Marcela Borray. Gerente, Aritrec Colombia SAS
Fotos: Cortesía Aritrec Colombia SAS
Refuerzo de puentes vehiculares de concreto con barras FRP.
El sector de la infraestructura y de las edificaciones es una fuente permanente de crecimiento económico. De hecho, los países desarrollados experimentaron una etapa de su evolución dedicada a fortalecer su complejo industrial de concreto y materiales asociados. El New Deal del presidente Franklin D. Roosevelt, gracias al cual Estados Unidos salió de la crisis financiera de 1929, descansó en un programa nacional de más de treinta mil obras públicas. Por su parte, el reciente crecimiento de China es indisociable de la explosión de la construcción con concreto, la cual, desde comienzos de siglo hasta hace muy poco, “vaciaba” más concreto cada tres años que los Estados Unidos durante todo el siglo XX.
Para el sector, la época de actores dentro de fronteras nacionales quedó atrás. Hoy constituye una industria internacional, con auténticas multinacionales del diseño, la construcción y la fabricación de materiales. El Foro Económico Mundial ha destacado además que la cadena de producción de obras civiles y militares se encuentra atravesando una revolución tecnológica, caracterizada por la integración y desarrollo de tecnologías digitales propias, así como por la creación de nuevos materiales que disminuyen la huella de carbono.
El Mundo se mueve hacia una era de sensores ubicuos, conectados a internet, que tornarán asimismo a los activos de infraestructura y edificaciones en activos de datos. De esta manera se aumentará el valor social y económico de las construcciones, al promover y facilitar el mantenimiento preventivo y correctivo, o las tareas de optimización de sus servicios en tiempo real. Por su parte, y dado que la red 5G de telecomunicaciones contribuirá significativamente a la transformación digital en marcha, se da por hecho que en las estructuras de concreto de soporte de antenas repetidoras se utilizarán nuevos materiales dieléctricos, es decir, que no crean arcos o campos electromagnéticos.
Aplicación de barras de FRP como refuerzo de losas de concreto.
De otra parte, la consolidación de geo sintéticos, polímeros avanzados, nano-celulosas y compuestos a base de madera, se utilizarán de manera masiva en todo tipo de construcciones. En particular, se destacan las barras de polímeros reforzados con fibras de vidrio o carbono (GFRP o CFRP por sus siglas en inglés), destinadas al refuerzo de concreto, las cuales no se corroen como el acero, ofrecen neutralidad electromagnética y reducen tiempos de obra y costos de mantenimiento. Su capacidad para reemplazar al refuerzo de acero en todo tipo de elementos estructurales y prefabricados, tanto para nuevas obras como para la rehabilitación de existentes, ha dado lugar a la multiplicación de sus aplicaciones en Norteamérica, Europa y Asia.
Canadá, y en especial la provincia de Quebec, construyó en las últimas décadas un ecosistema innovador de universidades, laboratorios, fábricas y empresas de diseño estructural, ahora líder a nivel mundial, en materiales compuestos avanzados para el refuerzo del concreto. Por ejemplo, existe la norma CSA S807 (Specification for Fibre-Reinforced Polymer) emitida por el CSA Group, un organismo de estandarización originador y de talla internacional.
Colombia comienza tímidamente a adoptar esta revolución tecnológica. A finales de 2018 el ICONTEC publicó -con el apoyo de la Embajada de Canadá- una adopción de la CSA S807: la NTC 6280 (Especificaciones para polímeros reforzados con fibras).
Aunque entidades como el INVIAS y la EAAB adelantan procesos admirables de incorporación de estas tecnologías, aun faltan numerosas acciones gubernamentales y de cultura corporativa que permitan superar las viejas lógicas, cargadas de trámites antitécnicos, para transferir y aplicar localmente nuevos materiales y sustancias.
Diseño integral de puentes mediante barras GFRP
En Estados Unidos, las principales organizaciones de estandarización de infraestructura, edificaciones y materiales han elaborado desde hace varios años métodos de prueba, guías o códigos relacionados con el armado de elementos de concreto con barras FRP.
El American Concrete Institute (ACI), estableció desde 1991 el Comité 440 (Fiber-Reinforced Polymer Reinforcement), el cual tiene activas a la fecha 10 guías para la aplicación de refuerzos FRP. La primera de estas, para el reforzamiento estructural del concreto con barras FRP (ACI 440.1R-15. Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with Fiber-Reinforced Polymer Bars).
El Comité se encuentra en las últimas etapas de la elaboración del Código de Diseño ACI 440, enfocado en barras GFRP redondas y sólidas como único refuerzo en elementos de concreto para estructuras de edificaciones. Estará vinculado al Código ACI 318 y lo reemplazará en disposiciones específicas que admitan cambios para barras GFRP.
Aplicación de barras de FRP como refuerzo en puentes peatonales.
El código de diseño ACI de edificaciones reforzadas con barras GFRP consolida el punto de maduración de cientos de actividades de investigación y desarrollo, por un lado, y de avance en la manufactura de materiales compuestos avanzados para el sector, por el otro. Su publicación se convertirá a su vez en una autorización técnica para alcanzar aplicaciones masivas a lo largo de América Latina, donde el ACI tiene un papel rector sobre la educación y normalización local.
Cabe destacar, no obstante, que la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) se adelantó al ACI a la hora de expedir una guía de diseño integral con barras GFRP de refuerzo, en este caso, para estructuras y subestructuras de puentes: AASHTO LRFD Bridge Design Guide Specifications for GFRP-Reinforced Concrete, Second Edition, Dec., 2018. Esta guía se encuentra armonizada con el AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, octava edición (2017), así como con la novena edición, publicada este año (ver Tabla 1).
Componentes con previsiones de diseño en la segunda edición del AASHTO LRFD-BDS, GFRP-RC.
En esta guía la filosofía de diseño se expresa de manera concisa, ratificando los postulados de una doctrina madura a lo largo de varios estándares: “Estas especificaciones se basan en principios de diseño de estados límite, donde los componentes estructurales deben ser ajustados para satisfacer los requisitos en todos los estados límite de servicio, fatiga y ruptura por deformación bajo carga sostenida, resistencia y eventos extremos. En muchos casos, los límites de servicio o fatiga y ruptura por deformación pueden controlar el diseño”.
Los procesos de ampliación de las aplicaciones permitidas con refuerzos GFRP provienen de un mejor conocimiento de su comportamiento a lo largo del tiempo y de un incesante desarrollo de la industria química encargada de fabricar estos productos. Así se refleja, por ejemplo, en la constante atenuación del rigor de los coeficientes generales y específicos de diseño y seguridad relacionados con el diseño de estructuras reforzadas con GFRP, entre estándares pasados y recientes (ver tabla 2).
Aplicación de barras de FRP en prefabricados de concreto.
Valores de coeficientes de diseño con barras GFRP según estándares.
De otra parte, las barras de refuerzo GFRP han demostrado alcanzar su desempeño más destacado cuando se utiliza con concreto de alto desempeño (aunque requiere regularmente solo concreto convencional). De ahí que la alta ingeniería de aeropuertos, plantas industriales, energética, de saneamiento básico, hospitalaria, marítima y militar, elija -desde hace varios años- combinar estas dos tecnologías de punta, que les aseguran mayor calidad, durabilidad y cumplimiento de requisitos de sostenibilidad.
En nuestra región, los ingenieros civiles, las firmas de diseño estructural o las empresas constructoras tienen ahora la oportunidad de ofrecer al mercado y prontamente al sector público, obras de concreto con refuerzos FRP, lo cual constituirá una línea de negocio con grandes perspectivas de crecimiento y prosperidad para los pioneros.