conferencia incorporacion zerbino

7/21/2019 Conferencia Incorporacion Zerbino

http://slidepdf.com/reader/full/conferencia-incorporacion-zerbino 1/36

8/19/20

La incorporación de fibras y el

desarrollo de un hormigón de

altas prestaciones

Dr. Ing. Raúl ZerbinoDr. Ing. Raúl Zerbino

Facultad de Ingeniería - UNLP

Los materiales en la ingeniería

• Madera y roca

• Los metales

• El hormigón, hormigón armado y pretensado



8/19/20

• Puentes

• Edificios

• Premoldeados

• Estructuras offshore

• Cáscaras

• Túneles

• Diques

• Canales

• Pistas y pavimentos

• Centrales nucleares

• Estadios

Great Belt Link, 1998

Millau Viaduct, 2004Torres Petronas, Malasia

Presa de Itaipú

Central nuc lear Atucha

Fisuras en hormigón y otros materiales

a base de cemento portland

• El hormigón es un material frágil (cuasifrágil)

• Fisuras y mecanismo de rotura

• Fisuras y durabilidad

• Procesos de fisuración

Acción de las cargas

Hidratación y cambios de volumenSecado (contracción)

Altas temperaturas

Reacciones deletéreas



8/19/20

Desarrollo de tecnología y diseño estructural

10

100

1000

10000

100000

1 10 100 1000 10000 100000 1E+06 1E+07 1E+08

Producción a nual (mi les ton)

C o s t o

( U $ S / t o n )

Titanio

Hormigón

A lu m in ioNylon

PolietilenoLadrillos

Acer o

Madera

Vidrio

Materiales reforzados con fibras

Matrices

Resinas poliéster,epoxi, metálicas,

cerámicas,cemento portland...



8/19/20

En el compuesto al incorporar fibrasresistentes dentro de una matriz frágil, crece la

capacidad de carga post-fisuraciónTTdeformacióndeformación

Contenido de fibrasContenido de fibras

¿Por qué incorporar fibras?

arrancamientoarrancamiento

Fisuración múltiple,Fisuración múltiple,

fallas defallas de

adherencia yadherencia ydeslizamientosdeslizamientos

arrancamientoarrancamiento



8/19/20

Efecto de las fibras

Control de fisuración

Incrementos de:

TenacidadResistencia a tracción

Resistencia a compresión

Control de los efectos de la contracción

Refuerzo de morteros y hormigones

Fibras deFibras de

Acero Acero

Vidrio Vidrio

SintéticasSintéticasNaturalesNaturales

CarbonoCarbono



8/19/20

Fibras de acero volúmenes en hormigón

entre 0,25 y 1 %

entre 20 y 80 kg/m3

Fibras sintéticas

Macrofibras

entre 2 y 8 kg/m3

Microfibras

unos 0,6 kg/m3



8/19/20

Fibras de vidrio

Macrofibrasentre 5 y 15 kg/m3

Microfibras

entre 0,3 y 0,6 kg/m3

Parámetros de las fibras:• Tipo de material• Longitud, l• Diámetro, d, o aspecto geométrico, l/d• Volumen, Vf

Cuando las fisuras se propaganprincipalmente por lasinterfaces mortero-agregado(hormigón convencional), lafibra será efectiva si su longitudes mayor que el tamañomáximo del agregado (dmax).

l ≥ 2.5 dmax

Cuando existe fisuración a través de los agregados (HAR), ellargo de la fibra no es tan importante como el Vf (que sueleser mayor que en hormigones convencionales).



8/19/20

Aplicaciones

Hormigones con fibras de aceroGuidance for the Design of Steel-Fibre-Reinfo rced Concrete.

Concrete Society, Tech Report Nº63, March 2007• Losas

Losas sobre el piso: pisos industriales, caminos, aeropuertos y áreaspavimentadas exteriores, overlays, railways

Losas elevadas: Sobre pilas (losas de 3x3 a 4x4 aprox) o sobrecolumnas eliminando todas las armaduras

In situ, combinado con hormigón armado convencional: reducción del50 % de armaduras en estructuras para contención de aguas;reemplazo de armaduras en muros; reemplazo en fundaciones decasas, muros de seguridad ante impactos

Losas compuestas con perfiles de acero

• Elementos premoldeadosSegmentos para túneles (transporte y manipuleo)

Tanques de almacenamiento, tuberías (formas, fatiga, durabilidad)

Vigas y paneles



8/19/20

Hormigones con fibras de acero

Guidance for the Design of Steel-Fibre-Reinfo rced Concrete.Concrete Society, Tech Report Nº63, March 2007

• Hormigón proyectadoMinería, túneles, proyectos hidráulicos: eliminación de mallas,adaptación a movimientos de tierra súbitos, mejoras en la adherenciasustrato – hormigón

Revestimiento de túneles (alto rendimiento, automatización),

Estabilizado de taludes.

Reparaciones: puentes, edificios, túneles, estructuras en el mar,torres de enfriamiento

• Estructuras expuestas a impactos y explosiones

• Durabilidad (para w < 0.5 mm no se detecta corrosión).

Ventajas que pueden motivar la elección delHRF frente al hormigón armado convencional

Costos de suministro y ahorro de tiempos de obra para

la ubicación de las barras convencionales soldadas

Beneficios de salud y seguridad en los operarios

durante el manipuleo del refuerzo

Solución de problemas derivados de defectos en la

ubicación del refuerzo

Aumentos de ductilidad o tenacidad estructural



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Hormigones con macrofibras sintéticas

Guidance on the use of Macro-synthetic-fibre-reinforced Concrete.Concrete Society, Tech Report Nº65, Apr il 2007.

Si es admisible cierta apertura de fisuras pueden ser más eficientes quelas de acero; si hay fuego su uso es cuestionable pues se degradan.

Losas sobre el piso: Pavimentos y playas de estacionamiento(mejoras en zonas expuestas a sales descongelantes), caminos, pisos,refuerzo de losas para trenes (efectos magnéticos)

Hormigón proyectado: Túneles y minería; pueden reemplazar a lasde acero y ser convenientes en ambientes agresivos (corrosión) y por elmenor desgaste en los equipos; la pérdida de performance por fuegopuede inhabilitarlas.

Construcción in situ: revestimiento de túneles; en aplicacionesmarinas en reemplazo de las de acero, muros, estructuras paracontención de aguas.

Elementos premoldeados: baldosones para veredas, tanques ytuberías (formas, fatiga, durabilidad), paneles para viviendas.

Macrofibras de vidrio:Soluciones estructurales para viviendas

• Losas sobre el piso

• Pisos ahuecados

• Cubiertas

autonivelantes



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Luego de 8 meses no seobservaron fisuras ni fibras

visibles en la superficie

Estado previo, deterioro por RAS

Remoción de la capasuperficial (10 cm)

Aspec to del hor migón fresco Apl icac ión d el HRF p orpavimentadoras con TAR

Macrofibras de vidrio:

Reparación de una autovía

en Alemania

Comportamiento mecánico



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Carga – desplazamiento en flexión

sin fibrassin fibras

cargacarga

desplazamientodesplazamiento

Tenacidad porefecto de la

presencia de lasfibras

Mayor l/d.V

ACI comité 544.2R –1988 (1.9 mm)

ASTM C-1018 –1992

JCI-SF4 – 1984: l/150, TJCI l/(dlimit . bd2)

Alemania - DBV 1991, 1992

Bélgica IBN, 1992

España AENOR UNE 83-509-88 y 83-510-89

AFNOR P 18-409 – 1993

EFNARC. ASTM C 1550 (ensayos de paneles)

RILEM TC 162-TDF – 2002

ASTM C-1609/07

EN14651/05

Evaluación de la resistenciay capacidad residual



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Flexión con carga a los tercios

entalladura

hsp

aL

Flexión sobre vigas

entalladas

EN 14651



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Flexión con carga al centro

Carga - flecha

Carga - CMOD

0

5

10

15

20

0 1 2 3 4

Deflection (mm)

L o a d ( k N ) C35/40

C 35/20

C35/00

0

5

10

15

20

0 1 2 3

CMOD (mm)

L o a d ( k N )

C35/40

C35/20

C35/00

Hormigones

con fibras de

acero



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Giaccio G., Tobes, J. M., and Zerbino R. “Use of small beams to obtain

design parameters of fibre reinforced concrete” Cement Concrete

Comp, 2008, V 30 N 4, pp. 297-306.

EN 14651

HRF con macrofibras sintéticasEnsayos sobre vigas de 150 mm de altura

Izqierda: ASTM C-1609; Derecha: EN 14651.

0

1

2

3

4

5

0 1000 2000 3000 4000

TFlecha (micrones)

Fibras/cm2: 0,56

0

1

2

3

4

5

0 1000 2000 3000 4000

T CMOD (micrones)

Fibras/cm2: 0,42



8/19/20

Ensayo de paneles

Ensayo de paneles



8/19/20

0

10

20

30

40

50

0 5 10 15 20 25 30

Deformación (mm)

C a r g a ( k N )

Fibras/cm2: 0,51

EFNARC

Otros avances en HRF• Desarrollo de Hormigones de Alta

Resistencia Reforzados con Fibras (HARRF)

• Caracterización mecánica en tracción y corte

• Desarrollo de Hormigones Autocompactantes

Reforzados con Fibras (HACRF)



8/19/20

2

Fibras en HAR

Curva tensiónCurva tensión – – deformación axialdeformación axial

0 3000 6000 9000 12000

Deformación axial (microdeformaciones)

0

20

40

60

80

100

T e n s i ó n ( M P a )

HAR con 80 kg/m.cu.de fibras metálicas

HormigónConvencional

HAR

HAR + 80 kg/m3 de

fibras de aceroHAR

Hn convencional

TDeformación axial (micrones)

Extensómetrocircunferencial

Probeta

Platos de carga

LVDT

Strain gauges

80 kg/m3

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Desplazamiento (mm)

C a r g a ( k g )

Flecha

CMOD

40 kg/m3

sin fibras

HAR-RFAf´c = 60 MPa

Giaccio, G. and Zerbino, R., 2002,



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2

0

10

20

30

4050

60

70

80

0 2 4 6 8

Deformación (mm)

C a r g a

( k N

)

HARRFAColaboración con UNT

2008-2010

Isas Pedraza, Torrijos, Giaccio,

Zerbino, Luccioni, Sfer, 2010 - 2º

Congresso Ibérico sobre betão

auto-compactável,

Corte (push-off test)

Barragán, Gettu, Giaccio, Zerbino - 2001

Cooperación UPC (Barcelona) -

LEMIT (La Plata) 2001 - 2004



8/19/20

2

Barragán, B., Gettu, R., Agulló, L. and Zerbino, R.

“Shear Failure of Steel Fiber-Reinforced Concrete

Based on Push-Off Tests“. ACI Mat Journal, 2006

Corte (push-off test)

0 0.25 0.5 0.75 1

Vertical displacement (mm)

0

4

8

12

S h e a r s t r e s s , ( M

P a ) C70/40

C70/20

C70/00

0 0.25 0.5 0.75 1

Vertical displacement (mm)

0

4

8

12

S h e a r s t r e s s , ( M

P a ) C70/40

C70/20

C70/00

Barragán, B.E. Gettu, R. Martín, M.A. y Zerbino, R.L. 2003 “Uniaxial

tension test for steel fibre reinforced concrete - A parametric study”

Cement Concrete Comp, V 25, N 7

0

1

2

3

4

0 0.5 1 1.5 2

CMOD (mm)

S t r e s s ( M P a )

C 70/40

C 70/20

C 70/00 T e n s i ó n ( M P a )

Apertura de fisura (mm)

Tracción directa



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2

Ensayo de testigos

0 500 1000 1500 2000

w

(m)

0

1

2

3

( M

P a )

Horizontal

Reference cylinder

Vertical

Testigo vertical

Testigo horizontal

Dirección

de llenado

Testigo vertical

Testigo horizontal

Dirección

de llenado

Desarrollo de HAC con fibras de acero

Barragán, Giaccio, Soriano y Zerbino

15 R Técnica AATH, 2003



8/19/20

2

HACRFA

0

100

200

300

400

500

600

700

0 200 400 600 800 1000 1200

CMOD (m)

C a r g a ( k g )

sin fibras

40 Kg/m3

20 Kg/m3

60 Kg/m3

Slump flow V - funnel L - Box Box - filling capacityHormigón

T-50 (s) Df (cm) (s) (RBL) (RBF)

HAC 6 64,5 9 0,84 0,95

HACRFA-20 4 65,5 4 0,92 0,98

HACRFA-40 5 65,0 5 0,89 0,93

HACRFA-60 7 65,0 11 0,75 -

Barragán, Zerbino, Gettu, Soriano, de la Cruz, Giaccio and Bravo, 2004,

Hormigones autocompactantes

reforzados con fibras Aplicaciones en Francia:

Cimentaciones Capas de compresión en losas



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2

HACRF: llenado de elementos esbeltosM. C. Torrijos, B. Barragán and R. Zerbino

Construction and Building Materials 22 (2008) 1780–1788

A

B

B A

según norma (C)

en posición horizontal a travésde una tubería (T)

con los moldes ubicados enposición vertical (V)

M. C. Torrijos, B. Barragán and R. Zerbino,Construction and Building Materials 24 (2010) 1078–1085

HACRF: condiciones de llenado



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2

V

C

T

0 1000 2000 3000 4000

CMOD (microns)

0

10000

20000

30000

L o a d ( N )

Fibras de acero, 50 mm Fibras de acero, 35 mm

V

C

T

0 1000 2000 3000 4000

CMOD (microns)

0

10000

20000

30000

L o a d ( N )

Placing conditions, mesostructural characteristics and post-cracking

response of fibre reinforced self-compacting concretes

Casting direction

α





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2

Las fibras se orientan en planos horizontales no sólo en hormigónvibrado sino también en el HAC tanto con fibras de acero comosintéticas.

El efecto pared influye en la distribución de las fibras de acero,conforme la relación entre las dimensiones del molde y lalongitud de las fibras.

El f lujo durante el transporte y llenado de los moldes influye en ladisposición de las fibras en HAC.

La orientación de las fibras puede adquirir significativaimportancia en la performance de elementos de HACRF. Lacomprensión de las causas de orientación favorece unmayor aprovechamiento del refuerzo, por ejemplo al definir las condiciones de llenado.



Zerbino, Bossio, Tobes & Giaccio,

Cement & Concrete Composites, 2012

On the orientation of fibres in structural members fabricated with self

compacting fibre reinforced concrete

Tres clases de prototipos con HACRF (losa, panel y viga

larga) con 35 kg/m3 de fibras de acero de 35 mm.

Panel: con 3 kg/m3 de macrofibras sintéticas de 50 mm.

Viga larga: con 40 kg/m3 de fibras de acero de 50 mm.

HACRF: orientación en elementos delgados



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2

IA1

IA2

IB2IB1

IC1 IC2IE1

IE2

ID3

ID2

ID1

IF1 IF2

IG1

IIB1

IIA1

IIA2

IIC1 IIC2

IID2

IID1

IIF1 IIF2 IIF3

IIG1

IIIA1

IIIA2

IIID1

IIID2

IIID3

IIIF1 IIIF2 IIIF3

IIIG2IIIG1

IIIE1

IIIE2

IIIC1 IIIC2IIE1

IIE2

IIIA3

Entrance

Group I Group II Group II I

IA3

CMOD (microns)

0 1000 2000 3000


0

2

4

6

8

10

12

IIA-1

IIA-2

CMOD (microns)

0 1000 2000 3000

S t r e s s

( M P a )

0

2

4

6

8

10

12

IIIA-1

IIIA-2

IIIA-3

CMOD (microns)

0 1000 2000 3000

S t r e s s ( M

P a )

0

2

4

6

8

10

12

IIIF-1

IIIF-2

IIIF-3

CMOD (microns)

0 1000 2000 3000

S t r e

s s ( M P a )

0

2

4

6

8

10

12

ID-1

ID-2

ID-3

CMOD (microns)

0 1000 2000 3000


0

2

4

6

8

10

12

IIC-1

IIC-2

Losa con HACRF de acero de 35 mm

En un panel

CMOD (microns)

0 1000 2000 3000


0

2

4

6

8

10

12

B-1

B-2

B-3

B-4

CMOD (microns)

0 1000 2000 3000


0

2

4

6

8

10

12

C-1

C-2

C-3

CMOD (microns)

0 1000 2000 3000


0

2

4

6

8

10

12 D-1

D-2

D-3D-4

D-5



8/19/20

2

10.4

9.6

8.8

8.0

7.2

6.4

5.6

4.8

4.0

3.2

2.4

1.6

0.8

0.0

Losa – Normal al l lenado Losa - Paralelo al l lenado

Tensión residual (MPa) para COD 3,5 mm

10.4

9.6

8.8

8.0

7.2

6.4

5.6

4.8

4.0

3.2

2.4

1.6

0.8

0.0

11.2

12.0Panel dirección horizontal

Losa - Normal al llenado Losa - Paralelo al llenado

Densidad de fibras (fibras/cm2

)

Fibras/cm2 – Panel di rección horizontal

2.4

2.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

2.4

2.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

1.0

0.8

0.6

0.4

2.4

2.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

0.2

0.0



8/19/20

3

Orientación de las fibras en HAC

• La velocidad de flujo y el efecto pared producen anisotropíay heterogeneidad en la orientación de las fibras.

• En elementos delgados las propiedades residuales del

HACRF pueden ser bastante diferentes en distintas zonas

y/o direcciones de los elementos estructurales.

• La respuesta post-pico en un mismo elemento puede pasar

de una tipo “endurecimiento” (hardening type) a una con

caída substancial de la capacidad residual.

• Aunque la distribución y orientación de las fibras no son

independientes del tipo de fibra, la geometría de loselementos aparece como el principal factor a considerar.

Luccioni, Ruano, Isla, Zerbino, Giaccio. "A simple approach

to model SFRC" Construction and Building Materials, 2012

Necesidades y desafíos actuales

• Caracterización de nuevas fibras, obtención de

las propiedades residuales y su uso en el diseño

estructural

• Estudio de la respuesta en estado fisurado

• Desarrollo de pruebas a escala real (full-scale)



8/19/20

3

Ensayos de adherencia0

50

100

150

0 3 6 9 12

Displacement (mm)

L o a d (

N ) M1

0

50

100

150

0 3 6 9 12

Displacement (mm)

L o a d ( N ) M2

0

100

200

300

0 3 6 9 12

Displacement (mm)

L o a d ( N ) M3

0

100

200

300

0 3 6 9

Displacement (mm)

L o a d ( N

) M4

0

50

100

150

0 3 6 9 12

Displacement (mm)

L o a d ( N

) M5

Bossio, M.E. Torrijos, M.C. Zerbino, R. Giaccio G.

"Pull out behaviour of macro synthetic fibres…",

Bond in concrete 2012, Brescia, Italy.



8/19/20

3

Ensayos de pull-out

ENSAYO PULLOUT

Aspecto de las fibras

previo y post-arrancamiento

M2 M4

M5



8/19/20

3

Technical University of Catalonia, Barcelona, Spain

Zerbino, R. and Barragán, B., “Long-term behavior of cracked steel fiber

reinforced concrete beams under sustained loading”, ACI Mat J, 2012

Fluencia enestado fisurado

I - 0.5 mm - 0.81

0 2000 4000 6000

Time (hours)

0

500

1000

1500

2000

2500

C r a c k o p e n i g ( m i c r o n s )

H - 0.5 mm - 0.96

K - 1.0 mm - 0.78

M - 1.0 mm - 0.66

O - 1.5 mm - 0.66

LEMITLEMITMultidisciplinary Training Laboratory for Technological Research

La Plata, Argentina

Monetti, D. H. et al. - 2010

Estudios en La Plata, fibras de acero y sintéticas

0 0.4 0.8 1.2

Ape rtura dife rida (mm)

0

1

2

3

T e n

s i ó n ( M P a )

0 100 200 300

Tiempo (días)

0

1

2

3

T e n

s i ó n ( M P a )

0

0.2

0.4

0.6

0.8

f / f R 4



8/19/20

3

Aplicaciones en obras viales:

uso de fibras para refuerzo y reparación.

Refuerzo de tableros de puentes

Colaboración con DVBA en RN6

Monetti, Tobes, Héctor, Martín, Giaccio y Zerbino “Uso de fibras

sintéticas en hormigones para obras viales”. Rev. Carreteras, 2009.

White topping en Ruta 24 Uruguay



8/19/20

3

Ruta 24Uruguay

0

1

2

3

4

5

6

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Deformación (micrones)

T

e n s i ó n ( M P a )

P91 H

Miguez Passada, González, Violin i, Pappalardi y Zerbino“ Desarrollo e implementación de un hormigón reforzado confibras sintéticas para la repavimentación de la ruta 24 deUruguay” . V Cong. Internac. 19 Reunión Técnica AATH, 2012

Otros estudios en marcha• Empleo de fibras para el control de los efectos

adversos de la reacción álcali sílice

• Propiedades de transporte en HRF en estado

fisurado

• Pruebas a escala real para el desarrollo depavimentos y pisos sin juntas



8/19/20

A modo de conclusiónEl HRF ofrece ventajas ante muchos problemas que aparecendurante la construcción y vida en servicio de las estructuras.Permite reducir espesores y mantener en servicio elementosfisurados que, en otros casos, habrían acabado su vida útil. Enocasiones, pueden reemplazarse armaduras convencionalesen forma parcial o total. El fib model code 2010 considera eldiseño con HRF.

Las fibras dan lugar a un material de altas prestaciones,incluso pueden obtenerse HACRF que ofrecen particularesventajas para realizar reparaciones y refuerzos. A la vezconfieren ductilidad a piezas de HAR.

En los últimos años se han desarrollado macrofibras sintéticas

y recientemente macrofibras de vidrio. Entre las aplicacionesdel hormigón con estas macrofibras se destaca el refuerzo depisos industriales y pavimentos, donde mejora la durabilidad yposibilita mayor confort al usuario y menor mantenimiento.

MUCHAS GRACIAS

POR SU ATENCIÓN

conferencia incorporacion zerbino

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