Estudio paramétrico sobre el comportamiento de vigas profundas de hormigón armado reforzadas con CFRP con aberturas circulares cortadas en las almas en los tramos de corte

Por qué importa cortar huecos en vigas gruesas de hormigón

Los edificios y puentes modernos esconden una maraña de tuberías, cables y conductos. Para dejarles espacio, los ingenieros a menudo perforan huecos en vigas de hormigón macizas tras la construcción. Este estudio plantea una pregunta simple pero crucial: ¿qué ocurre realmente con esas vigas cuando se les practican orificios circulares de tamaño considerable, y pueden finas láminas de fibra de carbono pegadas al hormigón compensar de forma segura la pérdida de resistencia? Las respuestas influyen en lo seguro que es actualizar o rehabilitar estructuras existentes sin recurrir a una costosa reconstrucción.

Cómo soportan carga las vigas profundas

Las vigas profundas de hormigón se comportan de manera diferente a las vigas esbeltas habituales en forjados. En lugar de flexionarse suavemente, transmiten fuerzas por trayectos de compresión cortos y empinados que discurren en diagonal desde el punto de aplicación de la carga hasta los apoyos. Las armaduras y los estribos de acero dentro de la viga ayudan a mantener la integridad, especialmente frente a fisuración diagonal. Cuando la disposición interna está intacta, estos caminos ocultos permiten que las vigas profundas soporten cargas muy elevadas con dimensiones relativamente compactas.

Qué sucede cuando se taladran huecos circulares después

En proyectos reales, muchas aberturas no se planifican con antelación. Los contratistas suelen perforar orificios circulares a través del hormigón existente, cortando no solo el material sino también los estribos de acero que estaban destinados a resistir fuerzas cortantes. Este estudio se centró en tales aberturas “instaladas a posteriori” en la zona más sensible de la viga, el tramo de cortante, y en casos en que los huecos se colocan de forma simétrica. Modelos computacionales calibrados con ensayos de laboratorio mostraron que incluso orificios modestos en esta región reducen drásticamente la capacidad portante de la viga y la energía de deformación que puede absorber antes de fallar. A medida que el diámetro del orificio aumenta de 150 a 300 mm en una viga de 500 mm de canto, el modo de fallo cambia de fisuración diagonal predominante a un aplastamiento repentino del hormigón por encima y por debajo de la abertura.

Probando la ayuda de los envoltorios de fibra de carbono

Para evaluar cuánto de ese daño puede compensarse, el investigador simuló envolver la zona alrededor de las aberturas con láminas delgadas de polímero reforzado con fibra de carbono, o CFRP. Estas tiras, adheridas a la superficie de la viga, actúan como refuerzos externos capaces de captar y redistribuir esfuerzos tras la aparición de fisuras. El estudio varió tanto el tamaño de las aberturas como el espesor de las capas de CFRP. Para cada combinación, el modelo registró curvas carga–deformación, patrones de fisuración y la energía absorbida hasta el fallo, permitiendo una comparación cuidadosa con una viga maciza idéntica sin aberturas.

Cuánta resistencia se pierde y se recupera realmente

Los números cuentan una historia clara. Sin refuerzo, un orificio circular de 300 mm en una viga de 500 mm de canto redujo la capacidad de carga máxima en más de la mitad y la absorción de energía en casi un noventa por ciento comparado con la viga de referencia maciza. Incluso aberturas más pequeñas dentro del tramo de cortante provocaron caídas sustanciales en el rendimiento. La adición de láminas de CFRP mejoró la resistencia y la tenacidad, y en general las láminas más gruesas funcionaron mejor. Sin embargo, las mejoras fueron limitadas: las vigas con aberturas grandes y aun con el CFRP más grueso nunca recuperaron plenamente la resistencia de la viga maciza. El beneficio de añadir más fibra de carbono también disminuyó al aumentar la abertura, porque el camino de carga interno en el hormigón quedaba demasiado perturbado.

Qué significa esto para edificios reales

Para el público no especializado, el mensaje central es directo: perforar grandes orificios circulares en vigas gruesas de hormigón en zonas críticas es mucho más perjudicial de lo que puede parecer, especialmente cuando se seccionan ataduras de acero internas. Los envoltorios de fibra de carbono pueden hacer que estas vigas dañadas sean más seguras y resistentes, pero no pueden restaurar completamente la capacidad original cuando las aberturas son grandes o cortan refuerzos clave. El análisis computacional detallado del estudio ofrece una guía para ingenieros sobre cómo interactúan el tamaño de la abertura y el espesor del refuerzo, reforzando la idea de que planificar cuidadosamente los huecos de servicio durante el diseño es mucho más seguro que perforarlos después e intentar reparar el daño.

Cita: Yagmur, E. Parametric study on the behavior of CFRP-strengthened reinforced concrete deep beams with cut circular web openings in shear spans. Sci Rep 16, 9414 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40071-y

Palabras clave: vigas de hormigón, aberturas en el alma, refuerzo con CFRP, rehabilitación estructural, comportamiento a cortante