Fibra de Carbono para refuerzo estructural. Ventajas y problemas

1. Introducción

En el ámbito de la construcción, el composite más utilizado en refuerzos de estructuras de hormigón-concreto armado es el laminado de Fibra de Carbono, denominado CFRP (siglas en inglés de fibra de carbono reforzada con polímeros) y, en menor medida, vidrio o aramida (kevlar); con matrices orgánicas, generalmente resinas epoxi.

Los materiales compuestos o «composites» son materiales formados por fibras que se encargan de aportar rigidez y resistencia mecánica y una matriz flexible y poco resistente que da monolitismo al conjunto y envuelve y protege a las fibras de los ataques químicos, de la abrasión, etc., al tiempo que transmite los esfuerzos entre unas fibras y otras y a su superficie.

Su aplicación se realiza mediante pegado con resinas y, ocasionalmente, anclado con medios mecánicos. Es fundamental controlar la transferencia tangencial de esfuerzos y el no arrancamiento del refuerzo.

2. Ventajas de la Fibra de Carbono

En los últimos años, el refuerzo con bandas de Fibra de Carbono se ha extendido y popularizado, con un crecimiento espectacular del número de realizaciones. Algunas de sus razones son las siguientes:

1. Elevada resistencia, con comportamiento tensión-deformación lineal hasta la rotura (frágil).
2. Buen comportamiento a fatiga.
3. Excelente durabilidad, al no ser afectados por problemas de corrosión o ataque químico. Sólo una excesiva radiación o impactos directos pueden provocar su deterioro.
4. Posibilidad de orientación de las fibras, optimizando así su comportamiento en una dirección, han dado lugar al creciente uso de la fibra de carbono como sistemas de refuerzo.
5. Los materiales compuestos de fibra de carbono son ligeros y fáciles de manejar. Por eso, su colocación en obra es rápida y prácticamente no requiere la disposición de medios auxiliares.
6. Las bandas de fibra de carbono se adaptan mejor que las de acero a las posibles irregularidades de la superficie del hormigón-concreto original. Ello reduce en muchas ocasiones las labores previas de preparación del elemento a reforzar.
7. Los materiales compuestos de fibra de carbono pueden presentarse prácticamente en cualquier longitud, lo que evita la realización de juntas o empalmes.

3. Problemas de la Fibra de Carbono

Este sistema, más utilizado en obra civil que en la arquitectura, tiene como inconvenientes su elevado precio y la necesidad de una protección total ante el fuego, debido al comportamiento de la resina epoxi y la propia banda de refuerzo, que pierde su capacidad resistente a temperaturas muy bajas en términos de incendio.

En caso de que el refuerzo sea estrictamente necesario en situación de incendio, todo el conjunto debe protegerse adecuadamente mediante paneles o recubrimientos ignífugos.

4. Aplicación

El procedimiento de aplicación, de forma general, se divide en las siguientes etapas:

• Preparar el soporte mediante chorro de arena o lijado. Realiza una limpieza exhaustiva eliminando polvo, parte sueltas o mal adheridas y redondear las esquinas.
• Cortar el tejido con unas tijeras u otra herramienta de corte. Añadir suficiente material para los solapes.
• Dar una capa de sellado.
• El tejido se extiende sobre la superficie previamente impregnada con resina.
• El tejido se presiona con un rodillo especial para impregnación, sólo en la dirección de las fibras.
• Se puede aplicar sobre la superficie, revestimientos cementosos o pinturas, columnas. Placas de protección, pinturas o morteros, pueden mejorar la resistencia a altas temperaturas.

5. Recomendaciones

Las siguientes recomendaciones son importantes al respecto:

• El hormigón-concreto original debe tener una resistencia característica mínima de 17 ó 20 N/mm².
• No debe aplicarse este tipo de refuerzos sobre soportes deteriorados o con fisuras importantes. (En tal caso es necesario reparar o sellar las fisuras previamente).
• La superficie de hormigón-concreto original debe nivelarse de acuerdo con las especificaciones del refuerzo, utilizándose para ello masillas niveladoras epoxi.
• Es conveniente imprimar la superficie de contacto con una resina epoxi fluida, incrementándose así la resistencia superficial del hormigón-concreto original.

6. Conclusiones

Por todo esto, podemos decir el sistema de refuerzo de estructuras de hormigón-concreto armado mediante materiales laminados compuestos de fibra de carbono permite gran versatilidad, facilidad de ejecución, adaptabilidad a casi cualquier geometría, pero, sobre todo, es un sistema que no aumenta la sección de la estructura.

Autor: Eduardo Martín del Toro, docente del Máster en Patología, Rehabilitación de Estructuras y Eficiencia y Ahorro Energético en Edificación de EADIC.