El Grupo de Innovación en Construcción con Hormigón de la Pontificia Universidad Católica, en conjunto con grandes hormigoneras del país, desarrolló un nuevo sistema constructivo que reemplaza la malla de refuerzo en muros de hormigón para casas de hasta 2 pisos, reemplazándola por fibras y optimizando el proceso constructivo de la vivienda. En Hormigón al Día, conversamos con Matías Hube, académico que lideró esta investigación, para más detalles de este proyecto.
Uno de los aspectos que distinguen a las construcciones en Chile es, sin duda, la capacidad sismorresistente de sus construcciones, particularmente la de sus edificios. Esto se debe a que los requisitos constructivos de estos elementos deben cumplir con una serie de requisitos, los que están plasmados en el Código ACI 318, documento basal para la normativa nacional.
Sin embargo, de acuerdo a lo que explica el ingeniero civil Matías Hube, director de pregrado en la Escuela de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC) y Ph.D en Ingeniería Estructural de la Universidad de California, los requisitos y exigencias que se consideran en el ACI 318 “están principalmente a la construcción de pilares y muros de edificios”, principalmente, aquellos que sobrepasan los 5 pisos de elevación.
Estos parámetros, apunta el académico, que están pensados para el diseño de edificaciones en altura, pueden ser demasiado altos y muy exigentes para la construcción de casas. Asimismo, explica que en nuestro país -a diferencia de Estados Unidos- existen diversos tipos de materialidad con la que se construyen viviendas de 1 o 2 pisos, siendo el hormigón una de estas.
“En casas de hormigón -explica- no se construyen pilares, pero sí muros de hormigón y son muros completos. Entonces, utilizar los requisitos de construcción de un muro de un edificio para una casa es sumamente sobredimensionado”.
Por este motivo, el Grupo de Innovación en Construcción de la Universidad Católica presentó un proyecto denominado “Desarrollo de un sistema constructivo para casas de hormigón con uso de fibras como reemplazo de las armaduras”, con el que se pretende innovar en un sistema constructivo que permita, mediante el uso de fibra como refuerzo, incrementar la productividad en obra en la construcción de casas de hasta dos pisos, manteniendo la resistencia estructural de la vivienda.
Desarrollando un innovador sistema constructivo
La tesis de esta investigación, explica el académico, es la siguiente: al estar construida con varios muros, una casa de hormigón de hasta dos pisos presenta valores de resistencia, ya sea para sismos u otras fuerzas, altos.
“Por lo tanto, cuando uno fabrica una vivienda con este material, ya está sobredimensionada en cuanto a la resistencia. Entonces, surge la pregunta de si podremos colocarle menos armadura, dado que se construyó la casa con hormigón”.
Por disposición del ACI 318, las construcciones de viviendas de hasta 5 pisos consideran el uso de armadura mínima para muros de hormigón. Por ello, subraya el académico, ésta se utiliza para para el control del agrietamiento del material “pero no de la resistencia. La casa, en este caso, no necesita más resistencia porque tiene suficientes muros”, dice.
¿Cómo se llega a utilizar fibras para esta investigación? Este material está más asociado al sostenimiento o al refuerzo que a muros de casas.
-La fibra se usa principalmente para dos cosas: se usa para controlar agrietamiento y también se usa para proveer resistencia a la tracción. Para proveer resistencia a la tracción importante, se necesitan cantidades elevadas de fibra, por lo tanto, si se quisiera hacer esto para un edificio, habría que colocar mucha fibra. En una casa, no necesitamos resistencia, lo que necesitamos es, por serviciabilidad, controlar el agrietamiento, por lo tanto, en este proyecto lo que se pensó fue reemplazar una armadura que es mínima, por una fibra, de tal modo que la fibra provea la resistencia que provee una malla de refuerzo que es mínima, que lo que hace es controlar el agrietamiento y controlar la retracción del hormigón.
“Si se verifica el diseño de una casa -agrega el ingeniero civil- puedes darte cuenta de que tienes infinita resistencia. Es más, te sobra resistencia. Entonces, uno podría tomar la decisión de eliminar uno de los muros de la casa, pero obviamente no se hace esto, porque es una pared de la estructura y no se reemplaza el muro de hormigón por un tabique porque se quiere que la casa sea sólida”.
Por ello, explica Matías Hube, la investigación desarrollada por el Grupo de Innovación en Construcción de la PUC pensó en el reemplazo de la malla de refuerzo –“que es una armadura mínima”, subraya- por fibras que van en el hormigón. Con esto, se prescinde de la armadura para controlar las grietas sin afectar la resistencia de la vivienda.
¿Qué efectos positivos trae el uso de fibras en los muros de una vivienda de hasta dos pisos, de acuerdo a lo que pudieron ver en la investigación?
-Optimizar en cuanto a tiempo de ejecución y claramente, al disminuir el tiempo también disminuyen los costos. Lo que quisimos probar en este proyecto fue minimizar la cantidad de fierros y reemplazar la malla de refuerzo por fibras, de tal modo de ahorrarse, en la construcción, la etapa de colocación de la malla de refuerzo. Entonces, lo único que se coloca son dos pilares de fierro en cada esquina del muro, pero no necesitas colocar la malla. De esta forma, el proceso constructivo es más rápido.
Ensayos y pruebas de muros reforzados con fibras
Para comprobar el trabajo de las fibras en este nuevo sistema constructivo propuesto por el Grupo de Innovación de Construcción de la PUC, se realizaron varios ensayos cuya finalidad fue analizar el comportamiento de las fibras en muros de hormigón, los que fueron sometidos a pruebas para analizar su resistencia y capacidad de deformación.
“Construimos 10 muros de 1,60 metros por 1,60 metros por 10 cm de espesor. Los sometimos a fuerza gracias a la acción de un gato hidráulico y los empujamos en varias direcciones y vamos viendo las grietas, vamos viendo cuánto se resiente y lo empujamos hasta romperlo”, detalla Matías Hube.
De estos 10 muros construidos para las pruebas, detalla, 8 contaban con fibra “y ensayamos dos muros que eran sólo de hormigón, sin presencia de fibra”
¿Cómo compararon, por ejemplo, el comportamiento obtenido de los muros con fibra con muros con malla?
-En un proyecto anterior que habíamos hecho, teníamos también muros que tenían armadura mínima convencional, entonces, podíamos comparar con eso. Y lo que vimos en los ensayos es que los muros tienen un comportamiento relativamente frágil una vez alcanzada su resistencia, viene una caída brusca de la resistencia. Sin embargo, la resistencia no es baja, la resistencia es alta. Entonces, si tú la comparas con un muro que tiene malla central y que también tiene cuantía mínima, la resistencia es equivalente porque como tienes cuantía mínima, lo que provee la fibra y lo que provee la cuantía mínima, en realidad, no hay diferencia.
“La cuantía mínima -comenta el académico- no provee resistencia, sino que lo que hace es controlar el agrietamiento, por lo tanto, lo que obtuvimos con los muros con fibra es una resistencia y una capacidad de deformación equivalentes a la que tendría un muro con malla central electrosoldada”.
Para el desarrollo de los ensayos, se utilizaron fibras sintéticas y metálicas en distintas dosis. Las fibras fueron colocadas en ocho de los 10 muros ensayados y, según comenta Matías Hube, “los resultados mostraron que las dosis de fibra y el tipo de fibra, prácticamente no influyó en la resistencia máxima ni en el comportamiento de los muros”.
No obstante, agrega que “sí pudimos demostrar que la resistencia al agrietamiento y a la tracción que tiene el hormigón con la fibra, es equivalente a la resistencia a la tracción que provee una armadura mínima. Entonces, se comporta como equivalente a un muro que tiene una armadura mínima, con una malla electrosoldada”.
Incorporar este nuevo método constructivo a la realidad nacional
Con los resultados ya en mano, la idea es que este sistema constructivo pueda incorporarse a algún proyecto. En ese sentido, el Doctor en Ingeniería Estructural comenta que “estas casas, efectivamente, se pueden diseñar usando la normativa chilena porque ésta dice que para edificios de menos de 5 pisos, los muros no necesitan cumplir los requisitos de diseño sísmico que tiene el documento ACI, que son muy exigentes. Entonces, los muros se pueden diseñar como muros que no son sísmicos y que tienen que cumplir requisitos más simples”.
Para ello, comenta, se está desarrollando un manual de recomendaciones en el que se aborda “cómo hacer el diseño de estas casas, cuál es el factor R que hay que usar, cuáles son las resistencias que hay que verificar”.
Asimismo, el ingeniero civil comenta que se está a la espera que este sistema constructivo sea aprobado por la Dirección Técnica (DITEC) del Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU), “de tal modo de poder construir casas, por ejemplo, para proyectos del MINVU. En ese sentido, el Instituto del Cemento y Hormigón de Chile (ICH), nos está apoyando para inscribir esta solución de la DITEC”.
