Técnicas integradas NSM y GFRP reforzadas con ECC/UHPC para el fortalecimiento de pilares de hormigón armado deficientes

Por qué importan pilares de hormigón más seguros

Muchos edificios de hormigón más antiguos pierden fuerza de forma silenciosa a medida que el acero oculto en sus pilares se oxida. Este daño lento puede reducir la carga que una estructura puede soportar con seguridad y disminuir su capacidad para resistir terremotos u otros eventos extremos. Este estudio explora una nueva forma de dar una segunda vida a esos pilares debilitados mediante delgadas carcasas externas de alta resistencia y barras de refuerzo adicionales colocadas justo bajo la superficie.

Cómo los pilares se debilitan sin ruido

Los pilares de hormigón armado son los “huesos” verticales de un edificio, soportando forjados y cubiertas. Con el tiempo, la humedad y las sales pueden corroer las armaduras interiores. A medida que el acero se oxida, se adelgaza, se expande, fisura el hormigón circundante y debilita la adherencia entre el acero y el hormigón. El pilar pierde entonces resistencia, rigidez y la capacidad de deformarse sin fracturarse de forma repentina. Existen métodos tradicionales de reparación, pero pueden ser voluminosos, costosos o poco eficientes para elementos muy dañados.

Nuevas chaquetas y barras ocultas

Los investigadores estudiaron un método combinado de reparación que añade resistencia tanto en el interior como en el exterior del pilar. Primero, practicaron ranuras poco profundas a lo largo de la superficie del pilar y empotraron barras de refuerzo adicionales, ya fuera de acero tradicional o de fibras de vidrio resistentes a la corrosión. Este enfoque se conoce como refuerzo empotrado cerca de la superficie (near-surface mounted). Después envolvieron el pilar con una carcasa externa delgada hecha de materiales cementosos especiales mucho más fuertes y duraderos que el hormigón ordinario. Un tipo, llamado composite cementoso diseñado (engineered cementitious composite), contiene fibras finas que controlan el agrietamiento; el otro, hormigón ultrarresistente (ultra-high-performance concrete), es aún más fuerte e incluye fibras de acero. Una malla ligera de fibra de vidrio se incrustó en estas chaquetas para ayudar a mantener todo unido.

Poniendo a prueba los pilares reforzados

Para evaluar la eficacia del sistema, el equipo construyó y ensayó en laboratorio once pilares cortos y circulares. Uno fue un pilar “maestro” en buen estado, mientras que otro se debilitó deliberadamente para simular la corrosión usando barras de acero de menor sección. El resto fueron pilares debilitados reparados de diferentes maneras: solo con chaquetas externas de los materiales ricos en fibras, o con barras empotradas cerca de la superficie más chaquetas, usando ya sea barras de acero o de fibra de vidrio y una o dos capas de malla. Todos los pilares se comprimieron de arriba abajo hasta su fallo mientras los instrumentos registraban la carga soportada y el acortamiento.

Qué ocurrió bajo cargas elevadas

El pilar dañado sin reparación falló de forma frágil, con pandeo de sus armaduras interiores y una caída brusca de resistencia. Añadir únicamente una chaqueta de composite cementoso con malla produjo aumentos modestos de capacidad y una falla más progresiva. Cuando se combinaron barras de acero empotradas cerca de la superficie con estas chaquetas, los pilares soportaron entre un 25 y un 32 por ciento más de carga que el dañado y absorbieron hasta casi cuatro veces más energía antes del colapso. Sustituir el material exterior por hormigón ultrarresistente dio resultados aún mejores, aumentando la capacidad de carga entre un 35 y un 44 por ciento y la absorción de energía hasta aproximadamente 4,7 veces. El mejor rendimiento se obtuvo con barras de fibra de vidrio empotradas cerca de la superficie combinadas con chaquetas ultrarresistentes, que incrementaron la resistencia en torno a un 49 por ciento manteniendo buena ductilidad.

Modelos informáticos y lecciones de diseño

El equipo también desarrolló modelos informáticos detallados de los pilares para simular cómo interactuaban los materiales y predecir agrietamiento, aplastamiento y despegues en las interfaces. Estos modelos coincidieron estrechamente con las resistencias medidas, los desplazamientos y los patrones de daño visibles, lo que da confianza en que el enfoque puede utilizarse para explorar otros diseños. Un estudio numérico adicional mostró que usar barras internas de acero de mayor diámetro incrementa la resistencia del pilar, pero las ganancias disminuyen conforme crece el diámetro de la barra, sugiriendo que existe un rango eficiente en lugar de una regla simple de “más siempre es mejor”.

Qué significa esto para las estructuras existentes

Para ingenieros y propietarios de edificios, los hallazgos sugieren que chaquetas delgadas de materiales cementosos avanzados, combinadas con refuerzo cerca de la superficie, pueden restaurar o incluso aumentar la resistencia y la tenacidad de pilares de hormigón deteriorados sin un ensanchamiento importante. Las chaquetas ultrarresistentes, especialmente cuando se emparejan con barras de fibra de vidrio, demostraron ser particularmente eficaces para confinar el núcleo de hormigón y retrasar la falla súbita. En términos prácticos, esta técnica combinada ofrece una vía prometedora para extender la vida útil segura de edificios e infraestructuras envejecidas mediante mejoras relativamente delgadas y duraderas.

Cita: Elsamak, G., Bahrami, A., Emara, M. et al. Integrated NSM and GFRP-reinforced ECC/UHPC techniques for strengthening deficient RC columns. Sci Rep 16, 16440 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52870-4

Palabras clave: pilares de hormigón, refuerzo estructural, daño por corrosión, hormigón de alto rendimiento, técnicas de rehabilitación