Comportamiento ante cargas cíclicas de vigas de acople de concreto reforzado, reforzadas externamente a corte con polímeros reforzados con fibras de carbono, CFRP.

Abstract

Los sistemas estructurales de muros de concreto reforzado han demostrado tener un buen desempeño estructural convirtiéndose en uno de los principales sistemas de resistencia ante cargas laterales. Sin embargo, para cumplir con aspectos estéticos de la arquitectura es necesario realizar aberturas para la instalación de puertas o ventanas, lo cual requiere de un elemento de conexión entre los dos muros capaz de transmitir la fuerza lateral durante un evento extremo, a este elemento vinculante se le conoce como viga de acople.

Estas vigas de acople son vigas de gran altura que se encuentran sometidas a grandes esfuerzos cortantes generados por la función que desempeña al garantizar un comportamiento integral entre muros. Se ha encontrado que bajo diseños convencionales de concreto reforzado se presentan fallas frágiles durante eventos sísmicos, que resultan en altos niveles de riesgo para los ocupantes de las edificaciones.

Múltiples investigaciones tanto experimentales como teóricas se han realizado a lo largo de los últimos años que han permitido estudiar su comportamiento y que gracias a los resultados obtenidos, hoy en día el ACI – 318 – 19 exige un refuerzo en las vigas de acople orientado diagonalmente que ha demostrado ser efectivo al controlar la demanda de esfuerzos cortantes, pero con gran dificultad de construcción por la interferencia con el acero longitudinal y transversal. Buscando una mejora del comportamiento de las vigas ya existentes, se desarrolló el presente proyecto de investigación que permitió evaluar el comportamiento ante cargas cíclicas de vigas de acople reforzadas externamente con bandas de polímeros reforzados con fibras de carbono (CFRP), con el fin de brindar una solución a la problemática mediante una opción de fácil instalación que incrementa la capacidad estructural a corte, mejora ligeramente la rigidez del elemento al mantener confinado el concreto brindando una mayor integridad y proporcionando mayor ductilidad, evitando las fallas frágiles.

En este documento se encuentra el desarrollo y análisis realizado con seis (6) especímenes de vigas de acople de concreto reforzado, de las cuales uno (1) se tomó como muestra de control y cinco (5) fueron reforzadas externamente con diferentes configuraciones de CFRP, con cordones de anclaje distanciados a una longitud variables.

Este trabajo de investigación fue realizado en conjunto entre la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, la Universidad de Miami y Structural Technologies. Encontrando resultados favorables ante las cargas impuestas, y que se exponen aquí con la intención de presentar una alternativa de reforzamiento y de aportar a futuras investigaciones.

Structural systems of reinforced concrete walls have shown to have a good structural performance becoming one of the main resistance systems against side loads. However, to comply with aesthetic aspects of architecture it is necessary to make openings for the installation of doors or windows, which requires a connecting element between the two walls capable of transmitting the lateral force during a extreme event, this binding element is known as a coupling beam. These coupling beams are very high beams that are subjected to large shear stresses generated by the function it performs in guaranteeing a behavior integral between walls. It has been found that under conventional concrete designs reinforced brittle faults occur during seismic events, resulting in high levels risk to building occupants. Multiple investigations, both experimental and theoretical, have been carried out throughout the last few years that have allowed us to study their behavior and that thanks to the results obtained, today the ACI - 318 - 19 requires a reinforcement in the oriented coupling beams diagonally that has been shown to be effective in controlling shear demand, but with great construction difficulty due to interference with the longitudinal steel and cross. Looking for an improvement in the behavior of the existing beams, the present research project that allowed to evaluate the behavior before cyclical loads of connecting beams externally reinforced with fiber-reinforced polymer bands (CFRP), in order to provide a solution to the problem through an option of easy installation that increases the structural capacity to shear, slightly improves the rigidity of the element by keeping the concrete confined, providing greater integrity and providing greater ductility, avoiding brittle failures. This document contains the development and analysis carried out with six (6) specimens of reinforced concrete coupling beams, of which one (1) was taken as a sample of control and five (5) were externally reinforced with different CFRP configurations, with anchor cords spaced at variable lengths.