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Revolución oculta: la barra de refuerzo compuesta gana fuerza

Aug 03, 2020

El hormigón se ha utilizado durante mucho tiempo como material de construcción por su alta resistencia a la compresión, buena durabilidad y bajo costo. Sin embargo, su conocido talón de Aquiles es su fragilidad y su limitada resistencia a la tracción. Esto se resolvió con bastante facilidad hace aproximadamente un siglo mediante el uso de barras de refuerzo (barras de refuerzo) de acero en el lado de tensión de las estructuras de hormigón. Las varillas de acero son funcionalmente eficientes y relativamente económicas, por lo que hacen un buen trabajo en la mayoría de los casos. Sin embargo, las varillas de acero tienen su propia debilidad: susceptibilidad a la corrosión (oxidación) cuando se exponen a sales, productos químicos agresivos y humedad. A medida que se corroe, la barra de acero se hincha y aumenta la carga de tracción sobre el hormigón, que comienza a agrietarse y astillarse, creando aberturas que conducen a un deterioro mayor y más rápido del acero y el hormigón. Esto requiere reparaciones y mantenimiento costosos y, si se permite que progrese lo suficiente, puede comprometer la integridad de la estructura. Se han introducido numerosos recubrimientos y penetrantes a lo largo de las décadas para ayudar a sellar la humedad del concreto, y la barra de refuerzo en sí se ha mejorado con recubrimientos epoxi o el uso de acero inoxidable. Pero no siempre es posible prevenir la corrosión a largo plazo. Además, la inclinación de las varillas de acero a conducir campos eléctricos y magnéticos las hace indeseables en el concreto especificado para ciertas aplicaciones de generación de energía, imágenes médicas / científicas, nucleares y eléctricas / electrónicas.

Propuesta de valor de FRP

Hay muchas razones por las que las barras de refuerzo de polímero reforzado con fibra (FRP) tienen sentido en algunas estructuras de hormigón. Para empezar, la barra de refuerzo compuesta no se oxida ni se corroe, por lo que es ideal para la inmersión periódica o a largo plazo en agua dulce o salmuera en aplicaciones como muros de contención, muelles, muelles, muelles, cajones, cubiertas, pilotes, mamparos, canales, plataformas marinas, piscinas y acuarios. También es inmune a la sal para carreteras y otros productos químicos descongelantes, lo que la convierte en una opción más duradera y que requiere menos mantenimiento para carreteras y puentes, estructuras de estacionamiento, pistas de aeropuertos, barreras de Jersey, muros de contención y cimientos, bordillos, parapetos y losas a nivel. Además, ofrece una amplia resistencia a una serie de otros productos químicos que se encuentran en las plantas de tratamiento de aguas residuales, sitios de desechos sólidos, plantas petroquímicas, fábricas de pulpa y papel, tuberías, tanques, torres de enfriamiento y chimeneas, así como al entorno alcalino del propio hormigón.

Otra ventaja es que la resistencia a la tracción de las varillas de refuerzo de FRP suele ser de 1,5 a 2 veces mayor que la del acero, por lo que es un buen contrapeso a la alta resistencia a la compresión del hormigón. También proporciona una excelente resistencia a la fatiga, lo que lo hace adecuado para situaciones de carga cíclica (como en carreteras y puentes). Además, la barra de refuerzo compuesta pesa una cuarta parte del peso del acero de rendimiento comparable. Aquí hay una serie de beneficios prácticos. Hay menos desgaste para los trabajadores de la construcción que deben transportarlo e instalarlo y menos necesidad de grúas y otros equipos pesados. Se corta fácilmente con herramientas de corte comunes, sin dañar las hojas de sierra. Se pueden transportar más barras de refuerzo por camión sin exceder los límites de carga legales. Para puentes y estructuras similares, la relación resistencia / peso más alta proporciona una mayor capacidad de carga para una estructura determinada o posibles oportunidades para reducir el tamaño y el peso de toda la estructura. Las barras de refuerzo compuestas también son útiles en aplicaciones sensibles al peso donde los suelos tienen malas propiedades de carga, en ubicaciones sísmicamente activas o en áreas ambientalmente sensibles donde no es deseable mover equipos pesados.

Para aplicaciones electromagnéticamente sensibles, tanto el vidrio (el refuerzo de barras de refuerzo compuesto más común) como el polímero son inherentemente no conductores, por lo que no transmitirán corriente, atraerán rayos o interferirán con el funcionamiento de dispositivos eléctricos cercanos. Eso lo convierte en una opción más segura en plantas de fundición de aluminio y cobre, plantas de energía nuclear, estructuras militares especializadas, torres de aeropuertos, torres de transmisión eléctrica y telefónica, pozos de registro que contienen equipos eléctricos o telefónicos, hospitales con equipos de imágenes por resonancia magnética (MRI) y carreteras de peaje. matrices de sensores y cabinas de recolección. Debido a que el compuesto reforzado con vidrio es igualmente pobre en transmisión térmica, puede ser útil para mantener el control del clima en edificios, terrazas de patio y sótanos.

Aunque el costo inicial de la barra de refuerzo compuesta es generalmente más alto que la barra de refuerzo de acero estándar y es aproximadamente comparable a la barra de refuerzo de acero revestida con epoxi, cuando se considera sobre la base del costo del ciclo de vida (LCC), puede ser bastante económico, particularmente para aplicaciones de concreto no pretensado. a cargas de flexión, cizallamiento y compresión que típicamente requieren reparaciones y mantenimiento frecuentes o donde hay otros problemas con el metal. Por todas estas razones y más, las barras de refuerzo compuestas han comenzado a ganar participación en el mercado de la ingeniería civil.



Sin registros, sin progreso

La barra de refuerzo compuesta comenzó en Japón en la década de 1980, con refuerzos de fibra de carbono y aramida en matrices termoendurecibles, y se extendió lentamente a proyectos en Canadá a principios de la década de 1990, dice John Busel de American Composites Manufacturers Assn. (ACMA, Arlington, Virginia). Pero realmente no despegó, recuerda, hasta que se desarrollaron y publicaron especificaciones para las barras de refuerzo compuestas a fines de la década de 1990. Busel, director de la Iniciativa de Crecimiento de Compuestos de ACMA, fue durante 12 años secretario y luego presidente del Comité 440 del American Concrete Institute (ACI, Farmington Hills, Michigan) - Refuerzo de FRP, durante el tiempo en que el grupo desarrolló sus especificaciones y diseño innovadores. guía para barras de refuerzo de FRP.

“La creación de productos que no estén respaldados por pruebas e investigación simplemente no funciona con los ingenieros civiles”, explica Busel. "Se necesitan muchos datos para convencerlos, y obtenerlos lleva tiempo". En vista de esa realidad, el Comité 440 se estableció a principios de la década de 1990 y tardó cerca de una década en desarrollar la primera edición, publicada en 1999, actualizada en 2006, con otra actualización prevista para 2012. “Ahora tienes estándares que arquitectos, ingenieros , y los contratistas pueden incluirlos en sus planes a nivel mundial ", dice Busel, y señala que" el ACI 440.1R ha demostrado ser una de las guías de especificaciones más conocidas y más utilizadas en el mundo y definitivamente valió la pena todo el trabajo ".

“El ACI 440 ha sido una asociación extremadamente dinámica y activa”, señala Doug Gremel, colega de toda la vida de Busel. “No hemos discriminado ninguna investigación en ningún lugar del mundo. Si podemos tomarlo e incorporarlo a nuestros códigos, lo haremos ". Gremel: director de Refuerzos no metálicos de Hughes Brothers Inc., director de la subsidiaria de HughesAslan Pacific Ltd.(ambos de Seward, Neb.) y presidente del comité de gestión de Composite Insulated Concrete Systems LLC, con sede en Omaha, Neb., añade: "No nos enorgullecemos de ser propietarios cuando se trata de este conocimiento".

A pesar de este creciente cuerpo de ciencia y experiencia a mediados y finales de la década de 1990, el crecimiento en el uso de varillas de FRP fue lento. La primera instalación en EE. UU. No apareció hasta 1996 en el puente McKinleyville / Buffalo Creek en el condado de Brooks, W. Va. Las barras de refuerzo de FRP finalmente ganaron tracción en América del Norte después de su inclusión en el código de puentes de carreteras de Canadá, donde se convirtió en la solución predeterminada para lidiar con la corrosión causada por el clima severo de Canadá. Eso, a su vez, llevó al trabajo de la Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte (AASHTO) para desarrollar especificaciones para el uso de cubiertas de hormigón de vidrio FRP (GFRP) y barandillas de tráfico. A partir de ese momento, los ingenieros y especificadores del Departamento de Transporte de EE. UU. (DoT) tenían su propia guía de diseño para acompañar a ACI 440. Como resultado, dice Busel, Canadá y EE. UU. Juntos ahora tienen casi 400 puentes con varilla de FRP en algún aspecto de su construcción. Las instalaciones europeas están creciendo, pero a un ritmo más lento.

Gremel, cuyo empleador, Hughes Brothers, es un proveedor global de barras de refuerzo de FRP, dice que las normas forman el marco objetivo para la garantía de calidad. “Tenemos que proporcionar certificados de lotes de producción como evidencia de que cualquier 'corrida en fábrica' de barras de refuerzo cumple o excede las propiedades indicadas en las normas ASTM”, dice. "Estamos haciendo pruebas de deformación y módulo de tracción en cada lote que ejecutamos, al igual que los tipos de acero".

El progreso de la comunidad de la ingeniería civil hacia la comodidad con las barras de refuerzo de FRP puede ser lento, pero no ha desalentado la búsqueda de nuevos enfoques para su fabricación que podrían, como indican los siguientes ejemplos, hacer de la próxima generación de barras de refuerzo compuestas una alternativa mucho más atractiva al acero. .