El hormigón armado textil es un tipo de hormigón armado en el que las habituales armaduras de acero se sustituyen por materiales textiles . En lugar de utilizar una jaula de metal dentro del hormigón, esta técnica utiliza una jaula de tela dentro del mismo.
Descripción general
Los materiales con alta resistencia a la tracción con propiedades de alargamiento insignificantes se refuerzan con telas tejidas o no tejidas . Las fibras utilizadas para hacer la tela son de alta tenacidad como yute , fibra de vidrio , kevlar , polipropileno , poliamidas (nailon), etc. El tejido de la tela se realiza en forma de bobina o en forma de capa. Los materiales fundidos, arcillas cerámicas , plásticos u hormigón de cemento se depositan sobre el tejido base de tal forma que el tejido interior quede completamente envuelto con el hormigón o plástico.
Como resultado de este tipo de estructura, el hormigón resultante se vuelve flexible desde el lado interior junto con la alta resistencia proporcionada por los materiales exteriores. Varias estructuras no tejidas también tienen prioridad para formar la estructura de base. Se utilizan tipos especiales de máquinas de tejer para formar telas en espiral y las telas en capas son generalmente no tejidas.
Historia
Primeras patentes
La creación inicial de hormigón armado textil (TRC) comenzó en la década de 1980. Los conceptos para TRC se originaron en el Sächsisches Textiforschungs-institut eV STFI, un instituto alemán que se centra en la tecnología textil. [1] La primera patente para el diseño de hormigón armado textil, concedida en 1982, fue para artículos de seguridad relacionados con el transporte. Estos artículos estaban destinados específicamente a ser reforzados con materiales distintos al acero. En 1988, se otorgó una patente para una barrera de seguridad que utilizaba un refuerzo similar a una cuerda como diseño. Este refuerzo se hizo a partir de residuos de hormigón y textiles, y la disposición innovadora y el tamaño de las fibras de refuerzo en el interior fue notable. Los refuerzos se colocaron en su lugar para que se pudiera verter el hormigón, y el tamaño del refuerzo se describió mediante el diámetro y el tamaño de la malla. [2]
Canoa de hormigón y hormigón armado textil
En 1996, estudiantes universitarios alemanes crearon dos canoas de hormigón con refuerzo textil. Un barco utilizó vidrio resistente a los álcalis como refuerzo textil. Para fabricar el vidrio en una tela, se utilizó un proceso llamado técnica Malimo para mantener el vidrio en un hilo continuo, de modo que pudiera usarse para hacer la tela. El otro barco se construyó utilizando tejido de fibra de carbono como método de refuerzo. Los barcos compitieron en la regata de canoas de hormigón de 1996 en Dresden, Alemania, y esta fue la primera vez que el hormigón reforzado con textiles se llamó la atención del público; los barcos recibieron un premio por su diseño. [2]
Construcción
Cuatro factores son importantes al construir TRC, que incluyen la calidad del hormigón, la interacción entre el textil y el hormigón, la cantidad de fibras utilizadas y la disposición del refuerzo textil dentro del hormigón. [3]
El tamaño de partícula del hormigón debe seleccionarse cuidadosamente. Si el hormigón es demasiado grueso, no podrá atravesar el refuerzo textil. Para obtener los mejores resultados, se debe utilizar hormigón fresco. Para ayudar en la adhesión, se pueden agregar aditivos químicos para ayudar a que las fibras se adhieran al concreto. [4]
Los rasgos característicos de TRC son su estructura delgada y naturaleza maleable, así como su capacidad para retener una alta resistencia a la tracción; esto se debe al refuerzo en el hormigón que utiliza fibras largas y continuas que se tejen en una dirección específica para agregar resistencia. [2] Como resultado de las diferentes resistencias y propiedades necesarias para soportar una carga correcta, existen muchos tipos diferentes de hilos, tejidos textiles y formas que se pueden utilizar en TRC. El textil comienza con un hilo que está hecho de una hebra continua de filamentos o grapas . El hilo se teje, tricota, encola, trenza o se deja sin tejer, según las necesidades del proyecto. [4] El carbono , el vidrio AR y el basalto son materiales especialmente buenos para este proceso. El carbono tiene buena resistencia a la tracción y baja expansión térmica, pero es costoso y tiene mala adherencia al hormigón. El basalto se forma al derretir roca basáltica; es más rentable que el carbono y tiene una buena resistencia a la tracción. El inconveniente del basalto es que cuando se coloca en una solución alcalina, como el hormigón, pierde parte de su volumen de fibras, reduciendo así su resistencia. Esto significa que se debe aplicar un recubrimiento de polímero nanocompuesto para aumentar la longevidad de la construcción. El vidrio AR también tiene este problema, pero los aspectos positivos del uso de vidrio AR en la estructura TRC, incluida su adhesión al concreto y su bajo costo, superan estos problemas. [4]
El hormigón reforzado con textiles se describe como un compuesto endurecible por deformación. Los compuestos de endurecimiento por deformación utilizan refuerzos de fibra corta, como hilo hecho de fibra de carbono, para fortalecer un material. El endurecimiento por deformación requiere que los refuerzos y la matriz de hormigón que rodean el refuerzo se diseñen cuidadosamente para lograr la resistencia deseada. [4] El tejido debe estar orientado en la dirección correcta durante el diseño para manejar la carga principal y las tensiones que se espera que retenga. Los tipos de tejidos que se pueden utilizar para fabricar telas para TRC incluyen tejido liso , tejido Leno , tejido por urdimbre y espaciador 3D. [3]
Otro aspecto importante del hormigón armado con textiles es la permeabilidad del textil. Se debe prestar especial atención a su estructura, de manera que el tejido esté lo suficientemente abierto para que el hormigón fluya a través de él, sin dejar de ser lo suficientemente estable para mantener su propia forma, ya que la colocación de la armadura es vital para la resistencia final de la pieza. El material textil también debe tener una alta resistencia a la tracción, un alto alargamiento antes de romperse y un módulo de Young más alto que el hormigón que lo rodea. [4]
El tejido se puede colocar a mano en el hormigón o el proceso se puede mecanizar para aumentar la eficiencia. Las diferentes formas de crear hormigón reforzado con textiles varían desde los moldes de encofrado tradicionales hasta la pultrusión . Al hacer TRC usando fundición, el encofrado debe estar construido y el refuerzo textil debe estar preinstalado y listo para verter el concreto. Después de que el concreto se vierte y ha tenido tiempo de endurecerse, el encofrado se retira para revelar la estructura. Otra forma de crear una estructura TRC es la laminación a mano. Similar a la fundición, se debe crear un encofrado para albergar el hormigón y el textil; A continuación, el hormigón se esparce uniformemente en el encofrado y luego se coloca el tejido encima. Se vierte más concreto encima y se usa un rodillo para empujar el concreto hacia los espacios en el textil; esto se completa capa tras capa, hasta que la estructura alcanza su tamaño requerido. TRC también puede ser creado por Pultrusion. En este proceso, se empuja un tejido a través de una cámara de infiltración de lechada, donde el tejido se cubre y se incrusta con hormigón. Los rodillos aprietan el hormigón en el tejido y pueden necesitarse rodillos de varios tamaños para obtener la forma y el tamaño deseados. [3]
Usos
Los usos de materiales textiles reforzados, hormigones, están aumentando enormemente en la actualidad en combinación con la ciencia de los materiales y la tecnología textil . Los puentes, pilares y protecciones viales están preparados con hormigones reforzados con kevlar o yute para resistir vibraciones, sacudidas bruscas y torsiones (mecánica) . El uso de la construcción de hormigón armado en el mundo moderno se debe a la amplia disponibilidad de sus ingredientes: acero de refuerzo y hormigón. El hormigón armado se adapta a casi todas las formas, es extremadamente versátil y, por lo tanto, se usa ampliamente en la construcción de edificios, puentes, etc. La principal desventaja del RC es que su refuerzo de acero es propenso a la corrosión. El hormigón es muy alcalino y forma una capa pasiva sobre el acero, protegiéndolo de la corrosión. Las sustancias que penetran en el hormigón desde el exterior (carbonización) reducen la alcalinidad con el tiempo (despasivación), haciendo que el refuerzo de acero pierda su protección y provoque la corrosión. Esto conduce al desconchado del hormigón, lo que reduce la permanencia de la estructura en su conjunto y conduce a fallas estructurales en casos extremos.
Debido a la naturaleza delgada, rentable y liviana del concreto reforzado con textiles, se puede usar para crear muchos tipos diferentes de componentes estructurales. El control de grietas de TRC es mucho mejor que el concreto tradicional reforzado con acero; cuando la TRC se agrieta, crea múltiples fisuras pequeñas, de entre 50 y 100 nanómetros de ancho. En algunos casos, las grietas se pueden curar por sí mismas, ya que una de 50 nanómetros es casi tan impermeable como un hormigón sin fisuras. [4] Debido a estas propiedades, TRC sería un gran material para todos los diferentes tipos de aplicaciones arquitectónicas y de ingeniería civil.
El hormigón reforzado con textiles se puede utilizar para crear estructuras completas, como puentes y edificios, así como grandes estructuras en entornos con mucha agua, como en minas y muelles de barcos. [4] A partir de 2018, los procedimientos de prueba y la aprobación para estas estructuras no están disponibles, aunque actualmente se pueden usar para crear componentes pequeños, como paneles. Los paneles de fachada serían un uso conveniente de TRC, debido a que el material es más delgado y liviano que las paredes de concreto típicas, y una alternativa más barata a otras opciones. Para puentes y perfiles de edificios, TRC podría aumentar la resistencia y el diseño general de la estructura. [4] TRC también podría usarse para crear formas irregulares con bordes duros y podría ser una forma novedosa de mejorar el estilo y el diseño arquitectónico de los edificios modernos. [3] [2]
El hormigón reforzado con textiles también podría usarse para reforzar, reparar o agregar a edificios existentes, ya sea de forma estructural o cosmética. Además, el TRC podría usarse para proporcionar una capa protectora para estructuras antiguas o para adaptar elementos nuevos a una estructura antigua, debido a la falta de corrosión asociada con este mecanismo. A diferencia del acero, que se oxidará si se forma una grieta, TRC no se corroe y conservará su resistencia, incluso con grietas pequeñas. Si se utiliza tejido de fibra de carbono como textil, el TRC podría utilizarse para calentar edificios; La fibra de carbono es conductora y podría usarse para soportar el edificio, así como para calentarlo. [2]
Ejemplos actuales
El hormigón reforzado con textiles a gran escala se puede ver en Alemania, en la Universidad RWTH Aachen, donde se construyó un pabellón con un techo de hormigón reforzado con textiles. El techo se diseñó con cuatro piezas TRC; cada pieza era delgada y de doble curvatura en forma de paraboloide hiperbólico. El diseño tradicional de hormigón no permitiría esta estructura, debido al complejo encofrado necesario para crear la pieza. La Universidad RWTH Aachen también utilizó concreto reforzado con textiles para crear paneles de fachada en una nueva extensión agregada a su edificio del Instituto de Concreto Estructural. Esta fachada se hizo con vidrio AR y se hizo mucho más liviana y de una manera más rentable que una fachada tradicional de hormigón armado con acero o piedra. En 2010, la Universidad RWTH Aachen también ayudó a diseñar un puente de hormigón reforzado con textiles en Albstadt, Alemania, utilizando vidrio AR como refuerzo; el puente tiene aproximadamente 100 metros de largo y se espera que tenga una vida útil mucho más larga que el puente de hormigón armado de acero que reemplazó. [3]
Sustentabilidad
El hormigón armado con textiles es generalmente más delgado que el hormigón armado con acero tradicional. La construcción típica reforzada con acero tiene un espesor de 100 a 300 mm, mientras que una estructura TRC generalmente tiene un espesor de 50 mm. TRC es mucho más delgado debido a una capa protectora adicional de concreto que no es necesaria para su diseño. Debido a esta estructura más delgada, se utiliza menos material, lo que ayuda a reducir el precio del uso de hormigón, ya que también se reduce la cantidad de hormigón necesario. [3] Dado que TRC se puede utilizar para extender la vida útil de las estructuras existentes, reduce el costo de los materiales y la mano de obra necesaria para derribar estas estructuras existentes, a fin de crear otras nuevas. En lugar de reemplazar estructuras viejas, ahora se pueden reparar para agregar años de servicio a la vida útil de su construcción. [4]
Ver también
- Geotextiles
- Hormigón reforzado con fibra
Referencias
- ^ "El Instituto - Sächsisches Textilforschungsinstitut eV" www.stfi.de . Consultado el 11 de diciembre de 2018 .
- ^ a b c d e Scheerer, Silke. "Hormigón de refuerzo textil: de la idea a un material de alto rendimiento" (PDF) . Webdefy . Consultado el 1 de diciembre de 2018 .
- ^ a b c d e f Simonsson, Ellen (2017). "Formas complejas con hormigón armado textil" (PDF) . Chalmers . Consultado el 7 de diciembre de 2018 .
- ^ a b c d e f g h yo Alva, Peled; Bentur, Arnón; Mobasher, Barzin. Hormigón armado textil (Primera ed.). Boca Raton, FL. ISBN 9781315119151. OCLC 993978342 .