Análisis y diseño de una estructura de mampostería reforzada con GFRP

Abstract

En este proyecto se estudió la implementación de fibra de vidrio (GFRP, Glass Fiber Reinforced Polimers) en el análisis y diseño de estructuras de mampostería. El objetivo fue establecer una metodología para el uso de este material compuesto como alternativa de refuerzo estructural, la cual fue validada a partir de resultados experimentales obtenidos previamente en el Laboratorio de Estructuras de la Facultad de Ingeniería Culiacán, Sinaloa, México. Para alcanzar el objetivo planteado se realizaron las siguientes actividades esenciales: 1) Se realizó una revisión detallada de códigos de diseño internacionales con el propósito de identificar ecuaciones existentes que pudieran ser usadas en el diseño de muros reforzados con láminas externas de GFRP; 2) se analizaron los resultados experimentales obtenidos en investigaciones previas sobre cuatro muros de mampostería de block reforzados con distintas cuantías de bandas inclinadas de GFRP sometidos a carga lateral en el plano; 3) se calibraron las ecuaciones existentes adaptándolas a las condiciones particulares de los muros previamente ensayados para predecir su resistencia lateral con una aproximación aceptable; y 4) se realizó el análisis y diseño de una estructura prototipo de mampostería considerando las especificaciones de la normativa mexicana vigente relativo al cálculo de las cargas sísmicas y a las resistencias de los elementos estructurales. Se realizó un análisis modal espectral elástico del modelo y se diseñó bajo dos condiciones de refuerzo: barras de acero horizontales en las juntas de mortero y bandas inclinadas de GFRP externamente adheridas a los muros. Los resultados muestran que existen pocas recomendaciones para el análisis y diseño de muros de mampostería reforzado con materiales compuesto, puesto que se identificó solo a la guía italiana CNR-DT 200 R1/2014 para aplicarse en la predicción de la resistencia de los especímenes previamente ensayados. Los resultados experimentales mostraron que el refuerzo GFRP tiene efectos similares al refuerzo horizontal en el comportamiento lateral de los muros. Por lo que se recomienda que en el análisis y diseño de muros reforzados con fibra de vidrio se utilicen los mismos valores para el factor de comportamiento sísmico y distorsiones máximas que para muros con refuerzo horizontal. Respecto a la calibración de las ecuaciones, se obtuvo que con la guía italiana CNR-DT 200 R1/2014 se predice aceptablemente bien la contribución de la fibra de vidrio a la resistencia lateral de los muros mampostería de block. Sin embargo, se debe considerando un área efectiva de refuerzo, la cual se obtiene al despreciar el material compuesto que se encuentra en la zona del muro donde se desarrollan esfuerzos de compresión en la dirección de las bandas de GFRP. Finalmente, a partir del análisis y diseño de una estructura prototipo de mampostería se establece la siguientes metodología para incorporar el refuerzo GFRP: 1) realizar el análisis de la estructura por medio de un software comercial, no se requiere agregar elementos adicionales para representar al refuerzo, ya que este no afecta la rigidez de la estructura; 2) la resistencia a cortante de los muros es igual a la suma de la resistencia del panel de mampostería y la contribución del refuerzo GFRP; 3) La resistencia de la mampostería puede ser estimada con las ecuaciones de las normas mexicanas y la contribución del refuerzo se puede estimar con las especificaciones de la guía italiana CNR-DT 200 R1/2014; 4) Identificar la zona de esfuerzos de compresión en los muros producida por la carga lateral; y 5) en la contribución del GFRP a la resistencia de cada muro, considerar un área efectiva del refuerzo, la cual se obtiene despreciando el material de refuerzo que se ubica en la zona de compresión.