Influencia de las fibras de carbono utilizadas como reforzamiento a flexión de vigas de concreto armado f’c 210 y 280 kg/cm2

Abstract

La presente investigación tuvo como objetivo general analizar la influencia de las fibras de carbono utilizadas como reforzamiento a flexión de vigas de concreto armado con resistencias f’c de 210 y 280 kg/cm². Se aplicó una metodología de enfoque cuantitativo, de tipo aplicada y nivel explicativo, con diseño experimental. La muestra incluyó 6 vigas reales (3 por cada resistencia) 36 vigas a escala reducida y 18 probetas cilíndricas para evaluar la resistencia a compresión. Las vigas fueron divididas en tres configuraciones: muestra patrón, reforzada con una capa de fibra de carbono y reforzada con dos capas. Se elaboraron dosificaciones según el método ACI 211.1 y se verificaron mediante ensayos a compresión conforme a la NTP 339.183. El ensayo a flexión se ejecutó conforme a la NTP 339.079. Los resultados mostraron que, a los 28 días, las mezclas superaron las resistencias proyectadas (f’c 217.0 kg/cm² y 292.1 kg/cm², respectivamente). En vigas a escala reducida con f’c 210 kg/cm², la resistencia a flexión se incrementó en un 42.09 % y 99.1 % para 1 y 2 capas de CFRP respectivamente; y en vigas a escala real fue de 12.22% y 22.5% para 1 y 2 capas de CFRP respectivamente. Para el concreto de f’c 280 kg/cm², los incrementos fueron de 61.13 % y 151.96 % para 1 y 2 capas de CFRP; y en vigas a escala real fue de 13.8% y 32.6% para 1 y 2 capas de CFRP respectivamente; estos cálculos comparativos de variación se efectuaron en relación a la muestra patrón. Se concluye que el reforzamiento con CFRP mejora significativamente la capacidad flexional y la rigidez estructural de las vigas de concreto armado, siendo más eficaz con dos capas. Esta técnica representa una alternativa eficiente y viable para mejorar estructuras existentes en contextos sísmicos

The present research aimed to analyze the influence of carbon fibers used as flexural reinforcement in reinforced concrete beams with compressive strengths (f’c) of 210 and 280 kg/cm². A quantitative approach was applied, corresponding to applied research at an explanatory level, using an experimental design. The sample included six full-scale beams (three for each strength), thirty-six scaled-down beams, and eighteen cylindrical specimens to evaluate compressive strength. The beams were divided into three configurations: control sample, reinforced with one layer of carbon fiber, and reinforced with two layers. The concrete mix designs were prepared according to the ACI 211.1 method and validated through compressive strength tests in accordance with NTP 339.183. The flexural tests were conducted based on the NTP 339.079 standard. The results showed that at 28 days, the concrete mixes exceeded the projected strengths (f’c 217.0 kg/cm² and 292.1 kg/cm², respectively). For scaled-down beams with f’c 210 kg/cm², flexural strength increased by 42.09% and 99.1% for one and two layers of CFRP, respectively; while for full-scale beams, the increase was 12.22% and 22.5%, respectively. For concrete with f’c 280 kg/cm², the increases were 62.08% and 151.96% for one and two CFRP layersin scaleddown beams, and 13.8% and 32.6% in full-scale beams, respectively. These comparative variation calculations were made relative to the control samples. It is concluded that CFRP reinforcement significantly enhances the flexural capacity and structural stiffness of reinforced concrete beams, being more effective when applied in two layers. This technique represents an efficient and viable alternative for strengthening existing structures, particularly in seismic contexts.