Evaluación del rendimiento de vigas de hormigón reforzadas: mejora flexural y a cortante mediante mantas de fibra de vidrio cortada y tejido

Puentes y edificios más resistentes

Muchas de las infraestructuras en las que confiamos a diario están construidas con vigas de hormigón que pierden resistencia con el tiempo y soportan un tráfico mayor del previsto. Este estudio explora un método relativamente sencillo para darles una nueva vida: envolverlas con finas capas de fibra de vidrio, haciéndolas más seguras y duraderas sin desmantelar la estructura ni añadir soportes voluminosos.

Cómo fallan normalmente las vigas de hormigón

El hormigón es muy eficiente soportando esfuerzos de compresión, pero pobre ante esfuerzos de tracción, que aparecen como flexión y cortante en una viga. Con el tiempo, las vigas desarrollan grietas visibles que pueden crecer de forma repentina, provocando fracturas frágiles con poca advertencia. Los investigadores se centraron en dos modos clave de fallo: la flexión en la zona media, que provoca el vuelco o flecha, y el cortante cerca de los apoyos, que genera grietas diagonales pronunciadas y colapso brusco. Entender y mejorar estos dos puntos débiles es crítico para la seguridad de elementos cotidianos como forjados, puentes y aparcamientos.

Envolver vigas con capas de fibra de vidrio

En lugar de reemplazar vigas débiles, el equipo probó finas mantas de fibra de vidrio que se pueden adherir al exterior de la viga como una venda. Usaron dos tipos de mantas: una capa desordenada de filamentos llamada chopped strand mat (manta de filamento cortado) y una capa más ordenada llamada woven roving mat (manta tejida). Ambas se pegaron con una resina epoxi y se aplicaron en forma de U alrededor de los lados y la parte inferior de cada viga, dejando la cara superior libre para que la viga apoye. Se construyeron ocho vigas a tamaño real y se dividieron en grupos para estudiar flexión y cortante por separado, cada grupo incluyendo un control sin envolver y vigas envueltas con una capa de cada manta por separado o ambas juntas.

Qué revelaron los experimentos

Las vigas se colocaron en un marco de ensayo y se cargaron con gatos hidráulicos hasta el fallo, mientras el equipo registraba cuánto se deformaban, cómo cambiaba su rigidez interna y cómo se formaban y propagaban las grietas. El envolvimiento retrasó la aparición de las primeras grietas y permitió que las vigas se doblaran más y absorbieran más energía antes de romperse. En las pruebas de flexión, la viga sin envolver resistió 18,6 kilonewtons, mientras que las envueltas con la manta cortada, la manta tejida y el híbrido de ambas alcanzaron 23,6, 27,2 y 31,84 kilonewtons, respectivamente, hasta aproximadamente un 42 % más que el control. En las pruebas de cortante, la misma secuencia elevó la capacidad de 18,6 a 24,0, 25,2 y 28,32 kilonewtons, incrementos de aproximadamente un 22 a 34 %.

Por qué el envolvimiento híbrido funcionó mejor

Las lecturas detalladas de la curvatura de las vigas, la pérdida de rigidez y la deformación por cortante mostraron que las dos mantas de vidrio contribuían de maneras distintas. La manta corta ofrecía control generalizado de grietas y ductilidad, mientras que la manta tejida añadía fibras más fuertes y mejor alineadas que soportaban más carga en las zonas críticas. Combinadas en un envolvimiento híbrido, funcionaron sinérgicamente: las grietas aparecieron más tarde, se mantuvieron más estrechas y las vigas soportaron cargas mayores tanto en flexión como en cortante antes del fallo. La contrapartida fue que el punto más débil se desplazó del propio hormigón a la interfaz pegada, donde algunas vigas fallaron por despegado de la capa de fibra, lo que subraya la importancia de la preparación de la superficie y del rendimiento del adhesivo.

Qué significa esto para estructuras reales

Para un público no especialista, la conclusión es que chaquetas ligeras y delgadas de fibra de vidrio pueden aumentar de forma significativa la resistencia y la tenacidad de vigas de hormigón existentes sin añadir apenas peso ni tamaño. El estudio indica que un envolvimiento en U híbrido que combine mantas de fibra cortada y tejida es especialmente eficaz, mejorando cómo las vigas soportan las fuerzas diarias de flexión y cortante y su comportamiento cuando se llevan cerca del fallo. Aunque los autores señalan que se necesitan más pruebas en conjuntos mayores de vigas y sobre la durabilidad a largo plazo, sus resultados sugieren una vía práctica para extender la vida útil de puentes y edificios de hormigón envejecidos mediante un refuerzo externo relativamente simple.

Cita: Govindarajan, S., Devi, V., Yong, X. et al. Performance evaluation of strengthened concrete beams: flexural and shear enhancement using chopped strand and woven roving mats. Sci Rep 16, 15415 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43304-2

Palabras clave: vigas de hormigón, envuelto con fibra de vidrio, refuerzo estructural, capacidad a flexión y cortante, rehabilitación