El comportamiento adherente de las barras de CFRP frente a diferentes temperaturas depende principalmente de la matriz polimérica de la barra, tanto de su espesor como de su temperatura de transición vítrea. Las altas temperaturas, superiores a 100ºC, disminuyen considerablemente la tensión adherente de las barras de CFRP (Honma et al., 1989). Esta disminución se debe a la perdida de rigidez de la matriz polimérica de la barra. En la Tabla 2.29 se muestra la tensión adherente a temperatura final respecto a temperatura de 20 ºC, esta disminuye su tensión adherente inicial de 20 a 90 % cuando se incrementa su temperatura de 100 a 250 ºC (Blontrock, (1999).
Temperatura, en ºC.
Tensión adherente en función de la tensión adherente a 20ºC. (%)
100 35-80 150 20-40 220 10-20
En cuanto a la influencia de altas temperaturas, mayores a 100ºC, sobre la adherencia en diferentes tipologías de barras de FRP (Fig. 2.81): barras de FRP corrugadas “CB”, barras de FRP con hélice adherida y arenadas “CPH”, barras de FRP endentadas por hélice adherida “CPI”, barras de FRP endentadas por hélice adherida y arenadas “NG”, y barras de acero corrugadas “ST”. La temperatura de transición vítrea de cada tipología de barra de FRP es de 124,
Tabla 2.29. Adherencia entre las barras de FRP y el hormigón a elevadas temperaturas. Los
valores de la tabla dan los mayores y menores resultados de adherencia. Blontrock, 1999.
122, 95 y 60ºC, respectivamente. Se observa en el estudio de Katz et al., (1999) que la tensión adherente máxima obtenida en condiciones estándar de laboratorio, a 20ºC, es de 13,2 MPa en barras de FRP corrugadas, 12,2 MPa en barras de FRP con hélice adherida y arenadas, 10,9 MPa en barras de FRP endentadas mediante hélice adherida, 4,0 MPa en barras de FRP endentadas mediante hélice adherida y arenadas y 11,2 MPa en barras de acero corrugadas. Sin embargo, a una temperatura de 200 ºC las barras de acero corrugadas presentan una disminución menor de la tensión adherente, del orden del 40%, frente a las barras de FRP que disminuyen más del 80% (Fig. 2.82 y Tabla 2.30).
Tipo de barra
Tensión adherente, en MPa. Perdida de
adherencia a 200ºC, en %. A temperatura de laboratorio. Tensión adherente a 130ºC Tensión adherente a 200ºC. CB 13,2 6,7 1,1 91,7 CPH 12,2 5,0 1,7 86,1 CPI 10,9 6,7 1,6 85,3 NG 4,1 0,8 0,8 80,5 ST 11,2 8,1 6,9 38,4
Por el contrario, a un rango de temperaturas inferiores a 100ºC el comportamiento adherente varía en gran medida dependiendo de las propiedades físicas y mecánicas de la matriz polimérica y de la tipología de barra de CFRP. Davalos et al., (2008), observaron una disminución del 4 al 9% de la tensión adherente en barras de CFRP texturizadas tras ser sometidas a diferentes condiciones ambientales (a un rango de temperaturas del orden de -20ºC a +60ºC); tales como, 90 días inmersas en un tanque de agua a 20ºC (condición “W”), 90 días inmersas en un tanque de agua a 60ºC (condición “T”), y 30 días sometidas a ciclos de 1 día, en el cual se varía la temperatura de 60ºC a -20ºC (condición “E”). Los valores obtenidos de la tensión adherente respecto a la tensión adherente en condiciones de control a +20ºC (tensión adherente de 22,26 MPa) son del 92,9% (tensión adherente de 20,68 MPa) para la condición ambiental “W”, del 90,1% (tensión adherente de 20,04 MPa) para la condición tipo “T” y por último del 95,6% (tensión adherente de 21,27 MPa) para la condición ambiental tipo “E”. En la Fig. 2.83 se muestra el comportamiento adherente de este tipo de barras de CFRP en cada condición ambiental.
Fig. 2.83. Comportamiento adherente de las barras de CFRP texturizadas ante diferentes Tabla 2.30. Valor de la tensión adherente en barras de FRP y acero a 20ºC y 200ºC. Katz et al.,
En el mismo sentido, Alvarez et al., (2005), observaron una disminución de la tensión adherente (respecto de la tensión adherente obtenida a la temperatura de control de 20ºC) a 40, 60 y 80 ºC del 2, 19 y 32% (Tabla 2.31). Estos resultados difieren de los obtenidos por Davalos et al., presentando una reducción menor de la tensión adherente a temperaturas iguales o inferiores a 40ºC y por el contrario una mayor reducción a temperaturas superiores a 40ºC. Esta discordancia puede deberse a las diferentes propiedades de la matriz polimérica. Cabe destacar que la tensión adherente a una temperatura de 80ºC es mayor a 11,3 MPa, lo que supone que es eficiente estructuralmente a dicha temperatura.
Tipo de barra Temperatura, en ºC. Tensión adherente, en MPa.
CFRP arenada -20 16,6 +20 16,5 +40 16,2 +60 13,3 +80 11,3
En contraposición de la reducción de la tensión adherente a temperaturas superiores 40ºC, a temperaturas inferiores a 0ºC la tensión adherente de las barras de CFRP se incrementa levemente. Alvarez et al., (2005), observaron que a una temperatura de -20ºC se incrementa la tensión adherente de las barras de CFRP arenadas (9,5 mm de diámetro y Tg del orden de 120ºC) alrededor del 1%
respecto a la tensión adherente obtenida a una temperatura de +20ºC (Tabla 2.31).
Respecto al modo de rotura por adherencia, las barras de acero corrugadas durante todo el rango de temperaturas de 0-400ºC muestran una rotura de adherencia por pullout (aplastamiento del hormigón, situado enfrente de las corrugas), mientras que las barras de FRP muestran un comportamiento similar hasta alcanzar la temperatura de transición vítrea (alrededor de 130ºC) y,
Tabla 2.31. Influencia de la temperatura en la tensión adherente de las barras de CFRP arenadas.
una vez superada esta temperatura, la rotura de adherencia se produce en la superficie de la barra de FRP y, por este motivo el hormigón circundante a la barra tras el ensayo de pullout presentará restos de la matriz polimérica. Lo cual, indica que el efecto producido por la disminución de la resistencia del hormigón, a temperaturas alrededor de 30-330ºC, no influye en la disminución de la tensión adherente de las barras de FRP, en cambio, esta sí que afecta las barras de acero (Katz et al., 1999). En cambio, a un rango de temperaturas de 20 a 80ºC el comportamiento adherente tras la rotura no varía. Este está formado por una disminución gradual de la tensión adherente al mismo tiempo que se producen grandes deslizamientos (Fig. 2.84) (Alvarez et al., (2005).
Las barras de FRP con algún tipo de recubrimiento superficial muestran una mayor tensión adherente residual. Katz et al., (1999, 2000), observó que las barras de FRP arenadas o con hélice adherida (CPH, CPI), muestran a 200ºC una mayor tensión adherente residual, debido a las propiedades térmicamente no conductoras de esos compuestos inorgánicos (Tabla 2.30). Por lo tanto, la tensión adherente frente a altas temperaturas depende de la resina polimérica de la capa superficial de la barra, tanto de su espesor como de su temperatura de transición vítrea, y del recubrimiento superficial de esta.
Fig. 2.84. Comportamiento adherente de las barras de CFRP arenadas a diferentes temperaturas.
La rigidez de la tensión adherente (pendiente ascendente inicial de la gráfica de tensión adherente/deslizamiento) de las barras de FRP disminuye al a temperaturas superiores a 130 ºC de un modo más acusado que en las barras de acero (Fig. 2.85). Esto es debido a la degradación de la matriz polimérica superficial, lo cual, produce un cambio del mecanismo de adherencia, que pasa de acuñamiento mecánico a un mecanismo más friccional (Katz et al., 1999). Sin embargo, Alvarez et al., (2005) observó que a un rango de temperaturas inferiores, del orden de 20-80ºC la rigidez adherente no varía (Fig. 2.84).
Fig. 2.85. Comportamiento de adherencia de las barras de FRP y acero en función de la