En este artículo se estudió el uso de materiales compuestos o polímeros armados con fibras (FRP, fiber-reinforced-polymer, como son conocidos por sus siglas en inglés) como material de refuerzo en losas de hormigón armado en ensayos a escala real. Se emplearon en los ensayos dos tipos de refuerzos: polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) y polímero reforzado con fibra de vidrio (GRFP).
Las losas se ensayaron con cargas explosivas a distancias escaladas de 0,83 m/kg1/3, 0,42 m/ kg1/3 y 0,21 m/kg1/3, variando tanto la carga como la distancia a la losa. Asimismo, se han desarrollado modelos numéricos mediante el método de los elementos finitos (FEM) para estudiar en profundidad la respuesta de los elementos estructurales. Como elemento de calibración de los modelos se ha empleado una losa de hormigón armado sin refuerzos externos y expuesta a la mayor de las distancias escaladas.
Se monitorizó con sensores de presión y acelerómetros, obteniéndose errores alrededor del 2% y 5%, respectivamente, en comparación con las predicciones de los modelos numéricos.
Se llevaron a cabo otros siete ensayos y se emplearon como pruebas de validación. La emulación de la acción dinámica producida por el efecto de la detonación del material explosivo sobre la losa de hormigón armado se implementa mediante la herramienta *LOAD_BLAST_ENHANCED (LBE) disponible en el software LS-DYNA.
Para la simulación de la losa se han probado dos modelos de material de hormigón, Continuous Surface Cap Model – CSCM concrete y Riedel–Hiermaier–Thoma – RHT model, obteniéndose mejores resultados con el primero. Para la simulación del refuerzo de FRP se empleó *MAT_058 LAMINATED_COMPOSITE_FABRIC.
En las losas con refuerzo CFRP se obtuvo daño en un área reducida de ambas superficies, especialmente en distancias escaladas intermedias. Respecto a las losas reforzadas con GFRP, es necesario realizar más investigaciones dado que los resultados de los ensayos no fueron concluyentes debido a la unión del refuerzo a la losa de hormigón.
Los resultados experimentales se reprodujeron fielmente con los modelos numéricos desarrollados, con errores en términos de superficie de daño inferiores al 15%.
La investigación se ha realizado en el marco del proyecto PICAEX financiado por el Centro de Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI), agencia perteneciente al gobierno de España. Queremos agradecer a todas las personas de TAPUSA, MAPEI y FHECOR que contribuyeron al diseño y ejecución de las pruebas. Los autores también desean agradecer al personal de La Marañosa (ITM-INTA) por su ayuda en los ensayos a escala real con material explosivo.
La publicación de este artículo ha sido financiada en virtud de los Acuerdos Transformativos de la Biblioteca de la Universidad Politécnica de Madrid (a través de Rebiun-Crue).
Autores: C. Reifarth, R. Castedo, A.P. Santos, M. Chiquito, L.M. López, A. Pérez-Caldentey, S. Martínez-Almajano, A. Alanón.
Alejandro Alañón Juárez
Profesor Titular de Universidad Escuela Politécnica Superior de Ávila