Investigadores suizos desarrollan nueva aplicación de polímeros reforzados con fibra de carbono para el hormigón

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Aunque se trata de una tecnología ya utilizada para la reparación de estructuras de hormigón, el nuevo método que proponen investigadores del Laboratorio Federal Suizo de Ciencia y Tecnología de Materiales (EMPA) tendría mayor resistencia que los ya conocidos y sus aplicaciones podrían ampliarse al mundo de la vivienda.

Los polímeros reforzados con fibras de carbono -carbon fiber reinforced polymer o CFRP, en sus siglas en inglés- vienen utilizándose dentro de la construcción de hormigón desde hace algunos años, principalmente para mejorar la durabilidad y resistencia de las estructuras fabricadas con este material, como también, reparar elementos que ya tienen años de funcionamiento y que pueden evidenciar alguna fisura que podría afectarlos estructuralmente.

En Suiza, por ejemplo, saben de esto. De acuerdo a un informe emanado por la Oficina Federal de Caminos (FEDRO), una gran proporción de puentes se construyeron entre mediados de la década de 1960 hasta 1980, con cargas y solicitaciones de tráfico significativamente menores a las actuales.

En esas estructuras, la aplicación de láminas fabricadas con polímeros reforzados con fibras de carbono para su reparación es ideal, porque se trata de un método cuya aplicación no es compleja: se instala el polímero por debajo del elemento que recibe la carga para contrarrestarla.

“Otro método, el ‘Ebrog’, que comenzó a utilizarse recientemente, lo que hace es rellenar previamente y de forma longitudinal, las ranuras más estrechas. De esta forma, se crea una superficie ampliada para la transmisión de fuerza, la que también actúa a nivel profundo en el elemento de hormigón”, comentan desde el Laboratorio Federal Suizo para Ciencia y Tecnología de Materiales, EMPA.

Justamente, esta entidad se encuentra desarrollando un nuevo método de reparación de elementos de hormigón con este tipo de polímeros: laminados de CFRP pretensados que refuerzan “activamente” vigas de hormigón. “Estas láminas se unen con una resina epóxica bajo tensión por tracción. Una vez que la unión se endurece, los extremos se relajan y las franjas que ‘quieran’ contraerse, contrarrestarán aún más la desviación”, explicaron desde el equipo que lleva a cabo esta investigación, liderado por el Dr. Christoph Czaderski, del laboratorio de Ingeniería de Estructura del EMPA.

El corazón del nuevo método de reparación con CFPR

Aunque en la aplicación suena simple, la investigación liderada por el Dr. Czaderski se complejiza especialmente cuando se analizan los extremos de las franjas, donde actúan grandes fuerzas de tensión que pueden llegar a las 14 toneladas. Para prevenir que estas se desgarren, las franjas tienen que ser reparadas de manera confiable.

Hasta la fecha, dice el comunicado sobre este nuevo desarrollo, esto se hacía con placas de aluminio unidas con pegamento y aseguradas con pernos. Sin embargo, el equipo que está trabajando en diseñó unos estribos fabricados con CFRP con forma de U, los que están especialmente creados para este nuevo método de reparación. Según los investigadores, las ventajas son que se logra una transmisión más precisa de las fuerzas y, sobre todo, una construcción libre de metal, que no se verá afectada por la corrosión.

Foto: A la izquierda, el estribo hecho con polímero reforzado con fibra de carbono. Los colores muestran el nivel de carga sobre el material: amarillo significa una alta carga y rojo, la más fuerte. Crédito: EMPA.

“Una solución creada con un solo material es siempre mejor que una que tiene dos, que se comportan de forma distinta”, explicó Christoph Czaderski. “Especialmente, por temas de anclajes, realizamos una gran cantidad de ensayos en el laboratorio”, agregó.

De acuerdo al equipo de investigación, los resultados de este nuevo método son alentadores. “El proceso con el pretensado y los estribos de CFRP incrementó la capacidad de carga de una losa de hormigón en un 77%, comparada con un método de refuerzo tradicional, es decir, sin ranuras y pretensado. Incluso sin pretensado, la diferencia aún fue de un 34%”, puntualizó el comunicado.

Buscando la industrialización para masificar su uso

Para hacer viable esta nueva metodología, se realizaron ensayos a gran escala sobre losas de hormigón con una distancia de 6 metros entre cada uno de los elementos, para así dar mayor información antes de ejecutar un proyecto de reparación de infraestructura, a realizarse a fines de este año.

Foto: Imagen de algunas losas de hormigón de ensayo para la nueva aplicación. En la parte superior, se encuentra una losa en la que utilizó el método EPROD con pretensado, mientras que en la parte inferior, una losa sin pretensado y con método clásico. Entre ambas, un elemento no reforzado para la comparación. Crédito: EMPA.

Lo más complejo de fabricar, según los investigadores, son los estribos con forma de U, los que en un comienzo se fabricaron a mano con CFRP y que ahora, están analizando cómo hacerlos de manera industrial. Asimismo, explicaron que el equipo en el que las laminillas se pretensan tuvo que ser modificado para este nuevo desarrollo.

Estos esfuerzos, además, podrían incidir en aspectos tan relevantes como la reducción de emisiones de CO2, ya que reparar en vez de reconstruir no sólo es poco eficiente, sino que, además, genera emisiones de CO2. Por lo mismo, comentó Martin Hüppi, de S&P y que colabora con el EMPA en este proyecto, esta nueva metodología tendría numerosas aplicaciones.

“Este nuevo método, además de su eficiencia, podría tener usos tanto para ‘rejuvenecer’ gran infraestructura como puentes, como también, para renovaciones en el área residencial. Creo que con el pretensado, en ese sentido, estamos explotando el potencial real de este material”, aseveró.

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