Refuerzo de nudos losa‑columna de hormigón armado corroídos mediante FRP híbrido de capas ultrafinas frente a corte por punzonamiento

Por qué los forjados de hormigón envejecidos pueden fallar de forma súbita

Muchos aparcamientos, almacenes y rascacielos emplean forjados planos de hormigón apoyados directamente sobre pilares. Este diseño ahorra espacio y material, pero oculta una vulnerabilidad peligrosa: una rotura frágil denominada corte por punzonamiento, en la que la losa puede desprenderse alrededor de un pilar con muy poco aviso. Cuando el acero dentro del hormigón se oxida, este riesgo aumenta. El estudio resumido aquí explora una forma nueva de reforzar estos nudos sensibles mediante tiras compuestas muy delgadas y ligeras hechas de fibras de vidrio y carbono.

Un punto débil oculto en edificios cotidianos

Los sistemas de losa‑columna plana son populares porque eliminan vigas y permiten espacios abiertos y flexibles. La contrapartida es que la zona donde cada pilar se une a la losa soporta fuerzas concentradas intensas. Si el hormigón y el acero de refuerzo no pueden resistir esas fuerzas, la losa puede fallar de forma abrupta alrededor del pilar en un fragmento con forma de cono. Terremotos pasados y colapsos inesperados en aparcamientos han mostrado cuán catastrófica puede ser esta falla por “punzonamiento”. Las medidas tradicionales de seguridad, como mayor armado, paneles rebajados o zonas de losa más gruesas, añaden peso, coste y complejidad constructiva, y a menudo faltan en edificios antiguos. Además, las sales descongelantes y ambientes agresivos corroen lentamente el acero interno, reduciendo la resistencia y haciendo más probable la rotura por punzonamiento.

Lo que la corrosión hace a los nudos de hormigón

Cuando el armadura de acero se corroe, se expande y fisura el hormigón circundante. Este proceso debilita varios mecanismos que normalmente ayudan a resistir el corte por punzonamiento: el enclavamiento rugoso entre superficies de hormigón agrietadas, la acción de “pasador” de las barras que cruzan las grietas y la adherencia entre acero y hormigón. Incluso una corrosión moderada puede convertir una falla más tolerante por flexión en una rotura súbita por punzonamiento. Investigaciones anteriores han examinado mayormente la corrosión o el refuerzo por separado, y con frecuencia se han centrado en vigas o pilares en lugar del crítico nudo losa‑columna. El trabajo presente aborda específicamente este nudo, examinando cómo rinden diferentes disposiciones de refuerzo cuando el acero ya está deteriorado.

Ensayando tiras híbridas delgadas en nudos dañados

Los investigadores construyeron once nudos escala interior losa‑columna, cada uno representando un pilar interior típico en un forjado plano. Algunos especímenes se dejaron intactos, mientras que otros se corroyeron deliberadamente hasta aproximadamente un 15% de pérdida de masa en la armadura mediante un método electroquímico acelerado en una solución salina. Luego adherieron tiras compuestas delgadas—fabricadas con fibra de vidrio (GFRP), fibra de carbono (CFRP) o un híbrido de ambas—en la cara inferior de la losa alrededor del pilar. Las tiras se organizaron en varios patrones, prestando especial atención a una disposición sesgada diseñada para cruzar las grietas radiales que se forman durante el punzonamiento. Las losas se cargaron hacia abajo a través del pilar hasta la falla, mientras el equipo midió la carga máxima soportada, las deformaciones y la propagación de las grietas.

Cómo funcionó la nueva estrategia de refuerzo

Solo la corrosión redujo la capacidad de punzonamiento en aproximadamente un tercio y casi duplicó la flecha en el fallo respecto a un nudo sin daño. Añadir tiras compuestas revirtió gran parte de esta pérdida. Los sistemas de fibra de vidrio aumentaron la resistencia al punzonamiento en torno al 30–51% respecto al control corroído, los de fibra de carbono entre el 40–60%, y las tiras híbridas vidrio‑carbono alrededor del 57–77%. Los nudos reforzados mostraron un comportamiento más rígido antes de agrietarse, retraso en la formación de grietas y una respuesta carga‑deformación más estable. Sin embargo, el beneficio no creció indefinidamente: más allá de unas dos capas o un espesor total del compuesto de alrededor de 0,6–1,2 mm, material adicional aportó solo pequeñas ganancias porque las tiras empezaron a despegarse del hormigón (despegue) antes de poder emplearse completamente. Mediante simulaciones numéricas avanzadas, calibradas con los ensayos, los autores exploraron muchas variaciones en espesor de las tiras, número de capas, colocación y nivel de corrosión. Encontraron que tiras híbridas sesgadas desplazadas 50 mm desde la cara del pilar ofrecían el mejor equilibrio entre aumento de resistencia y control de grietas para la geometría probada.

Límites del refuerzo en estructuras muy corroídas

El estudio también muestra que existe un límite práctico a cuánto puede ayudar el refuerzo una vez que la corrosión se vuelve severa. En nudos simulados con niveles de corrosión entre el 5% y el 30%, el beneficio relativo del refuerzo híbrido óptimo se redujo desde aproximadamente un 51% de capacidad extra en corrosión leve hasta cerca de un 25% en el nivel más alto examinado. A medida que más acero se oxida y el hormigón circundante se degrada, la unión queda cada vez más gobernada por el punzonamiento frágil y el despegue de las tiras. En ese punto, añadir más compuesto aporta poco sin mejorar también la adherencia o abordar la degradación subyacente.

Qué significa esto para edificios reales

Para los ingenieros responsables de aparcamientos envejecidos o edificios con losas planas, los resultados sugieren que tiras híbridas muy delgadas, colocadas de forma estratégica, podrían ser un refuerzo práctico para restaurar parcialmente la seguridad en nudos losa‑columna con corrosión moderada. El sistema es ligero, se aplica externamente y no requiere engrosar la losa ni añadir elementos metálicos pesados. Sin embargo, su éxito depende en gran medida de una buena adherencia, un detalle cuidadoso de la disposición de las tiras y de niveles de corrosión que no sean extremos aún. En resumen, esta técnica puede aportar capacidad y rigidez adicionales valiosas para nudos en riesgo, pero no es una solución definitiva: la corrosión severa sigue exigiendo reparaciones o reemplazos más extensos, y cada edificio debe evaluarse dentro de los límites de las condiciones probadas en esta investigación.

Cita: Gomaa, A.M., Ahmed, M.A., Khafaga, S.A. et al. Strengthening of corroded RC slab–column joints using thin-ply hybrid FRP under punching shear. Sci Rep 16, 6526 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36610-2

Palabras clave: corte por punzonamiento, losas de hormigón armado, corrosión, refuerzo con FRP, nudos losa‑columna