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Hormigón con fibra
Rodolfo Jeria H..
Introducción
• El hormigón es un material con alta resistencia a la compresión, pero baja resistencia a la tracción.
• Luego, la adición de fibras de distintos tipos (acero, vidrio, polipropileno) permiten mejorar su matriz convirtiéndolo en un material mas dúctil y de fisuración mas controlada.
• Con fines estructurales se pretende que la adición de fibra proporcione un aumento de la durabilidad a la fatiga de los elementos o una reducción de refuerzos tradicionales.
Introducción
• La incorporación de fibras como refuerzo de hormigón en el uso de pavimentos rígidos comienza en los años 70’.
• Parker (1974) es el primero en desarrollar curvas de diseño de espesores de pavimentos incorporando como criterio la deformación del concreto una vez ocurrida la primera fractura.
• Sus investigaciones concluyeron que utilizando altas dosis de fibras era posible reducir el espesor del pavimento entre un 30 y 50%.
Introducción
• En Chile, el uso del hormigón con fibras esta aumentando debido a nuevas tecnologías de diseño de pavimentos que permiten optimizar el espesor de estos agregando fibras para el control de fisuras por fatiga, aumentado la capacidad ultima de carga y la resistencia a la fatiga.
Ventajas del uso de fibras en pavimentos
• Se ha demostrado empíricamente que la utilización de fibras no aumenta la resistencia de compresión ni a flexión
• Mejora resistencia de agrietamiento
• Reduce o limita ancho de grieta
• Permite reducir espesor de losa de hormigón.
• Capacidad del hormigón de seguir tomando cargas una vez agrietado. En el caso de pavimentos aumenta la capacidad de la losa.
• Aumenta la resistencia residual.
• Mejora el comportamiento a cargas cíclicas.
Desventajas de la adición de fibras al hormigón en estado fresco : • Reducción del asentamiento de cono, magnitud que
depende fundamentalmente de la cantidad, composición y geometría de la fibra.
• El mezclado del hormigón se torna mas dificultoso
• Falta de homogeneidad en la distribución de fibras, por posible formación de erizos o grumos.
• Dificultades en la terminación superficial del hormigón.
• Incorpora cierta cantidad de aire
Introducción
Resultados empíricos sugieren que el comportamiento del hormigón con fibra en el pavimento depende principalmente:
De la cantidad de fibra incorporada.
Como también del tipo y geometría de la fibra.
Las fibras se pueden clasificar por su material, tipo y geometría.
Los materiales y geometrías más comunes son:
• Acero o metálicas: con ganchos, onduladas.
• Vidrio, Sintéticas: Rectangulares, de filamentos, lisas, rugosas, onduladas, etc.
Siendo las fibras metálicas y sintéticas las más
utilizadas para pavimentos de hormigón.
Clasificación de la fibra
• Las fibras también se pueden clasificar como:
Macro fibras, de diámetro entre 0,2 a 0,8 mm (fibras de acero o sintéticas). Entregan propiedades estructurales al hormigón.
Micro fibras, de diámetro menor a 0.1 mm (fibras de polipropileno, acero, carbón, etc). Su función se limita al control de agrietamiento por contracción
Clasificación de la fibra
Fibras estudiadas en Chile
De izquierda a derecha: Fibra Fibermesh650, Masterfiber 50PS, Barchipmacro, RXF 54, Baxi- Fiber P400.
• Principales características físicas y geométricas de fibras
utilizadas. Fuente: Empresas distribuidoras de Fibras
Barchip Macro Masterfiber
50PS
Baxi- Fiber
P400
Fibermesh6
50 RXF 54
Material Poliolefina
Copolímero /
virgen
Poliolefina/
polipropileno
Macro
sintética
Copolímero/
polipropileno
Aspecto físico Rectangular
c/ relieve
Mono-
filamento
Rectangular/
lisa
Rectangular
/
lisa
Mono-
filamento/
filibrada
Peso especifico
(Kg/dm3) 0.9-0.92 0.91 0.91 0.91 0.91
Largo (mm) 42 54 38 40 54
Diámetro (mm) N/D N/D N/D 0.41 0.48
Relación
largo/diámetro N/D N/D N/D 96.5 113
Resist. a tracción
(Mpa) 550 685- 825 517-545 610 620-758
Efectos de la fibra
• La fibra debe tener un largo óptimo de manera de no fallar por tracción ni por falta de adherencia.
• Fibras muy cortas tendrán deficiencia de adherencia con respecto a la matriz de hormigón, mientras que fibras muy largas tenderán a fallar por tracción
• Fibras poco rígidas tenderán a curvarse o retorcerse mientras que fibras rígidas tenderán a mantenerse en su forma natural, lo que puede influir en la adherencia con el hormigón o aglomeración de fibras.
La teoría de distribución de tensiones, dice que la fibra tomará mayor tensión si su orientación es perpendicular a la grieta y sin inclinaciones.
Una vez que ocurre la primera grieta y esta se va ensanchando las fibras distribuidas aleatoriamente comienzan a acomodarse en dirección a la tensión ejercida.
Cuando la grieta comienza a propagarse esta podrá generar un momento en las fibras por realineamiento generando así un mayor esfuerzo en la fibra, la que podrá tomar mayor tensión o estirarse. Una vez que la fibra este nuevamente re-alineada esta podrá ser capaz de tomar aun mayores tensiones.
Efecto de la fibra en el agrietamiento
Efecto de la fibra en el agrietamiento
• El ensayo de carga- deformación en viga consiste básicamente en cargar una viga en el tercio central que esta simplemente apoyada en sus extremos e ir midiendo deformaciones verticales ante cargas variables. El ensaye se realiza de acuerdo a la Norma ASTM C 1609
Ensayo Carga – Deformación Controlada
Ensaye
• De acuerdo a la norma la velocidad de aumento de la deflexión debe estar en un rango 0.06 a 0.12 mm/min hasta una deflexión de L/600 (0.75mm) después de esto la velocidad debe estar entre 0.06 a 0.24 mm/min hasta que se alcance el final de la deflexión 3mm
• De acuerdo a experiencia DLNV la velocidad de aumento de la deflexión debe ser 0.01 mm/min hasta una deflexión de L/600 (0.75mm) después de esto la velocidad debe estar entre 0.06 a 0.24 mm/min hasta que se alcance el final de la deflexión. (3mm)
Para realizar el ensayo es necesario un extensómetro
el cual va midiendo el desplazamiento vertical que
experimenta el eje neutro de la viga para cada carga.
La resistencia residual se obtiene a través de una serie
de puntos carga-deformación que entrega el ensayo.
•En los ensayos de viga se distinguen dos resistencias:
•Resistencia o tensión máxima a flexión (MOR)
•Resistencia residual.
La primera corresponde a la máxima resistencia o
carga que es capaz de soportar la viga y coincide con
la aparición de la primera grieta en la viga.
• La resistencia residual corresponde a la resistencia que es capaz de tomar la viga una vez fisurado, condición que le otorgan las fibras.
• Para efecto de nuestros contratos, la resistencia residual se calcula para una deformación de 3mm (luz de ensayo/150) (450mm/150mm).
Curva Carga- Deformación
• El área bajo la curva corresponde a la tenacidad, capacidad de absorber energía.
• Un hormigón tradicional sin fibras tendrá escasa o nula resistencia residual y por lo tanto su capacidad de seguir tomando energía una vez agrietada será muy baja,
• Un hormigón con fibras puede aumentar considerablemente su tenacidad tal como lo muestra la figura anterior.
Experiencias
Influencia de las fibras en la resistencia a flexión a 28 días.
3.0
4.0
5.0
6.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Re
sist
. a f
lexi
ón
(M
Pa)
Dosis (Kg/m3)
Barchipmacro
Masterfiber 50PS
Baxi-Fiber P400
Fibermesh650
RXF 54
Comportamiento residual de vigas con y sin fibras
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Re
sist
en
cia
a fl
exi
ón
(M
Pa)
Deformación (mm)
S/ Fibras
Fibras 1,5 Kg/m3
Fibras 3 Kg/m3
Fibras 5 Kg/m3
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Resis
tenc
ia a
flex
ión
(Mpa
)
Deformación (mm)
Barchip Macro
Masterfiber 50PS
Baxi-FiberP400
Fibermesh 650
RFX 54
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Re
sist
en
cia
a fl
exi
ón
(M
pa)
Deformación (mm)
Barchip Macro
Masterfiber 50PS
Baxi-FiberP400
Fibermesh 650
RFX 54
Curvas carga-
deformación para
dosis de 1,5 Kg/m3.
Ensayos a 28 días.
Curvas carga-
deformación para
dosis de 5 Kg/m3.
Ensayos a 28 días.
• RESULTADOS DE MUESTRAS TOMADAS DE CONTRATOS
Muestras moldeadas de contrato (cerro sombrero I)
ensayadas a edades superiores a 90 días
Variables:
• Hormigón HF 5.3(80)40
• Fibra sintética, dosis 2.5 Kg/m3
• con aire incorporado
• Edad superior a 90 días
Mediciones (con una población de 75 muestras)
s R caract
R Mor prom. 4.4 MPa 0.408 4.1 MPa
R residual prom. 1.1 MPa 0.303 0.9 MPa
Muestras cortadas de terreno (Cerro sombrero)
a edades superiores a 90 dias
• Hormigón HF5.3(80)40
• Fibra sintética, dosis 2.5 Kg/m3
• con aire incorporado
Mediciones (con una población de 18 muestras)
s R caract
R Mor prom. 4.4 Mapa 0.756 3.7 MPa
R residual prom. 0.8 MPa 0.423 0.5 MPa
Muestras moldeadas de contrato , (Cerro sombrero III)
ensayadas a edades superiores a 90 días
Variables:
• Hormigón HF 5.0(80)40
• Fibra sintética, dosis > 2.5 Kg/m3
• con aire incorporado
• Edad superior a 90 días
Mediciones (con una población de 56 muestras)
s R caract
R Mor prom. 4.4 MPa 0.753 3.8 MPa
R residual prom. 1.2 MPa 0.527 0.8 MPa
Muestras moldeadas de contrato , (Plaza de la Ciudadania)
ensayadas a edades superiores a 90 días
Variables:
a) Hormigón HP5.0(80)40-06
• Fibra sintética, dosis 2.5 Kg/m3
• sin aire incorporado
Mediciones (Con una población de 95 muestras)
Edad entre 28 y 145 días
s R caract
R Mor prom. 4,2 MPa 0,660 3,6 MPa
R residual prom. 1,0 MPa 0,347 0,7 MPa
Muestras moldeadas de contrato , (Ruta G78 El Monte - El Paico - Melipilla)
ensayadas a edades cercanas a 28 días
Variables:
• Hormigón HF 5,3(80)40
• Fibra sintética, dosis > 2.5 Kg/m3 Para una población de 14 muestras
s R caract
R Mor prom. 5.3 MPa 0.402 4.1 MPa
R residual prom. 1.4 MPa 0.281 1.1 MPa
Muestras moldeadas de contrato , (Mahuidache – Misión Inglesa)
ensayadas a edades cercanas a 28 días
Variables:
• Hormigón H35(10)40/11
• Fibra sintética, dosis > 2.5 Kg/m3 Para una población de 26 muestras
s R caract
R Mor prom. 5,2 MPa 0,591 4,4 MPa
R residual prom. 1,3 MPa 0,440 0,7 MPa
Conclusiones
A mayor contenido de fibra , mayor resistencia residual.
Se debe tener especial cuidado en una correcta homogenización de la fibra en el hormigón , ya que para una misma dosificación existe una dispersión en los resultados .
Importante, es obtener una buena dosificación de los áridos y contenidos de razón A/C ya que esto influye en el resultado de la Resistencia Residual.
Los resultados indicarían que la resistencia residual no varía sus resultados sobre 28 días.
Gracias.