Las ventajas de los materiales compuestos
( Creces, Febrero 2005 )
Se pueden transformar materiales débiles y quebradizos, en elementos fuertes y duros, mediante la combinación adecuada de metales, fibras, plásticos y cerámicas. Así se mejora la resistencia y disminuye el peso, lo que los hace muy convenientes en cualquier tipo de construcción civil.
Estos llamados "materiales compuestos", ya se están utilizando desde hace algún tiempo, para fabricar los más variados productos, desde una raqueta de tenis ultraliviana, a una nave espacial (Nuevos Materiales). Pero ahora su uso está invadiendo en forma progresiva a las grandes construcciones de ingeniería civil. Es así como ellos están siendo especialmente útiles para la fabricación de puentes, reemplazando el tradicional acero y concreto reforzado, por vigas livianas de carbón y fibra. Si bien los costos son más altos, hay una enorme ventaja en el menor peso de los compuestos, que no va más allá de un 15% del peso de un puente de acero y concreto reforzado. Por este hecho, el puente resulta en definitiva mucho más barato. "Mientras un gran puente de concreto puede tomar meses en su construcción, uno de materiales compuestos se puede ensamblar en semanas", dice Ebby Shahidi, del Advanced Composite Group en Derby, Inglaterra, empresa que suministra los materiales compuestos.
En 1992 se inauguró el primer puente de 64 metros de largo para peatones, hecho de fibra de vidrio reforzada por polímetros y sostenido por cables compuestos, en Aberfeldy en Perthshire, Escocia. Desde entonces este tipo de materiales se ha estado usando en la construcción o reparación de muchos otros puentes que han sido diseñados para soportar tráfico pesado.
El hecho que estos materiales sean livianos, no es la única atracción. A diferencia del acero y el concreto, los compuestos no se corroen. En los climas fríos, tampoco se dañan por el uso de la sal que se agrega a los caminos, que si acelera la corrección del acero. "Los costos iniciales pueden ser más altos, pero más adelante la mantención casi no tiene gastos.
Una de las aplicaciones más importantes en la ingeniería civil, está siendo la renovación de viejos puentes. El peso cada vez mayor de los camiones está significando que los viejos puentes no tienen fuerza. Del mismo modo se ha introducido también en la conservación de monumentos y construcciones históricas, dado que el reforzamiento es casi invisible. Tal ha sido el caso del puente de Broadway, a través del río Villamette en Portland, Oregon, que fue construido en el año 1912. Este puente es levadizo, levantándose en su centro, cada vez que debe pasar un barco. Después de 90 años de uso, la rejilla se ha hecho insegura por lo que fue necesario repararla con una superficie liviana, ya que no era posible agregar un peso extra a sus viejos soportes.
Recientemente, se reemplazó la rejilla por un material de fibra de vidrio, reforzada con un polímero, que era lo suficientemente pequeño y liviano como para ser transportada por un camión mediano, en lugar de necesitar una enorme grúa que colocara las piezas en su lugar.
El gran impetu para el uso de los compuestos en las obras de ingeniería civil, vino en 1995, debido a los programas de reconstrucción, después del terremoto en Kobe, Japón. Este produjo enormes daños en la vía elevada de la ciudad. Muchas de las columnas de soporte de concreto se habían debilitado demasiado y no iban a soportar otro terremoto. "Mientras algunas columnas tuvieron que demolerse y reconstruirse, otras se reforzaron con capas sucesivas envolventes de fibra de carbón. De este modo ellas recuperaron su rigidez y resistencia semejante a la que tuvieron originalmente", dice Len Hollaway, un experto en compuestos de la Universidad de Surrey en Guildford, Inglaterra.
La forma tradicional de reparar los puentes débiles es agregando planchas de acero. Ahora para esta labor, cada vez se están usando los materiales compuestos. Los ingenieros pueden arreglar los puentes reforzando las zonas débiles uniendo fibras de carbón y placas de polímeros.
También se usan paneles compuestos para blindar edificios que puedan ser vulnerables a ataques por bombas de terroristas. Una de las cinco fachadas del Pentágono en Washington, había sido reforzada con fibras de carbón, de modo que cuando el avión secuestrado chocó contra ella el 11 de Septiembre, mató sólo a 125 personas, pero pudieron haber sido muchas más sí la fachada no hubiese sido reforzada. Ahora el Pentágono ha sido reforzado en todas sus caras con fibras de carbón.
Los compuestos se fabrican de dos o más materiales distintos. Generalmente se trata de fibras resistentes enterradas en una resma polímera, con la que se logra un todo duro. En la industria de la construcción las fibras se hacen de carbón expansivo, o poliamina aromática de menor costo, conocida como aramid, o fibra de vidrio barata. Las fibras son las que le dan la fuerza, mientras que la matriz de resina proporciona el grosor y ayuda a proteger la fibra.
Los componentes estructurales largos, como las vigas, a menudo son fabricados fuera del sitio de la construcción. Las fibras son incrustadas en la matriz y curadas por calor al vacío, previniendo la oxidación de la resina.
Los compuestos también pueden fabricarse en el sitio. En la técnica que se usó en los pilares de concreto en Kobe, las fibras se colocaron en el lugar y la resina y catálisis se agregaron pintando con una brocha o rodillo. La catálisis curó la resina sin necesidad de calentarla. |
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