El hormigón reforzado con materiales textiles es un tipo de hormigón armado en el que las habituales barras de refuerzo de acero se sustituyen por materiales textiles . En lugar de utilizar una jaula metálica en el interior del hormigón, esta técnica utiliza una jaula de tela en el interior del mismo.
Los materiales con alta resistencia a la tracción y propiedades de elongación despreciables se refuerzan con telas tejidas o no tejidas . Las fibras utilizadas para fabricar la tela son de alta tenacidad, como yute , fibra de vidrio , kevlar , polipropileno , poliamidas (nailon), etc. El tejido de la tela se realiza en forma de bobina o en forma de capas. Los materiales fundidos, arcillas cerámicas , plásticos u hormigón de cemento se depositan sobre la tela base de tal manera que la tela interior queda completamente envuelta con el hormigón o el plástico.
Como resultado de este tipo de estructura, el hormigón resultante se vuelve flexible desde el lado interior junto con una alta resistencia proporcionada por los materiales exteriores. Varias estructuras no tejidas también tienen prioridad para formar la estructura base. Se utilizan tipos especiales de telares para formar telas en espiral y las telas en capas generalmente son no tejidas.
La creación inicial del hormigón reforzado con textiles (TRC) comenzó en la década de 1980. Los conceptos para el TRC se originaron en el Sächsisches Textiforschungs-institut eV STFI, un instituto alemán centrado en la tecnología textil. [1] La primera patente para el diseño de hormigón reforzado con textiles, otorgada en 1982, fue para elementos de seguridad relacionados con el transporte. Estos elementos estaban destinados específicamente a ser reforzados con materiales distintos del acero. En 1988, se otorgó una patente para una barrera de seguridad que utilizaba un refuerzo similar a una cuerda como su diseño. Este refuerzo se hizo a partir de desechos de hormigón y textiles, y la disposición y el tamaño innovadores de las fibras de refuerzo en el interior eran notables. Los refuerzos se colocaron en su lugar de modo que se pudiera verter el hormigón, y el tamaño del refuerzo se describió utilizando el diámetro y el tamaño de la malla. [2]
En 1996, estudiantes universitarios alemanes crearon dos canoas de hormigón utilizando un refuerzo textil. Una de las embarcaciones utilizó vidrio resistente a los álcalis como refuerzo textil. Para fabricar el vidrio en una tela, se utilizó un proceso llamado técnica Malimo para mantener el vidrio en un hilo continuo, de modo que pudiera usarse para hacer la tela. La otra embarcación se construyó utilizando tejido de fibra de carbono como método de refuerzo. Las embarcaciones compitieron en la Regata de Canoas de Hormigón de 1996 en Dresde, Alemania, y esta fue la primera vez que el hormigón reforzado con textiles se llevó a la atención del público; las embarcaciones recibieron un premio por su diseño. [2]
Hay cuatro factores importantes a la hora de construir un TRC: la calidad del hormigón, la interacción entre el tejido y el hormigón, la cantidad de fibras utilizadas y la disposición del refuerzo textil en el interior del hormigón. [3]
El tamaño de las partículas del hormigón debe seleccionarse con cuidado. Si el hormigón es demasiado grueso, no podrá atravesar el refuerzo textil. Para obtener los mejores resultados, se debe utilizar hormigón fresco. Para facilitar la adhesión, se pueden añadir aditivos químicos que ayuden a que las fibras se adhieran al hormigón. [4]
Las características del TRC son su estructura delgada y naturaleza maleable, así como su capacidad para retener una alta resistencia a la tracción; esto se debe al refuerzo en el hormigón que utiliza fibras largas y continuas que se tejen en una dirección específica para agregar resistencia. [2] Como resultado de la resistencia variable y las propiedades necesarias para soportar la carga correcta, existen muchos tipos diferentes de hilos, tejidos textiles y formas que se pueden utilizar en TRC. El textil comienza con un hilo que está hecho de una hebra continua de filamentos o grapas . El hilo se teje, se tricota, se pega, se trenza o se deja sin tejer, según las necesidades del proyecto. [4] El carbono , el vidrio AR y el basalto son materiales especialmente buenos para este proceso. El carbono tiene buena resistencia a la tracción y baja expansión térmica, pero es costoso y tiene mala adherencia al hormigón. El basalto se forma fundiendo roca basáltica; es más rentable que el carbono y tiene buena resistencia a la tracción. El inconveniente del basalto es que, cuando se coloca en una solución alcalina, como el hormigón, pierde parte de su volumen de fibras, lo que reduce su resistencia. Esto significa que se debe aplicar un recubrimiento de polímero nanocompuesto para aumentar la longevidad de la construcción. El vidrio AR también tiene este problema, pero las ventajas de utilizar vidrio AR en la estructura TRC, incluida su adhesión al hormigón y su bajo costo, superan estos problemas. [4]
El hormigón reforzado con textiles se describe como un compuesto endurecible por deformación. Los compuestos endurecibles por deformación utilizan refuerzos de fibra corta, como hilos hechos de fibra de carbono, para reforzar un material. El endurecimiento por deformación requiere que los refuerzos y la matriz de hormigón que rodea el refuerzo se diseñen cuidadosamente para lograr la resistencia deseada. [4] El textil debe estar orientado en la dirección correcta durante el diseño para soportar la carga principal y las tensiones que se espera que soporte. Los tipos de tejidos que se pueden utilizar para hacer telas para TRC incluyen el tejido liso , el tejido Leno , el tejido de punto por urdimbre y el espaciador 3D. [3]
Otro aspecto importante del hormigón reforzado con textiles es la permeabilidad del tejido. Se debe prestar especial atención a su estructura, de modo que el tejido sea lo suficientemente abierto para que el hormigón pueda fluir a través de él, pero que al mismo tiempo permanezca lo suficientemente estable como para mantener su propia forma, ya que la colocación de la armadura es vital para la resistencia final de la pieza. El material textil también debe tener una alta resistencia a la tracción, un alto alargamiento antes de la rotura y un módulo de Young más alto que el hormigón que lo rodea. [4]
El tejido se puede colocar a mano en el hormigón o el proceso se puede mecanizar para aumentar la eficiencia. Las diferentes formas de crear hormigón reforzado con tejido varían desde los moldes de encofrado tradicionales hasta la pultrusión . Al hacer TRC mediante fundición, se debe construir el encofrado y el refuerzo textil debe estar preinstalado y listo para que se vierta el hormigón. Una vez que se vierte el hormigón y ha tenido tiempo de endurecerse, se retira el encofrado para revelar la estructura. Otra forma de crear una estructura TRC es la laminación a mano. De manera similar a la fundición, se debe crear un encofrado para albergar el hormigón y el tejido; luego, se extiende el hormigón de manera uniforme en el encofrado y luego se coloca el tejido encima. Se vierte más hormigón encima y se utiliza un rodillo para empujar el hormigón en los espacios del tejido; esto se completa capa tras capa, hasta que la estructura alcanza el tamaño requerido. El TRC también se puede crear mediante pultrusión. En este proceso, se empuja un tejido a través de una cámara de infiltración de lechada, donde el tejido se cubre y se incrusta con hormigón. Los rodillos aprietan el hormigón sobre el tejido y pueden ser necesarios rodillos de varios tamaños para conseguir la forma y el tamaño deseados. [3]
Los usos de los materiales reforzados con textiles, como el hormigón, están aumentando considerablemente en la actualidad en combinación con la ciencia de los materiales y la tecnología textil . Los puentes, pilares y barandillas de carreteras están preparados con hormigón reforzado con kevlar o yute para soportar vibraciones, sacudidas repentinas y torsión (mecánica) . El uso de la construcción con hormigón armado en el mundo moderno se debe a la amplia disponibilidad de sus ingredientes: acero de refuerzo y hormigón. El hormigón armado se adapta a casi todas las formas, es extremadamente versátil y, por lo tanto, se utiliza ampliamente en la construcción de edificios, puentes, etc. La principal desventaja del hormigón armado es que su refuerzo de acero es propenso a la corrosión. El hormigón es altamente alcalino y forma una capa pasiva sobre el acero, protegiéndolo contra la corrosión. Las sustancias que penetran en el hormigón desde el exterior (carbonización) reducen la alcalinidad con el tiempo (despasivación), lo que hace que el refuerzo de acero pierda su protección, lo que da lugar a la corrosión. Esto provoca el desconchado del hormigón, lo que reduce la permanencia de la estructura en su conjunto y conduce a un fallo estructural en casos extremos.
Debido a su naturaleza delgada, económica y liviana, el hormigón reforzado con textiles se puede utilizar para crear muchos tipos diferentes de componentes estructurales. El control de grietas del hormigón reforzado con textiles es mucho mejor que el del hormigón reforzado con acero tradicional; cuando el hormigón reforzado con textiles se agrieta, crea múltiples fisuras pequeñas, de entre 50 y 100 nanómetros de ancho. En algunos casos, las grietas pueden autocurarse, ya que una grieta de 50 nanómetros es casi tan impermeable como un hormigón no agrietado. [4] Debido a estas propiedades, el hormigón reforzado con textiles sería un gran material para todo tipo de aplicaciones arquitectónicas y de ingeniería civil.
El hormigón reforzado con textiles se puede utilizar para crear estructuras completas, como puentes y edificios, así como grandes estructuras en entornos con mucha agua, como en minas y muelles de barcos. [4] A partir de 2018, los procedimientos de prueba y la aprobación para estas estructuras no están disponibles, aunque actualmente se puede utilizar para crear componentes pequeños, como paneles. Los paneles de fachada serían un uso conveniente del TRC, debido a que el material es más delgado y liviano que las paredes de hormigón típicas, y una alternativa más económica a otras opciones. Para puentes y perfiles de edificios, el TRC podría agregar resistencia y diseño general a la estructura. [4] El TRC también podría usarse para crear formas irregulares con bordes duros, y podría ser una forma novedosa de mejorar el estilo y el diseño arquitectónico de los edificios modernos. [3] [2]
El hormigón reforzado con textiles también se podría utilizar para reforzar, reparar o ampliar edificios existentes, ya sea de forma estructural o cosmética. Además, el hormigón reforzado con textiles se podría utilizar para proporcionar una capa protectora a estructuras antiguas o para adaptar elementos nuevos a una estructura antigua, debido a la falta de corrosión asociada a este mecanismo. A diferencia del acero, que se oxida si se forma una grieta, el hormigón reforzado con textiles no se corroe y conserva su resistencia, incluso con grietas pequeñas. Si se utiliza tejido de fibra de carbono como tejido, el hormigón reforzado con textiles se podría utilizar para calentar edificios; la fibra de carbono es conductora y se podría utilizar para soportar el edificio, así como para calentarlo. [2]
El hormigón reforzado con textiles a gran escala se puede ver en Alemania, en la Universidad RWTH de Aquisgrán , donde se construyó un pabellón utilizando un techo de hormigón reforzado con textiles. El techo se diseñó utilizando cuatro piezas de TRC; cada pieza era delgada y doblemente curvada en forma de paraboloide hiperbólico. El diseño de hormigón tradicional no permitiría esta estructura, debido al complejo encofrado necesario para crear la pieza. La Universidad RWTH de Aquisgrán también utilizó hormigón reforzado con textiles para crear paneles de fachada en una nueva ampliación añadida a su edificio del Instituto de Hormigón Estructural. Esta fachada se hizo utilizando vidrio AR y se hizo mucho más ligera y de una manera más rentable que una fachada tradicional de hormigón reforzado con acero o piedra. En 2010, la Universidad RWTH de Aquisgrán también ayudó a diseñar un puente de hormigón reforzado con textiles en Albstadt, Alemania, utilizando vidrio AR como refuerzo; El puente tiene aproximadamente 100 metros de largo y se espera que tenga una vida útil mucho más larga que el puente de hormigón reforzado con acero que reemplazó. [3]
El hormigón reforzado con textiles es generalmente más delgado que el hormigón tradicional reforzado con acero. La construcción típica reforzada con acero tiene un espesor de 100 a 300 mm, mientras que una estructura de hormigón reforzado con textiles tiene generalmente un espesor de 50 mm. El hormigón reforzado con textiles es mucho más delgado debido a una capa protectora adicional de hormigón que no es necesaria para su diseño. Debido a esta estructura más delgada, se utiliza menos material, lo que ayuda a reducir el precio del uso del hormigón, ya que también se reduce la cantidad de hormigón necesario. [3] Dado que el hormigón reforzado con textiles se puede utilizar para prolongar la vida útil de las estructuras existentes, se reduce el costo de los materiales y la mano de obra necesarios para derribar estas estructuras existentes, con el fin de crear otras nuevas. En lugar de reemplazar las estructuras antiguas, ahora se pueden reparar para agregar años de servicio a la vida útil de su construcción. [4]
