Llamamos material compuesto o FRP (Fiber Reinforced Polymer, según el American Concrete Institute) a aquél que está formado por una matriz de resina sintética, y armado con fibras resistentes continuas. Estos materiales se vienen usando durante muchos años en la industria aeronáutica y de la automoción, así como en materiales deportivos.
Las propiedades y prestaciones del material compuesto vienen determinadas por:
La naturaleza de la matriz
El tipo de fibra
La proporción entre fibras y matriz
En el caso que nos ocupa, el refuerzo estructural con fibra de carbono se realizn a partir de materiales compuestos, donde las fibras son de carbono y la matriz de resinas en base epoxi.
Cuerpo del FRP: naturaleza de la matriz o tipo de resina
Normalmente se utilizan resinas en base epoxi para los trabajos en construcción. La ventaja de estas resinas son sus grandes prestaciones mecánicas y resistencias químicas. En cualquier caso, se debe seleccionar una resina que cumpla con los requisitos mecánicos, de adherencia y de puesta en obra que se exigirán. En cuanto a la proporción matriz-fibras, cuanto mayor sea ésta, menor será la resistencia a tracción y mayor será la resistencia química y viceversa.
Esqueleto del FRP: tipo de fibra
Los tres tipos de fibras que más se usan son la fibra de carbono, la fibra de vidrio y la aramida. Las fibras de carbono son las que presentan la mejor combinación alta resistencia-alta rigidez-baja densidad, pero tienen poca elongación, de modo que no pueden sufrir grandes deformaciones.
Las fibras de aramida presentan resistencias similares o superiores a las de carbono, así como una mejor deformación y menor densidad. En cambio, su rigidez (módulo) es del orden de la mitad que en el caso anterior. Por último, las fibras de vidrio aunque son menos resistentes y más densas, admiten grandes deformaciones antes de su rotura. Presentan un bajo módulo, lo que las hace compatibles con las mamposterías.
Dependiendo del tipo de fibra, el sistema de refuerzo tiene aplicación en distintos campos:
Fibras de carbono: se utiliza para refuerzos estructurales, por su mayor rigidez, resistencia y ligereza
Fibras de aramida: se utiliza para absorber impactos debido a su gran resistencia combinada con la deformabilidad
Fibras de vidrio: de aplicación en refuerzos sísmicos y mampostería, por su alta flexibilidad y bajo módulo de rigidez
Ventajas del uso del refuerzo de FC
Hay tres razones fundamentales que motivan el uso del refuerzo con fibra de carbono frente a otras tipologías más tradicionales:
- Prestaciones mecánicas y resistencias químicas muy elevadas
- Peso muy reducido en relación a su resistencia
- Elevada durabilidad
Esto hace que el refuerzo FC sea especialmente adecuado en trabajos de reparación, refuerzo y/o rehabilitación.
Como dato, observemos que un laminado de fibra de carbono de una sección determinada soporta una fuerza última a tracción hasta 15 veces superior a la que soporta una chapa de acero de la misma sección.
Debido a estas propiedades (elevada resistencia y ligereza) los compuestos fabricados con este tipo de materiales son de muy poco espesor (1-3 mm) y además son relativamente flexibles, de modo que se pueden almacenar en rollos, lo cual facilita muchísimo el transporte, la descarga y la puesta en obra.
Este poco espesor también permite, en la mayoría de los casos, realizar los trabajos de refuerzo sin retirar las instalaciones, por lo que supone una ventaja en tiempo y dinero bastante importante.
Al utilizar materiales tan ligeros, el propio adhesivo de colocación va a permitir una adherencia inicial que evita que tengamos que realizar apuntalamientos. Este punto es fundamental, ya que se pueden realizar refuerzos en zonas como bóvedas de túneles donde la altura de trabajo dificultaría muchísimo realizar cualquier otro tipo intervención.
