Estudio teórico-experimental sobre la reparación y refuerzo de puentes de dovelas con fibras de carbono
Authors:   , Alarcón López Alejandro 
Published: July 2023

El presente trabajo se refiere al estudio teórico-experimental del comportamiento de puentes de dovelas reforzados a flexión a través de la técnica de adhesión de "Fiber Reinforcement Plastics" (FRP). Para lograr esto, se ha desarrollado un programa de investigación en el cual se incluyen 3 tipos de ensayos; caracterización de materiales, modelos reducidos y a nivel estructural, utilizando dos sistemas de refuerzo de FRP, además de comparar los resultados obtenidos en los ensayos estructurales con un modelo numérico.<br><br/>Los ensayos correspondientes a la fase experimental de este trabajo han sido realizados en el "Laboratorio de Tecnología de Estructuras" (LTE) de la "Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos de Barcelona" (ETSECCPB) en la "Universidad Politécnica de Cataluña" (UPC). Estos ensayos se dividieron en tres etapas principales. Se realizaron, en primer lugar, ensayos sobre vigas de dovelas con pretensado exterior que habían sido ensayadas anteriormente, reforzándolas con dos sistemas de refuerzo de FRP. En segundo lugar, se realizaron dos series de ensayos basados en probetas de adherencia para modelar la zona de juntas entre dovelas y conocer detalladamente el comportamiento de dichos sistemas de refuerzo en tales estructuras. Por último, se caracterizaron los sistemas de refuerzo para comparar las características proporcionadas por los fabricantes además de corroborar los resultados obtenidos en las dos primeras etapas de la fase experimental de este trabajo.<br><br/>Para poder realizar un análisis fundamentado de la fase experimental, se ha realizado una revisión bibliográfica sobre el estado del conocimiento que se enfoca a la historia de utilización de los sistemas de refuerzo mencionados anteriormente, aplicados a estructuras de hormigón, prestando especial atención en los mecanismos de falla y en específico al mecanismo denominado "peeling" así como a la adherencia del FRP al hormigón, en los cuales se centra gran parte de este trabajo de investigación.<br><br/>Por otra parte, se ha evaluado la eficiencia del ensayo de adherencia desarrollado, con el fin de proponerlo como herramienta para la caracterización de dichos sistemas de refuerzo en el caso de aplicación a estructuras constituidas por dovelas o en aquéllas en las que se presenten juntas de construcción.<br><br/>Con el fin de demostrar la validez del ensayo de adherencia, se han elegido dos sistemas de refuerzo diferentes entre si, el primero constituido por un tejido bidireccional de fibras de carbono (TFC), con un módulo de deformación relativamente bajo, en el que la resina epóxica utilizada para la adhesión del FRP al hormigón forma la matriz del mismo, y un segundo sistema formado por láminas de fibras de carbono prefabricadas (CFK), preimpregnadas de resina epóxica, con un módulo de elasticidad superior al primero, adhiriéndolo al hormigón con una resina epóxica diferente a la que conforma la matriz.<br><br/>Además, se han comparado los datos experimentales de las vigas de dovelas con los resultados obtenidos a partir de un modelo numérico desarrollado por Gonzalo Ramos, con el fin de visualizar los cambios de comportamiento de las vigas reforzadas con CFRP.<br><br/>Por último, se han redactado las conclusiones finales de la tesis, pudiéndose comprobar que éste tipo de materiales presentan importantes limitaciones para su aplicación y diseño como refuerzo de estructuras formadas por dovelas. Finalmente se proponen futuras líneas de investigación para dar continuidad a este trabajo de investigación.
The present Ph. D. Thesis is about the theoretical-experimental study of the behaviour of segmental bridges flexural strengthened by the technique of adhesion of Fiber Reinforcement Plastics (FRP). In order to accomplish this, a research program was developed in which 3 types of tests are included, characterization of materials, reduced models and structural level tests, using two kinds of systems of FRP reinforcement, besides the results obtained in the structural tests were compared with a numerical model.<br><br/>The tests corresponding to the experimental phase of this work have been made in the Laboratory of Structures Technology (LTE) of Superior Technical School of Civil Engineers of Barcelona (ETSECCPB) in the Technical University of Catalonia (UPC). These tests were divided in three main stages. They were made, in the first place, tests on segmental beams externally prestressed previously tested. They were reinforced using two different kind of systems of FRP reinforcement. Secondly, two series of adhesion tests were made in order to model the concrete segment joints and to know in detail the behavior of these systems of reinforcement in such structures. Finally, the reinforcement systems were characterized to compare the mechanical features provided by the manufacturers besides to corroborate the results obtained in the two first stages of the experimental phase of this work.<br><br/>In order make a base founded analysis of the experimental phase, a bibliographical revision on the state of the art has been made. It focuses to the history of application of the mentioned systems of reinforcement, applied to concrete structures, rendering special attention in the failure mechanisms, in specific to the peeling mechanism as well as to the adhesion of the FRP to the concrete, in which great part of this research is centered.<br><br/>On the other hand, the efficiency of the developed test of adhesion has been evaluated, with the intention of proposing it as tool for the characterization for these systems of reinforcement in the case of application to structures constituted by segments or in those in which construction meetings appear.<br><br/>With the purpose of demonstrating the validity of the adhesion test, two different reinforcement systems have been chosen. One constituted by carbon fiber bidirectional weave (TFC), with a relatively low elasticity modulus, in which the used epoxy resin for the adhesion of the FRP to the concrete forms the matrix of the same one, and a second system formed by prefabricated carbon fiber laminate (CFK), pre-impregnated with epoxy resin, with a elasticity modulus superior to first one, adhering it to the concrete with a different epoxy resin from which conforms the matrix.<br><br/>In addition, the experimental data of the segmental beams have been compared with the results obtained from a numerical model developed by Gonzalo Ramos, with the purpose of visualizing the changes of behaviour of the beams reinforced with CFRP.<br><br/>At last, the final conclusions of the thesis have been written up, allowing to verify that this particular type of materials presents important limitations for their application and design as reinforcement in segmental structures. Finally, future lines of investigation set out to give continuity to this research work.