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  • 28 jun. 2013

    CONTENIDO


    RESUMEN:En este trabajo se presenta la determinación experimental de las propiedades mecánicas y estructurales de una losa para puentes construida con Polímeros Reforzados con Fibras (PRF), específicamente resina vinil éster reforzada con fibras de vidrio de tipo E (E-glass). Las fibras se utilizaron en forma de tela cosida en dos dimensiones (NCF) y, por primera vez, un trenzado en tres dimensiones. La losa está construida adhiriendo vigas con sección triangular y dos placas planas que forman las superficies superior e inferior del panel. El material se caracterizó primero al nivel de especimenes de tamaño cupón, donde se determinaron sus propiedades físicas y mecánicas. Las propiedades estructurales de las vigas se determinaron por medio de pruebas en flexión donde se utilizó un arreglo de tres potenciómetros para medir simultáneamente deflexiones verticales y laterales y rotación, incluyendo el uso de un simulador de carga gravitatoria. Por último, las propiedades en flexión del panel fueron determinadas ensayando cuatro prototipos de las losas del ancho de cinco celdas. Se encontró alta variabilidad en el material reforzado con el trenzado 3-D pero éste se utilizó para reforzar las vigas en el prototipo final. Los prototipos soportaron 5.5 veces la carga de diseño, por lo que se concluyó que el diseño de estos sistemas está dominado por límite de deflexiones y no por capacidad resistente. Se recomendó que se desarrollen metodologías de diseño donde se calibren los modelos de diseño con data experimental y valores de variabilidad en el material utilizando metodologías de confiabilidad.

    DESCRIPCIÓN DEL PANEL Y REFUERZOS
    Basado en el trabajo de Shih (1995), se seleccionó una losa para puentes con sección V y espesor nominal de 23 cm cuya configuración se ilustra en la Figura 3. Para esta losa, las placas planas que forman las superficies superior e inferior fueron manufacturadas por la técnica de estratificación manual (hand lay-up) utilizando una matriz de resina de vinil éster reforzada con fibra de vidrio de tipo E formada en telas cosidas cuadriaxiales en dos direcciones (2-D quadriaxial stitched fabric), también conocidas por su nombre en inglés como NCF. Las vigas de sección triangular fueron en un caso manufacturadas con los mismos materiales y por la misma técnica que las placas planas. En otro caso, estas vigas fueron manufacturadas por la técnica de pultrusión utilizando una matriz de resina vinil éster reforzada con fibras de tipo E formadas en un trenzado triaxial en tres dimensiones (3-D triaxial braided preform). Todos los componentes fueron ensamblados utilizando varios adhesivos epoxy.
     La Figura 4 muestra una representación esquemática del refuerzo NCF producida por una compañía determinada (COTECH®). Las fibras han sido orientadas en un plano x-y, donde la dirección 0º es paralela al eje de x. Estas fibras son cosidas en la dirección perpendicular al eje x-y, pero éste representa de un 1% a 3% del refuerzo total. Un resumen del proceso de manufactura de este refuerzo junto con datos experimentales comparando las propiedades mecánicas con telas tejidas (woven) fue presentado por Hogg y Woolstencroft (1991) y por Hörsting y otros (1993). La Tabla 1 muestra las especificaciones de los dos tipos de NCF. Detalles del refuerzo de cada uno de los componentes del panel que fueron reforzados con NCF se han resumido en la Tabla 2. Hay que resaltar que se encontró que el refuerzo de estas placas no fue colocado de forma simétrica. Esto induce acoplamiento de deformaciones axiales y flectoras pero el material fue homogenizado colocando una cantidad alta de sub-laminas. Se estudiaron dos versiones de las placas superior e inferior manufacturadas por compañías distintas las cuales se agruparon como grupos A y B.
    La Figura 5 muestra un esquema de la distribución del refuerzo de las vigas manufacturadas por la técnica de pultrusión reforzadas con el trenzado 3-D (3-D braid). También en la figura se muestran los pesos respectivos de cada parte del refuerzo. Las paredes de estas vigas tenían un espesor nominal de 6 mm. A pesar de que el refuerzo principal fue el trenzado, también se utilizaron mazos de roving (roving bundles) y capas de CSM en las superficies exteriores.
    Las distribuciones por peso de las diferentes formas de fibras están resumidas en la Tabla 3. El refuerzo trenzado tiene las ventajas de ser fabricado casi en su forma final de uso, las fibras son colocadas de forma automática y rápida, controlado el proceso por computadora. Brown (1992) presentó detalles sobre la producción de este refuerzo. Las ventajas que tiene este proceso comparado con los laminados en 2-D son la eliminación del uso de capas, haciendo el material resistente a delaminación. También aumenta la capacidad a impacto. La tela trenzada está formada por seis filas por 96 columnas de hilazas fijas (fixed yarn) y por siete filas y 96 columnas de hilazas movibles (movable yarns). Las hilazas movibles tienen una proyección horizontal de ±70º con referencia a las hilazas fijas.
    PROPIEDADES  FÍSICAS DEL MATERIAL
    PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MATERIAL
    PROPIEDADES ESTRUCTURALES DE VIGAS TRIANGULARES
    PROPIEDADES ESTRUCTURALES DE PROTOTIPOS DE LOSAS
    CONCLUSIONES

    APÉNDICE I. CÓMPUTOS DE ROTACIÓN Y DESPLAZAMIENTO
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