Jornadas SAM 2000 - IV Coloquio Latinoamericano de Fractura y Fatiga, Agosto de 2000, 1145-1150

HORMIGON REFORZADO CON FIBRAS DE POLIPROPILENO : TRAMO EXPERIMENTAL DE UN PAVIMENTO DE HORMIGONM. Barreda, C. Iaiani y J.D. Sota. LEMaC. Laboratorio de Estudio y Ensayo de Materiales de Construccin. Universidad Tecnolgica Nacional Facultad Regional La Plata. Calle 60 y 124 (1900) La Plata. E-mail : lemac@frlp.utn.edu.ar

RESUMEN En la bibliografa se hallan menciones frecuentes al uso de fibras sintticas en hormigones de cemento portland, buscando cambiar su reologa y generar principalmente un control de la microfisuracin. Las fibras sintticas, principalmente utilizadas para reducir la fisuracin por retraccin del hormign, tambin ofrecen otros beneficios. En nuestro pas no est difundido el uso de fibras de polipropileno en pavimentos de hormign, esto llev al LEMaC a participar en la aplicacin de dichas fibras en un tramo experimental de pavimento de hormign reforzado con fibras. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en el LEMaC del ensayo de probetas de hormign con inclusin de fibras de polipropileno moldeadas en oportunidad de la ejecucin de un tramo experimental de pavimento. Los valores obtenidos en las probetas moldeadas reflejan un aumento en las propiedades mecnicas del hormign con fibras utilizado. Palabras claves Hormign, Fibras de Polipropileno, Pavimento, Tramo Experimental INTRODUCCION Las fibras de polipropileno, nylon y polister, principalmente utilizadas para reducir la fisuracin por contraccin del hormign, ofrecen otros beneficios. Las fibras sintticas no reemplazan el refuerzo estructural principal en el hormign porque agregan poca o ninguna resistencia. Pero el refuerzo estructural no suministra sus beneficios hasta que el hormign haya endurecido. Eso es por lo que algunos contratistas adicionan fibras sintticas al hormign como refuerzo secundario. A diferencia del refuerzo estructural, las fibras sintticas proporcionan beneficios mientras el hormign es an plstico. Ellas tambin aumentan algunas de las propiedades del hormign endurecido [1]. Las fisuras por contraccin son pequeas, fisuras irregulares que pueden desarrollarse en el hormign durante las primeras 24 horas despus de su colocacin. No deben confundirse con las fisuras superficiales, dado que las fisuras por contraccin usualmente pasan a travs de todo el espesor de la losa. Las fisuras son generalmente causadas por cualquier contraccin plstica o por secado. La contraccin plstica ocurre antes de alcanzar el hormign su endurecimiento inicial; la contraccin por secado ocurre despus del endurecimiento del hormign [2].

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Todo hormign se contrae despus de colocado debido a un cambio de volumen causado por prdida de humedad. Si la contraccin se produjo sin ninguna restriccin, el hormign pudo no agrietarse. Pero los elementos de hormign estn siempre sujetos mnimamente a alguna restriccin por la fundacin, otra parte de la estructura, o por acero de refuerzo. El confinamiento adems desarrolla retraccin diferencial, cuando el hormign de la superficie se retrae ms rpido que el hormign subyacente. Si las tensiones de traccin causadas por confinamiento exceden la resistencia a traccin del hormign, el hormign se fisura [3]. Los fabricantes de fibras sintticas afirman que sus productos pueden ser usados para minimizar la fisuracin por contraccin plstica o por secado prematuro. Mezclando las fibras en el hormign en los dosajes recomendados resulta en millones de fibras dispersas uniformemente en la matriz del hormign. Este refuerzo multidimensional supuestamente otorga al hormign mayor capacidad de resistencia a traccin. Si se forman las fisuras por retraccin, las fibras unen estas fisuras, ayudando a reducir su longitud y anchura. Los efectos de las fibras sobre el comportamiento del hormign plstico y endurecido varan dependiendo de los materiales del hormign, proporciones de la mezcla, tipo y longitud de la fibra, y cantidad de fibra agregada. [4] En este trabajo se presentan resultados obtenidos en el LEMaC sobre el empleo de fibras de polipropileno en el hormign. Se trata del hormign colocado en un tramo de pavimento de la ruta 27. CARACTERIZACIN DE LAS FIBRAS Las fibras utilizadas como refuerzo son incoloras, de entretejido miniatura de malla de una pelcula de polipropileno virgen, las cuales se distribuyen en forma uniforme en la mezcla del hormign. Fotos 1y 2. Para ser considerado como refuerzo secundario, un volumen de fibra de 0.1 % es el mnimo requerido. El propileno a un grado de dosificacin de 900 g por metro cbico cubre este requerimiento [5].

Foto 1

Foto 2

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Las propiedades fsicas de las fibras utilizadas en las experiencias son las siguientes: Material : 100 % de polipropileno virgen Capacidad de extensin : 0.67 kN / mm2 Mdulo (Young): 4.0 kN / mm2 Punto de fusin : 165 C Punto de fundicin : 590 C Resistencia qumica : excelente Resistencia a la oxidacin : excelente Absorcin : nula Longitud de la fibra : 19 mm TRAMO EXPERIMENTAL EN PAVIMENTO DE HORMIGN Determinaciones realizadas sobre el hormign fresco En la Tabla 1 se resumen las determinaciones realizadas sobre el hormign fresco, siguiendo los lineamientos de las normas ASTM correspondientes, los valores son promedio de 10 determinaciones. Tabla 1: Caractersticas del hormign fresco DETERMINACION NORMA DE REFERENCIA ASTM C 143 HORMIGON CON FIBRAS 3,7 HORMIGON SIN FIBRAS 2,6

ASENTAMIENTO (cm) (Mtodo del Tronco de Cono) PESO UNITARIO (PUV) (Kg/dm3)

ASTM C 138

2,4

2,38

AIRE INCORPORADO (%)

ASTM C 231

3,3

4,4

Determinaciones realizadas sobre el hormign endurecido Con el hormign colocado en la obra se confeccionaron probetas cilndricas de 15x30 para los ensayos de resistencia compresin, mdulo esttico, traccin por compresin diametral y vigas de 10x10x30 para los ensayos de flexin y tenacidad. Los resultados de resistencia se informan en la Tabla 2, los de mdulo en la Tabla 3 y en la Tabla 4 los de tenacidad. Los valores son promedio de 5 ensayos (de dos probetas ).

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Tabla 2. Resistencias de los hormigones DETERMINACION TIPO DE NORMA DE REFERENCIA HORMIGON SIN FIBRAS COMPRESION SIMPLE (CILINDROS) ASTM C-39 CON FIBRAS 3 7 28 28 28 14,9 23,2 30,6 3,09 2,70 EDAD (DIAS) 3 7 28 RESISTENCIA (MPa) 15,2 22,1 28,6

COMPRESION DIAMETRAL (CILINDROS)

SIN FIBRAS ASTM C-496 CON FIBRAS

Tabla 3. Mdulos de los hormigones DETERMINACION NORMA DE TIPO DE REFERENCIA HORMIGON SIN FIBRAS ASTM C-469 CON FIBRAS SIN FIBRAS MODULO ROTURA A FLEXION (PRISMAS) ASTM C - 78 CON FIBRAS 7 28 3,88 5,01 28 7 28 30948 3,12 3,68 EDAD (DIAS) 28 37342

MODULO DE ELASTICIDAD A COMPRESION (CLINDROS)

En todos los casos las probetas fueron curadas en cmara hmeda hasta la fecha del ensayo. Las medidas de las probetas fueron determinadas en todos los casos con calibre de precisin.

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Tabla 4. Ensayos de tenacidad por flexin. Norma ASTM C 1018 VALORES MAXIMOS TIPO DEHORMIGON

P mx. (Kg) 1447 1520 1414 1333 1443 1417

CON FIBRAS SIN FIBRAS

FLECHA CORRESPONDIENTE (m) 43 62 54 34 44 39

TENACIDAD (Kg.m) 47670 61229 59759 34469 39235 41985

El valor de la tenacidad resulta de la integracin de la totalidad de los registros hasta la obtencin de la carga P mxima. ANLISIS DE LOS RESULTADOS Se evidencian las siguientes diferencias comparativas entre los hormigones con y sin fibras de polipropileno: Se advierte en el hormign con fibras aumento del asentamiento y del peso unitario, as como tambin una disminucin del % de aire incorporado respecto del hormign sin fibras. No se observaron fisuras por retraccin, las fibras usadas unieron estas fisuras, ayudando a reducir o anular su longitud y anchura. Los valores promedio de la resistencia a la compresin a las edades de 7 y 28 das del hormign con fibras son mayores que los obtenidos para esas mismas edades de ensayo en el hormign sin fibras. Los valores del mdulo de rotura a flexin para el hormign con fibras resultaron mayores que los obtenidos en el hormign sin fibras para todas las edades de ensayo. La tenacidad por flexin result mayor en el hormign con fibras que en el hormign sin fibras. Este refuerzo multidimensional otorg al hormign mayor capacidad de resistencia a traccin, por los momentos flectores. Los valores obtenidos as lo indican. CONCLUSIONES Con la incorporacin de las fibras de polipropileno en el hormign del tramo experimental se ha favorecido la trabajabilidad del hormign en estado fresco y por tratarse de un pavimento, resulta relevante observar los incrementos del mdulo de rotura a flexin y de la tenacidad. Estos valores y la adecuada distribucin de las fibras favorece el comportamiento del pavimento a las solicitaciones dinmicas del trnsito, aumentando su vida en servicio, para un mismo nivel de densidad de trnsito.

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REFERENCIAS 1. J.D. Sota, L.P. Traversa. Las fibras de polipropileno y la reaccin lcali slice, Memorias XI Reunin Tcnica de Tecnologa del Hormign, Tomo I, 93-100, Crdoba, 1993. 2. R. Zerbino. Comportamiento reolgico en estado fresco de hormigones reforzados con fibras (HRF), Revista Hormign N 9, 21-31, 1983. 3. R.N. Swamy, H. Stravides, traduccin del Ing. R. Zerbino. La influencia del refuerzo con fibras en la contraccin restringida y la fisuracin, Revista Hormign N 6, 51-61,1982. 4. L. Seas, P. Maiza, M. Kain., C. Ballesi. Hormigones con fibras de polipropileno, Memorias XI Reunin Tcnica de Tecnologa del Hormign, Tomo I, 101-110, Crdoba, 1993. 5. A. Laning. Synthetic fibers, Concrete Construction, 87-90, 1992.

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