ES3044914T3 - Method for reinforcing a civil engineering structure - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para reforzar una estructura de ingeniería civil, que comprende los siguientes pasos: - recubrir una superficie de la estructura con una primera capa de resina en estado fluido, que tiene una distribución granulométrica, denominada primera distribución granulométrica, - aplicar sobre la superficie recubierta, mientras la resina está todavía en estado fluido, una capa de un tejido seco con un gramaje superior o igual a 600 g/m2, denominado tejido de alto gramaje, ejerciendo sobre el tejido una presión suficiente para impregnarlo de resina, - recubrir el tejido con una segunda capa de resina, denominada capa de cierre, en estado fluido, que tiene una distribución granulométrica, denominada segunda distribución granulométrica, que es inferior o igual a la primera distribución granulométrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Método para reforzar una estructura de ingeniería civil

[0003] Sector de la técnica

[0004] La invención se refiere a un método para reforzar una estructura de ingeniería civil.

[0005] Antecedentes de la invención

[0006] Un primer método de refuerzo superficial conocido consiste en adherir placas de chapa de acero al hormigón de la estructura, además de armaduras de hormigón armado, en particular, en las partes tensas de dicha estructura. Es necesario mantener las placas en posición sobre la superficie a través de un medio mecánico, como un marco de sujeción, para aplastar, por una parte, una película de adhesivo y, por otra parte, soportar el peso de las chapas durante la polimerización de la resina.

[0007] Esta técnica se ha utilizado ampliamente en la construcción, pero, con el tiempo, reveló el gran inconveniente de exponer las chapas de refuerzo a la intemperie y requerir un costoso mantenimiento periódico para evitar su corrosión. En los años noventa, las chapas de acero se sustituyen por placas o lamas compuestas de fibras de carbono, que ofrecen las ventajas de no ser sensibles a la corrosión, ser ligeras y tener características mecánicas superiores a las de las placas de acero utilizadas hasta entonces.

[0008] El uso de fibras de carbono permite desarrollar otro método de refuerzo, que consiste en recubrir con resina una superficie de una zona que se desea reforzar y aplicar a continuación una banda de tejido seco de fibras de carbono sobre la superficie recubierta, para fabricar el compuesto sobre el propio sustrato. El vídeo titulado "Refuerzo estructural - SikaWrap - Sika España" disponible en el enlace https://www.youtube.com/watch?v=NBUwcC1Ponc (XP002779238) divulga tal método de refuerzo.

[0009] Este método tiene ventajas innegables, como su capacidad para reforzar superficies no planas añadiendo compuestos de fibras de carbono, así como una mayor ligereza y maniobrabilidad.

[0010] No obstante, solo los tejidos de poco grosor (hasta grosores de unos 0,5 mm) y con un bajo gramaje en seco (hasta 500 g/m2) pueden impregnarse directamente cuando se aplican al sustrato, lo que significa que el método se limita a secciones (o densidades de fibras) de refuerzo más pequeñas.

[0011] Un objetivo de la invención es remediar al menos parcialmente estos inconvenientes.

[0012] Explicación de la invención

[0013] Para ello, la invención se refiere a un método para reforzar una estructura de ingeniería civil, que comprende las siguientes etapas:

[0014] - recubrir una superficie de la estructura con una primera capa de resina en estado fluido, que presenta una granulometría denominada primera granulometría,

[0015] - aplicar una capa de tejido seco con un peso superficial superior o igual a 600 g/m2, denominado de alto gramaje, en la superficie recubierta, estando la resina todavía en estado fluido, ejerciendo una presión suficiente sobre el tejido para impregnarlo de resina,

[0016] - recubrir el tejido con una segunda capa de resina, denominada de cierre, en estado fluido que presenta una granulometría denominada segunda granulometría, inferior o igual a la primera granulometría, para constituir un refuerzo compuesto.

[0017] La resina, una vez polimerizada, es decir, endurecida, constituye la matriz del compuesto que forma el refuerzo de la estructura.

[0018] Dicho de otro modo, la resina tiene dos funciones, ya que permite unir el compuesto y constituir la matriz.

[0019] De este modo, el método según la presente invención, aplicando resinas de granulometrías calibradas, permite saturar (impregna suficientemente) el tejido seco para formar un compuesto, y siendo la primera resina que recubre el sustrato lo suficientemente viscosa para soportar el peso del propio tejido, lo que permite reforzar la estructura con una mayor sección resistente (densidad de fibras), utilizando un tejido seco denominado de alto gramaje (peso superficial superior a 600 g/m2).

[0020] Según otra característica de la invención, la resina está en forma de gel en estado fluido.

[0021] Según otra característica de la invención, el tejido está compuesto por fibras que presentan espacios intersticiales, siendo la primera granulometría y la segunda granulometría estrictamente inferiores al espacio intersticial, posiblemente nulas (es decir, sin cargas inertes añadidas).

[0022] Según otra característica de la invención, la primera granulometría (destinada a recubrir el sustrato antes de colocar el tejido seco) es inferior o igual a 1 pm, preferiblemente, inferior o igual a 0,1 pm.

[0023] Según otra característica de la invención, los elementos granulares de la resina comprenden nanopartículas y/o sílice. Según otra característica de la invención, la resina presenta una viscosidad Brookfield a 23 °C que da una tasa de cizallamiento de 15 a 25 Pa.s para una velocidad de rotación de 1 s_1 y de 3 a 5 Pa.s para una velocidad de rotación de 10 s'1.

[0024] Según otra característica de la invención, la resina comprende un agente espesante.

[0025] Según otra característica de la invención, la resina presenta una granulometría nula, es decir, sin cargas inertes añadidas.

[0026] Según otra característica de la invención, se añaden elementos granulares o cargas inertes en una proporción comprendida entre el 2 % y el 12 %, preferiblemente entre el 5 % y el 10 % en masa.

[0027] Breve descripción de las figuras

[0028] Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto con la lectura de la siguiente descripción. Esta es puramente ilustrativa y debe leerse junto con los dibujos adjuntos, en los que:

[0029] - la figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un ejemplo de aplicación del método según la invención; y - la figura 2 ilustra una disposición de fibras de carbono dentro de una banda de tejido de fibras del ejemplo de la figura 1.

[0030] Realización preferente de la invención

[0031] Refuerzo estructural

[0032] La figura 1 muestra un ejemplo concreto de cómo puede aplicarse el método según la invención, utilizado para reforzar o reparar una viga de hormigón armado 1 que soporta un forjado 2 de un edificio.

[0033] Pero, por supuesto, esta aplicación no es limitativa, y la invención puede utilizarse para reforzar cualquier estructura de ingeniería civil, especialmente de hormigón, de metal (especialmente acero) o de madera.

[0034] Este refuerzo se obtiene adhiriendo un tejido flexible 3 de fibras a al menos una superficie de la estructura de ingeniería civil: la zona estructural que se va a reforzar será generalmente una zona sometida a esfuerzos de tracción, en este caso, la cara inferior 4 de la viga 1, pero también sería posible reforzar del mismo modo una zona de la estructura de ingeniería civil sometida a esfuerzos de cizallamiento (estos esfuerzos inducen las denominadas tensiones de tracción principales), por ejemplo, adhiriendo un tejido flexible a los lados 5 de la viga 1 considerados aquí, en los puntos de apoyo 6 de esta viga.

[0035] Como se puede observar en la figura 2, el tejido 3 de fibras se presenta preferiblemente en forma de una banda flexible 7 que se extiende en una dirección longitudinal X y que se almacena generalmente en forma de rollo.

[0036] Esta banda 7 está constituida por fibras, algunas de las cuales, con referencia 8, se extienden según la dirección longitudinal X, y otras, denominadas de trama, con referencia 9, (posiblemente de tamaño diferente al de las fibras 8) que se extienden según una dirección transversal Y paralela a la anchura de la banda 7 (o posiblemente según una dirección oblicua).

[0037] Cada fibra 8, 9 está compuesta por filamentos separados entre sí por espacios intersticiales 10.

[0038] Por ejemplo, el diámetro de los filamentos está comprendido entre 5 pm y 7 pm y el de los espacios intersticiales en torno a 2 pm.

[0039] Las fibras son, por ejemplo, de carbono o vidrio, aramida, o incluso basalto.

[0040] Cuando la banda 7 se aplica a una superficie adyacente a una zona que se quiere reforzar sometida a esfuerzos de tracción, la dirección longitudinal X de esta banda es preferiblemente paralela a estas fuerzas de tracción: este es el caso en el ejemplo representado en los dibujos, la banda 7 está dispuesta paralelamente a la longitud de la viga 1. Método de refuerzo

[0041] En un primer momento, se limpia la superficie 4 de la estructura de ingeniería civil que se quiere reforzar, si es necesario, se someterá a chorro de arena y se desengrasará, o esta superficie podrá someterse a cualquier otra preparación mecánica o química para garantizar la durabilidad del refuerzo. En particular, se puede aplicar previamente un recubrimiento denominado primario sobre esta superficie.

[0042] A continuación, la superficie 4 se recubre con una fina película de resina en estado fluido, como se detallará más adelante.

[0043] Después, se aplica entonces el tejido 7 de fibras, seco, sobre la película de resina aún en estado fluido.

[0044] El tejido 7 está montado, es decir, presionado contra la superficie de aplicación, con una presión suficiente para igualar el espesor de la resina entre la superficie 4 y el tejido, y para impregnar el tejido con la resina.

[0045] El montaje se realiza utilizando, por ejemplo, un rodillo de presión y/o una espátula.

[0046] A continuación, el tejido 7 se recubre con una segunda capa de resina.

[0047] En caso necesario, se realizan nuevas aplicaciones de resina y tejido si es necesario utilizar varias capas de tejido superpuestas, posiblemente con diferentes dimensiones de tejido.

[0048] Preferiblemente, el tejido 7 es de gramaje alto, es decir, con un peso superficial superior a 600 g/m2, siendo la ventaja particular de los tejidos de gramaje alto la de ofrecer un mayor grosor (una sección resistente) para una misma superficie, para evitar o limitar el recurso de la superposición de varias capas de tejido.

[0049] En la práctica, a las capas superpuestas de tejido de refuerzo se les asigna reglamentariamente un coeficiente de reducción de sus prestaciones mecánicas.

[0050] Etapas de aplicación de resina

[0051] Como ya se ha indicado, la aplicación de resina se realiza en dos etapas.

[0052] En una primera etapa, la superficie 4 se recubre con una primera capa de resina provista de elementos granulares inertes que presentan una granulometría denominada primera granulometría.

[0053] Por granulometría, se entiende el tamaño máximo de cargas inertes presentes en la resina.

[0054] Por granulometría nula, se entiende que la resina está desprovista de cargas.

[0055] Se aplica entonces el tejido 7 de fibras, seco, sobre la película de resina aún en estado fluido. El tejido 7 se monta para que quede bien impregnado de resina. En una segunda etapa, se recubre entonces el tejido con una segunda capa de resina, denominada de cierre, provista de elementos granulares que presentan una granulometría denominada segunda granulometría, inferior o igual a la primera granulometría, posiblemente nula (sin cargas inertes). La resina utilizada es un sistema epoxi fluido destinado a la estratificación y al revestimiento de sustratos porosos, como hormigón o madera, y adecuado para constituir o reforzar estructuras compuestas.

[0056] Esta resina es, por ejemplo, una resina epoxi de dos componentes que asocian, por una parte, una resina de base y, por otra parte, un agente endurecedor, mezclados durante la aplicación.

[0057] La resina de base presenta una densidad de alrededor de 1,10 y una viscosidad comprendida entre 1,0 y 1,5 Pa.s a 23 °C.

[0058] El agente endurecedor presenta una densidad de alrededor de 1,0 y una viscosidad comprendida entre 0,05 y 0,25 Pa.s a 23 °C.

[0059] La mezcla de resina y endurecedor, cuando está desprovista de agente espesante, en una proporción de dosificación de 100/30 en masa, presenta una viscosidad comprendida entre 0,5 y 1,5 Pa.s a 23 °C.

[0060] Para cumplir las limitaciones de aplicación, es ventajoso utilizar una resina que presente un carácter tixotrópico (es decir, que tenga una viscosidad más elevada en reposo). Esta característica se obtiene añadiendo un agente líquido reo-espesante, ya sea mediante la adición de cargas inertes o mediante una combinación de ambas.

[0061] De forma más general, la resina utilizada podrá ser una resina termoplástica o termoendurecible, ignífuga o no, resistente o no a los rayos ultravioleta, que tenga la capacidad de adherirse tanto a la superficie de la estructura de ingeniería civil como a las fibras de carbono y que sea capaz de rellenar cualquier fisura en la superficie que se va a reforzar 4.

[0062] Preferiblemente, la resina es tixotrópica cuando está en estado fluido, y no comprende disolventes.

[0063] Preferiblemente, la resina es un gel en estado fluido.

[0064] Ventajosamente, se utiliza una resina que polimeriza a temperatura ambiente.

[0065] Asimismo, cabe señalar que puede utilizarse la misma resina sea cual sea el material de la estructura de ingeniería civil (hormigón, metal, madera).

[0066] La aplicación de la resina con elementos granulares de dos granulometrías diferentes permite garantizar tanto una viscosidad suficiente para una buena adherencia al sustrato como una buena fijación en el tejido seco (incluso cuando se aplica en techos), al tiempo que presenta una granulometría lo suficientemente pequeña como para permitir una buena impregnación del tejido.

[0067] La aplicación de la resina con la primera granulometría, más elevada que la segunda granulometría, permite obtener la viscosidad deseada, confiriéndole los elementos granulares (es decir, cargas inertes) una consistencia satisfactoria para adherirse al sustrato y mantener el peso del tejido.

[0068] Durante el montaje, la resina migra a los intersticios de los filamentos. La resina interpenetra los espacios intersticiales del tejido, a pesar de la presencia de elementos granulares.

[0069] La aplicación sobre el tejido montado de una capa de cierre de la resina con la segunda granulometría, pequeña o incluso nula, garantiza que la resina pueda penetrar profundamente y al menos tanto como la primera capa aplicada al sustrato.

[0070] De este modo, la aplicación de la primera capa sobre el sustrato, por una parte, de la segunda capa de resina, denominada de cierre, sobre tejido montado, permite obtener un compuesto correctamente saturado (o impregnado) para, por una parte, adherirlo al sustrato y, por otra parte, constituir la matriz del compuesto.

[0071] Como ya se ha indicado, por lo tanto, se puede utilizar un tejido seco de alto gramaje, es decir, con un peso superficial igual o superior a 600 g/m2, o incluso estrictamente superior a 600 g/m2, e incluso superior o igual a 700 g/m2, hasta 1500 g/m2.

[0072] Preferiblemente, la resina obtenida tras mezclar los componentes (resina de base y endurecedor) presenta una viscosidad Brookfield a 23 °C que da una tasa de cizallamiento de 15 a 25 Pa.s para una velocidad de rotación de 1 s'1 y de 3 a 5 Pa.s para una velocidad de rotación de 10 s_1 según una medición con un reómetro Brookfield plano/plano acanalado.

[0073] Como ya se ha indicado, la primera granulometría es estrictamente inferior al espacio intersticial.

[0074] Asimismo, la segunda granulometría es menor que la primera, incluso nula.

[0075] Por ejemplo, la primera granulometría es inferior o igual a 1 pm, preferiblemente, inferior o igual a 0,1 pm.

[0076] En la mayoría de los casos, y en particular en el caso de una granulometría nula, la resina puede comprender un agente espesante, como un aditivo líquido, que presenta un carácter reo-espesante. La mezcla se efectúa por separado para el endurecedor, por una parte, y para la resina, por otra parte, por medio de un mezclador de defloculación de alta turbulencia.

[0077] En el caso de una granulometría no nula, para espesar la resina (y el endurecedor) se utilizan elementos granulares como cargas inertes. Como se ha descrito anteriormente, la mezcla se efectúa por separado para el endurecedor, por una parte, y para la resina, por otra parte, por medio de un mezclador de defloculación de alta turbulencia. Estas mezclas se efectúan en el taller o en la fábrica, de modo que solo la mezcla de la resina de base y del endurecedor se realiza en el lugar de aplicación, por medio de un simple mezclador.

[0078] Los elementos granulares son partículas muy finas, como nanopartículas o, de forma menos costosa, elementos de cargas con granulometría muy fina, como sílice, por ejemplo, pirogénicos e hidrófilos, con una granulometría máxima comprendida entre 0,04 y 0,99 pm.

[0079] Ventajosamente, se añaden los elementos granulares o cargas inertes en una proporción comprendida entre el 2 % y el 12 %, preferiblemente entre el 5 % y el 10 % en masa, para la resina de base, como para el endurecedor.

[0080] Así, se obtiene una resina que puede permanecer en el techo en espesores importantes (de 0,7 a 0,9 mm) sin gotear. Ventajosamente, los elementos granulares tienen dimensiones inferiores a 0,06 pm, es decir, aproximadamente 30 veces menores que el espacio intersticial.

[0081] Con la resina formulada de este modo en forma de gel según la presente invención, la baja presión de un montaje manual es suficiente para hacer que la resina migre a los intersticios de los hilos y permita obtener una tasa de saturación de alrededor del 75 % para un tejido de 1200 g/m2.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

1. Método para reforzar una estructura de ingeniería civil, que comprende las siguientes etapas:

- recubrir una superficie de la estructura con una primera capa de resina en estado fluido, que presenta una granulometría denominada primera granulometría,

- aplicar una capa de tejido seco con un peso superficial superior o igual a 600 g/m2, denominado de alto gramaje, en la superficie recubierta, estando la resina todavía en estado fluido, ejerciendo una presión suficiente sobre el tejido para impregnarlo de resina,

- recubrir el tejido con una segunda capa de resina, denominada de cierre, en estado fluido que presenta una granulometría denominada segunda granulometría, inferior o igual a la primera granulometría.

2. Método según la reivindicación anterior, en donde la resina se presenta en forma de gel en estado fluido.

3. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la resina comprende un agente espesante.

4. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el tejido comprende fibras que presentan espacios intersticiales, siendo la primera granulometría y la segunda granulometría estrictamente inferiores al espacio intersticial, incluso nulas.

5. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la granulometría de la primera capa de resina es inferior o igual a 1 pm, preferiblemente, inferior o igual a 0,1 pm.

6. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde los elementos granulares de la resina comprenden nanopartículas y/o sílice.

7. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la resina presenta una viscosidad Brookfield a 23 °C que da una tasa de cizallamiento de 15 a 25 Pa.s para una velocidad de rotación de 1 s_1 y de 3 a 5 Pa.s para una velocidad de rotación de 10 s_1.

8. Método según las reivindicaciones anteriores, en donde se añaden elementos granulares o cargas inertes en una proporción comprendida entre el 2 % y el 12 %, preferiblemente entre el 5 % y el 10 % en masa.