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PROYECTO FUNDATORES
Uso de fibras estructurales y barras de FRP para estructuras de fundación de equipamientos eléctrico
Algunos reactores generan campos magnéticos que inducen campos eléctricos, los cuales aumentan la temperatura del hormigón armado tradicional, debilitándolo. Este proyecto tiene como objetivo calcular y brindar recomendaciones constructivas a UTE para la fundación de reactores utilizando fibras plásticas y/o barras de vidrio. Para ello, se realizó un estudio teórico-práctico que propone distintas soluciones.
Proyecto ANII: FDU_S_2022_1_173162
Informe Final del Proyecto
Uso de fibras estructurales y barras de FRP para estructuras de fundación de equipamientos eléctricos.
El documento técnico del proyecto incluye los siguientes informes:
- Informe General,
- Memoria de cálculo de Plateas de fundación,
- Memoria de cálculo losetas para ensayar,
- informe de hormigonado,
- Ensayos y análisis de resultados,
- Caracterización de los materiales,
- Artículo de difusión,
- Guía de diseño,
- Control y ejecución, y
- Memoria de cálculo de pilares.
El informe está disponible en el siguiente enlace:
Características generales del proyecto
Los reactores de núcleo de aire se utilizan tanto en la distribución y transmisión de voltaje en una amplia gama de aplicaciones. Particularmente, el reactor ejemplo para el que se calcularon las funciones de este proyecto tiene como objetivo limitar la corriente de cortocircuito en subestaciones eléctricas. Estos reactores generan un campo magnético que puede inducir corrientes parásitas en elementos metálicos cercanos. En fundaciones de hormigón armado tradicional, esto provoca corrientes en el acero de refuerzo, aumentando su temperatura y afectando la durabilidad de las estructuras.
Se proponen soluciones con Hormigón Reforzado con macro fibras plásticas (HRF) y barras de Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP).
- Macro-fibras estructurales (sintéticas o de acero): Mejoran propiedades del hormigón, como la resistencia al corte, la fatiga a la flexión y la resistencia al impacto. Una vez formada una fisura, aportan una resistencia residual, permitiendo transmitir los esfuerzos de la matriz y reemplazando por completo las armaduras convencionales.
- Barras de GFRP: Son fibras de vidrio envueltas en una matriz epoxi, que logran alcanzar altas resistencias. No obstante, tienen un módulo de elasticidad menor que el acero y presentan un comportamiento frágil. Estas características requieren diferencias en el cálculo del hormigón reforzado con barras de FRP, con normas y guías establecidas para su uso.
Fibras plásticas (figura superior) y barras GFRP (figura inferior).
Metodología de trabajo
Se creó un modelo de cálculo en un software de elementos finitos basado en la estructura en estudio y las cargas proporcionadas por el fabricante. De este modelo, se extrajeron las solicitaciones de diseño para dimensionar las plateas de fundación. Se diseñaron cuatro alternativas:
- Una reforzada únicamente con hormigón reforzado con fibras (HRF).
- Una reforzada únicamente con doble malla (superior e inferior) de barras de Glass FiberReinforced Polymer (FRP).
- Una con una malla de FRP centrada en el canto y HRF (H+F).
- Una de control con refuerzo de acero.
Luego de diseñadas tales plateas de fundación, se extrapoló el diseño para losetas de menor tamaño, ensayables en laboratorio. La cuantía de las losetas se definió para igualar la de las plateas, y considerando resistencias medias, sin factores de seguridad sobre los materiales se halló el momento último esperado para tales losetas.
Las losetas se sometieron a un ensayo a flexión a cuatro puntos, como se muestra en la Figura 1 y el Video 1.
Losetas pre hormigonado.
Figura 1.
Video 1.
El ensayo se realizó con control de desplazamiento, medido mediante dos LVDTs (marcados en la Figura adyacente) ubicados en el centro de la luz de la loseta y en la cara superior de esta. Se promediaron los valores de ambos.
Resultados
En las Figuras se presentan las curvas de MomentoPrensa versus Desplazamiento para cada loseta ensayada. La Figura 2 muestra el diagrama completo, mientras que la Figura 3 detalla los desplazamientos entre 0 y 20 mm.
Se observa que para todos los materiales la curva tiene la forma esperada:
- Acero: Presenta un comportamiento lineal con un cambio de pendiente en la fisuración, seguido de un comportamiento plástico hasta la rotura.
- FRP y H+F: Tienen una pendiente menor en comparación con el tramo elástico del acero, debido a la diferencia en los módulos de elasticidad de estos materiales. Además, no alcanzan una zona de plastificación, y ambas losetas rompieron por las barras de FRP. La loseta de FRP tiene un momento último mayor que la de H+F, reflejando la diferencia de canto útil entre ellas.
- HRF: Muestra un comportamiento de "softening," donde la resistencia disminuye después de la fisuración.
En términos de resistencias últimas, el FRP muestra la mayor resistencia, seguido por el acero y luego H+F. Aunque el FRP no es dúctil, las deformaciones cercanas a la rotura son significativas, similares a las del acero antes de romperse.
Figura 2 (superior) y Figura 3 (inferior).
Agradecimientos
