(Magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Estructuras)

Desde hace cerca de 100 años la construcción en Colombia se ha fundamentado en los principios de la ingeniería estructural, determinados a través de códigos, con énfasis especial en las propiedades de materiales tales como el concreto y el acero, lo que ha llevado a establecer una tradición en el país de edificaciones construidas a partir de concreto reforzado con barras de acero, en este tipo de estructuras el concreto protege al acero de agresiones externas como, por ejemplo, la corrosión.
No obstante, condiciones ambientales como las que se presentan en el clima de bosques tropicales o también en ambientes marinos, caracterizadas por temperaturas promedio superiores a 25 ºC con alta humedad relativa, son propicias para que las estructuras citadas experimenten ataques químicos y/o carbonatación, es así como, si el concreto por alguna razón presenta alta permeabilidad y fisuras, resulta fácilmente vulnerable a degradación y, en consecuencia, el acero al que está recubriendo se hace susceptible a corrosión, reduciendo la durabilidad general de toda la estructura.
Para solucionar esta problemática se probaron nuevas combinaciones de materiales, como fue el caso del concreto reforzado con barras de fibras de vidrio o carbono, encontrándose que los polímeros reforzados con fibra (Fiber Reinforced Polymers – FRP) y los compuestos poliméricos reforzados con fibra de carbono (Carbon Fiber Reinforced Polymer – CFRP) ofrecían resultados estructurales similares a los de los materiales que se buscaba reemplazar.
Sin embargo, surgieron inconvenientes debido a que, a pesar de que las barras de CFRP ofrecen alta resistencia a la tensión (de dos a tres veces la del acero) provocando que el momento de falla sea más alto, desde el punto de vista mecánico hacen frágil a la estructura debido a que poseen un menor módulo elástico, presentando inconvenientes en cuanto a su serviciabilidad debido a las altas deflexiones.
Teóricamente si se espera que un elemento se agriete en una o más secciones debido a cargas de flexión que afecten su serviciabilidad, hay que tener presente la variación en la rigidez a lo largo de la longitud de dicho elemento, acorde con lo postulado en el ACI Code ACI 440.1R-15 (Teoría de Bischoff, 2011), numeral 24.2.3.5; además, la variación en el espesor de los elementos y la cuantía del refuerzo colocado modifican la rigidez y su resistencia a la flexión. Es así como para calcular el espesor de un elemento sometido a flexión, reforzado internamente con barras de FRP, se permite el uso de la Guía para el Diseño y Construcción de Concreto Estructural Reforzado con barras de FRP (ACI 440.1R-15 - ACI Committee 440, 2022), pero se debe cumplir con las deflexiones requeridas en la tabla 24.2.2 del código ACI Code 440.11-22.
Asimismo, para el cálculo del momento de fisuración Mcr del elemento, se debe seguir el método contemplado en la NSR-10 C.9.5 y el ACI Code 440.11-22, numeral 24.2.3.5, y la capacidad de corte del concreto, Vc, se encuentra en el ACI Code 440.11-22 22.5.5.1 y NSR-10 C.11-3. Con base en teorías se pueden calcular los espesores necesarios de las losas para que la cuantía del refuerzo de CFRP proporcione la rigidez suficiente de modo que se cumpla con la deformación solicitada para estos elementos.
En la presente investigación se adelantaron experimentos con siete losas, seis de ellas de concreto reforzado con CFRP y una con acero A706 y se analizó su comportamiento bajo cargas aplicadas en el centro de la luz. Los resultados teóricos del cálculo de los elementos ensayados se compararon contra los resultados experimentales obtenidos en el laboratorio, con el objetivo de validar qué tan cercanas están las fórmulas teóricas existentes en la ciencia actual a lo que realmente sucede en estos tipos de estructuras sometidos a cargas.