A veces, por el simple deterioro del paso del tiempo o por el dao ocasionado por los temblores (movimientos telricos), se observan grietas y fallas en las estructuras civiles como puentes, pisos, columnas, vigas, hechos en concreto armado (reforzado con acero). Se podra demoler y construir de nuevo con altos costos o simplemente y de manera muy rpida, se puede reparar y dar una segunda vida de manera segura, con el empleo de los materiales compuestos polimricos.

Desde mediados de los aos ochenta, se tienen referencias exitosas de aplicaciones en Europa, Estados Unidos y Japn, pero en nuestro medio, esta tcnica no se ha extendido como un uso general de los materiales compuestos debido al desconocimiento y poca difusin de los procedimientos/materiales que mejoran las estructuras, las rehabilitan y las hacen seguras con excelente costo beneficio.

Los materiales compuestos a base de fibras de carbono pueden ser usados como medio directo de refuerzo de la zona afectada para incrementar los niveles de resistencia de una seccin estructural. En pases o zonas de alta ocurrencia o probabilidad de temblores, este refuerzo adems de aumentar las resistencias, mejora la absorcin de vibraciones, permitiendo que las estructuras puedan soportar mejor los movimientos de la tierra.

Las fibras de carbono, constituyen el elemento que proporcionar la nueva resistencia y rigidez al concreto armado. Estas pueden aplicarse directamente sobre la estructura a reforzar o mediante el pegado de lminas previamente elaboradas. De acuerdo con el tipo de fibra de carbono que se emplee se tendr un amplio abanico de resistencias. stas pueden ser: de uso general, de alta resistencia, ultra alta resistencia, alto mdulo elstico y ultra rpido mdulo. Las fibras de carbono de uso general, pueden tener resistencias mximas a tensin hasta 3.790 MPa, pudiendo alcanzar niveles de mdulo elstico oscilantes entre 220 y 235 GPa. Estos valores y la rigidez, mejoran sustancialmente si se emplean fibras de carbono de alto y ultra alto mdulo elstico.

Como se observa, este tipo de material puede llegar a alcanzar niveles de resistencia mayor a los que son capaces de desempear los aceros de refuerzos convencionales, situacin que sin duda, proporciona una gran ventaja a la hora de establecer procedimientos de reforzamiento que contribuyan a aumentar la capacidad resistente de las secciones de concreto nuevas o deterioradas.

La aplicacin de las fibras, requiere de un primer de superficie o impregnante que se aplicar de primero sobre la estructura a reforzar. Este elemento formar un puente de adherencia con la resina de saturacin que a su vez, tienen la funcin de compatibilizar por medio de la adherencia, el comportamiento de esfuerzos y deformaciones entre el sustrato de concreto y el laminado, garantizando que se alcancen las propiedades mecnicas requeridas en la estructura. Otros componentes del refuerzo son los reguladores de superficies, las resinas de saturacin, los adhesivos y los revestimientos protectores.

Los reguladores de superficie son productos epxicos cuya funcin es eliminar posibles irregularidades en la superficie de concreto al cual, se adherir el laminado de carbono.

Las resinas de saturacin se emplean para la impregnacin de las fibras, que constituyen el refuerzo estructural. Estas resinas son las encargadas de fijar las fibras al interior del conjunto segn el diseo proyectado y de garantizar la trasmisin de los esfuerzos de cortante entre todas las fibras y posteriormente, entre stas y el sustrato.

Por ltimo, los adhesivos son los encargados de fijar el laminado al sustrato del concreto en la zona que se quiera reforzar y los revestimientos protectores, son los encargados de proteger el refuerzo de los efectos medioambientales no deseados que pueden con el tiempo, acortar la vida til de todo el trabajo.

En general para este trabajo se prefiere los productos epxicos por su alta adherencia a diferentes sustratos y por su capacidad de secar en hmedo, aspecto importante que se requiere ocasionalmente cuando se trabaja sobre estructuras enterradas, hmedas o con alto nivel fretico.

De acuerdo con lo anterior, se deduce que el reforzamiento con fibras de carbono constituye una excelente opcin para la rehabilitacin y/o mejora de estructuras de concreto, ya que aumenta la resistencia a tensin o al cortante de las partes estructurales. Los niveles en la capacidad resistencia a la compresin tambin se pueden mejorar si se aplican refuerzos de carbono en los elementos a reforzar, que garanticen el confinamiento de la seccin (revestir en todo su permetro), muy aplicable en el caso de elementos con seccin transversal circular/cuadrada (columnas, chimeneas, silos), retardando el inicio del agrietamiento por compresin, cortante y aumenta de la ductilidad atribuible a los mayores niveles en el mdulo de elasticidad y en la resistencia a tensin de la fibra.

La fibra de carbono como tcnica de reforzamiento estructural, debe de ser validado por ingenieros calculistas, quienes definirn si el uso de la misma es factible o no. Su estudio, previo al desarrollo de los trabajos de reparacin, rehabilitacin y/o reforzamiento, deber incluir el desarrollo de modelos estructurales lo suficientemente detallados, que al ser sometidos a acciones probables, permitan estimar el estado de esfuerzos y de deformaciones de los elementos estructurales a reforzar; adems se requiere cuantificar el posible estado de dao (grietas, fisuras, niveles de pandeamientos no deseados) de la estructura, as como las propiedades fsico mecnicas de los materiales que la componen (concreto, acero, mampostera).

Referencia: Artculo escrito por el ingeniero Eduardo Vidaud Quintana basado en:

ACI Committee 440 (2004), Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures (ACI 440.3R-04), American Concrete Institute, Farmington Hills.
De Paula Machado, Ari (2005), Refuerzo de estructuras de concreto armado con fibras de carbono, DEGUSSA