Las barras de polímeros reforzados con fibra representan una tecnología innovadora y alternativa para el diseño de estructuras de concreto resilientes, durables y de bajo mantenimiento. El mayor beneficio en la utilización de barras y filamentos con fibra de vidrio o con fibra de basalto en la construcción, está en sus implicaciones económicas positivas.
Frente al acero de carbono tradicional, las barras con fibras tienen diferentes propiedades de material que se deben tener en cuenta durante el diseño. Las barras de refuerzo de fibras son materiales compuestos hechos de fibras de vidrio o de basalto longitudinales continuas, empotradas en una matriz de resina, que pueden ser de éster de epoxi o de vinilo o de ricino.
Ventajas del uso de polímeros reforzados con fibra
Desde un punto de vista mecánico, las barras de refuerzo con fibras son materiales de alta resistencia a la tracción (dos a tres veces más alta que el acero) con un comportamiento de ruptura frágil reconocible; son elásticos hasta la falla, pero menos rígidos que el acero, permitiendo un corte más fácil para su instalación. Adicionalmente, son ligeros (aproximadamente una cuarta parte del peso del acero), transparentes a los campos magnéticos y no son conductores eléctricos ni térmicos.
En general, las barras con fibras se fabrican mediante un proceso productivo al que se denomina pultrusión en el que se mezclan los diferentes compuestos. Vienen en una gran variedad de secciones transversales de diversas formas, tamaños, tipos de fibra y de realces de superficie, que son particularmente responsables de la transferencia eficiente de carga entre las barras de refuerzo con fibras y el concreto empotrado.
La Pultrusión
Es un sistema de producción continuo y automatizado de perfiles de poliéster reforzados con fibra de vidrio o fibra de basalto, lo que da como resultado perfiles pultruidos, también conocidos como perfiles pultrusionados. En este proceso, la fibra se impregna con una resina líquida para después hacerla llegar a un molde mediante un proceso de tirado. El molde contiene la forma que desea que se obtenga la pieza y, una vez esta tenga la longitud suficiente se realiza el corte a la medida deseada.
Dada su naturaleza libre de corrosión, los polímeros reforzados con fibra de vidrio o basalto en estructuras de concreto reforzado son una tecnología atractiva, especialmente por sus características de durabilidad extendida.
El FRP (así como otras soluciones alternativas de polímeros reforzados con fibra (FRP), como el basalto o el carbón FRP) son tecnologías efectivas en entornos marítimos a pesar del contenido de cloruro que poseen estos entornos y que promueven la corrosión.
Por lo tanto, el polímero reforzado con fibra (FRP) tiene una amplia variedad de aplicaciones, tanto en infraestructura como en edificaciones y en estructuras hidráulicas o geotécnicas. Además, la tecnología FRP se ha venido utilizando para la construcción de infraestructura (puentes en particular) en las regiones del Norte, particularmente sujetas a la corrosión por cloruros presentes en las sales de deshielo utilizadas durante el invierno.
En tales circunstancias, el mayor beneficio en la utilización de barras y filamentos de FRP en la construcción, está en sus implicaciones económicas positivas. Estudios recientes muestran que las soluciones FRP son rentables a largo plazo. Aunque el costo unitario del material de las barras de FRP puede ser más alto que el refuerzo de acero tradicional, los ahorros a largo plazo pueden ser sustanciales.
Puente de concreto reforzado con FRP
Un reciente análisis del costo del ciclo de vida realizado en un estudio del caso de un puente reforzado con FRP, sujeto a contaminación por agua de mar, muestra que un diseño tradicional de puente de concreto reforzado con acero al carbono puede ser un 25% más costoso que una solución de concreto reforzado con FRP. Dichos estudios se basan en modelos que tienen en cuenta la durabilidad extendida de las barras FRP, así como las implicaciones en la construcción, el mantenimiento y el final de la vida útil.
Figura 1
Actualmente, se está validando esta tecnología a partir del estudio de un puente reforzado con material FRP en construcción (Figura 1) desde el punto de vista constructivo. A continuación, la Figura 2 muestra la adopción y la implementación exitosa de barras de refuerzo de FRP, y el vaciado en la sección del tablero con refuerzo FRP ya instalado.
Figura 2
Al eliminar los problemas de corrosión, los elementos de concreto reforzado y pretensado con FRP, permiten la reducción de requerimientos específicos, derivando en elementos estructurales más livianos y de menor costo y consumo de energía para el transporte e instalación. Adicionalmente, durante la construcción de los elementos fundidos en sitio, dado el peso ligero del FRP, el armado del refuerzo resultó ser un proceso más rápido y seguro, lo que demuestra las mejoras en la productividad que ofrece esta tecnología.
Los efectos del uso de barras FRP no son solo económicos, sino que también implica beneficios ambientales. De hecho, en el estudio del puente se revelaron impactos ambientales positivos por el uso de las barras FRP en el proceso de construcción. A través, de estudios de evaluación del ciclo de vida, se ha encontrado que las barras de FRP muestran bajo impacto ambiental debido principalmente a la alta durabilidad del material.
Si se observa el consumo de energía durante las actividades de construcción, la adopción de FRP implica menores emisiones de dióxido de carbono (CO2) y clorofluorocarbonos (CFC) en comparación con una alternativa de acero de carbono.
Además, teniendo en cuenta que la industria del concreto es uno de los grandes consumidores mundiales de agua dulce y agregados excavados, el uso de soluciones de refuerzo no corrosivas como FRP permite la adopción de agua contaminada con cloruro (agua de mar) y componentes de agregados reciclados en el proceso de producción. Emplear agua de mar en la mezcla de concreto en lugar de agua dulce, ayuda a proteger las fuentes vitales y permite reducir las repercusiones de la eutrofización. Al comparar el FRP sobre el refuerzo de acero, estudios recientes muestran beneficios en términos de calentamiento global, creación de oxidantes fotoquímicos, acidificación y eutrofización.
Dada su naturaleza libre de corrosión, los polímeros reforzados con fibra de vidrio en estructuras de concreto reforzado son una tecnología atractiva, especialmente por sus características de durabilidad extendida.
Conclusión
En conclusión, adoptar FRP en proyectos de la industria trae las siguientes implicaciones positivas importantes para la industria del concreto: se tienen estructuras resistentes a la corrosión con una mayor durabilidad lo que a largo plazo reduce los costos y los impactos ambientales. Las barras FRP proporcionan alta resistencia, comportamiento elástico y propiedades de baja rigidez, dando como resultado un material muy efectivo para resistir altas cargas que se aplican a la estructura a la vez que facilitan el manejo a los operadores. Los materiales FRP son ligeros, permitiendo así equipos de construcción más pequeños durante el armado del refuerzo y equipos más livianos para manejarlos, así como la reducción de costos asociados al transporte y sus implicaciones ambientales.
