Investigadores del Laboratorio de Ingeniería Estructural, Departamento de Arquitectura e Ingeniería Civil, La Universidad de Tecnología de Toyohashi ha desarrollado un nuevo concepto para fortalecer el acero en estructuras críticas de edificios utilizando laminados de plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) sin adherencia para mejorar el rendimiento de pandeo de los elementos de acero estructural. Este método no requiere tratamiento de la superficie del acero antes de la aplicación de CFRP porque el CFRP no está adherido a la superficie, lo que contribuye a la resistencia estructural a través de su rigidez a la flexión. Los resultados de la investigación se publicaron en Materiales de construcción y edificación a principios de 2020.

Tras su éxito en el refuerzo del hormigón en el campo de la ingeniería civil, El CFRP se ha desarrollado ahora como un medio para fortalecer los miembros de acero en lugar de utilizar placas de acero convencionales. Se prefiere el CFRP porque ofrece varias ventajas, como peso ligero, alta relación resistencia-peso, y excelentes resistencias a la fatiga y la corrosión. Hasta la fecha, sin embargo, La investigación y el desarrollo sobre el refuerzo del acero con CFRP se ha centrado principalmente en las técnicas de unión que implican que el CFRP se adhiera a las superficies de acero con un adhesivo. El refuerzo adherido presenta desventajas ya que se requieren tratamientos superficiales complejos y que requieren mucho tiempo antes de la instalación de CFRP. Es más, el rendimiento de la fuerza de unión entre el acero y el CFRP, que es el aspecto clave de esta técnica de fortalecimiento, también puede disminuir significativamente debido a la exposición ambiental a lo largo de la vida útil. Reemplazar este enfoque con otra nueva técnica de CFRP adherido no es una solución particularmente apropiada porque es poco probable que sea rentable.

El equipo de investigación desarrolló su método para fortalecer el acero utilizando CFRP, por lo que no lo adhirieron a la superficie de acero. Se ha demostrado que este método retrasa el pandeo y aumenta la capacidad de compresión de las barras de acero, donde la ganancia de capacidad se ve afectada por el número de capas de fibra de carbono utilizadas.

"Como alternativa al método de refuerzo del acero que utiliza CFRP que se adhiere a la superficie del acero, Desarrollamos este método CFRP no adherido, "explicó el autor principal, Fengky Satria Yoresta. "Las principales ventajas de este método son que su implementación es más fácil y requiere menos tiempo, especialmente cuando se aplica a los elementos existentes de estructuras de edificios. No se necesitan más tratamientos de superficie de acero problemáticos, como el chorro de arena, granallado, o molienda a mano, y esto conduce a importantes ahorros de costos, " él dijo.

Profesor asociado Yukihiro Matsumoto, el líder del equipo de investigación, adicional, "Casi todos los estudios anteriores utilizaron juntas adheridas con adhesivo para fortalecer los miembros de acero con CFRP. Este método es bastante complejo porque se requieren tratamientos adecuados de la superficie del acero antes de la aplicación del CFRP para obtener una unión aceptable entre el CFRP y la superficie del acero. La superficie las condiciones del tratamiento también afectan la fuerza de la unión ".

"Es más, no podemos estimar perfectamente los efectos de la exposición ambiental durante la vida útil sobre el rendimiento de la unión entre el CFRP y el acero. Como tal, buscamos mejorar los métodos convencionales mediante el desarrollo de nuestro propio método de refuerzo sin adherencias ".

"El método de refuerzo no adherido es útil, fácil de aplicar, y manejable, ", dijo." Sin embargo, nuestro método no transfiere el estrés sin problemas, por lo que era necesario establecer un modelo mecánico apropiado. Como consecuencia, realizamos simulaciones mecánicas y experimentos para demostrar esto, "añadió.

Los hallazgos de su trabajo hacen que los miembros del equipo de investigación crean que el método CFRP sin adherencia se puede aplicar no solo en la ingeniería civil, sino también a otros campos como el aeroespacial, automotor, e industrias marinas. Se espera que este nuevo y prometedor método se adopte para producir rápidamente productos de alta calidad.