Refuerzo y reparación con FRP de vigas de madera aserradas sometidas a flexión

Resumo

Son numerosos los edificios en los cuales la madera es un material protagonista. Ha sido utilizada a lo largo del tiempo como elemento estructural, componiendo los pilares y las vigas de muchas construcciones gracias a sus propiedades mecánicas. La necesidad de mantener y rehabilitar este patrimonio construido ha sido siempre una de las grandes tareas en el mundo de la arquitectura. Tradicionalmente, cuando las necesidades estructurales de un edificio cambiaban, o simplemente la estructura estaba deteriorada, la intervención mediante sistemas metálicos, o la adición o sustitución de unos elementos de madera por otros en mejor estado, eran las técnicas más comunes de intervención. Con la aparición en el mercado de nuevos materiales, la cantidad de posibilidades de acometer una intervención estructural se han ampliado. Los materiales compuestos han sido parte importante de este cambio de prácticas. Su utilización ha sido más habitual sobre elementos de hormigón, sobre los cuales hay una mayor bibliografía y legislación escritas. Sus propiedades mecánicas con una excelente relación resistencia-peso, su gran capacidad de adaptación, y su comportamiento elástico lineal a tracción, hacen de ellos una alternativa muy efectiva para su uso en estructuras de madera. En líneas generales, el fallo producido en vigas de madera se localiza en la cara traccionada, la cual se comporta de un modo elástico y lineal hasta que se produce el fallo final. En el caso de que la madera contenga defectos significativos, como pueden ser nudos en dicha cara, la resistencia de la viga puede bajar sustancialmente ya que supone un corte en las fibras, las cuales son las que la dotan de capacidad portante. El refuerzo mediante materiales compuestos en dicha cara de las vigas tiene gran interés ya que minimiza la posibilidad de una rotura prematura de la madera y puede suponer un aumento de la capacidad portante de la viga. Los materiales compuestos de polímeros reforzados con fibra (FRP) han sido ampliamente estudiados a través de programas experimentales en los cuales se han reforzado las vigas en su cara traccionada a través de diferentes configuraciones de tejidos, platabandas y barras. Es en el ámbito de las reparaciones y la comparación de los diferentes materiales que pueden ser utilizados a día de hoy, donde la bibliografía es más escasa. Este trabajo por lo tanto, trata de aumentar el estado del conocimiento en ese sentido a través de un estudio en el cual se reparan vigas de madera con FRP de fibra de carbono (CFRP) y se realiza una comparativa en la cual se estudian diferentes fibras y se analiza el efecto de su uso como refuerzo para vigas de madera a partir de sus propiedades mecánicas. Para realizar esta investigación, se ha dividido la fase experimental en dos programas diferenciados, adaptando los ensayos y los materiales a las condiciones de partida para la obtención de los resultados. Para el estudio de las reparaciones y los refuerzos con CFRP, se ensayaron vigas a flexión sin refuerzo para la caracterización mecánica del lote, posteriormente se repararon y se volvieron a ensayar. Para la comparación de los resultados, se realizaron los mismos ensayos en vigas reforzadas sin haber sido colapsadas previamente. La comparación de los diferentes sistemas de refuerzo de FRP se llevó a cabo realizando ensayos de flexión a vigas de madera con diferentes configuraciones de refuerzo utilizando todas las fibras disponibles: basalto, vidrio, carbono, carbono de alto módulo elástico y metálica. Los resultados del estudio demuestran el buen comportamiento de las fibras de módulo de elasticidad más bajo (basalto y vidrio) respecto de las que tienen un módulo más alto, y que con la suficiente cantidad de fibra, se puede devolver la resistencia a una viga colapsada previamente mediante una reparación.