Mejora de la resistencia al corte de vigas profundas de hormigón armado mediante hilos de acero de diámetro fino empotrados cerca de la superficie: un estudio experimental

Vigas más resistentes para estructuras cotidianas más seguras

Edificios, puentes y aparcamientos dependen de vigas de hormigón de gran sección para soportar cargas pesadas. Cuando estas «vigas profundas» se agrietan de forma repentina por corte, las consecuencias pueden ser catastróficas y costosas de reparar. Este estudio explora una forma sencilla y de bajo coste de hacer esas vigas mucho más seguras: añadir hilos de acero delgados justo por debajo de la superficie del hormigón. Al probar cómo distintos patrones de hilos alteran la formación de fisuras y el modo de fallo, los investigadores muestran cómo una mejora modesta podría ampliar la vida útil y la fiabilidad de las estructuras existentes.

Por qué las vigas profundas son un eslabón débil

Las vigas profundas de hormigón armado se comportan de forma distinta a las vigas más esbeltas que aparecen en muchos manuales de diseño. Debido a su luz corta y gran canto, las fuerzas se transmiten por ellas a lo largo de trayectorias diagonales comprimidas llamadas «puntales», en lugar de repartirse de manera uniforme como en una viga flexionada. Cuando esos puntales diagonales se agrietan por corte, el fallo puede ser súbito y frágil, sin apenas aviso. Las soluciones convencionales —añadir estribos internos o usar hormigón más resistente— no siempre son prácticas en estructuras existentes, y los materiales modernos a base de fibras, si bien eficaces, pueden ser costosos, sensibles al calor o difíciles de adherir de forma fiable al hormigón antiguo. Por ello, los ingenieros necesitan métodos de refuerzo que sean robustos, asequibles y fáciles de instalar en proyectos reales.

Una innovación simple: hilos delgados justo bajo la superficie

El equipo investigó una variación de un enfoque de refuerzo conocido como armadura empotrada cerca de la superficie (NSM, por sus siglas en inglés). En lugar de emplear barras de acero gruesas o tiras reforzadas con fibras pegadas al exterior, tallaron ranuras muy poco profundas en las caras exteriores de la viga y colocaron hilos de acero de 2,5 milímetros dentro, rellenando luego las ranuras con una resina epoxi de alta resistencia. Estos hilos delgados son flexibles, económicos y requieren solo cortes mínimos en la cubierta de hormigón, lo que los hace atractivos para el refuerzo de vigas existentes. Los investigadores colaron once vigas profundas idénticas y las cargaron en una configuración de flexión en tres puntos. Una viga sirvió como testigo, mientras que las otras se reforzaron en una luz de corte con disposiciones de hilos verticales, horizontales, diagonales o en malla (enrejado), con distinto número de hilos en cada patrón.

Cómo se comportaron las vigas bajo carga

A medida que las vigas se cargaban gradualmente, el equipo siguió la formación de fisuras, las deformaciones y la carga y energía que cada una podía soportar antes de fallar. La viga testigo sin refuerzo desarrolló una única fisura diagonal principal y falló de forma abrupta por corte a una carga de 220 kilonewtons. La adición de hilos verticales mejoró la situación: al interceptar las fisuras diagonales, aumentaron la resistencia al corte hasta en un 50 por ciento, pero también hicieron la viga más rígida y menos capaz de deformarse antes del fallo. Los hilos horizontales tuvieron el efecto menor, porque discurrían mayoritariamente paralelos a la fisura diagonal principal; incluso en el mejor de los casos aumentaron la capacidad en aproximadamente un tercio y no cambiaron mucho el modo de fallo. En contraste, los hilos diagonales —alineados con el puntal natural dentro de la viga— resultaron particularmente eficaces. El espécimen diagonal más reforzado soportó alrededor de un 62 por ciento más de carga que el testigo y absorbió más del 170 por ciento más de energía antes del fallo, con fisuras más finas y distribuidas de forma más uniforme.

El poder de una simple malla de hilos

La configuración más destacada fue la malla, que combinó varios hilos verticales y horizontales en una pequeña cuadrícula sobre la zona crítica por corte. Este patrón simple confinó la zona de compresión diagonal desde múltiples direcciones y produjo la red de fisuras más refinada. La viga reforzada con malla alcanzó una carga última aproximadamente un 59 por ciento superior a la del testigo y duplicó con creces su absorción de energía, mostrando además la mayor rigidez de todos los especímenes. En varias de las mejores disposiciones, el fallo se desplazó fuera de la luz reforzada hacia el lado opuesto no reforzado de la viga, una señal clara de que los hilos habían estabilizado con éxito lo que antes era el eslabón débil.

Qué significa esto para las estructuras reales

Para un público no especializado, el mensaje clave es que hilos de acero delgados y económicos, dispuestos con cuidado justo bajo la superficie de una viga de hormigón, pueden mejorar dramáticamente cómo se fisura y falla esa viga. Cuando se colocan en diagonal o en una malla simple, estos hilos ayudan a la viga a soportar mayor carga, resistir la grieta diagonal súbita y disipar más energía antes del fallo, todo ello requiriendo solo ranuras poco profundas y cantidades moderadas de material. El estudio sugiere que los sistemas de hilos empotrados cerca de la superficie podrían convertirse en una herramienta práctica y rentable para reforzar puentes y edificios envejecidos, ofreciendo a los ingenieros una forma nueva de hacer la infraestructura cotidiana más segura sin reconstrucciones mayores.

Cita: Elkafrawy, M., Altobgy, M.A. & Fayed, S. Enhancing the shear strength of reinforced concrete deep beams using thin-diameter near-surface mounted steel wires: an experimental study. Sci Rep 16, 7186 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37355-8

Palabras clave: hormigón armado, refuerzo contra corte, vigas profundas, refuerzo empotrado cerca de la superficie, hilos de acero