¿QUÉ SON LOS POLÍMEROS REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO Y QUÉ APORTAN A LA INDUSTRIA DEL CONCRETO
RESUMEN: Las barras de polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP-Glass -Fiber Reinforced Polymer) 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 de GFRP en la construcción, está en sus implicaciones económicas positivas.
*Artículo escrito por PH.D. Antonio Nanni.
Con respecto al acero de carbono tradicional, las barras de GFRP tienen diferentes propiedades de material que se deben tener en cuenta durante el diseño. Las barras de refuerzo de GFRP son materiales compuestos hechos de fibras de vidrio longitudinales continuas, empotradas en una matriz de resina, que pueden ser de éster de epoxi o de vinilo.
En general, las barras de GFRP 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 de 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 de GFRP y el concreto empotrado.
Ventajas del uso de polímeros reforzados con fibra de vidrio
Desde un punto de vista mecánico, las barras de refuerzo de GFRP 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 (en la Figura 1 se muestran el procedimiento de prueba de tracción y los resultados), 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.
Ensayo de tensión de barras GFRP.
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.
El GFRP (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 GFRP tiene una amplia variedad de aplicaciones, tanto en infraestructura como en edificaciones y en estructuras hidráulicas o geotécnicas. Además, la tecnología GFRP 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 GFRP en la construcción, está en sus implicaciones económicas positivas. Estudios recientes muestran que las soluciones GFRP son rentables a largo plazo. Aunque el costo unitario del material de las barras de GFRP 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 (Figura 4), 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 GFRP, así como las implicaciones en la construcción, el mantenimiento y el final de la vida útil.
Actualmente se está validando esta tecnología a partir del estudio de un puente reforzado con material FRP en construcción (Figura 2) desde el punto de vista constructivo. A continuación la Figura 3 muestra la adopción y la implementación exitosa de barras de refuerzo de GFRP y la Figura 4, el vaciado en la sección del tablero con refuerzo GFRP ya instalado.
Pie de figura: Tecnología FRP para puente reforzado en construcción.
Pie de figura: Refuerzo GFRP en el tablero del puente.
Pie de figura: Vaciado de concreto en el tablero del puente reforzado con GFRP.
Al eliminar los problemas de corrosión, los elementos de concreto reforzado y pretensado con GFRP, 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 GFRP, 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 GFRP 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 GFRP en el proceso de construcción. A través de estudios de evaluación del ciclo de vida, se ha encontrado que las barras de GFRP 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 GFRP 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 GFRP 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 GFRP 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.
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