es.wedoany.com Noticia: Un equipo de investigación liderado por ingenieros de la Universidad Estatal de Pensilvania ha propuesto un método para reducir el costo del hormigón de ultra alto rendimiento, logrando recortar hasta un 75% del gasto sin comprometer la resistencia, ductilidad y durabilidad del material.
El hormigón es el material de construcción más común en el mundo, pero es frágil y propenso a agrietarse bajo tensión. El hormigón de ultra alto rendimiento (UHPC, por sus siglas en inglés) se caracteriza por su estructura densa y extrema durabilidad, y utiliza fibras metálicas internas para resistir el agrietamiento. Sin embargo, estas fibras metálicas pueden hacer que el costo del material sea hasta 30 veces mayor que el del hormigón tradicional. El equipo de investigación realizó una serie de pruebas para medir la resistencia física y la ductilidad de diferentes mezclas de UHPC, incluyendo variantes experimentales reforzadas con fibras metálicas y no metálicas. Las pruebas identificaron varias propiedades clave que pueden optimizarse para reducir el precio manteniendo un rendimiento excepcional. Basándose en la evaluación, el equipo desarrolló un nuevo método de diseño que puede ayudar a los fabricantes de materiales, propietarios de infraestructura y empresas constructoras a ahorrar dinero y desarrollar hormigones más resistentes y ecológicos. Los resultados se publicaron en la revista Cement and Concrete Composites.
Farshad Rajabipour, coautor del estudio, catedrático John y Harriet Shoe de Ingeniería Civil y Ambiental y director del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad Estatal de Pensilvania, señaló que el UHPC se ha convertido en un material clave para construir estructuras grandes y duraderas, como puentes, edificios de gran altura o infraestructuras costeras como compuertas de marea, y especialmente útil para reducir el tiempo de construcción y reparación en la construcción acelerada de puentes, de meses a días o semanas. También está afiliado al Instituto de Transporte Larson y al Instituto de Materiales. La resistencia y ductilidad del material provienen de miles de diminutas fibras de acero en su interior, cada una de 13 mm (aproximadamente media pulgada) de largo y 0,2 mm de diámetro. Estas fibras se anclan mecánicamente a la matriz de cemento, formando un material flexible bajo tensión extrema.
Rajabipour indicó que las fibras son la principal causa del aumento de precio, representando solo alrededor del 2% del volumen total del material, pero aproximadamente el 70% del costo total. El UHPC suele venderse en mezclas patentadas preenvasadas, lo que incrementa aún más el costo de uso. Para optimizar las fibras, el equipo preparó 15 mezclas diferentes de UHPC, 9 de ellas con fibras metálicas en diferentes concentraciones y diseños, para observar si se podía obtener el mismo rendimiento con menos material. El equipo probó fibras de diferentes longitudes, anchos y formas, incluyendo diseños con muescas, retorcidos y con pequeños ganchos. Las otras 6 mezclas utilizaron fibras no metálicas hechas de filamentos de vidrio fibrilado, basalto y polímeros reforzados con fibra de vidrio o carbono.
Cada muestra se sometió a una serie de pruebas para evaluar la fluidez en estado líquido, la resistencia a la compresión, la resistencia a la tracción, la ductilidad y la resistencia de adherencia. El equipo observó que dos de las fibras metálicas probadas, la microfibra de acero y la fibra de acero estriada, mantenían el rendimiento incluso cuando el volumen total de fibras se reducía a la mitad. Las fibras con una relación de aspecto más alta mostraron una mejora significativa en las propiedades de tracción. Diseñar la forma en que las fibras se adhieren a la matriz, de modo que se extraigan del hormigón antes de romperse bajo tensión, es crucial para mantener un rendimiento sólido. Aunque el rendimiento de las fibras no metálicas comerciales sigue siendo inferior al de las fibras de acero, un mejor diseño podría producir fibras con un rendimiento similar al metálico pero a un costo menor.
A continuación, el equipo planea investigar diferentes composiciones de fibras, explorar nuevas fibras no metálicas y optimizar los métodos de fabricación, mientras continúa estudiando oportunidades para reducir las emisiones de dióxido de carbono durante la producción de UHPC. Rajabipour afirmó que las fibras no solo son el mayor contribuyente al costo, sino también el mayor contribuyente a las emisiones, y que la investigación no solo propone formas de reducir el costo del material, sino también de reducir el impacto ambiental. Otros coautores del trabajo incluyen a los estudiantes de doctorado de la Universidad Estatal de Pensilvania Abdullah Al Moman (actualmente ingeniero de diseño estructural en Dutchland), Deepika Sundar (actualmente científica investigadora en CalPortland), Amir Alarab (actualmente ingeniero estructural en AECOM), así como al profesor asistente de investigación de ingeniería civil de la Universidad Estatal de Pensilvania, Shaohua Chu, y al profesor asociado de ingeniería civil, arquitectónica y ambiental de la Universidad de Delaware, Jovan Tatar. Esta investigación fue financiada por el Departamento de Transporte de EE. UU. y el Departamento de Transporte de Pensilvania.
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