Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional y el link sería: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es
DOI 10.15517/ri.v30i2.39806
Ingeniería 30 (2): 77-94, julio-diciembre, 2020. ISSN: 2215-2652. San José, Costa Rica
Uso de anclajes FRP en vigas de concreto armado reforzados
externamente con bandas CFRP sometidas a cargas cíclicas
Use of FRP Anchorages in Reinforced Concrete Beams Externally
Strengthened with CFRP Bands Subjected to Cyclic Loads
Jorge L. Bazán
Ingeniero Investigador.
Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú.
jlbazans@uni.pe
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7451-0359
Juan D. Samaniego
Alumno de posgrado.
Pontificia Universidad Católica del Perú, Lima, Perú.
diego.samaniego@pucp.edu.pe
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3357-0790
Víctor I. Fernández-Dávila
Profesor Asociado.
Pontificia Universidad Católica del Perú, Lima, Perú.
vfernandezdavila@pucp.edu.pe
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1333-8989
Recibido: 28 de noviembre 2019 Aceptado: 27 de abril 2020
_________________________________________________________
Resumen
En Perú existe una demanda creciente de mejorar, ampliar o remodelar la infraestructura existente que
generalmente ha sido diseñada con estándares estructurales menos exigentes que los actuales. Es por esta
razón que se utilizan diversas técnicas entre las que se destaca el reforzamiento mediante sistemas FRP
(Fiber Reinforced Polymer). Entre las aplicaciones predominantes de este sistema, se tiene el refuerzo a
exión de elementos de concreto armado tales como muros, losas y, en especial, vigas. Durante la aplicación
del FRP, se pueden presentar diversas interferencias o limitaciones constructivas, lo que ha dado lugar al
planteamiento de soluciones prácticas y modernas como el uso de sistemas de bandas, platinas y barras de
FRP, sistemas del tipo NSM y el uso de anclajes de FRP. Estos procedimientos están contemplados en la
guía ACI 440.2R, utilizada para la construcción y el diseño de refuerzo externo con FRP. Este artículo tiene
por objetivo mostrar los resultados sobre la experiencia en laboratorio de cuatro vigas de concreto armado,
considerando que solamente tres fueron externamente reforzadas a exión e incluyendo el uso especial de
anclajes de FRP con la nalidad de desarrollar el comportamiento a tracción del FRP como refuerzo externo.
Los especímenes se sometieron a cargas cíclicas mediante un ensayo cuasi-estático. Los resultados indican
que estos elementos, reforzados con bandas y anclajes FRP, poseen una capacidad de resistencia superior a
la capacidad nominal a exión. Además, el comportamiento exhibido durante el ensayo de cada espécimen
estuvo bajo control y dentro de los parámetros de seguridad habituales.
DOI 10.15517/ri.v30i2.39806
Ingeniería 30 (2): 77-94, julio-diciembre, 2020. ISSN: 2215-2652. San José, Costa Rica
Palabras clave:
Refuerzo FRP, anclaje FRP, comportamiento experimental, vigas de concreto armado, carga cíclica,
comportamiento exural
Abstract
In Peru, there is a growing demand to improve, expand, or remodel existing infrastructure, which has
generally been designed with structural standards less demanding than the current ones. It is for this reason
that various techniques are used such as reinforcement using FRP (ber reinforced polymer) systems. Among
the predominant applications of this system is the reinforcement of bending of reinforced concrete elements
such as walls, slabs, and especially the beams. During the application of the FRP, various interferences or
constructive limitations could occur, which has led to the approach of practical and modern solutions such
as the use of FRP band systems, FRP plates and bars, NSM systems, and the use of anchors made of FRP.
These procedures are contemplated in the ACI’s guide 440.2R (ACI, 2017), used for the construction and
design of external reinforcement with FRP on reinforced concrete elements. The objective of this article is
to show the results of the laboratory experience from four reinforced concrete beams, considering that only
three of them were externally strengthened to bending, and they also included details with anchors made of
FRP in order to allow the tensile behavior of the external reinforcement FRP bands. The tested samples were
subjected to cyclic loads by a quasi-static test, and the results indicate that these elements strengthened with
FRP bands and anchors have a greater resistance capacity than the nominal exural capacity. Furthermore, the
behavior exhibited during the test of each specimen was under control and within the usual safety parameters.
Keywords:
FRP reinforcement, FRP anchorage, experimental behavior, reinforced concrete beams, cyclic loads, exural
behavior
Ingeniería 30 (2): 77-94, julio-diciembre, 2020. ISSN: 2215-2652. San José, Costa Rica DOI 10.15517/ri.v30i2.39806
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1. INTRODUCCIÓN
Las bandas de FRP están conformadas por lamentos de polímero tales como carbono (CFRP),
vidrio (GFRP) u otro material sintético. Posteriormente son apiladas (generalmente en una dirección),
en forma de banda (tela), platina o barra de sección rectangular o circular y luego son laminadas
mediante una resina para estabilizar y constituir este material compuesto. De igual manera, los
anclajes FRP son materiales compuestos que están conformados por lamentos sintéticos que
se disponen longitudinalmente formando una barra cilíndrica. Esta es curada con resina, ya sea
previamente a la instalación al interior de la perforación respectiva o una vez instalada al interior
de la perforación. El comportamiento de este sistema depende principalmente de muchas variables,
por ejemplo: el diámetro del anclaje, profundidad empotrada, la calidad del concreto, entre otras
(Kim & Smith, 2009).
Estos materiales tienen una variedad de ventajas constructivas en comparación a la tradicional
barra de acero de refuerzo. Entre las ventajas más signicativas se cuenta con su elevada resisten-
cia química, en especial al ion cloruro (Landesmann, Seruti & Batista, 2015; Noorunnisa et al.,
2010); adicional a ello, el FRP posee baja densidad y una alta resistencia a la tracción (Breña et
al., 2001), demostrando su factibilidad y eciencia en elevar las resistencias nales a exión y a
corte al reforzar vigas de concreto armado (Tan & Mathilovi, 1998; Bazan & Fernandez, 2019;
Mostonejad & Khozaei, 2015). Los resultados de 23 ensayos de exión en cuatro puntos en vigas
de concreto armado (CA) con refuerzo externo CFRP, sometidas a cargas monotónicas hasta la
falla, indican que un 70 % de las muestras exhiben una resistencia superior al valor nominal pre-
dicho por la guía ACI 440.2R (Bazan & Fernandez, 2019). Sin embargo, las vigas externamente
reforzadas con FRP exhiben un comportamiento más frágil y de considerable menor ductilidad en
comparación con aquellas vigas tradicionales de CA sin reforzar externamente (White, Soudki &
Erki, 1999; Mostonejad y Khozaei, 2015).
Figura 1. Modos de falla típicos para anclajes de FRP
Fuente: Kim y Smith (2009)
Actualmente, los anclajes de FRP son empleados como solución constructiva en diferentes
elementos estructurales tales como vigas de CA (Orton, Jirsa & Bayrak, 2008), losas de CA y muros
de albañilería (Binici, Ozcebe & Ozcelik, 2007). Kim y Smith (2010) identicaron experimentalmente
BAZÁN, SAMANIEGO Y FERNÁNDEZ: Uso de anclajes FRP en vigas de concreto armado reforzados...
80
los siguientes modos de falla de los anclajes FRP: falla de cono de concreto, falla por adherencia de
la resina, falla combinada por cono y adherencia, y falla por ruptura del anclaje FRP (Figura 1). En
este artículo se presentan los principales resultados obtenidos sobre la aplicación de anclajes para
empotrar las bandas de CFRP como refuerzo externo de una viga de CA. Las resistencias de los
anclajes utilizados en este trabajo se basan en los valores recomendados en el estudio estadístico
realizado por Kim y Smith (2010).
2. PROGRAMA EXPERIMENTAL
A continuación, se describen los aspectos generales realizados para la ejecución del programa
experimental (Samaniego, 2020).
2.1 Especímenes
Se fabricaron cuatro especímenes de vigas de CA con su respectivo bloque de anclaje, las cuales
fueron posteriormente reforzadas con bandas y anclajes de FRP de bra de carbono (CFRP). Todas
las barras de acero de refuerzo tienen calidad grado 60 (ASTM A615) con f
y
= 420MPa, el concreto
tiene una calidad f’
c
= 21MPa y el FRP corresponde a bra de carbono de la patente Tyfo SCH-
41. Las propiedades de los materiales suministradas por los fabricantes se muestran en la Tabla
1. La geometría de los especímenes y el refuerzo colocado se muestran en la Figura 2. Del mismo
modo, las características del acero de refuerzo, del refuerzo externo longitudinal (LR), transversal
(TR) y sus anclajes se muestran en la Tabla 2. Nótese que las vigas V-Control y VE-01 tienen la
misma cuantía de acero de refuerzo y dieren únicamente en el refuerzo externo con banda FRP,
del mismo modo para los especímenes VE-02 y VE-03.
2.2 Instrumentación y ensayo de laboratorio
Los especímenes de CA fueron sometidos a un ensayo cíclico cuasi-estático (carga, descarga y
carga en reversa) controlado por desplazamiento lateral según el protocolo I de ensayo del FEMA
461 (2007). El ensayo cíclico cuasi-estático se realizó en el Laboratorio de Estructuras Antisísmicas
de la Ponticia Universidad Católica del Perú. Este ensayo consistió en la aplicación de desplaza-
miento lateral incremental en veinte (20) ciclos, distribuidos a través de diez (10) fases de ampli-
tud. En cada fase de amplitud, se repitieron dos ciclos de carga (Figura 3) y se realizó en forma
incremental hasta llegar a la amplitud objetivo (
Δ
máx
).
En este trabajo se utilizaron los desplazamientos laterales (
Δ
) y las cargas laterales (P) que
fueron medidos por los sensores ubicados en el LDVT y la celda de carga, ubicados a una distan-
cia H de la base (Figura 4). Conforme a lo dispuesto, la viga ensayada se comportó a exión de
manera semejante a una viga en voladizo empotrada en su base y cuyo momento puede calcular
como el producto de la carga en el extremo libre y su altura (M= P
H). Notar que el valor de P
puede tomar valores positivos y negativos. Las Figuras 5 y 6 presentan, en una vista general del
ensayo, la disposición de los especímenes y los instrumentos como la celda de carga, los LDVTs,
la computadora y el Datalogger para adquisición de datos.
81
Tabla 1. Propiedades de los materiales empleados
ID
f’
c
(MPa)
f
y
(MPa)
FRP
E
f
(GPa)
fu
(%)
t
f
(mm)
V-Control 21 420 - - - -
VE-0X 21 420 Tyfo SCH-41 95.8 1.00 1.0
{-}
No hay valor
t
f
: Espesor de la banda de CFRP
E
f
: Módulo elástico del CFRP
fu
: Deformación última del CFRP
Figura 2. Detalles del refuerzo interno y externo de las vigas ensayadas
Fuente: Elaboración propia
BAZÁN, SAMANIEGO Y FERNÁNDEZ: Uso de anclajes FRP en vigas de concreto armado reforzados...
82
Tabla 2. Características del refuerzo interno y externo
ID ØA
(+)
ØB
(-)
n
f
(+)
n
f
(-)
LR
b
f
(mm)
Ø FRP
anchor
TR
W
f
@ S
f
V-Control 3Ø5/8” 3Ø5/8” - - - - 150@300 c/c
VE-01 3Ø5/8” 3Ø5/8” 1 1 200 Ø3/4” 150@300 c/c
VE-02 4Ø5/8”+1Ø1/2” 3Ø5/8” 3 3 200 Ø1” 150@300 c/c
VE-03 4Ø5/8”+1Ø1/2” 3Ø5/8” 1 1 200 Ø3/4” 150@300 c/c
{-}
No hay valor
n
f
: Número de capas de CFRP.
b
f
: Ancho del refuerzo longitudinal CFRP (LR).
W
f
: Ancho del refuerzo transversal CFRP (TR).
S
f
: Separación del refuerzo transversal de CFRP centro a centro (TR).
Figura 3. Protocolo de carga cíclica controlado por desplazamiento laterales
Adaptado de FEMA 461 (2007)
Figura 4. Instrumentación del ensayo de carga cíclica para el espécimen en voladizo
(Unidades en 296 metros). Fuente: Elaboración propia
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Figura 5. Vista general del ensayo en laboratorio de la PUCP
Fuente: Elaboración propia
Figura 6. Vista de los especímenes durante el ensayo cíclico en el laboratorio de la PUCP. Fuente: Elaboración propia
BAZÁN, SAMANIEGO Y FERNÁNDEZ: Uso de anclajes FRP en vigas de concreto armado reforzados...
84
3. RESISTENCIAS NOMINALES A FLEXIÓN
Para calcular los valores de resistencias nominales a exión de los especímenes, se utilizó el
código ACI 318-14 (ACI, 2014) así como la guía de diseño ACI 440.2R-17 (ACI, 2017). La Tabla
3 muestra los valores calculados para la resistencia a exión de la viga de CA y la resistencia a
exión de la viga de CA con refuerzo externo de bandas FRP de acuerdo con el código ACI 318
y la guía de diseño ACI 440.2R respectivamente. El superíndice (+) y (-) denota qué cara de la
viga se tracciona y comprime respectivamente al inicio de la aplicación de las cargas cíclicas. La
resistencia nominal de la viga de CA con refuerzo externo (M
nf
) se calculó de acuerdo con la Ec.
1, considerando el aporte del acero de refuerzo (M
s
) y el aporte del FRP (M
f
):
Mientras que la Ec. 2 se utilizó para calcular la resistencia nominal reducida de la viga de CA
con refuerzo externo (
M
nf
), que incluye los factores de reducción que varía de 0.65 a 0.90
según la deformación que experimente el acero de refuerzo, y
= 0.85, el cual se aplica al FRP.
El anclaje FRP fue diseñado mediante tres criterios de falla: por cono, por adherencia y por
ruptura utilizando las ecuaciones propuestas por Kim y Smith (2010). Las principales variables
utilizadas fueron: la profundidad de empotramiento del ancla (h
ef
), la resistencia a la compresión
del concreto (f’
c
), el diámetro de la perforación (d
0
) y el esfuerzo de ruptura de las bandas FRP (f
fu
).
Donde, N
cc
es el valor nominal de la falla del anclaje por cono de concreto (Ec. 4), N
cb
es el valor
nominal de una falla por adherencia combinada con falla por cono (Ec. 5), N
ar
es la falla por rup-
tura del anclaje FRP (Ec. 6) y k es un coeciente que varía de 4.62 a 9.07, si f’
c
es menor o mayor
a 20 MPa respectivamente (Kim & Smith, 2010). Para los anclajes respectivos a los especímenes
ensayados, se consideró que la capacidad del anclaje FRP, calculada mediante la Ec. 3, debe ser
lo sucientemente resistente para soportar la exigencia que demande a tracción la banda FRP de
refuerzo externo (
N
m
> T
f
). Estos cálculos nominales también se muestran en la Tabla 3.
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Tabla 3. Resistencias nominales y reducidas de las vigas estudiadas
ID
M
n
(kN-m)
M
nf
(kN-m)
M
nf
(kN-m)
T
f
(kN)
N
m
(kN)
V-Control
(+)
69.36 - - - - -
VE-01
(+)
69.36 117.52 0.89 99.18 92.21 120.66
VE-02
(+)
102.02 176.19 0.70 116.25 159.90 169.71
VE-03
(+)
102.02 144.89 0.87 120.76 92.21 120.66
V-Control
(-)
69.36 - - - - -
VE-01
(-)
69.36 117.52 0.89 99.18 92.21 120.66
VE-02
(-)
69.36 117.52 0.71 94.27 159.90 169.71
VE-03
(-)
69.36 117.52 0.89 99.18 92.21 120.66
{-} No hay valor
: Factor de reducción, controlado por deformación del acero de refuerzo.
M
n
: Resistencia a la flexión nominal reducida en viga sin refuerzo externo (ACI 318).
M
nf
: Resistencia a la flexión nominal en viga con refuerzo externo.
M
nf
: Resistencia a la flexión nominal reducida con refuerzo externo (ACI 440.2R).
T
f
: Capacidad nominal de la banda a la tracción a ser soportado por el anclaje.
N
m
: Capacidad en la falla del anclaje FRP por cono, adherencia y ruptura (Kim y Smith, 2010).
4. RESPUESTAS EXPERIMENTALES
4.1 Gráficos P-
Δ
Las Figuras 7 a 10 muestran las grácas de carga versus desplazamiento lateral (P-
Δ
) registra-
dos durante el ensayo. Al comparar V-C y VE-01 (Figs. 7 y 8), se aprecia que la rigidez y la resis-
tencia de la viga se incrementa de forma considerable al ser reforzada con una sola capa de FRP.
Del mismo modo, al comparar VE-02 y VE-03 (Figuras 9 y 10) se aprecia que la fluencia ocurre
para una carga similar actuante en ambas vigas, pero con un apreciable desplazamiento lateral mayor
en la viga VE-02. Otra observación es que las vigas, cuyo refuerzo es simétrico en ambas caras,
V-Control y VE-01, no exhiben una respuesta simétrica. La zona que inicialmente es comprimida
(-)
presenta mayores valores resistentes respecto a su contraparte
(+)
.
BAZÁN, SAMANIEGO Y FERNÁNDEZ: Uso de anclajes FRP en vigas de concreto armado reforzados...
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Figura 7. Respuesta de la viga VC sometida a cargas cíclicas
Fuente: Elaboración propia
Figura 8. Respuesta de la viga VC sometida a cargas cíclicas
Fuente: Elaboración propia
4.2 Comportamiento experimental
La viga de control tuvo un comportamiento histerético típico marcado por el deterioro gradual
de la rigidez con el incremento de los ciclos de carga, mientras que los lazos de histéresis presentan
una forma relativamente angosta, y nalmente la resistencia durante la etapa inelástica se mantiene
sin degradación a pesar de las repeticiones de carga (Figura 7). Por otro lado, las vigas de CA con
refuerzo externo CFRP, donde se resalta el hecho que la banda externa CFRP está empotrada en su
extremo mediante un anclaje del mismo material, tienen un comportamiento similar al espécimen
de concreto armado. Estas vigas reforzadas externamente (VE-01, VE-02 y VE-03) presentan una
degradación más gradual de la rigidez respecto a la viga de control VC, además de exhibir lazos
de histéresis más angostos que los del espécimen de control. Respecto a la resistencia, solo la
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viga VE-01 presenta una aparente degradación de la resistencia mientras que el resto de las vigas
reforzadas presentan una resistencia más estable en la región inelástica (Figuras 8 a 10).
Figura 9. Respuesta de viga VE-02 sometida a cargas cíclicas
Fuente: Elaboración propia
Figura 10. Respuesta de viga VE-03 sometida a cargas cíclicas
Fuente: Elaboración propia
5. DISCUSION DE LOS RESULTADOS
Se procedió a trazar la curva envolvente o primaria de cada uno de los grácos P-
Δ
discutidos
en el apartado anterior. A partir de esta curva envolvente, se idealizó una curva trilineal que simula
el comportamiento de la viga en cada una de las etapas de preagrietamiento, agrietamiento y fluen-
cia de acero. Para ello, se empleó una técnica de compensación de áreas con el n de ubicar apro-
ximadamente los puntos correspondientes a la carga de agrietamiento P
cr
, la carga de fluencia P
y
y
la carga máxima del ensayo P
máx
, así como también los valores de sus respectivos desplazamientos
laterales
Δ
cr
,
Δ
y
y
Δ
máx
. Estas envolventes se muestran en las Figuras 11 a 14.
BAZÁN, SAMANIEGO Y FERNÁNDEZ: Uso de anclajes FRP en vigas de concreto armado reforzados...
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Figura 11. Curva envolvente y curva idealizada Tri-lineal de la viga VC
Fuente: Elaboración propia
Figura 12. Curva envolvente y curva idealizada Tri-lineal de la viga VE-01
Fuente: Elaboración propia
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Figura 13. Curva envolvente y curva idealizada Tri-lineal de la viga VE-02
Fuente: Elaboración propia
Figura 14. Curva envolvente y curva idealizada Tri-lineal de la viga VE-03
Fuente: Elaboración propia
BAZÁN, SAMANIEGO Y FERNÁNDEZ: Uso de anclajes FRP en vigas de concreto armado reforzados...
90
5.1. Resistencias flexurales
La Tabla 4 presenta los valores registrados para la carga lateral durante la fluencia (P
y
) y la carga
lateral máxima del ensayo (P
máx
). Cabe mencionar que, por precaución y cuidado de los equipos e
instrumentos de laboratorio, los ensayos fueron detenidos antes de alcanzar la falla, con lo cual los
valores de carga máxima (P
máx
) aquí indicados no representan necesariamente los valores últimos
de falla esperados. La Tabla 4 presenta también la comparación del valor de uencia experimental
y el valor de resistencia nominal a exión sin refuerzo externo y la comparación del valor máximo
registrado en el ensayo y el valor de resistencia nominal a flexión de la viga con refuerzo externo.
Las Figuras 15 y 16 muestran que en aquellas vigas con el mismo reforzamiento interno y
externo, VE-01
(+)
, VE-01
(-)
, VE-02
(-)
y VE-03
(-)
, la fluencia ocurre para valores de M
y
de 10 % a 20
% mayores que los correspondientes valores de M
y
registrados en el espécimen de control. En la
Figura 15 también se observa que los resultados de las vigas con diferente refuerzo externo CFRP
e igual refuerzo interno (VE-02
(+)
y VE-03
(+)
), la uencia ocurre en valores similares de M
y
; sin
embargo, los valores de desplazamiento lateral durante la fluencia
Δ
y
son moderadamente diferentes.
Tabla 4. Comparación de las resistencias nominales teóricas y experimentales
ID
P
y
(kN)
P
máx
(kN)
M
y
(kN-m)
M
máx
(kN-m)
M
y
/ M
n
M
máx
/ M
nf
V-Control(+) 40.7 47.4 81.4 94.8 1.17 -
VE-01(+) 43.3 48.3 86.6 96.6 1.25 0.97
VE-02 (+) 55.5 63.2 111.0 126.4 1.09 1.09
VE-03 (+) 58.9 64.5 117.8 129.0 1.15 1.07
V-Control(-) 43.4 52.6 86.8 105.2 1.25 -
VE-01(-) 45.7 51.0 91.4 102.0 1.32 1.03
VE-02 (-) 44.2 51.9 88.4 103.8 1.27 1.10
VE-03 (-) 48.1 53.6 96.2 107.2 1.39 1.08
{-} No hay valor
P
y
: Carga lateral en la fluencia registrada en el ensayo.
P
máx
: Carga lateral máxima registrada en el ensayo.
M
y
: Momento flector en la fluencia registrado en el ensayo.
M
máx
: Momento flector máximo registrado en el ensayo.
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Figura 15. Comparación de resultados entre vigas reforzadas con CFRP y la viga de control
Fuente: Elaboración propia
Figura 16. Comparación de los valores resistentes experimentales durante la fluencia entre las vigas
reforzadas con CFRP y la viga de control. Fuente: Elaboración propia
BAZÁN, SAMANIEGO Y FERNÁNDEZ: Uso de anclajes FRP en vigas de concreto armado reforzados...
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Tabla 5. Desplazamientos laterales experimentales y ductilidad de desplazamiento lateral parcial
ID
Δ
y
(mm)
Δ
máx
(mm) μ’
Δ
V-Control
(+)
19.5 71.9 3.69
VE-01
(+)
17.2 50.0 2.91
VE-02
(+)
31.7 60.6 1.91
VE-03
(+)
29.5 60.2 2.04
V-Control
(-)
24.8 72.2 2.91
VE-01
(-)
20.0 50.1 2.51
VE-02
(-)
21.1 60.4 2.86
VE-03
(-)
22.8 60.3 2.64
Δ
y
: Deflexión lateral durante la fluencia
Δ
máx
: Deflexión lateral máxima registrada en el ensayo.
μ’
Δ
: Ductilidad de desplazamiento lateral parcial.
5.2. Desplazamientos laterales
La Tabla 5 muestra los valores de desplazamiento lateral (
Δ
), registrado a una altura H de la
base. También se muestra el cálculo de la ductilidad de desplazamiento lateral parcial, el cual se
obtiene como el cociente de la deexión lateral máxima y la deexión lateral durante la fluencia.
Se aprecia que, pese a la simetría de refuerzo de acero y FRP, las vigas V-Control y VE-01 exhi-
ben diferentes ductilidades, siendo el lado donde inicia la tracción
(+)
el que exhibe mayor valor
de ductilidad parcial. Al evaluar los valores de desplazamiento lateral durante la fluencia
Δ
y
, no
se observa una clara tendencia en los valores registrados para los especímenes reforzados y el
espécimen de control. Sin embargo, para secciones de viga de CA con el mismo refuerzo interno
y externo (VE-01
(+)
, VE-01
(-)
y VE-03
(-)
), los valores de desplazamiento lateral (cuando la uen-
cia es alcanzada) son mayores en el lado donde se inicia la compresión, es decir
Δ
y
(-)
>
Δ
y
(+)
para
vigas con el mismo reforzamiento, cumpliéndose la siguiente relación de ductilidad parcial: μ’
Δ
(-)
< μ’
Δ
(+)
.
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El presente estudio centró la discusión de los resultados obtenidos del ensayo experimental de
cuatro especímenes de CA: uno de ellos sin refuerzo externo y los otros tres con refuerzo externo
CFRP. El refuerzo fue calculado utilizando la guía de diseño ACI 440.2R y cuyos anclajes de CFRP
Ingeniería 30 (2): 77-94, julio-diciembre, 2020. ISSN: 2215-2652. San José, Costa Rica DOI 10.15517/ri.v30i2.39806
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se diseñaron a partir de los valores recomendados en el estudio estadístico de Kim y Smith (2010).
De este modo se desprenden las siguientes conclusiones:
a) Los especímenes de CA reforzados y ensayados lograron desarrollar la capacidad nominal
a exión según la guía ACI 440.2R (ACI, 2017).
b) Las bandas externas de CFRP colocadas en los especímenes de CA reforzados desarro-
llaron apropiadamente su aporte a la resistencia exural teórica, incluso bajo condiciones
cíclicas y con uno de sus extremos anclados en el concreto mediante anclajes CFRP.
c) Los especímenes de CA, externamente reforzadas con CFRP empotrada a la base con
anclajes CFRP, exhibieron lazos de histéresis similares al del espécimen de control bajo
condiciones de ensayo cíclico cuasi-estático (Item 4.2).
d) No se produjo la falla del sistema ni en la banda CFRP ni en el anclaje CFRP para la
amplitud objetivo seleccionada, obteniéndose los valores de capacidad nominal a flexión
del espécimen.
e) El valor experimental de la resistencia a la uencia de las vigas de CA reforzadas con
CFRP se incrementó entre 10 – 20 % respecto a la viga de CA de control para las vigas
con el mismo acero de refuerzo.
f) El valor de la carga resistente durante la uencia fue similar para las vigas con igual cuan-
tía de refuerzo interno, independiente del número de capas de refuerzo CFRP externo.
Además, no se observó una tendencia en el valor de desplazamiento lateral durante la
fluencia entre los especímenes reforzados con CFRP y los especímenes de control.
Finalmente, se recomienda considerar mayores valores de desplazamiento lateral total para
ensayos de carga cíclica en especímenes similares con el objeto de inducir fallas en el sistema resis-
tente a exión y obtener los valores últimos de resistencia y desplazamiento lateral que permitan
evaluar la resistencia última y la ductilidad global. Finalmente, se recomienda realizar un mayor
número de ensayos experimentales con la nalidad de vericar el comportamiento favorable de las
bandas de CFRP empotradas con anclajes del mismo material y sometidas a solicitaciones cíclicas
(carga y descarga). Tales estudios se podrían enfocar en parámetros como los modos de falla, la
longitud y el diámetro del empotramiento del anclaje CFRP, entre otros.
AGRADECIMIENTOS
Los autores desean expresar su profundo agradecimiento a la Dirección del Programa de Maes-
tría en Ingeniería Civil de la Escuela de Posgrado y a la Sección de Ingeniería Civil de la Ponticia
Universidad Católica del Perú (PUCP). Así como también a la empresa Top Consult Ingeniería SAC
por su patrocinio en la donación de las bras de carbono que fueron utilizadas en la investigación.
BAZÁN, SAMANIEGO Y FERNÁNDEZ: Uso de anclajes FRP en vigas de concreto armado reforzados...
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