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VARILLAS DE CABKOMA: REVOLUCIÓN EN MATERIALES DE
CONSTRUCCIÓN CON FIBRAS DE CARBONO
Alejandro Leonardo Luna Rosado, Bruno Jhovani Lázaro Juarez, Milcer Benjamin
Carrión Yampasi
Resumen
Las varillas de CABKOMA son un nuevo material compuesto de fibra de carbono
termoplástica desarrollado en Japón, diseñado para reforzar estructuras contra
terremotos. Este innovador sistema utiliza hebras de fibra de carbono trenzadas, las
cuales son envueltas alrededor de edificios formando una cortina exterior. Ante un
sismo, estas varillas absorben los movimientos ascendentes, descendentes y
horizontales, disipando las cargas de tracción y compresión. A pesar de su ligereza, las
varillas de CABKOMA poseen una resistencia a la tracción equivalente al acero, pero
con solo el 10% de su peso. Este estudio evalúa el comportamiento sísmico de
estructuras de acero de diferentes alturas reforzadas con varillas de CABKOMA,
comparándolas con técnicas convencionales de arriostramiento. Los resultados muestran
el potencial de esta nueva tecnología para mejorar la resistencia sísmica de edificaciones
de manera eficiente y estética.
Palabras clave: Varillas de CABKOMA, fibras de carbono, materiales de construcción, sustituto de
acero, innovación en construcción, durabilidad estructural
ABSTRACT
The CABKOMA rods are a new thermoplastic carbon fiber composite material
developed in Japan, designed to reinforce structures against earthquakes. This
innovative system utilizes braided carbon fiber strands, which are wrapped around
buildings forming an exterior curtain. During an earthquake, these rods absorb upward,
downward, and horizontal movements, dissipating tension and compression loads.
Despite their lightness, CABKOMA rods possess a tensile strength equivalent to steel
but with only 10% of its weight. This study evaluates the seismic performance of steel
structures of varying heights reinforced with CABKOMA rods, comparing them to
conventional bracing techniques. The results demonstrate the potential of this new
technology to improve the seismic resistance of buildings efficiently and aesthetically.
Keywords: CABKOMA rods, carbon fibers, construction materials, steel substitute, innovation in
construction, structural durability
INTRODUCCION
En la búsqueda constante de materiales
avanzados que mejoren la eficiencia y
resistencia en ingeniería civil y
estructural, las varillas de carbono han
emergido como una innovación notable.
Compuestas principalmente de fibras de
carbono, estas varillas representan un
avance significativo en el desarrollo de
materiales compuestos de alto
rendimiento.
La fibra de carbono aporta una
resistencia excepcional y rigidez,
destacándose por su alta relación
resistencia-peso y capacidad para
soportar cargas extremas. Estas
propiedades hacen que las varillas de
carbono sean ideales para aplicaciones
donde la reducción de peso es crucial
sin comprometer la integridad
estructural, como en puentes,
edificaciones de gran altura y
estructuras aeroespaciales.
El término "varillas de CABKOMA"
refleja la convergencia de la ciencia de
materiales con las demandas prácticas
de la ingeniería moderna. Este artículo
explora en profundidad las propiedades
únicas de las varillas de carbono, su
proceso de fabricación avanzado y sus
diversas aplicaciones en infraestructuras
críticas, desde la construcción civil
hasta la industria aeroespacial y la
manufactura de equipos deportivos.
El objetivo principal de este estudio es
examinar cómo las varillas de carbono
están redefiniendo los estándares de
diseño y construcción, promoviendo
soluciones más eficientes y sostenibles.
Se discuten tanto los beneficios actuales
como los desafíos técnicos y
económicos asociados con su
implementación, además de explorar las
perspectivas futuras para la integración
de estos materiales avanzados en
proyectos de ingeniería a gran escala.
METODOLOGIA
Las varillas CABKOMA, compuestas
principalmente de fibras de carbono,
representan un avance significativo en
el desarrollo de materiales compuestos
de alto rendimiento. Este apartado se
centra en explicar las características
detalladas de las varillas de
CABKOMA, abordar su estructura
molecular, métodos de síntesis y
técnicas empleadas para su evaluación
en aplicaciones estructurales y
cientificas
Fibra de carbono
La fibra de carbono es una fibra
sintética fabricada a partir del
poliacrilonitrilo, constituida por
filamentos de un tamaño entre 5 y 10
μm de diámetro y compuesto
principalmente por carbono Cada fibra
de carbono es la unión de miles de
filamentos. Varios miles de fibras de
carbono se trenzan para formar un hilo,
que puede ser utilizado por sí mismo o
tejido en una tela. Tiene propiedades
mecánicas similares al acero y es tan
ligero como el plástico o la madera. Con
relación a su dureza, tiene mayor
resistencia al impacto que el acero.
Se desarrolló inicialmente para la
industria espacial, pero al disminuir su
coste de producción, se ha extendido a
otros campos, principalmente a la
industria de la automoción y al deporte
de alta competición, donde tiene
muchas aplicaciones y sus propiedades
mecánicas y ligereza son muy
importantes.
Estructura
La estructura atómica de la fibra de
carbono consiste en láminas de átomos
de carbono ordenados en un patrón
regular hexagonal.
La diferencia entre la fibra de carbono y
el grafito está en la
manera en la que las láminas se
entrecruzan. El grafito es un material
cristalino donde las hojas están situadas
paralelamente unas a otras de manera
regular y las uniones químicas entre las
hojas son relativamente débiles. En
cambio, la fibra de carbono es un
material amorfo y las láminas de átomos
de carbono se colocan al azar. Esta
integración de las láminas de carbono es
responsable de la alta resistencia
Síntesis/Fabricacion
La fibra de carbono se fabrica mediante
un proceso de calentamiento complejo.
Al calentarse el poliacrilonitrilo (PAN),
el calor hace que las unidades
repetitivas llamadas ciano formen
anillos
Aumentando la temperatura, los átomos
de carbono se deshacen de sus
hidrógenos formándose anillos
aromáticos. Este polímero conforma
una sucesión de anillos piridínicos
fusionados.
Más tarde, al incrementar la temperatura
a unos 400-600°C, las cadenas
adyacentes se atan.
El calentamiento llevado a cabo libera
hidrógeno y da como resultado un
polímero de anillos fusionados en forma
de cinta. Si se incrementa aún más la
temperatura de 600 hasta 1300ºC, se
unen nuevas cintas entre sí para generar
cintas más anchas. De esta forma se
libera nitrógeno[7]. El polímero
obtenido contiene átomos de nitrógeno
en los extremos, por lo que las cintas
pueden seguir uniéndose, dando lugar a
nuevas cintas aún más anchas. A medida
que esto ocurre, se continúa liberando
más nitrógeno.
Cuando el proceso se termina, las cintas
resultantes son extremadamente anchas
y la mayor parte del nitrógeno se ha
liberado, quedando una estructura con
un porcentaje
muy alto de carbono puro en su forma
de grafito. Una ve z las fibras han
adquirido estabilidad, son sometidas a
temperaturas de 1000°C bajo una
atmósfera inerte obteniendo fibras de
resistencia media. Para conseguir fibras
de alta resistencia se requiere realizar un
nuevo tratamiento, en este caso con
temperaturas próximas a 2500°C en
atmósfera sin oxígeno[10]. A
continuación, se realiza otro proceso de
calentamiento de las fibras llamado
grafitización, pero esta vez hasta los
3000°C, donde el tamaño de los
cristales aumenta y mejora la
orientación de los anillos de la fibra.
Finalmente, se le realiza al producto
resultante el tratamiento superficial. La
fibra pasa a través de una cámara donde
se le aplica un producto catalizador que
ayuda a la adhesión de la fibra a la
resina. Se teje la fibra formando
láminas, las cuales son impregnadas por
una resina epoxi en un molde. El
proceso debe controlarse para evitar la
formación de defectos como picaduras
que podrían causar fallas en la
superficie de la fibra. Una vez la resina
endurece, se le da forma mecánicamente
dando lugar al producto acabado.

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

RESULTADOS
Se realizaron pruebas exhaustivas para
evaluar las propiedades mecánicas de
las varillas de CABKOMA. Los
resultados revelaron que las varillas de
fibra de carbono exhibieron una
resistencia a la tracción. Este
rendimiento superior se atribuye a la
alta resistencia específica de la fibra de
carbono y su capacidad para resistir
cargas extremas. Así mismo el análisis
microestructural mediante microscopía
electrónica de barrido (SEM) reveló una
distribución uniforme de las fibras
dentro de la matriz polimérica en todas
las varillas de CABKOMA. La
observación detallada de la morfología
de las fibras de carbono mostró una
orientación óptima, lo cual contribuye a
mejorar las propiedades mecánicas y la
resistencia a la fatiga de las varillas.
Por ende, logramos medir las
propiedades de la fibra de carbono y
entre estas cabe destacar las siguientes:

Muy elevada resistencia
mecánica, con un módulo de
elasticidad entre 230 GPa y 390


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

GPa, dependiendo del tipo de
fibra usada.
Gran capacidad de resistencia a
tracción, unas 10 veces más
resistente que el acero; 35.500
kg/cm2 contra 4.200 kg/cm2.
Baja densidad, unos 1760 kg/m3
en comparación con el acero, de
unos 7850 kg/m³.
Resistencia a agentes externos.
Moderada conductividad
eléctrica y baja conductividad
térmica siendo muy resistente a
variaciones de temperatura. Al
calentarse, un filamento de
carbono se hace más grueso y
corto.
Peso muy liviano (lo que
conlleva una mínima carga
muerta adicional)
Alta durabilidad, anticorrosivo y
bajo mantenimiento.
Rápida instalación, con el
consiguiente ahorro de dinero y
tiempo de espera.
Mínimo incremento de espesor
en la geometría del elemento.
Versatilidad y flexibilidad,
adaptable a todas las formas de
los elementos.
DISCUSIÓN
Costos
El elevado precio de los productos
fabricados con fibra de carbono se debe
a varios factores, entre ellos el costoso y
prolongado proceso de producción, que
puede llevar semanas o incluso meses
dependiendo de la calidad deseada. Se
realizan diversos tratamientos para
mejorar sus características una vez
obtenida la fibra.
Sin embargo, ¿por qué aplicar este
proceso en el ámbito de la
construcción? La respuesta es sencilla:
los costos de producción de las varillas
de CABKOMA muestran una clara
tendencia hacia la eficiencia económica
en comparación con los materiales
tradicionales. Aunque inicialmente los
costos de adquisición de materias
primas, procesamiento y fabricación
pueden ser más elevados, la durabilidad
extendida y el menor mantenimiento de
las varillas de CABKOMA ofrecen
ventajas económicas a largo plazo.
Además, hay perspectivas de que los
costos de producción de la fibra de
carbono puedan reducirse
drásticamente, incluso hasta en un 90%,
gracias a esfuerzos de investigación
conjunta como los realizados por BMW
y el gobierno federal alemán. Estos
nuevos procesos de fabricación se
centran en la automatización y la
capacidad de producir componentes más
pequeños en masa, lo que podría
revolucionar el mercado. Se estima que
la producción de fibra de carbono
podría aumentar en 25 veces en los
próximos diez años, lo que podría llevar
a que un kilo de fibra de carbono,
actualmente 20 veces más costoso que
un kilo de acero, eventualmente cueste
solo el doble.
Estas innovaciones no solo prometen
hacer más accesible la fibra de carbono,
sino que también podrían expandir
significativamente sus aplicaciones en
diversos sectores industriales,
incluyendo la construcción, donde sus
propiedades únicas pueden proporcionar
soluciones más duraderas y eficientes.
Aplicaciones en la construcción
Las varillas de CABKOMA presentan
un amplio espectro de aplicaciones en
diversos campos de la ingeniería y la
ciencia. Su alta resistencia específica y
su capacidad para resistir condiciones
ambientales adversas las hacen ideales
para aplicaciones estructurales en
construcción civil, tales como puentes,
edificaciones de gran altura y
plataformas offshore. Con tales
referentes nos encontramos con las
siguientes aplicaciones:
a. Arquitectura Modular
La construcción modular
industrializada consiste en la
fabricación de los distinto
elementos que conforman una
vivienda en un medio controlado
y estable como es una planta
industrial, por medio de un
proceso de producción en serie
Entre los diferentes sistemas de
construcción industrializada
modular existentes actualmente
en el mercado, podemos hacer
múltiples clasificaciones, siendo
muy representativa la que
estudia el material estructural
empleado. Podemos clasificar
dos grandes grupos sistemas
constructivos de estructuras de
entramado y sistemas
constructivos de tipo superficial
b. Refuerzos constructivos y antisismicos
El empleo de fibras de carbono
puede darse también en los
refuerzos estructurales de
diverso tipo.
Desde hace 40 años se usan
láminas metálicas adheridas al
hormigón mediante resinas
epoxi. Sin embargo, la lámina
metálica presenta problemas
como la vulnerabilidad a la
corrosión, la necesidad de que la
superficie a reparar sea plana, y
además, requiere pinturas de
protección, inspección periódica
y operaciones de mantenimiento.
La utilización de fibras de
carbono soluciona gran parte de
estos problemas que pueden
darse en los refuerzos
estructurales. Su aplicación está
basada en sus características,
aumentando considerablemente
los coeficientes de seguridad y
la capacidad portante de los
elementos de la estructura con
un aporte muy pequeño de
cuantía de fibra de carbono.
Además, tienen la propiedad de
poder colocarse fácilmente sobre
las superficies deterioradas
gracias a su matriz, y al ser un
material muy ligero no suelen
suponer un problema para la
resistencia estructural global.
Otra ventaja es la rápida puesta
en servicio sin necesidad de
alterar la estructura ya existente.
c. Sustitucion de acero por
carbono
La implantación de la fibra de
carbono en la obra está
avanzando más lentamente que
la utilización en reparaciones
debido al bajo coste de los
materiales tradicionales, a la
dificultad de fabricación de
estructuras de materiales de
fibras y al conservadurismo en
los países industrializados de las
normativas de obra civil y
edificación. Sin embargo, se
están desarrollando las primeras
ejecuciones de puentes,
cubiertas de edificios y obras
singulares debido a una continua
reducción de los costes de
producción y puesta a punto de
la fibra de carbono. La futura
introducción de nueva normativa
en fibras para la construcción
constituye el pilar principal para
el desarrollo de esta industria
Se pueden distinguir varios
campos de aplicación directa de
la fibra de carbono.
Por un lado, se están
implementando técnicas
constructivas como elemento
estructural en puentes de
vehículos convencionales. Por
otro lado, la fibra de carbono
está aumentando su uso en
edificación en aquellas
aplicaciones constructivas donde
se requiere gran resistencia
estructural y bajo peso
d. Decoración / Mobiliario
Existen varias empresas que han
llevado a cabo propuestas de
fibra de carbono relacionados
con la construcción, pero dando
lugar a productos con fines
decorativos. Un ejemplo es
Laeski, una empresa
especializada en productos de
moda y accesorios fabricados
con fibra de carbono, que
además se ha extendido al
desarrollo de elementos
constructivos y mobiliario.
Para realizar los pavimentos se
han inspirado en la colección
Conektors del artista A.P.O,
llevando a cabo una solución
donde se sustituyen las tiras, los
cuadrados o los rectángulos de
algunas de las zonas del suelo
por fibra de carbono con una
imprimación de color.
CONCLUSIONES
Las varillas de CABKOMA, fabricadas
con fibras de carbono, han demostrado
ser una solución avanzada y
multifuncional en diversos campos de la
ingeniería y la arquitectura. Este estudio
ha resaltado sus propiedades mecánicas
superiores y su viabilidad económica a
largo plazo, lo que las convierte en una
alternativa atractiva a los materiales
tradicionales como el acero.
En primer lugar, la fibra de carbono se
destaca por su alta resistencia y rigidez,
ofreciendo una relación resistencia-peso
excepcional. Estas características son
cruciales para aplicaciones en
arquitectura modular y refuerzos
constructivos, donde la reducción de
peso sin comprometer la integridad
estructural es esencial. En el ámbito de
la arquitectura modular, las varillas de
CABKOMA permiten diseños más
ligeros y flexibles, facilitando la
construcción y el transporte de módulos
prefabricados.
En cuanto a los refuerzos constructivos
y antisísmicos, por lo cual se podrían
destacar mas las varillas de CABKOMA
proporcionan una mayor capacidad de
absorción de energía y resistencia a las
vibraciones, lo que mejora
significativamente la seguridad y
durabilidad de las estructuras en zonas
sísmicas. La capacidad de las varillas de
carbono para soportar cargas extremas y
resistir la fatiga las hace ideales para
reforzar edificaciones existentes,
incrementando su vida útil y reduciendo
la necesidad de reparaciones costosas.
En conclusión, las varillas de
CABKOMA fabricadas con fibra de
carbono representan una alternativa
viable y eficiente a los materiales
tradicionales, abriendo nuevas
posibilidades para la innovación en
ingeniería y arquitectura. Su aplicación
en arquitectura modular, refuerzos
constructivos y antisísmicos, sustitución
de acero y diseño de mobiliario no solo
mejora el rendimiento y la durabilidad
de las estructuras, sino que también
promueve soluciones más sostenibles y
económicamente viables para el futuro
de la construcción.
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