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Cada año se fabrican en el mundo más de 1790 millones de toneladas de acero. Se estima que el 9 % de las emisiones de CO2 por combustibles fósiles se asocian a su producción. Una alternativa que comienza a seducir a los ingenieros son los polímeros reforzados con fibras por su durabilidad y resistencia a la corrosión. En Uninorte ya están a prueba.
Pablo Correa Torres

Por Pablo Correa Torres

pablocorreatorres@gmail.com

El año pasado, en plena pandemia, investigadores del Instituto de Ciencia Weizmann de Israel se dieron a la tarea de calcular “el peso” del impacto de los seres humanos sobre el planeta. En un artículo que publicaron en la revista Nature nos advertían que “la humanidad se ha convertido en una fuerza dominante en la configuración de la faz de la Tierra”.

Aunque parezca increíble, el grupo con Emily Elhacham a la cabeza, se arriesgó a una respuesta: el peso estimado de todas las creaciones humanas es de aproximadamente una teratonelada (1.1

billones de toneladas). Según sus cálculos por cada persona que habita este planeta, cada semana se produce una cantidad promedio de material mayor que su peso corporal. Desde otro ángulo: 2020 fue el año en el que la masa creada por humanos superó a la de todos los seres vivos del mundo. Un último dato alucinante de aquella publicación: las calles, edificios y puentes de Nueva York pesan más que todos los peces que hay en los mares. Y la Torre Eiffel tiene un peso equivalente a los 10 000 rinocerontes blancos que quedan en el mundo.

En esa mezcla de materiales con los que hemos construido ese mundo a nuestra medida se destaca uno: el acero. Solo en el 2018 fueron producidas 1790 millones de toneladas alrededor del mundo. La fabricación en masa de acero exige “cocinarlo” a temperaturas que suben hasta 1700 °F lo que además se traduce en grandes cantidades de aguas servidas y emisiones de CO2 a la atmósfera. Se estima que la producción de acero es responsable de alrededor del 9 % de las emisiones de CO2 por combustibles fósiles.

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Andrés Fernando Guzmán Guerrero, profesor e investigador del departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, ha puesto sus ojos en el acero: “Por años, el acero no ha tenido un material sustituto que iguale o exceda sus capacidades, a un precio razonable”. Sin embargo, cuenta que hay algunas opciones que comienzan a abrirse paso. Una de ellas son los polímeros reforzados con fibras (FRP por sus siglas en inglés, Fiber Reinforced Polymers). Se trata de materiales compuestos hechos de fibras longitudinales empotradas en una matriz de resina polimérica (material ligante). También se están empleando fibras de vidrio, de carbono o de aramida. Si bien es cierto que existen hace más de 20 años sólo recientemente los constructores han comenzado a considerar la posibilidad de traicionar su amor por el acero.

En lugares costeros como Barranquilla, la erosión por arenas y salitre resulta un problema a largo plazo en las estructuras portuarias, carreteras, pero también edificios y casas. Puerto Colombia, por ejemplo, que en algún momento se constituyó en uno de los mayores puertos del continente, perdió su atractivo y comenzó a ser demolido justamente porque su estructura de concreto reforzado con acero fue cediendo a la inclemencia del mar, la lluvia y el viento.

 

Hace unos meses, Guzmán se enteró que en Colombia comenzaban a comercializarse las barras de polímeros reforzados con fibras de vidrio (GFRP, por sus siglas en inglés Glass Fiber Reinforced Polymers). En varios países, el refuerzo de estructuras con GFRP está siendo utilizado principalmente en construcciones con exposición continua a ambientes altamente corrosivos como rompeolas, en las losas de puentes sobre cuerpos de agua, en zapatas apoyadas en suelos con un alto contenido de cloruros y sulfatos y en estructuras temporales como las utilizadas en la construcción de túneles. También se está ampliando su uso en habitaciones de hospitales para la toma de imágenes por resonancia magnética.

 

"Por años, el acero no ha tenido un material sustituto que iguale o exceda sus capacidades, a un precio razonable". Andrés Guzmán Guerrero. Profesor del departamento de Ingeniería Civil y Ambiental.

Guzmán quería conocer de primera mano las ventajas y desventajas de estos nuevos materiales frente al acero, así que invitó a sus estudiantes, Juan Esteban Camargo Niebles y Julio César Tesillo Buchar, para explorar juntos el tema. Luego de revisar la bibliografía disponible y llevar a cabo un modelo de simulación computacional para comparar dos estructuras similares con los dos materiales (barras de acero y GFRP), redactaron un artículo en el que detallan las principales diferencias.

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Láminas perfiladas de plástico.

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Fibras de polipropileno para refuerzo de hormigón.

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Tuberías de fibra de vidrio.

Acero, Polimeros reforzados con fibras de vidrio Acero, Polimeros reforzados con fibras de vidrio

En cuanto a los costos de producción de las barras GFRP, está claro que son generalmente más elevados comparados con las barras de acero. En promedio el acero tiene un precio unitario cercano a los dos mil pesos colombianos por kilogramo. El precio de las barras de GFRP pueden duplicar ese costo pero debido a las propiedades no corrosivas, los costos de inspección, reparación, mantenimiento y rehabilitación de estructuras el precio final resulta mucho menor dependiendo de cada construcción. Al comparar los dos materiales, es importante pensar a mediano y largo plazo, advierten los autores. Las 

estructuras que implementan acero como refuerzo del concreto comúnmente tienen un ciclo de vida útil de 75 años, mientras que las estructuras que utilizan GFRP cuentan con un tiempo de vida útil estimado de 100 años. Es decir, que las alternativas que utilizan acero como refuerzo para el concreto tienen en realidad un valor presente neto hasta un 50 % más elevado que la alternativa con GFRP. “También es importante considerar la reutilización del material una vez su ciclo de vida ha terminado”, señalaron. El acero es un material 100 % reciclable mientras que las barras GFRP, no. De otro lado, los impactos sobre el 

calentamiento global generados por las estructuras de acero son un 25 % más altos que los generados por la alternativa con GFRP. En su concepto, por las razones antes expuestas, las barras de GFRP deben ser consideradas por arquitectos e ingenieros en el país como una alternativa viable a las barras de acero. “Aún hay problemáticas por resolver como la falta de guías técnicas de diseño del concreto reforzado con dichas barras y el conocimiento del comportamiento del material frente a cargas permanentes debido a su alta elasticidad, advierten. 

Andrés Guzmán

Andrés Guzmán
Profesor del departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Uninorte.

Julio Tesillo

Julio Tesillo
Estudiante.

Juan Camargo

Juan Camargo
Estudiante.

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