Comportamiento a flexión de vigas de hormigón armado reforzadas con láminas CFF y SCCFL bajo cargas cíclicas

Puentes y edificios más resistentes para un mundo que tiembla

Muchas de las carreteras y edificios de hormigón de los que dependemos a diario se van desgastando silenciosamente por el tráfico, el viento e incluso por terremotos leves. Demolerlos y reconstruirlos resulta caro y perturbador, por lo que los ingenieros buscan soluciones inteligentes para darles una segunda vida a las estructuras envejecidas. Este estudio explora cómo finas láminas de fibra de carbono —algunas recubiertas con silicona— pueden adherirse por debajo de vigas de hormigón armado para hacerlas más resistentes y duraderas cuando se someten a esfuerzos repetidos, tal como ocurre en las estructuras reales en servicio.

Un “vendaje” de alta tecnología para el hormigón fatigado

Las vigas modernas de hormigón suelen llevar barras de acero en su interior para resistir la tracción, pero con el tiempo esas barras pueden corroerse o las vigas pueden fisurarse bajo cargas repetidas. En lugar de añadir soportes voluminosos, hoy los ingenieros pueden pegar láminas flexibles de fibra de carbono en la superficie externa de una viga, de forma análoga a aplicar un vendaje médico resistente. La fibra de carbono es extremadamente ligera y, en tracción, más resistente que el acero; además no se oxida. En este trabajo, los investigadores compararon dos materiales: una tela convencional de fibra de carbono y un laminado de fibra de carbono más reciente recubierto de silicona. El recubrimiento de silicona está diseñado para mejorar la adherencia al hormigón y proteger la fibra del entorno.

Cómo el equipo probó las vigas reforzadas

Los investigadores moldearon quince vigas de hormigón de tamaño similar a las empleadas en pequeños puentes o forjados. Tres vigas se dejaron como control. Las restantes se reforzaron pegando una o dos capas de tela de fibra de carbono o del laminado recubierto de silicona en la cara inferior —la que se tensa cuando la viga se dobla. Todas las vigas se colocaron en un marco de ensayo y se cargaron repetidamente en dos puntos de su longitud. La carga se aumentó y disminuyó de forma cíclica, mientras los instrumentos medían cuánto se doblaban las vigas, cómo se propagaban las grietas, cómo se mantenía su rigidez y cuánta energía absorbían antes de sufrir daños significativos.

Qué ocurrió bajo cargas repetidas

Las vigas reforzadas superaron con claridad a las de hormigón sin refuerzo. Las vigas con una sola capa de tela de fibra de carbono soportaron aproximadamente un tercio más de carga que las de control, y las que llevaban dos capas de tela lo hicieron aún mejor. Los laminados recubiertos de silicona fueron aún más notables: una capa permitió a las vigas resistir aproximadamente dos tercios más de carga que las de control, y dos capas casi duplicaron la capacidad de carga. Estas vigas mejoradas también se deformaron menos bajo la misma carga, mostraron grietas más pequeñas y más próximas entre sí, y retrasaron la aparición de la primera grieta visible desde alrededor de 1,5 kilonewtons en las vigas de control hasta por encima de 4,5 kilonewtons en las vigas con laminados recubiertos de silicona. Las mediciones de las curvas cíclicas carga‑deformación revelaron que los laminados recubiertos ayudaban a las vigas a disipar más energía en cada ciclo, un indicador de mejor comportamiento frente a sacudidas o tráfico.

Por qué destacó la fibra de carbono recubierta de silicona

Además de la resistencia, importaba también el modo de fallo final de las vigas. Las vigas de control fracturaron por grandes grietas por flexión y aplastamiento del hormigón en la parte superior. Las vigas con tela de fibra de carbono convencional tendieron a fallar cuando la tela comenzó a despegarse del hormigón, un eslabón débil en la interfaz. En contraste, los laminados recubiertos de silicona permanecieron más firmemente adheridos. Cuando esas vigas fallaron finalmente, lo hicieron por aplastamiento gradual del hormigón o desgarro del laminado tras muchos ciclos de carga, en lugar de por un despegue brusco. Este comportamiento indica que la capa de silicona mejora el agarre entre la fibra y el hormigón, ayudando a que las vigas reforzadas conserven su rigidez y capacidad de absorción de energía durante más tiempo bajo cargas repetidas.

Qué significa esto para las estructuras de uso cotidiano

Para un público no especializado, el mensaje es sencillo: los “enveloppados” de fibra de carbono aplicados con cuidado pueden prolongar de forma significativa la vida y la seguridad de estructuras de hormigón existentes, y los laminados recubiertos de silicona parecen ser la opción más efectiva probada aquí. Al duplicar casi la resistencia a la flexión en algunos casos, retrasar la aparición de grietas y reducir la pérdida de rigidez tras muchos ciclos de carga, estas láminas finas ofrecen una vía práctica para rehabilitar puentes y edificios antiguos para que resistan mejor el tráfico, el viento y los terremotos sin una reconstrucción mayor. Frente a infraestructuras envejecidas y demandas crecientes en las ciudades, estos métodos de refuerzo pueden ayudar a mantener en servicio estructuras críticas por más tiempo y con más seguridad.

Cita: Sujitha, V.S., Sriram, A.G., Raja, S. et al. Flexural performance of RC beams strengthened with CFF and SCCFL sheets under cyclic loading. Sci Rep 16, 6491 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35884-w

Palabras clave: refuerzo con fibra de carbono, vigas de hormigón armado, fatiga y cargas cíclicas, rehabilitación estructural, durabilidad de infraestructuras