Compuestos de matriz polimérica reforzados con fibra

el Consejo Superior de Obras Públicas publicó las “Directrices para la identificación, calificación y control de aceptación de compuestos reforzados con fibras de matriz inorgánica (FRCM) que se utilizarán para la consolidación estructural de edificios existentes”.

Esta norma exige diversas pruebas de durabilidad ambiental en muestras de FRCM, entre las que se incluyen: pruebas de envejecimiento artificial, pruebas de reacción a la tensión térmica y pruebas cíclicas de congelación y descongelación.

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Cada ciclo dura al menos 4 horas a -18 °C, seguidas de 12 horas en una cámara húmeda, con una humedad relativa no inferior al 90 % y una temperatura de 38 °C.

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Normas de referencia

• Directrices del CSLP (Consejo Superior de Obras Públicas) 2019 : Identificación, cualificación y control de aceptación de compuestos reforzados con fibras de matriz inorgánica (FRCM) para consolidación estructural.
• CNR-DT 200 R1/2013 — Instrucciones para el diseño, ejecución y control de intervenciones de consolidación estática utilizando compuestos reforzados con fibras de FRP.
• CNR-DT 215/2018 — Directrices sobre sistemas FRCM para la consolidación de estructuras de mampostería y hormigón armado.
• EN 12467:2012+A2:2018 — Ensayos de durabilidad frente a ciclos de congelación-descongelación y calor-lluvia en láminas planas de fibrocemento.
• ASTM D7705/D7705M-22 — Resistencia a los álcalis de las barras compuestas de matriz de polímero reforzado con fibra (FRP) utilizadas en la construcción de hormigón.
• UNI EN ISO 9142:2004 — Adhesivos, guía para la selección de condiciones de envejecimiento acelerado en laboratorio para uniones adhesivas.

Fuentes autorizadas

• Consejo Superior de Obras Públicas. Órgano asesor del Ministerio del Interior italiano, que emite directrices sobre materiales innovadores en la construcción.
• CNR – Consejo Nacional de Investigación. Publica documentos técnicos CNR-DT sobre FRP y FRCM para el refuerzo estructural.
• ASTM International. Organismo estadounidense de normalización que mantiene la serie D7705/D7617 sobre materiales compuestos para la construcción.
• UNI – Organización Italiana de Normalización. Distribuye las normas italianas EN/ISO aplicables a los sectores de materiales compuestos y consolidación.

Preguntas frecuentes sobre las pruebas climáticas compuestas de FRCM

¿Cuántos ciclos de congelación y descongelación exigen las directrices del CSLP para la FRCM?

Las Directrices CSLP para FRCM prescriben una prueba de resistencia a la congelación-descongelación estructurada en ciclos de duración estandarizada. Cada ciclo incluye al menos 4 horas a -18 °C en un ambiente seco, seguidas de 12 horas a +38 °C con una humedad relativa ≥ 90 %. El número total de ciclos requeridos depende de la clase de exposición ambiental: para intervenciones internas, 20 ciclos son suficientes, mientras que para aplicaciones externas en áreas con heladas recurrentes la prueba se extiende a 50-100 ciclos. Después del tratamiento, las muestras se someten a pruebas de tracción directa y de adhesión para evaluar la reducción de las propiedades mecánicas, que no debe exceder el 20 % de los valores iniciales. La cámara climática utilizada debe garantizar rampas térmicas ≥ 3 °C/min y uniformidad ± 2 °C en todo el volumen de prueba.

¿En qué consiste la prueba de envejecimiento artificial para los sistemas FRCM?

El ensayo de envejecimiento artificial combina la exposición a temperatura, humedad y, en ocasiones, radiación UV para reproducir rápidamente la degradación que sufre el sistema compuesto in situ. Para FRCM, las Directrices CSLP recomiendan la exposición en una cámara climática a +40 °C y 90 % RH durante 1000-3000 horas, a veces con ciclos de humectación-secado. Simultáneamente, se realiza un ensayo de estrés térmico, con ciclos entre +20 °C y +50 °C durante 100-200 repeticiones. Las muestras se caracterizan antes y después mediante ensayos de tracción, cizallamiento por solape simple y tracción directa, con referencia a CNR-DT 215. La degradación aceptable se cuantifica generalmente como <25 % de la resistencia a la tracción inicial y <30 % de la adhesión al sustrato.

¿Cuál es la diferencia entre FRP y FRCM en términos de pruebas climáticas?

Los sistemas FRP (polímero reforzado con fibra) utilizan matrices de polímeros termoendurecibles (epoxi, éster vinílico) y son sensibles a la temperatura de transición vítrea (Tg) y a la humedad absorbida por la matriz. Las pruebas climáticas típicas (CNR-DT 200 R1) incluyen envejecimiento en agua a +40 °C, solución alcalina (pH 12,5) y ciclos de congelación-descongelación. FRCM (matriz cementicia reforzada con fibra) , por otro lado, tienen una matriz cementicia o puzolánica inorgánica, por lo que presentan mayor resistencia a la temperatura, pero son vulnerables a los ciclos de congelación-descongelación debido a la porosidad de la matriz. Las directrices CSLP prescriben pruebas específicas de resistencia a la congelación-descongelación para FRCM con ciclos de 4 h/-18 °C + 12 h/+38 °C/90 % RH, más severas que las que se utilizan habitualmente para FRP.

¿Cómo se califica una cámara climática para probar materiales compuestos estructurales?

La cualificación metrológica requiere el procedimiento IQ/OQ/PQ según UNI EN 60068-3-5, con mapeo de al menos 9 puntos del volumen útil. Para las pruebas CSLP en FRCM, se requieren los siguientes requisitos: rango -20 °C ÷ +60 °C, humedad relativa hasta 95%, rampas ≥ 3 °C/min, uniformidad ± 2 °C y estabilidad ± 0,5 °C. La cámara debe estar equipada con soportes de muestra específicos que no obstruyan el flujo de aire y permitan la exposición correcta de las muestras en todas las caras. Las sondas de control y mapeo deben estar calibradas en laboratorios acreditados por ACCREDIA (ISO/IEC 17025) con una incertidumbre ≤ 0,3 °C en la temperatura y ≤ 2% en la RH. Las muestras deben prepararse según la norma CNR-DT 215, con dimensiones estandarizadas de 400 × 100 mm y preacondicionarse a 23 °C/50 % RH durante 7 días antes de la prueba.