Rosquillas de fibra de carbono para innovar la reparación de puentes
INNOVACIÓN

Rosquillas de fibra de carbono para innovar la reparación de puentes

La Universidad de Utah (EEUU) ha desarrollado un método para reforzar las columnas de un puente tras un terremoto en solo tres días y no paralizar su uso.

Por Jose Carlos Sánchez

El 27 de febrero de 2010 Chile tembló. Un terremoto de 8,8 en la escala Richter sacudió el país durante cerca de cuatro minutos. El sismo provocó más de 500 muertos y arrasó algunas de las principales infraestructuras del país. Varias autopistas, puentes y pasos elevados se vinieron abajo o quedaron seriamente dañados. En una situación de emergencia como la de Chile, mantener operativas este tipo de estructuras puede ser decisivo para asegurar la respuesta de los equipos de emergencia y evitar que las ciudades se paralicen. Sin embargo, la reparación del pilar dañado de un puente, por ejemplo, puede cortar el tráfico durante semanas.

Reducir ese tiempo fue el objetivo de un equipo de la Universidad de Utah (Estados Unidos) dirigido por el profesor de ingeniería civil Chris Pantelides. Su trabajo, publicado el pasado mayo en la revista American Concrete Institute Structural Journal, propone un nuevo sistema para reparar las columnas de los puentes tras un sismo que permite mantenerlos operativos por más tiempo sin tener que demolerlos. También sirve para los sismos más graves, en los que el armazón interior de las columnas llega a doblarse o romperse.

Diseñado para los llamados puentes de técnicas de construcción acelerada (ACB, por sus siglas en inglés), la técnica de Pantelides actúa sobre la base de las columnas afectadas. Esta zona, junto a la parte superior, es la que más daño recibe durante un temblor.

La técnica comienza taladrando e introduciendo en el terreno o soporte de la columna ocho barras corrugadas de acero selladas con epoxi alrededor de la estructura dañada. A continuación, se crea una especie de cerco circular o encofrado con cuatro capas de fibra de carbono. Después, se rellena el hueco existente con mortero grout. El resultado es una especie de rosquilla que, según el artículo, “convierte la zona de flexión original de 533 milímetros (mm) de la columna octogonal [una de las cuatro utilizadas en el test] en una circular con un diámetro de 762 mm”. Es decir, ensancha la base de la columna.

La función de esta rosquilla es trasladar la zona de flexión (la que recibe la fuerza durante un temblor y que puede romperse) desde la parte afectada hasta la zona inmediatamente superior que no ha sufrido daños. De este modo, asegura el equipo, el puente reparado podría seguir cumpliendo su función con prestaciones iguales o muy cercanas a la resistencia original de la estructura. “Otros sistemas requieren retirar parte del hormigón, reemplazar parte del corrugado y encofrar”, explica el responsable de la investigación, Chris Pantelides. “No hace falta decir que eso requiere tiempo y trabajo… necesitas crear el encofrado y luego retirarlo”, añade. El responsable defiende que con su técnica “la estructura de fibra de carbono también actúa como encofrado”.

Pantelides asegura que se necesitarían tres días para reparar cada columna afectada, menos que con otros sistemas. Preguntado por cuánto tiempo aguantaría el puente tras su reparación, Pantelides garantiza que duraría “tanto como las columnas originales”. El experto explica: “El método de reparación demuestra que las columnas rinden tan bien como las originales. Esto significa que, una vez reparado, puede seguir funcionando como antes hasta el próximo terremoto, incluso entonces lo hará tan bien como en el primero”.

Foto: Secuencia que explica el proceso propuesto por Pantelides. 1) Se taladra la base del pilar y se introducen las barras de acero. 2) Se fijan las barras con resina epoxi. 3) Se instala la chaqueta de fibra de carbono. 4 y 5) Se rellena y fija con mortero.  Crédito: Chris Pantelides.

Foto: Secuencia que explica el proceso propuesto por Pantelides. 1) Se taladra la base del pilar y se introducen las barras de acero. 2) Se fijan las barras con resina epoxi. 3) Se instala la chaqueta de fibra de carbono. 4 y 5) Se rellena y fija con mortero. Crédito: Chris Pantelides.

Para la profesora de la Universidad Politécnica de Cataluña (España) Eva Oller, la propuesta de Pantelides representa uno de los usos cada vez mayores de la fibra de carbono: restituir y reforzar la capacidad portante de estructuras, el esfuerzo que pueden soportar. Normalmente esto suele hacerse mediante los llamados encamisados, que consisten en envolver la columna con capas de fibra o acero “para restituir y aumentar la capacidad portante”. En este caso, la técnica de Utah únicamente ensancha la base de la columna, de modo que también solventa dos de las dificultades habituales de la fibra: su conexión con la cimentación y la preparación de la aplicación. “La fibra de carbono es un tejido frágil y no puede aplicarse sobre esquinas, debe ser redonda”, explica Oller.

El catedrático especializado en puentes de la Universidad Politécnica de Cataluña Ángel Aparicio considera que el enfoque con fibra de carbono del equipo de Utah se ha visto desde hace años, incluso desde antes de 2000. Sin embargo, Pantelides defiende que “nadie ha usado un rosquilla”. El responsable de Utah detalla: “Habitualmente la columna original se envuelve o se reviste con una chaqueta de hormigón y luego se envuelve. Ambas opciones son mucho más intrusivas y lentas”.

Del laboratorio a los puentes

Encamisada, aplicada directamente o sobre recrecidos, la fibra de carbono se revela como uno de los materiales a tener en cuenta para el futuro. Entre sus ventajas se cuentan la durabilidad, una resistencia a la corrosión mucho mayor que la del acero y su ligereza. ¿Sus problemas? El fuego, del que se protege con pintura, y por supuesto, el precio.

“Al ser un material relativamente caro y con algunos inconvenientes no está muy extendida. Hay bastantes aplicaciones, pero su uso no es del todo común”, explica Oller. La profesora detalla: “Se tiende seguir con las técnicas tradicionales porque son más baratas”. Para Aparicio, “esto es un círculo vicioso”. Pero en su opinión, “ahora que probablemente en Europa haya más mercado de reparación y rehabilitación, probablemente el precio de estos materiales bajará. Si se usan bien, los resultados son fiables”.

Los últimos avances para proteger los puentes no se limitan a recubrir las estructuras con fibra sino que aspiran a protegerlas con herramientas que permitan disipar la energía cinética en caso de temblor. “Restituir la respuesta estructural hasta un cierto nivel con fibra de carbono y proteger la estructura mediante amortiguadores o conectadores podría ser una estrategia interesante”, explica Aparicio. “Es un buen matrimonio para reparar una estructura”, añade.

Los terremotos no se pueden evitar. Pero avances como estos y otros como la sensorización permiten que, cuando ocurran, puentes y estructuras no solo permanezcan en pie, sino que puedan seguir cumpliendo su función. Ya sea con rosquillas o camisas.

Fuente:

MIT

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