Tiritas de fibra de carbono: refuerzo mínimamente invasivo para puentes y edificios

En la vida diaria, utilizamos vendas adhesivas para tratar cortes y rasguños menores: una solución sencilla y práctica. Sin embargo, ahora, cuando los puentes desarrollan finas grietas en sus vigas y las paredes de edificios antiguos se van aflojando con el paso del tiempo, un material aparentemente ligero está surgiendo como la 'fuerza principal' en el refuerzo estructural. La ingeniería también ha adoptado una solución similar a la 'cura' con tira adhesiva: el tejido de fibra de carbono, que está fortaleciendo silenciosamente puentes y edificios mediante métodos mínimamente invasivos.
Proceso de fabricación de tejido unidireccional

El tejido unidireccional de fibra de carbono es un material comúnmente utilizado en proyectos de refuerzo con fibra de carbono. Su proceso de fabricación implica principalmente la disposición, fijación y moldeo de filamentos de fibra de carbono, teniendo como objetivo principal garantizar que los filamentos estén ordenadamente alineados en una única dirección (típicamente longitudinal), manteniendo al mismo tiempo propiedades de alta resistencia. Los pasos específicos son aproximadamente los siguientes:

Paso uno: Preparación del filamento de fibra de carbono
Los filamentos precursores de fibra de carbono basados en PAN (la corriente principal del mercado) se fabrican a partir de fibras de poliacrilonitrilo mediante procesos de preoxidación y carbonización. Estos filamentos tienen un diámetro de 5 a 7 micrómetros y presentan una resistencia a la tracción excepcionalmente alta.
Paso Dos: Proceso de Urdir
Mediante la máquina de urdido, miles a decenas de miles de filamentos de fibra de carbono se disponen longitudinalmente en paralelo y uniformemente en capas de urdimbre. Se controla estrictamente la tensión y la precisión del alineamiento para garantizar propiedades unidireccionales y evitar desviaciones transversales.
Paso Tres: Proceso de Tejido / Fijación
Utilizando fibras transversales extremadamente finas (como fibra de vidrio o nailon), los hilos longitudinales se aseguran mediante tejido o encolado. Durante el tejido, los hilos de trama se entrelazan con los hilos de urdimbre a baja densidad (unos pocos hilos por centímetro), formando una estructura de "urdimbre apretada, trama suelta" que proporciona refuerzo sin comprometer la resistencia. Alternativamente, puede utilizarse una emulsión de resina epoxi para unir el material en un tejido sin trama, aunque el tejido sigue siendo el método más común.
Paso Cuatro: Tratamiento Superficial
Eliminar impurezas, aumentar la rugosidad superficial o aplicar un agente de acoplamiento para mejorar la adhesión al adhesivo y aumentar la compatibilidad con la resina.
Paso Cinco: Fijación y Enrollado
Tras el secado y la fijación, el producto pasa por una inspección de calidad y empaquetado para convertirse en el artículo terminado. A lo largo de este proceso, el enfoque está en maximizar la alta resistencia de los hilos longitudinales de fibra de carbono, mientras que los hilos transversales cumplen únicamente una función auxiliar de fijación.

El núcleo de todo el proceso radica en garantizar la alineación paralela y la alta resistencia a la tracción de los filamentos longitudinales de fibra de carbono, con las fibras transversales cumpliendo únicamente una función auxiliar de fijación. Por consiguiente, el tejido unidireccional de fibra de carbono aprovecha plenamente las propiedades de tracción de la fibra de carbono a lo largo de su eje longitudinal, lo que lo hace altamente adecuado para aplicaciones en refuerzo estructural donde se presentan tensiones de tracción.

Principios de Refuerzo
El tejido de fibra de carbono se une a la superficie estructural mediante un adhesivo resinoso compatible, formando un material compuesto (CFRP) que trabaja conjuntamente con la estructura original. Al poseer una resistencia a la tracción excepcionalmente alta (aproximadamente diez veces mayor que la del acero), el tejido de fibra de carbono se integra firmemente al hormigón a través del adhesivo resinoso. Esto transfiere las cargas externas al tejido de fibra de carbono, aprovechando sus propiedades de alta resistencia para mejorar la capacidad de la estructura frente a flexión, esfuerzos cortantes y actividad sísmica, mientras inhibe simultáneamente la propagación de grietas.

Procedimientos de construcción

Paso uno: Preparación de la superficie
Limpie la superficie de hormigón, elimine las capas sueltas y manchas de aceite para crear una superficie base lisa.
Paso dos: Aplicar el imprimante epoxi
Aplique una capa de imprimante sobre el hormigón para garantizar que el tejido se adhiera firmemente.
Paso tres: Aplicar el tejido de fibra de carbono
Sumerja la tela de fibra de carbono previamente cortada en resina epoxi y aplíquela en las áreas estructurales que requieren refuerzo (como fondos de vigas, columnas, losas de piso y almas de puentes).
Paso Cuatro: Compactación con rodillo y desaireación
Presione repetidamente con un rodillo para asegurar que el adhesivo penetre uniformemente en las fibras y expulse cualquier burbuja de aire, de forma similar a presionar firmemente una venda adhesiva.
Paso Cinco: Curado y mantenimiento
Una vez que el adhesivo ha curado, la tela de fibra de carbono y el hormigón quedan fusionados, formando una capa externa excepcionalmente resistente.

Características de refuerzo

Mejora de la capacidad portante: aplicado en la parte inferior de vigas → mayor resistencia a la flexión; aplicado en columnas → mayor resistencia a compresión y mejor rendimiento sísmico.

Control de fisuras: la tela de fibra de carbono evita que las grietas en el hormigón se propaguen, de forma similar a como una venda protege una herida cutánea de empeorar.

Vida útil extendida: resistente a la corrosión, a diferencia del acero que se oxida, lo que lo hace particularmente adecuado para entornos como puentes expuestos a largo plazo.

Ligero y eficiente: velocidad de construcción rápida, sin necesidad de maquinaria pesada y sin añadir peso estructural significativo.

¿Por qué el tejido de fibra de carbono se ha convertido en la nueva opción para el refuerzo?

En comparación con los métodos tradicionales de refuerzo, como el refuerzo con placas de acero o el ensanche de secciones, el tejido de fibra de carbono ofrece ventajas distintas:

Su naturaleza ligera no añade prácticamente ninguna carga adicional a la estructura original. Con un peso inferior a 300 gramos por metro cuadrado, altera mínimamente la distribución de cargas del edificio tras aplicación , lo que lo hace particularmente adecuado para reforzar estructuras sensibles al peso propio, como edificios antiguos y puentes.

Su resistencia a la corrosión garantiza un rendimiento estable en entornos agresivos. Ya sea frente a la corrosión por niebla salina en puentes costeros o condiciones húmedas en vigas y columnas de sótanos, el tejido de fibra de carbono mantiene un rendimiento constante con una vida útil superior a 50 años.

La instalación eficiente reduce significativamente los plazos del proyecto. Sin necesidad de maquinaria pesada, solo con aplicación manual, el refuerzo de un edificio de mil metros cuadrados generalmente tarda apenas de 1 a 2 semanas, considerablemente menos que los métodos convencionales.