Figura 1. Molde en Fibra de Vidrio de una Placa de hormigón. https://www.facebook.com/SILIKAMoldesEInsumos/
Debido al creciente uso de formas y diseños complicados en el hormigón, ha surgido la necesidad de encontrar un material de encofrado con propiedades que se aparten de las convenciones de los encofrados tradicionales. Los plásticos reforzados con fibra de vidrio han experimentado un desarrollo notable y popular en la construcción de elementos de hormigón como respuesta a esta demanda. Las razones fundamentales que han impulsado este desarrollo son las siguientes: este material ofrece total libertad en el diseño; permite al constructor realizar simultáneamente el encofrado y el acabado de las superficies; posibilita la creación de dibujos y formas poco convencionales en los encofrados; no hay limitaciones en las dimensiones, ya que los diversos elementos pueden ser montados en obra de manera que se oculten las juntas; puede ser el material más económico entre todas las opciones disponibles, especialmente si se prevé un alto número de usos; es ligero y fácil de desmontar; y, por último, no presenta problemas de herrumbre ni corrosión.
La construcción de encofrados sigue un proceso muy similar al calafateado manual de embarcaciones. Inicialmente, se crea un molde de yeso, madera o acero con la forma y dimensiones requeridas. Luego, se aplica una capa de parafina, se pule y se rocía con un agente desmoldante para evitar que la resina se adhiera al molde principal. Seguidamente, se recubre el molde con una capa de fibra de vidrio y se impregna completamente con resina poliéster mediante pinceladas. Una vez que la resina se ha secado y enfriado, se aplica otra capa de fibra de vidrio y resina poliéster, repitiendo este proceso hasta alcanzar el grosor de pared necesario.
Figura 2. Fabricación de molde con fibras de vidrio. https://www.smooth-on.com/tutorials/concrete-fence-exhibits-detail/
Otro método para construir moldes de fibra de vidrio implica la aplicación de resina con una pistola pulverizadora, sobre la cual se colocan cordones de fibra de vidrio como refuerzo. En muchos casos, se emplea una combinación de ambos sistemas mencionados. En la mayoría de las situaciones, se recomienda reforzar la rigidez y resistencia de los encofrados mediante costillas, tirantes de madera, barras de acero o tubos de aluminio.
El grosor de las paredes en los encofrados de fibra de vidrio varía, siendo de 0,32 cm en los destinados a losas sin armaduras o refuerzos, y aumentando hasta 1,59 cm en los utilizados para pilares que cuentan con tablas de refuerzo de 7,62 a 10,16 cm.
Con cualquiera de los métodos de construcción de encofrados previamente mencionados, es posible eliminar las juntas y marcas que suelen presentarse en los construidos con materiales convencionales. Esto se logra mediante la posibilidad de construir encofrados por elementos que luego se ensamblan en el lugar de trabajo. Además, a través de un tratamiento adicional con resina y fibra de vidrio, se eliminan las rebabas.
Cabe destacar que la fabricación de este material no puede llevarse a cabo en condiciones arbitrarias, ya que requiere un control preciso de la temperatura y la humedad a lo largo de todo el proceso de producción. Por esta razón, todos los encofrados de fibra de vidrio construidos hasta la fecha han sido elaborados bajo las condiciones mencionadas anteriormente.
Os paso algunos vídeos de cómo se elaboran moldes con fibra de vidrio.
Referencias:
AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.
PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
Figura 1. Fibra de vidrio. https://fibereagle.com/refuerzo-de-hormigon-con-fibra-de-vidrio/
El mortero de cemento reforzado con fibra de vidrio (GRC, en inglés), combina un mortero de cemento con fibras cortas de vidrio. Su desarrollo comenzó en la década de 1950 con la idea de incorporar fibras de vidrio en lugar de usar armaduras de hormigón. Sin embargo, el GRC actual surgió en la década de 1960, cuando se reemplazaron las fibras de amianto, que eran cancerígenas. Los primeros tipos empleaban fibras de vidrio basadas en sílice y mortero de cemento Portland. Sin embargo, estas propiedades a corto plazo se deterioraban debido a la corrosión de las fibras por el cemento. Para ampliar las aplicaciones del GRC, se desarrollaron fibras de vidrio resistentes a ambientes alcalinos, con circonio como elemento base, denominadas «alcali resistant» o AR.
El GRC destaca por su resistencia mecánica y su capacidad de adaptación en aplicaciones no estructurales, lo que lo convierte en un recurso valioso en proyectos de ingeniería civil y arquitectura que buscan soluciones estéticas y funcionales. Su flexibilidad en el diseño lo hace idóneo para crear diversas formas con grosores de aproximadamente 10 mm, sin el uso de armaduras. En ingeniería civil, el GRC se utiliza en elementos prefabricados para saneamiento, encofrados perdidos, pantallas de aislamiento acústico y revestimiento de túneles. La versatilidad de este material en términos de diseño permite crear encofrados perdidos con mosaicos y formas sumamente complejas.
Figura 2. Fachada de GRC para el Palacio de Justicia de Córdoba. https://arqzon.com.mx/2021/06/23/grc-concreto-reforzado-fibra-de-vidrio-en-la-construccion/
El mortero reforzado con fibra de vidrio se caracteriza por su resistencia al agrietamiento y a la tracción mecánica. Además, es eficaz en la prevención de daños por impacto y aumenta su capacidad de deformación, lo que contribuye a una mayor resistencia a las tensiones externas. También destaca su resistencia a la congelación, la descongelación, la fatiga, el peso y los cortes. Además, reduce significativamente la segregación, el sangrado y las filtraciones de líquidos, lo que mejora la integridad de las estructuras en las que se utiliza.
Las fibras de vidrio suelen tener un módulo de elasticidad a 25 °C de 70 GPa, una resistencia a tracción de una fibra de 3600 MPa (de 1750 MPa si es un haz de fibras) y una deformación en rotura del 2 %. Es importante destacar que las fibras de vidrio no son monolíticas, pues se componen de un haz de alrededor de 200 filamentos de vidrio, cada uno con un diámetro de unos 10-20 μm.
La cantidad necesaria de fibra de vidrio varía en función del método de fabricación. Hay que prestar atención a que las cantidades de cada componente sean las correctas. Así se evita que la fibra de vidrio aparezca en la superficie y se consigue la máxima resistencia. Si el GRC se proyecta, se añade una fracción volumétrica del 5 % de fibras de vidrio. Cuando se opta por una mezcla premezclada de fibra y mortero de cemento, la fracción se reduce al 3,5 %. La longitud de las fibras empleadas se encuentra en el rango de 25 a 40 mm. El cemento Portland es prácticamente el único que se utiliza en la fabricación del GRC. La arena suele ser de origen silíceo. Además, suele añadirse un plastificante que confiere la viscosidad adecuada al mortero. Asimismo, se pueden añadir diversos aditivos y pigmentos para lograr el aspecto deseado en los elementos.
Por lo general, se emplean cantidades iguales de cemento y arena, con una relación agua/cemento de alrededor de 0,4. No obstante, esta relación puede ajustarse para lograr la fluidez adecuada en el proceso de fabricación. Para evitar un exceso de agua, se recurre a superplastificantes. Para mantener las características del material en etapas avanzadas de su vida útil, en ocasiones se recurre al humo de sílice o al metacaolín. Es importante destacar que el GRC cambia sus propiedades con el paso del tiempo, con una pérdida apreciable de ductilidad y capacidad de carga.
En la actualidad, se emplean tres métodos principales para fabricar el GRC: la proyección conjunta, la mezcla previa y la mezcla previa con posterior proyección. Cada uno de estos métodos tiene sus propias variantes y particularidades. Veamos sus características.
Fabricación por proyección conjunta
El mortero se proyecta mediante una pistola que dispara las fibras y el mortero por orificios separados, los cuales se unen y mezclan en el molde. Una bobina suministra una cuerda de fibras de vidrio que se corta a la longitud deseada en la cabeza de la pistola. Por la parte inferior, fluye el mortero a través de una manguera. La consistencia del mortero debe ser fluida para facilitar su proyección. Existen dos posibilidades: la proyección manual y la proyección automática.
En la proyección manual, se aplica un desencofrante en el molde y se realiza una primera pasada depositando el material mediante movimientos oscilantes. Una vez que el molde presenta una fina capa del material, se utiliza un rodillo helicoidal para que el mortero y las fibras se adapten a la forma del encofrado. La proyección continúa hasta alcanzar el espesor deseado y, finalmente, se emplea una llana sobre la superficie libre para lograr uniformidad. Este método requiere una gran cantidad de mano de obra, pero ofrece resultados de alta calidad, particularmente cuando el operario posee la experiencia adecuada. En España, este método de fabricación es el habitual.
La proyección automática se emplea en la fabricación de paneles rectangulares de formas simples y planas. Aunque es menos versátil que el método manual, también existen dos variantes: en una, se utiliza un cabezal de proyección móvil, y en la otra, el molde se mueve. En ambos casos, se regula la velocidad de proyección para asegurar una distribución precisa del material. Para igualar el espesor de la pieza, se recurre a un sistema automático que pasa una llana, un rodillo u otra herramienta sobre la cara expuesta del material.
La principal ventaja de este método es su capacidad para lograr una mayor producción a un menor coste. Además, el sistema automatizado se ha mejorado mediante el uso de moldes con pequeños agujeros que evacúan el exceso de agua. Esto reduce la relación agua/cemento, aumenta la densidad del material y mejora sus propiedades mecánicas. Otra variante de este método consiste en aplicar una carga en la cara libre del material para que la mezcla se adapte con precisión a los diseños y patrones del molde.
Fabricación por premezclado
El método de premezclado consiste en combinar previamente el cemento, las fibras de vidrio, el agua, la arena, el plastificante y las adiciones antes de verter la mezcla en el molde. Hay que preparar el mortero de cemento y, luego, incorporar las fibras de vidrio. Para evitar que las fibras se enreden, se sumergen en aditivos que las lubrican y facilitan su dispersión en la matriz de mortero. Es esencial minimizar el tiempo de mezcla del mortero y las fibras para prevenir la segregación y la pérdida de agua en la mezcla. Una vez mezclados los componentes, se vierte la pasta en los moldes. Después, se someten los moldes a una vibración externa para eliminar burbujas de aire y espacios vacíos. Si es necesario rellenar moldes con cavidades, es preferible inyectar GRC premezclado, aunque puede dañar las fibras e, incluso, introducir burbujas de aire.
Fabricación por premezclado y proyección
En los últimos años, ha surgido un método conocido como «sprayed premix». Las fibras de vidrio se integran durante la mezcla del mortero y, posteriormente, se proyectan ambos componentes, ya mezclados, en el molde. A pesar de que este método ofrece resultados similares a la proyección tradicional, la calidad de los elementos fabricados depende en menor medida de la destreza del operario. Además, la determinación del contenido de fibra se realiza en peso, lo que resulta más preciso que el método tradicional, se elimina la formación de burbujas en la mezcla y se simplifica la maquinaria de proyección.
Os dejo algún vídeo explicativo que espero os sea de interés.
Referencias:
AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.
ACHE (2000). Monografía M-2. Manual de tecnología del hormigón reforzado con fibras de acero.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
GÁLVEZ, J.C.; ALBERTI, M.G.; ENFEDAQUE, A.; PICAZO, A. (2019). Fundamentos de hormigón reforzado con fibras. García-Maroto Editores, 51 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
SERNA, P. (2007). Recientes ejemplos estructurales de aplicación de hormigón de fibras. Monografía sobre aplicaciones estructurales de hormigones con fibras, pp. 33-47.
Pasarela sobre el AVE en Lérida. 2001 Proyecto de PEDELTA. Arco biapoyado de 38 metros de luz y 3 de ancho. Elementos atornillados.
Los nuevos materiales compuestos basados en polímeros reforzados con fibras (PLR), están presentes en casi todos los objetos de nuestra vida diaria. También se usan en el mundo de la construcción: elementos estructurales, cerramientos opacos o traslúcidos, sanitarios, pavimentos, conducciones, elementos de instalaciones eléctricas, etc.
La historia de los plásticos podría iniciarse en 1839 con la vulcanización de la goma por Charles Goodyear, aunque los olmecas ya lo hacían hace 3500 años. En 1860 Parker patenta la parkesita, el primer celuloide. En 1869 Hyatt descubre el celuloide. En 1907 Baekeland descubre la baquelita, primer polímero sintético, y así hasta nuestros días.
Los PRF se empezaron a utilizar en la industria aeronáutica desde la década de los sesenta, pero ya en este siglo se están empezando a utilizar en los proyectos de puentes y pasarelas. Desde la construcción del primer puente de polímeros en Asturias en 2004, en España se han hecho realizaciones en otros sitios como Madrid o Cuenca, entre otros.
Suelen ser estructuras híbridas, donde se combinan elementos tradicionales con nuevos materiales. En general son de dos tipos:
Las que el tablero superior es de PRF que se apoya sobre vigas de acero, de madera o de hormigón
Las que las vigas son de PRF y sobre ellas apoya un tablero tradicional (hormigón armado, madera)
Entre las ventajas de los puentes y pasarelas realizados con plásticos reforzados con fibras, podemos resaltar las siguientes:
Ligereza
Elevada resistencia y rigidez específica
Gran resistencia a la corrosión y agentes ambientales
Baja conductividad térmica
No producen interferencias en campos electro-magnéticos
Gran libertad de formas, tamaños y diseños
Entre las desventajas:
Elevado precio inicial (necesario un análisis a lo largo de toda la vida)
Degradación de sus propiedades a temperaturas no excesivamente altas, especialmente de la matriz polimérica (100 °C)
Inercia del sector
Falta de experiencia
Inexistencia de normas y recomendaciones
Mal comportamiento en caso de incendio
A continuación os paso la serie de tuits que sobre este tema tuvimos ocasión de publicar el 15 de mayo de 2015. Espero que os gusten.
Pasarela en Lleida sobre la línea de AVE. 38 m de luz. Íntegramente con perfiles pultruídos de fibra de vidrio pic.twitter.com/QbkmD0NBJ3
