Eficiencia de sistemas de anclaje para vigas de hormigón armado reforzadas a flexión con polímeros reforzados con fibra de basalto

Por qué importan las vigas más resistentes

Ocultas en puentes, aparcamientos y edificios de viviendas hay vigas de hormigón que soportan cargas importantes durante décadas. Con el tiempo, esas vigas pueden fisurarse y debilitarse, especialmente cuando aumenta el tráfico o cambian las normativas. Este estudio explora una forma más reciente de devolver vida a vigas cansadas usando láminas delgadas fabricadas con fibras de basalto, un material derivado de roca volcánica, y se centra en cómo fijar esas láminas para que realmente aumenten la seguridad estructural.

Nuevos refuerzos para hormigón antiguo

Los ingenieros suelen reforzar vigas existentes pegando láminas de fibra en la cara inferior, de forma parecida a añadir una banda delgada y de alta resistencia. Las láminas tradicionales usan fibras de carbono o vidrio; el polímero reforzado con fibra de basalto (BFRP) ofrece una opción más económica y con menor impacto ambiental, con alta resistencia y buena durabilidad. El problema es que estas láminas pueden desprenderse súbitamente del hormigón antes de alcanzar su capacidad total, una rotura frágil que desaprovecha material y limita la seguridad. Los autores se propusieron evaluar cómo distintos métodos de fijación, denominados sistemas de anclaje, podían mantener las láminas BFRP firmemente adheridas para que las vigas soporten más carga sin desprendimientos inesperados.

Cómo se montaron los ensayos

El equipo de investigación construyó ocho vigas de hormigón a escala real, cada una de algo más de tres metros de longitud, con armaduras de acero idénticas en su interior. Algunas vigas se dejaron sin refuerzo como referencia, mientras que otras recibieron dos o cuatro capas de láminas BFRP adheridas en la cara inferior sobre distintas longitudes. Para mantener las láminas en su sitio, el equipo probó dos tipos principales de anclaje: envolturas en U, que rodean el BFRP por los laterales de la viga como un cinturón, y anclajes tipo espiga, que agrupan fibras de BFRP en pernos insertados en orificios del hormigón. Todas las vigas se sometieron a flexión en un montaje de laboratorio con dos cargas concentradas hasta la rotura, mientras sensores registraban la deflexión y las grietas a lo largo del vano.

Qué ocurrió conforme las vigas se flexionaban

A medida que aumentó la carga, las vigas se comportaron primero de forma elástica, luego desarrollaron grietas verticales por flexión entre las cargas aplicadas, y finalmente aflojaron cuando la armadura de acero internamente rindió. Las vigas reforzadas fueron más rígidas que la viga testigo tras la fisuración, y su capacidad última a flexión aumentó hasta en un tercio. Sin embargo, añadir más capas de BFRP no proporcionó automáticamente mucho más refuerzo. En varios casos, las láminas se despegaron de la capa de hormigón antes de romperse, de modo que sólo se aprovechó parte de su resistencia potencial. Las vigas con láminas bien ancladas mostraron grietas más numerosas pero más estrechas, lo que indica que el BFRP ayudó a distribuir la tensión a lo largo del vano.

Por qué el anclaje marca la diferencia

El núcleo del estudio fue comparar vigas con disposiciones similares de BFRP pero con detalles de anclaje distintos. Cuando las láminas BFRP tenían longitud suficiente para cumplir las longitudes de anclaje de las normas de diseño, el modo de fallo cambió de despegue de la lámina a rotura de la propia lámina, y la resistencia a flexión de la viga aumentó alrededor de un 29 por ciento respecto de la testigo. Los anclajes en U produjeron un efecto similar incluso cuando la longitud reforzada era menor: cambiaron el fallo de delaminación en los extremos a rotura del BFRP y aumentaron la resistencia en torno a un 25 por ciento. Los anclajes tipo espiga ayudaron solo cuando su profundidad de embebido fue grande; las espigas superficiales se comportaron de forma similar a no llevar anclaje. En todas las configuraciones, el refuerzo redujo la ductilidad, es decir, las vigas se deformaron menos antes de la falla, pero la pérdida estuvo generalmente dentro de aproximadamente un 30 por ciento de la deformabilidad de la viga original.

Conclusiones para reparaciones más seguras

Para no especialistas, el mensaje clave es que simplemente pegar fibras resistentes a una viga débil no basta. La forma en que esas fibras se fijan al hormigón decide en gran medida si realmente ayudarán en una situación crítica. Las láminas de fibra de basalto pueden aumentar de forma notable la carga que una viga puede soportar con seguridad, pero solo si los diseñadores proporcionan longitud de adherencia suficiente o anclajes eficaces, como las envolturas en U que abrazan los laterales de la viga. Los anclajes tipo espiga pueden funcionar, pero solo cuando están profundamente empotrados en el hormigón. El estudio sugiere que con un correcto detalle de estos sistemas de anclaje, los ingenieros pueden usar compuestos a base de basalto como una herramienta práctica y más ecológica para prolongar la vida útil de muchas estructuras de hormigón cotidianas.

Cita: Aziz, J., Ragab, M., Elgabbas, F. et al. Efficiency of anchorage systems for RC beams strengthened in flexure using basalt fiber reinforced polymers. Sci Rep 16, 16288 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52540-5

Palabras clave: polímero reforzado con fibra de basalto, refuerzo de vigas de hormigón, anclaje FRP, envolturas en U, rehabilitación estructural