Uso de barras de refuerzo de fibra de vidrio en huecos de ascensores

En esta sección para lectores, el autor analiza los beneficios, los desafíos y las aplicaciones.

Por Patrick Morrissey

Introducción 

A medida que los materiales de construcción evolucionan para satisfacer las exigencias de durabilidad, seguridad y sostenibilidad, las barras de refuerzo de fibra de vidrio, o polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP), se han consolidado como una alternativa viable al acero de refuerzo tradicional. Una aplicación especializada que está ganando popularidad es el uso de barras de refuerzo de fibra de vidrio en los huecos de los ascensores, componentes estructurales críticos que deben mantener su integridad a largo plazo en condiciones extremas.

¿Qué es la barra de refuerzo de GFRP? 

Las barras de refuerzo de GFRP son un material compuesto formado por fibras de vidrio de alta resistencia incrustadas en una matriz de resina. A diferencia del acero de refuerzo, son resistentes a la corrosión, ligeras y no conductoras de electricidad. Estas propiedades las hacen especialmente atractivas en entornos donde la degradación del acero o las interferencias electromagnéticas son un problema.

¿Por qué los huecos de ascensor? 

Los huecos de los ascensores presentan desafíos estructurales y ambientales únicos. Estos incluyen: 

• Alta humedad y exposición a la humedad proveniente de aguas subterráneas o condensación. 
• Acceso limitado para mantenimiento y reparación. 
• Larga vida útil prevista (de 50 a más de 100 años). 
• Sensibilidad a las interferencias electromagnéticas en los sistemas de ascensores modernos. 

El refuerzo de acero tradicional, si bien es resistente y de uso generalizado, es vulnerable a la corrosión, especialmente en pozos subterráneos o con poca ventilación. La corrosión puede provocar grietas, desprendimientos y, en última instancia, reparaciones costosas.

Ventajas de las barras de refuerzo de PRFV en los huecos de los ascensores 

Las ventajas de las barras de refuerzo de PRFV en los huecos de los ascensores son numerosas. Entre ellas se incluyen: 

• Resistencia a la corrosión: Las barras de refuerzo de fibra de vidrio no se oxidan ni se corroen, incluso en entornos agresivos como aquellos con alta humedad, exposición a cloruros o infiltración de agua subterránea. Esto prolonga significativamente la vida útil de los huecos de los ascensores.

• Ligeras y fáciles de manejar: Las barras de fibra de vidrio son aproximadamente cuatro veces más ligeras que las de acero, lo que reduce el esfuerzo de transporte e instalación. Esto resulta especialmente beneficioso en la construcción de pozos confinados.
• Neutralidad electromagnética: A diferencia del acero, las barras de refuerzo de fibra de vidrio no son conductoras ni magnéticas. Esto minimiza las interferencias con los sistemas de control de ascensores, los sensores y los equipos de comunicación, un factor cada vez más importante en los edificios inteligentes.
• Alta resistencia a la tracción: Las barras de refuerzo de fibra de vidrio tienen una resistencia a la tracción superior —2 veces mayor que la del acero—, lo que las hace idóneas para resistir fuerzas de tensión en estructuras de hormigón armado.
• Costes de mantenimiento reducidos: Al eliminar el deterioro relacionado con la corrosión, las barras de refuerzo de fibra de vidrio pueden reducir los costes de mantenimiento y reparación a largo plazo, lo que las convierte en una opción rentable durante el ciclo de vida de un edificio.

Si bien las barras de refuerzo de fibra de vidrio se han utilizado en hormigón armado durante más de 30 años, su uso inicial y principal fue en aplicaciones como escáneres médicos, donde no se podían usar barras de refuerzo metálicas, y en aplicaciones críticas donde se requería cero corrosión. Quizás se pregunte por qué las barras de refuerzo de PRFV no han reemplazado por completo a las barras de refuerzo metálicas convencionales. Hasta hace poco, las razones incluían:

• El PRFV era más caro que las barras de refuerzo convencionales, pero ahora es más económico.
• Todas las curvas deben fabricarse en fábrica.
• El PRFV no puede sustituir automáticamente a las barras de refuerzo convencionales en todos los casos.

Otras razones incluyen:

• La sustitución no es uno a uno.
• Es necesario abordar el rediseño de los requisitos de las barras de refuerzo.
• El Instituto Americano del Hormigón incluyó recientemente el PRFV (plástico reforzado con fibra de vidrio) como alternativa para la mayoría de las aplicaciones.

Estabilización y refuerzo estructural

Los elementos estructurales de hormigón y mampostería pueden reforzarse mediante sistemas avanzados de refuerzo con materiales compuestos, incluyendo polímeros reforzados con fibra (FRP)/polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) y matrices cementicias reforzadas con fibra (FRCM), según la deficiencia estructural, los objetivos de diseño y el nivel de refuerzo requerido. Los materiales compuestos se introdujeron inicialmente en la ingeniería civil para aplicaciones como el refuerzo sísmico de columnas de puentes, ofreciendo una alternativa práctica al revestimiento de acero tradicional. Con el tiempo, los ingenieros reconocieron que estos sistemas de alto rendimiento podían utilizarse para solucionar una amplia gama de deficiencias estructurales en edificios e infraestructuras existentes.

En la actualidad, tanto los sistemas FRP como FRCM proporcionan soluciones de refuerzo eficientes, ligeras y altamente efectivas, especialmente en proyectos donde la mejora estructural debe llevarse a cabo con mínimas interrupciones, acceso restringido y un control cuidadoso del espesor y el peso adicionales; todos factores que suelen ser muy relevantes en el sector de los ascensores, incluidos los huecos, las salas de máquinas, los rellanos, las losas, las paredes y las estructuras de soporte asociadas.

Los sistemas FRP y FRCM son:

• Fácil de transportar y manipular en obra, lo que supone una ventaja significativa en edificios con acceso difícil, espacios reducidos o zonas de trabajo limitadas.
• Son conocidos por su elevada relación resistencia-rigidez-peso, lo que permite a los ingenieros lograr una mejora estructural significativa sin introducir una carga muerta adicional considerable.
• Son muy delgados en cuanto a materiales, no ocupan mucho espacio y añaden muy poco peso a la estructura, una ventaja importante cuando las limitaciones dimensionales son críticas.

Los sistemas de refuerzo FRP y FRCM se adaptan fácilmente a formas y geometrías existentes, lo que los hace adecuados para una amplia variedad de detalles estructurales y sustratos irregulares. Los sistemas FRCM, que combinan mallas de fibra de alta resistencia con matrices minerales inorgánicas, son particularmente adecuados para sustratos de hormigón y mampostería, especialmente cuando la compatibilidad con el sustrato, la permeabilidad al vapor y el rendimiento a temperaturas elevadas son consideraciones importantes en el diseño.

Por lo general, se requiere poco acceso y tiempo para instalar los materiales. En muchos casos, el trabajo puede realizarse mientras el edificio permanece ocupado, minimizando así las molestias para los residentes, usuarios y administradores del edificio. Las instalaciones suelen planificarse de manera eficiente en espacios reducidos, incluso en situaciones donde el acceso es limitado y se debe minimizar el tiempo de inactividad.

FRP and FRCM systems themselves are competitive solutions. When compared to more traditional strengthening techniques, these advanced composite retrofit systems are often among the most cost-effective options considering total installed cost, speed of application, reduced labor demand and lower disruption to building use. Considering a previous Industry Dialogue with your author, "State of the Shaft (ELEVATOR WORLD, March 2023)," focused on utilizing FRCM, this then brings the process full circle.

Determinación de la probabilidad de infiltración de agua

Muchos edificios se diseñan y construyen en terrenos que antes eran fértiles campos de cultivo de cereales. Muchos de estos terrenos son de baja altitud y presentan fluctuaciones en el nivel freático. Según los datos climáticos, la ubicación geológica o los niveles freáticos registrados en los estudios de perforación del suelo, estos niveles pueden variar entre 1 cm y 5 m a lo largo de una temporada.

Es común que los promotores y constructores revisen un informe de estudio de suelos —quizás realizado durante una estación seca o un período de sequía— y observen que, en el momento en que se midió el nivel freático, un pozo de 4 o 5 metros de profundidad no estaría sujeto a la presión hidrostática. Sin embargo, cuando cambian las condiciones climáticas, el agua comienza a acumularse repentinamente en el suelo del foso del ascensor.

La mayoría de los códigos de construcción no permiten que los fosos de los ascensores incluyan pozos de drenaje internos para recoger el agua subterránea. Esto se debe a que la contaminación por petróleo de dichas aguas subterráneas es frecuente y, por lo general, una vez recogidas, se bombean mecánicamente al sistema de drenaje pluvial.

Aquí hay algunas pautas a tener en cuenta si el foso del ascensor está a menos de 5 metros del nivel freático:

• Construya siempre el foso del ascensor con hormigón vertido in situ.
• Utilice juntas de estanqueidad en todas las juntas de construcción.
• Instale una membrana impermeable debajo del piso/cimientos y en las paredes.
• Tenga en cuenta que los pozos hidráulicos pueden perforarse después de la construcción del pozo; la fijación de la membrana impermeabilizante a los cilindros exteriores del pozo requiere cierta planificación.

Impermeabilización de fosos de ascensores

Los fosos de los ascensores se encuentran entre las zonas más vulnerables de un edificio ante la entrada de agua. Ubicados en el punto más bajo de la estructura y a menudo por debajo del nivel freático, los fosos de los ascensores están sometidos habitualmente a la presión hidrostática y a la filtración de agua subterránea.

Como resultado, son altamente susceptibles a fugas que pueden causar daños en los equipos, corrosión, crecimiento de moho, riesgos para la seguridad y costosos tiempos de inactividad operativa. El sellado impermeable con lechada ofrece una solución probada y duradera para estos problemas.

Sin una impermeabilización adecuada, la infiltración de agua en el foso del ascensor puede acelerar el deterioro estructural y comprometer componentes críticos del mismo. Abordar la intrusión de agua a tiempo es fundamental para proteger tanto la estructura como la fiabilidad del sistema de ascensores.

Las fugas en el foso del ascensor pueden ser tanto una molestia como un importante factor de coste. Cuando el agua subterránea se infiltra en el foso y se mezcla con los fluidos hidráulicos, el agua contaminada debe bombearse y eliminarse como residuo peligroso. Esto no solo aumenta los costes de saneamiento y eliminación, sino que también expone a los propietarios del edificio a riesgos de incumplimiento normativo y a un mayor tiempo de inactividad del sistema.

Fuentes comunes de intrusión de agua en fosos de ascensores

La mayoría de las fugas en el foso del ascensor se originan en una o más de las siguientes condiciones:

• Juntas frías en la interfaz entre la losa y el muro o en las esquinas del muro.
• Grietas en paredes o losas de hormigón.
• Grietas alrededor de los émbolos de los ascensores
• Muros enteros que carecen de impermeabilización exterior o que tienen una impermeabilización exterior defectuosa.
• Atravesamientos de tuberías y conductos

En muchos casos, la intrusión de agua puede ser el resultado de una combinación de estas condiciones.

Cómo funciona la inyección de lechada

La inyección de lechada sella las vías de filtración de agua en su origen, deteniendo el movimiento del agua a través de la estructura de hormigón en lugar de depender únicamente de recubrimientos superficiales. El proceso consiste en inyectar polímeros reactivos al agua —como resinas de poliuretano hidrofóbicas o hidrofílicas o resinas de acrilato— en grietas, juntas y huecos dentro del hormigón.

When exterior waterproofing has failed or is nonexistent, water-reactive polymers can also be injected behind the wall where they form a waterproof "bladder" on the exterior side of the structure.

Bajo presión, estos materiales reaccionan con el agua o la humedad presente en el sustrato y se expanden formando una espuma o gel flexible. Esta expansión permite que la lechada penetre en fisuras finas, selle fugas activas y cree una barrera duradera e impermeable capaz de resistir la presión hidrostática.

Preparación de superficies y evaluación de fugas

Antes de la inyección, es necesario evaluar el foso del ascensor para identificar posibles fugas, grietas, juntas frías y transiciones entre la pared y la losa. Si bien la inyección de lechada es muy eficaz para detener fugas activas, una preparación adecuada optimiza su rendimiento. Esta preparación suele incluir la limpieza de la superficie, el mapeo de los patrones de grietas y la instalación de puertos de inyección mecánicos a intervalos controlados a lo largo de las zonas donde se han detectado fugas.

Inyección de lechada: una solución probada

La inyección de lechada es una solución eficaz y de eficacia probada para impermeabilizar fosos de ascensores, especialmente en zonas con filtraciones de agua activas. Al sellar las fugas en su origen y crear una barrera impermeable de larga duración, este método protege la integridad estructural, conserva los equipos críticos del ascensor y reduce los costes de mantenimiento y reparación a largo plazo.

La única forma de evitar la mayoría de las reparaciones de fosos de ascensores en construcciones nuevas es que el profesional de diseño proporcione planos estructurales que ya no utilicen ninguna de las cinco formas convencionales de barras de refuerzo metálicas, sino que utilicen exclusivamente barras de refuerzo no metálicas.

Hoy en día, no solo el costo es menor, sino que la cantidad de barras de refuerzo en el foso del ascensor es insignificante en comparación con el costo total de los materiales necesarios. La instalación es aún más sencilla. Si bien esto es relativamente simple, si se considera que sus preocupaciones más inmediatas y críticas son las estructuras existentes construidas con barras de refuerzo convencionales, que implican altos costos de restauración, entonces el uso de barras de refuerzo de PRFV pasa a ser una cuestión secundaria. Su principal preocupación es la infiltración de agua y la corrosión de las barras de refuerzo existentes.

Let's get back to injection grouting. For many years, above-grade cracks were filled with epoxy resins and below-grade cracks subject to water infiltration were injected with hydrophilic or hydrophobic resins. Crack injection was the standard but, in many cases, just relocated the water to another part of the structure. Today's means, methods and materials allow for providing positive side membranes (exterior face of the wall), installed from the negative side (interior face of the wall), to provide a guaranteed "watertight membrane" — basically a prophylactic for any below-grade structure. These techniques have been used successfully for more than 30 years in projects as small as a single elevator pit to complete building foundations, nuclear plants, emergency retrofit waterproofing and even City Water Tunnel No. 3 in NYC at a depth of roughly 600 ft.

En lo que respecta a la inyección de lechada, no es necesario ser un experto, pero sí saber quiénes son los expertos. Esto me lleva a una fuente de información actualizada sobre todo lo relacionado con la inyección de lechada: askcharlieandmonica.com, un sitio web de preguntas y respuestas con algunos de los mejores expertos del mundo. Su sucesor ampliado, askthegroutingexperts.com, está en desarrollo y estará disponible próximamente.