En Estados Unidos, el Departamento de Transporte de Ohio (ODOT: Ohio Department of Transportation) se destaca por planear, requerir y contratar el reforzamiento de estructuras de concreto con barras de polímeros reforzadas con fibras de vidrio (GFRP: Glass Fiber Reinforced Polymers).
Así lo relató Richard Bertz, presidente ejecutivo de la reconocida compañía de diseño estructural Mannik & Smith Group, en la Convención ACI de octubre de 2019 en Cincinnati. Su conferencia se intituló: GFRP Reinforcing: An Engineer’s Perspective.
ODOT y Mannik & Smith han adelantado conjuntamente la planeación y diseño de la ampliación y rehabilitación de dos tableros de puentes en el Estado mediante barras GFRP de refuerzo: (1) Anthony Wayne Trail (Toledo, Ohio); (2) I-475 (Toledo, Ohio). Así como del reforzamiento integral con estos materiales avanzados de un nuevo puente (Industrial Drive, en Napoleon, Ohio).
El puente Anthony Wayne Trail se diseñó conforme a la primera edición AASHTO (2009) de la guía de especificaciones de diseño de puentes con factores de carga y resistencia para concreto reforzado con GFRP para tableros y barandas (LRFD Bridge Design Guide Specifications for GFRP-Reinforced Concrete Bridge Decks and Traffic Railings). En la segunda edición, publicada en diciembre de 2018, se completaron las especificaciones para todos los elementos de concreto reforzado de un puente, armonizado con el estándar general (Ver Imagen 1).
Los parámetros que orientan el diseño de puentes difieren entre las barras GFRP y las varillas de acero. Con el refuerzo tradicional, la resistencia a la flexión o tracción del material controlan el diseño; para los refuerzos GFRP, el ancho de grieta y la resistencia a la cortante son los que gobiernan las decisiones de diseño. En la segunda edición se aumentó la fisura máxima permitida.
Las diferencias de diseño entre el acero y el GFRP resultan mínimas en cuanto a las especificaciones de diámetros de barras requeridos, pero resultan significativas en la cantidad de refuerzo GFRP exigido al compararse con el acero, lo cual se debe a una menor área de espaciamientos admitidos.
Al calcular el cambio porcentual según volumen, el puente Anthony Wayne Trail requirió 53.6 % más en barras transversales, 28.2 % adicional en barras longitudinales superiores y 37 % en inferiores; en comparación con un diseño con varillas de acero (Ver Tabla 1).
Sin embargo, de acuerdo con un ejercicio de cálculo hecho por Mannik & Smith para el ODOT, el diseño de este mismo puente según la segunda edición AASHTO (2018) de la guía de especificaciones de diseño de puentes con factores de carga y resistencia para concreto reforzado con GFRP (LRFD Bridge Design Guide Specifications for GFRP-Reinforced Concrete), conllevaría reducciones de volumen de 11.2 %, 8.2 % y 6.8 %, respectivamente, respecto a las cantidades exigidas con la primera edición (Ver Tabla 2).
En el caso del puente I-475, el aumento volumétrico de refuerzo GFRP en comparación con el acero es del 50.3 % en las barras transversales, y alrededor del 30 % en las barras longitudinales; según la segunda edición (Ver Tabla 3).
En relación con el puente Industrial Drive (AASHTO-BDS GFRP, 2 ed.), para las barras transversales se requerió un 75 % más de refuerzo GFRP en comparación con refuerzo de acero recubierto de epoxi. Las barras longitudinales superiores e inferiores requieren a su vez de 45.8 % y 32.8 % más de refuerzo GFRP, respectivamente (Ver Tabla 4).
La reducción en la cantidad de sobre reforzamiento con barras GFRP entre ambas ediciones de la guía AASHTO-BDS derivan del mejor conocimiento del comportamiento real del material a mediano y largo plazo, así como de las incesantes mejoras en la calidad de la fabricación de estas barras.
Consideraciones de costeo
La comparación de precios entre dos tecnologías no puede ser directa. Las barras GFRP no solo han conseguido reemplazar el acero como refuerzo del concreto sino que además cuentan con un número de ventajas que son el fruto de años de investigación y desarrollo (R&D) en materiales avanzados. Esto explica sus precios más altos en ciertos países, aunque el declive es constante a lo largo del tiempo.
Estas ventajas no son únicamente cualitativas y de efecto inmediato. El recurso a barras GFRP para reforzar los elementos de concreto trae consigo una notoria reducción de costos durante el ciclo de vida de la obra. Además, en varios casos, demandan menores cantidades de otros materiales (p. ej., concreto) y disminuyen costos del proceso constructivo, como duración, mano de obra y riesgos laborales.
En Estados Unidos y otros países desarrollados, los cambios de modelación económica de los proyectos avanzan gracias a nuevas tecnologías (p. ej., BIM) y estipulaciones legales que obligan ahora a hacer ponderaciones que incluyan los costos del ciclo de vida. En nuestro contexto latinoamericano estamos en mora de avanzar en esa misma dirección.
No obstante las tendencias anteriores, con fines de ilustración, cabe hacer análisis de costos simples del reforzamiento con barras GFRP en comparación con productos con los cuales la industria del acero ha intentado evitar la corrosión; con poco éxito, hay que agregar: acero inoxidable, acero recubierto con epoxi, aditivos o mecanismos de protección catódica.
El análisis hecho por Bertz de los tres puentes de su estudio incluyó este tipo de comparación de precios por metro cuadrado entre las barras GFRP y el acero con recubrimiento de epoxi.
En cuanto al puente Anthony Wayne Trail, al momento de su rehabilitación, el valor del paso de las varillas de acero con epoxi a barras GFRP implicó un aumento del 16 %. Si el mismo proyecto se realizara bajo las disposiciones del AASHTO-BDS, GFRP 2ª ed., aumentaría apenas un 7.8 % (Ver Tabla 5).
Para la rehabilitación del puente I-475, las diferencias no solo se reducen entre los dos tipos de reforzamiento, sino que el valor total de las barras GFRP es bastante inferior al del acero con epoxi (Ver Tabla 6).
Finalmente, en el caso de la construcción integral del puente Industrial Drive con reforzamiento GFRP, el precio resultó ser 10% menor que el acero con epoxi (Ver Tabla 7).
Bertz, R. 2019. Ibíd.
Bertz señala que la rápida equiparación de precios entre las barras GFRP y un acero de refuerzo intervenido se debe al incremento de los precios de este último, originario principalmente de China; así como al aumento en los costos del transporte. Incrementos que en Estados Unidos han llegado a ser hasta del 20 %.
La inestabilidad internacional en los precios del acero, la cual no parece que vaya a cesar en el futuro próximo, afecta también la seguridad que los contratistas requieren a la hora de calcular costos de materiales para participar en procesos licitatorios. Estos pueden llegar a tomar hasta dos años entre las cotizaciones utilizadas y la compra real.
Por el contrario, la fabricación de productos FRP en Norteamérica para la industria del concreto, especialmente en Canadá, así como la constante reducción de sus precios, ofrecen una garantía financiera superior para los constructores. A lo que se añaden las garantías de calidad de estos materiales, difícilmente verificables para su contraparte.
Dovelas (juntas de transferencia) y barras GFRP de refuerzo V-ROD de la compañía canadiense Pultrall Inc., de la cual Aritrec S. A. hace parte como su representante en América Latina, han sido utilizadas en proyectos del ODOT, en el estado de OHIO.
“Creo que dentro de 10 a 15 años, los productos de GFRP y CFRP estarán cada vez más integrados y prevalecerán en el diseño de puentes”, concluye Bertz.
aritrec.blog 