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Title: Evaluación de la sustitución de fibras sintéticas por fibras vegetales en vigas huecas sometidas a cargas de cubierta
Authors: Chavarría Gutiérrez, Daniel Alejandro
Adviser: Mercado Navarro, Fredy Andrés
Keywords : Fibras vegetales
Materiales compuestos
Resina de poliéster
Vigas
Método de Elementos Finitos
Vegetable fibers
Composite materials
Polyester resin
Beams
Finite Element Method
Issue Date: 2016
Publisher: Universidad EIA
Abstract: De acuerdo con las tendencias actuales en el diseño y construcción de estructuras, se investigan nuevos materiales con propósitos nuevos o iguales, como lo son los materiales compuestos poliméricos reforzados con fibras vegetales. Estos materiales poseen buenas propiedades específicas, es decir son materiales livianos pero al mismo tiempo son materiales resistentes, además los tejidos de refuerzo de fibras vegetales poseen ventajas adicionales como alta disponibilidad, y bajo costo frente a las fibras sintéticas como la de carbono. Desafortunadamente en Colombia, debido al desconocimiento en las propiedades y técnicas de diseño con materiales no se han concebido grandes avances en su uso como base para elementos estructurales usados en el campo de la ingeniería civil. Este trabajo de grado se enfocó en un elemento tipo correa, el cual es un componente y revestimientos de la estructura (no pertenece al sistema principal resistente a fuerzas de viento), de una nave o edificación industrial típica ubicada en el Valle de Aburrá. Se configuró este elemento en un material compuesto polimérico reforzado con fibras sintéticas y vegetales, se calcularon las diferentes cargas a las que está sometido (vivas, muertas y viento), se determinaron las condiciones máximas para la falla por servicio y por resistencia de la correa, y se sustituyó la mayor cantidad de capas de tejidos de fibras sintéticas por tejidos de fibras de lino tratado. Se simuló la correa, mediante el Método de Elementos Finitos, frente a las condiciones mencionadas y se determinó que, teniendo en cuenta un factor de seguridad, se pueden sustituir dos capas de tejidos de fibra de vidrio por capas de tejidos de fibra de lino, para conformar la viga junto con la matriz polimérica. Cabe aclarar que todos los procedimientos anteriores se hicieron siguiendo los lineamientos del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10). Se construyó una viga reforzada con 6 capas de tejidos de fibra de lino y 4 capas de tejidos de fibra de vidrio, mediante la técnica de moldeo manual. La cual se instrumentó Este ensayo fue simulado por el Método de Elementos Finitos, los resultados de las deformaciones y los esfuerzos fueron analizados y comparados con el ensayo físico, al hacer esta operación se obtuvieron porcentajes de error entre el 10% y el 38%.
Abstract (English): According to current trends in the design and construction of structures, new materials with new or same purposes are investigated, as polymer composites reinforced with vegetable fibers. These materials have good specific properties, ergo materials are lightweight but at the same time are resistant materials, and the vegetable reinforcement fabrics have additional advantages such as high availability, and low cost compared to synthetic fibers such as carbon. Unfortunately, there has not been an advance in the field of composite materials in Colombia due to the lack of knowledge on the properties and design techniques of this kind of materials which, in consequence, reduces even more the advances on structural elements used in civil engineering applications. This work focused on a girder-type element, which is a component of the structure (not part of the main system resistant to wind forces), of an industrial building located in the Valle de Aburrá (Antioquia). This element was manufactured as vegetable and synthetic fiber reinforced polymer composite. Different loads to which it is subjected (live, dead and wind) were calculated, the maximum service conditions and resistance were determined, and a study was done to replace as many layers of glass fibers by untreated flax fibers in the composite. The girder or beam was simulated using the Finite Element Method. The result of the analysis results in a substitution of two layers of glass fibers by flax fibers, of a total number of 10. All the above procedures were done following the guidelines of the Colombian Earthquake Resistant Building Regulations (NSR-10). A beam reinforced with 6 layers of woven flax fibers and 4 layers of woven glass fibers was manufactured using hand lay-up molding technique. Then, a three point beam deflection test was done, where strains where measured using gauges attached to the sides and bottom of the beam. Then, a Finite Element Analysis was done using the same load and approximated boundary conditions, and the strains and stresses results were compares against the measured data from the laboratory test. Error results stay between 10% and 38%.
Description: 79 páginas
URI: http://repository.eia.edu.co/handle/11190/2071
Citation: Chavarría Gutiérrez, D. A. (2016). Evaluación de la sustitución de fibras sintéticas por fibras vegetales en vigas huecas sometidas a cargas de cubierta (Trabajo de grado). Recuperado de: http://repository.eia.edu.co/handle/11190/2071
Location: CIVI00476
Appears in Collections:Ingeniería Civil

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