,4 MPa, siendo la resistencia a compresión mínima exigible al soporte de 17 MPa.

En FibBulletin 14, (23), se indica que se realizará un tratamiento previo, muy similar para todos los tipos de refuerzo, que implicará el saneado de las superficies del soporte sobre las que se va a adherir el material de refuerzo, eliminando la capa superficial de lechada, así como los restos de anteriores revestimientos, y todas las capas de hormigón deteriorado, actividades que aconseja realizar mediante chorro de arena pero tomando la precaución de no depositar en superficie polvo o grasa que dificulten la posterior eficacia del adhesivo. Este tratamiento además permite incrementar la adhesión entre el soporte y el adhesivo, siendo dicha mejora más influyente en el comportamiento a largo plazo que en la resistencia inicial de la

unión. Señala asimismo que es necesario verificar las condiciones del hormigón existente, pudiendo ser necesario la reparación superficial del mismo si no presenta un nivel mínimo de resistencia (1,5 N/mm2).

Pasamos a resumir las exigencias que en relación a los aspectos antes indicados establecen diferentes documentos técnicos relevantes como conclusiones de las investigaciones llevadas a efecto.

Planeidad

Una vez analizado, y en caso de ser necesario haber reparado el soporte, el nivel de rugosidad y planeidad a alcanzar dependerá en cada caso del material de refuerzo a colocar existiendo la posibilidad de requerirse una actuación tal que permita el correcto posicionamiento del refuerzo evitándose las variaciones importantes en el espesor de capa de adhesivo.

Es común que todos los fabricantes de materiales compuestos aconsejen el empleo de un mortero estructural con objeto de reparar los defectos como coqueras o resaltos superiores a un milímetro, seguido de la aplicación de un tapaporos y posterior aplicación de una masilla de nivelación, actuación que no debería superar el 20% de la superficie de unión, dado que en otro caso se tendría el riesgo de formación de una nueva superficie de fallo en la interfase mortero-hormigón.

Fib Bulletin 14, (23) señala los límites para las imperfecciones superficiales afectando a la planeidad que se acompañan en la siguiente tabla para el caso de refuerzo con materiales compuestos:

Defecto superficial

Tipo de Laminado

Máx. pérdida de planeidad en 2 m. Máx. pérdida de planeidad en 0,3 m. Laminado espesor > 1 mm 10 mm 4 mm Laminado espesor < 1 mm 6 mm 2 mm Tejidos 4 mm 2 mm

Martínez, R., 1999, (45) indica que no es aceptable la existencia de concavidades muy acusadas ni una rugosidad excesiva siendo la óptima de 0.5 a 1mm. Para las irregularidades aceptables adopta el siguiente esquema:

L f t f L f L ct 2 125 . 0

= ffmaxct: Resistencia a tracción del hormigón : Concavidad máxima permitida

fL: Resistencia a tracción de la lamina CFRP

t: Grosor de la lámina CFRP fmax

2

Para los valores habituales de resistencia de hormigón, fct = 1,5 N/mm , de lámina

de CFRP, fL= 2.400 N/mm2, y espesor t =1,2 mm, serían aceptables los siguientes valores de concavidad máxima superficial:

Longitud de la concavidad L 25 cm 35 cm 50 cm 100 cm Concavidad teórica máxima fmax 4 mm 8 mm 16 mm 65 mm Concavidad práctica máxima 1.25 mm 1.75 mm 2.5 mm 5 mm

En caso de existir concavidades superiores a las indicadas se aplicaría una capa de producto de regularización para lograr una nivelación adecuada de la superficie.

Resistencia del soporte

Chajes, 1996, (12), estudia la influencia de tres tipos de superficie del soporte y cuatro tipos de adhesivo en el comportamiento de la unión entre un laminado de carbono y el soporte. En todos los casos el fallo se produjo con despegue del laminado como consecuencia de las tensiones tangenciales. Las conclusiones alcanzadas fueron que el nivel de carga alcanzado tan sólo es función de la resistencia del hormigón del soporte, si bien el tratamiento de la superficie con chorreado de manera que se dejase el árido al descubierto fue con el que se obtuvieron resultados ligeramente mejores.

En la mayoría de las Guías se recomienda que como mínimo el soporte sea capaz de resistir una tensión tangencial de al menos 2 N/mm2. Si por la calidad del hormigón del soporte o por su estado de deterioro esto no resultase posible, aún podría realizarse el refuerzo si bien no sería posible alcanzar el agotamiento del material de refuerzo.

Quantrill y Hollaway, 1995, (59) estudian la relación ancho/espesor del laminado sin que se observe ninguna influencia en el estado tangencial que se produce en la zona de anclaje o en las fisuras y concluyen que el incremento resistente es mayor cuanto mayor es la resistencia del hormigón del soporte. Concluyen además que si la viga no está fisurada el soporte resistiría tensiones tangenciales de 11,5 N/mm2 y de peeling de 6,37 N/mm2. Si se anclan correctamente los extremos se alcanzan tensiones tangenciales de 14,1 N/mm2 _{y de 8,10 N/mm de peeling.} 2

Chajes y Finch, 1996, (12) estudian la influencia de los parámetros de preparación de la superficie, tipo de adhesivo, y resistencia del hormigón en la resistencia a la adhesión. El aspecto más crítico es la unión entre el laminado y el hormigón y para ello realizan ensayos en la unión del laminado y el adhesivo para evaluar los parámetros anteriormente indicados. Las conclusiones obtenidas a este respecto son:

ƒ Todas las roturas se producen por las tensiones tangenciales en el hormigón. ƒ Las superficies encofradas fallan con menor nivel de carga que las superficies

con chorreado de arena.

ƒ La tensión tangencial de agotamiento es función de la resistencia del hormigón (fc) del soporte (K· fc ).

Gómez Pulido, M. D., 1999, (26) establece la recomendación de que, con objeto de soportar los esfuerzos rasantes transmitidos al sustrato a través de la interfaz de hormigón-laminado compuesto, el hormigón garantice una resistencia tangencial admisible de 1.5 MPa (o en su defecto una resistencia del hormigón fck> 20 MPa).

Salaverría, J., 1999, (64) y (65) indica que el refuerzo está en la mayoría de los casos condicionado por la resistencia tangencial del soporte de manera que en la mayoría de los casos las fibras del refuerzo no llegan a movilizar la totalidad de su resistencia última.

Boschetto, Pellegrino, Tinazzi y Modena, 2006, (9), tras el programa experimental desarrollado en la Universidad de Padova, con elementos de hormigón armado reforzados con distintos tipos y cuantías de fibras, indican que el comportamiento de la unión es un problema complejo en el que intervienen muchas variables interactuantes y en el que todavía hay muchas lagunas, pero concluyen que la longitud de adherencia, la cual influye directamente en la resistencia de la unión, es inversamente proporcional a la resistencia del soporte y directamente proporcional a la rigidez del material de refuerzo.