Autor: Juan Alberto Sánchez Hernández.- Ingeniero Civil, maestro en administración de la construcción, estructurista y miembro del SMIE.

Con el advenimiento de la era espacial, se heredaron nuevas tecnologías que están permeando la industria de la construcción. Y todo profesional de la construcción e ingeniero civil, debería preocuparse por conocer las propiedades de estos materiales y sus metodologías de diseño.

Las barras de PRFV

Para entender qué es el Polímero reforzado con fibras de Vidrío (PRFV), es necesario analizar lo que ha estado ocurriendo en el mundo, en los últimos treinta años.

Los expertos están convencidos de que la nanotecnología cambiará nuestras vidas de forma casi tan radical como las telecomunicaciones modernas lo han hecho ya (Richard Feyman 1959). La nanotecnología, que es el estudio y desarrollo de sistemas basados en materiales con arreglos moleculares del tamaño de 1×10^-09 m, es decir que corresponden a una mil millonésima parte de un metro  ha tenido sorprendentes progresos, al grado que hoy día, la nanotecnología se considera una de las tecnologías clave y de gran importancia para este siglo XXI y la posibilidad de reducir las moléculas de los materiales supone sobre todo para la química polimérica, un sinfín de posibilidades de diseño, que permitirá que puedan desarrollarse compuestos a la medida de aplicaciones muy concretas; esto no siempre fue así, y esta rama de la química ha tenido que abrirse paso en las industrias para ganar terreno.

Un polímero (del griego poly, muchos; meros, parte, segmento), es un compuesto natural o sintético de alto peso molecular, formado por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros, éstos forman enormes cadenas de las formas más diversas, algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones, algunas más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

En 1907, el químico belga Leo Hendrik Baekeland desarrolló el primer polímero totalmente sintético de manera empírica, y sentó las bases para la exploración de estos materiales a partir de alterar el orden de sus monómeros para generar novedosas propiedades. Trabajo que progresaron los alemanes premio Nobel Hermann Staudinger 1953 y Karl Ziegler 1963, y en el 2000, los Nobel de química Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid y Hideki Shirakawa.

La fibra de vidrio es un material formado de numerosos filamentos poliméricos principalmente basados en dióxido de silicio (SiO2) extremadamente finos. Pero el material que actualmente conocemos como tal, fue inventado hasta el año de 1938 por Russell Games Slayter en para la empresa Owens Corning, como un material que podría ser usado como aislante en la construcción de edificios y que resulta comúnmente denominado Fiberglass.

El uso de los materiales compuestos de PRF como refuerzo de las estructuras de concreto, inicia a finales de los años 80’s del pasado siglo, cuando se reconocen las ventajas de utilizarlos como refuerzo del concreto en condiciones particulares, tales como requerimientos anti-magnéticos, o en regiones sometidas a severos ataques químicos. No obstante, a partir de los años 50’s, ya se utilizaban en la construcción de obras temporales, reparación y restauración de edificios históricos, y en aplicaciones estructurales como domos, paneles para el exterior de edificios, puentes, obras marinas, etc. Los polímeros reforzados con fibras (PRF) son materiales compuestos formulados comúnmente por fibras poliméricas a base de vidrio, carbono, aramida, y basalto; embebidas en una matriz formada por resinas también poliméricas cómo el epoxi y poliésteres. La fibra provee la resistencia y rigidez al compuesto, mientras la matriz sirve para vincular y proteger a la fibra.

1986, Alemania erigió el primer puente del mundo con tendones de PRF.

1990, En China se construyó el primer puente con una cubierta totalmente hecha con Compuestos PRF.

1992, Aberfeldy, Escocia se instaló el primer puente peatonal construido totalmente con Compuestos PRF.

1996, McKinleyville, Virginia U.S. Reporta el primer puente vehicular en Estados Unidos con sistema de losas construida con barras de refuerzo de PRF

2002 “San Miguel”, Sonora, México, refuerzo de puente que forma parte de la infraestructura carretera que administra la SCT de 180 m, en 9 tramos simplemente apoyados.

2003, Cd. de México, se reforzó el Edificio de oficinas localizado al sur de la Cd. de México, que cuenta con 22 entrepisos, de los cuales 5 están destinados a estacionamiento de vehículos, 16 a oficinas y el sótano a instalaciones eléctricas.

Cómo podrá observarse, aunque aparenta ser un material novedoso en México, el PRF es un material que ha sido estudiado en diversas partes del mundo y desde hace ya más de 20 años. No obstante, comparado con el tiempo que tenemos de conocer el acero, este plazo solo es una fracción que demanda una serie de evaluaciones aún en espera de llevarse a cabo y los resultados de aquellas que están en proceso. A fin de considerar a las barras de PRFV seguras en todos los sentidos.

Las varillas de refuerzo de PRFV (GFRP.-En inglés) compuestas de fibras de vidrio impregnadas de resina y que no contienen acero, son inmunes al ataque de cloruros y de químicos. Además, las varillas de refuerzo no son conductoras de electricidad y tienen altas relaciones de resistencia contra su peso. Tienen una resistencia a la tensión mayor que la del refuerzo de acero convencional, aunque pesen únicamente la séptima parte. Debido a que las barras de PRFV usadas en el refuerzo, no son conductoras, no afectan los campos magnéticos ni las frecuencias de radio, se vuelven el refuerzo ideal para concreto en la vecindad de equipos con imagen de resonancia magnética, equipos de radio y de calibración de brújulas, o transformadores de alto voltaje, cables y subestaciones. Y es el material más recomendable para estructuras expuestas a agentes y ambiente corrosivos, como los marinos, zonas con lluvia ácida y regiones de heladas que reciben tratamiento mediante sales para deshielo.

 

Códigos y Normas de diseño

En el mundo se han venido desarrollando y perfeccionando mediante la investigación varias normas de diseño, de las cuales refiere Antonio Nani, las siguientes:

En Asia, Japón:

“Recommendation for Design and Construction of Concrete Structures Using Continuous Fiber Reinforced Materials” (2007), publicada por JSCE

 

En Europa,

Italia

CNR-DT 203/2006 (2006), “Guide for the Design and Construction of Concrete Structures Reinforced with Fiber- Reinforced Polymer Bars”, Publicado por el Consejo Nacional de Investigación de Italia (CNR).

Noruega

SINTEF Report STF22 A98741, “Modifications to NS3473 When Using Fiber-Reinforced Plastic Reinforcement 2.24” (2002), Publicado por el Consejo Noruego para la Normalización del Edificio (NBR).

Reino Unido

“Interim Guidance on the Design of Reinforced Concrete Structures Using Fiber Composite Reinforcement” (1999), Publicado por la Institución de Ingenieros Estructurales (ISE).

 

En América,

Canadá

CAN/CSA-S806-12 (2002 and 2012), “Design and Construction of Building Structures with Fiber-Reinforced Polymers,” publicado por CSA

CAN/CSA-S807-10 (2010), “Specification for Fiber- Reinforced Polymers,” Publicado por CSA

CAN/CSA-S6-06 (2006) plus CAN/CSA S6S1-10 (2010 Supplement), “Canadian Highway Bridge Design Code,” pub­licado por CSA

 

Estados Unidos

ACI 440.1R (2001 and 2006), “Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars,” Publicado por ACI

ACI 440.3R-04 (2004 and 2012), “Guide Test Methods for Fiber-Reinforced Polymers (FRPs) for Reinforcing or Strengthening Concrete Structures,” Publicado por ACI

“AASHTO LRFD Bridge Design Guide Specifications for GFRP Reinforced Concrete Bridge Decks and Traffic Railings” (2009), publicado por la Asociación Americana de Oficiales Estatales de Carreteras y Transporte (AASHTO).

 

En México y Latinoamérica se ha iniciado usando los códigos de Estados Unidos en el diseño de refuerzo con barras de PRFV.