Refuerzo a flexión de vigas de hormigón armado mediante mortero reforzado con textil de basalto: investigación experimental y analítica

Puentes y edificios más resistentes con una chaqueta delgada

Muchas pasarelas, aparcamientos y edificios envejecidos dependen de vigas de hormigón armado que no fueron diseñadas para el tráfico más pesado y las vidas útiles más largas de hoy. Reemplazar por completo estas vigas resulta disruptivo y costoso, por lo que los ingenieros buscan formas ingeniosas de mejorar las estructuras existentes desde el exterior. Este estudio examina uno de esos métodos: recubrir las vigas con una delgada chaqueta a base de cemento que contiene fibras de basalto dispuestas como una tela, con el objetivo de aumentar la resistencia y la seguridad sin necesidad de demoliciones importantes.

Envolver el hormigón fatigado con una piel rica en fibras

Los investigadores se centraron en vigas de hormigón armado, los elementos que soportan forjados y tableros de puentes. Con el tiempo, el acero en el interior de estas vigas puede corroerse y el hormigón debilitarse, reduciendo el margen de seguridad. Una técnica de reparación prometedora es el Mortero Reforzado con Textil (TRM), en el que una malla fina de fibras se incrusta en una capa delgada de mortero adherida al exterior de la viga. A diferencia de los polímeros reforzados con fibras convencionales que usan resinas epoxi y pueden perder eficacia con el calor o en superficies húmedas, el TRM emplea un mortero a base de cemento que tolera mejor la humedad y las altas temperaturas.

Por qué los textiles de basalto son una opción atractiva

Este trabajo se centra en un tipo particular de TRM elaborado con fibras de basalto, llamado Mortero Reforzado con Textil de Basalto (BTRM). Las fibras de basalto se obtienen de roca volcánica y ofrecen alta resistencia, buena resistencia a la corrosión y, potencialmente, un coste inferior al de las fibras de carbono. El equipo quiso conocer cómo distintas decisiones de diseño —como el número de capas textiles, el tamaño de las aberturas de la malla, la incorporación de barras delgadas de basalto dentro de la chaqueta y el uso de anclajes mecánicos— influyen en cuánto aumentan la resistencia y la ductilidad de las vigas de hormigón armado cuando se envuelven con BTRM.

Poner a prueba vigas de tamaño real

Para responder a estas preguntas, los investigadores moldearon seis vigas de hormigón a escala real, cada una de 2,3 metros de longitud y armadas en su interior con barras de acero como en estructuras reales. Una viga sirvió como referencia sin refuerzo, mientras que las otras cinco se recubrieron con diversas chaquetas BTRM aplicadas en forma de U alrededor de la parte inferior y los lados inferiores. Algunas vigas recibieron tres capas de textil de basalto, otras cinco e incluso ocho; algunas usaron una malla fina de 5 milímetros y otras una malla más abierta de 34 milímetros; una versión incluyó barras adicionales de basalto dentro de la chaqueta; y otra empleó anclajes de acero pegados al hormigón para ayudar a sujetar la chaqueta. Todas las vigas se cargaron en una máquina de ensayo hasta su fallo mientras los instrumentos registraban la carga aplicada y la flecha.

Ganancias de resistencia modestas, pero un eslabón débil persistente

Las vigas reforzadas resistieron entre un 11 y un 18 por ciento más de carga que la viga de control sin recubrimiento antes de fallar, lo que confirma que el BTRM puede proporcionar un incremento inmediato de capacidad. Sin embargo, añadir más capas textiles no aumentó la resistencia de forma continua; las vigas con tres y cinco capas alcanzaron prácticamente la misma carga última, lo que indica que los beneficios se estabilizan cuando la descohesión entre la chaqueta y el hormigón se convierte en la debilidad dominante. El tamaño de las aberturas de la malla (5 frente a 34 milímetros) tuvo poca influencia en la resistencia global, y las barras adicionales de basalto mejoraron el comportamiento solo ligeramente, principalmente al suavizar la respuesta tras el agrietamiento y aumentar la disipación de energía. Los anclajes mecánicos permitieron mayor deformación antes del fallo, pero no elevaron mucho la carga máxima porque la rotura seguía produciéndose cuando la chaqueta se despegaba completamente de la superficie del hormigón. En casi todas las vigas reforzadas, las capas de mortero y textil permanecieron intactas y se separaron limpiamente del hormigón, lo que revela que el problema principal está en la interfaz hormigón–mortero.

Herramientas de diseño más precisas para refuerzos más seguros

Además de las pruebas de laboratorio, los autores verificaron cuán bien los métodos de cálculo existentes predicen la resistencia de este tipo de vigas reforzadas. Las fórmulas de diseño comunes tendieron a subestimar la capacidad real cuando usaban límites de deformación muy conservadores para el textil, o a sobreestimar la ganancia cuando asumían un anclaje perfecto entre la chaqueta y el hormigón. Al comparar cuidadosamente las predicciones con los datos de ensayo, los investigadores propusieron una ecuación refinada y fácil de usar que refleja mejor el comportamiento real cuando el anclaje es imperfecto, y sugirieron aumentar de forma segura la deformación admisible del textil empleada en el diseño. Esta fórmula modificada coincidió de forma cercana con sus propios resultados experimentales y con datos publicados por otros laboratorios.

Qué significa esto para las estructuras reales

Para el público no especializado, el mensaje principal es que envolver vigas de hormigón existentes con una delgada chaqueta de textil de basalto y mortero es una forma práctica de ganar entre aproximadamente un 10 y un 20 por ciento de resistencia adicional y mejorar la manera en que las vigas fallan, lo cual puede aportar valiosa seguridad y vida útil. No obstante, el potencial completo de los textiles de basalto está actualmente limitado no por las fibras en sí, sino por la capacidad de la chaqueta para adherirse al hormigón antiguo. Mejorar la preparación de la superficie, los materiales de unión y los detalles de anclaje será clave en los próximos pasos para convertir esta técnica en una herramienta más potente y predecible para reforzar la envejecida infraestructura de hormigón del mundo.

Cita: Shamseldein, A., ELgabbas, F., Kohail, M. et al. Flexural strengthening of RC beams using basalt textile reinforced mortar: experimental and analytical investigation. Sci Rep 16, 7382 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37322-3

Palabras clave: refuerzo de hormigón armado, mortero reforzado con textil de basalto, mortero reforzado con textil, comportamiento a flexión de vigas, rehabilitación estructural