9 - Jose Antonio Collazos - Fibras de Refuerzo

Corporacin de Desarrollo Tecnolgico

Corporacin de Desarrollo Tecnolgico

26 y 27 de marzo de 2012

SIMPOSIO INTERNACIONAL: TNELES Y TECNOLOGAS

DE HORMIGN PROYECTADO

Jos Antonio Collazos Gerente Tcnico Prodalam

www.cdt.cl

Fibras de refuerzo para hormign proyectado

91 pginas

Sprayed concrete reinforcement: Mesh Steel/polymer fibers

Ing. Jos Antonio Collazos

Simposio Internacional de Tneles y Tecnologas de

Hormign Proyectado Santiago, Chile 26 y 27 de Marzo de 2012

Logo of the

Company

Concreto simple

h = ?

Mu = 9,264 N.m/m

Concreto: C30/37

fcu = ?

h

Concreto simple

h = ?

Mu = 3,088 N.m/m

Concreto: C30/37

fcu = ?

fcu = 3.86 N/mm2

s = 3 h

h = ?

Mu = 3,088 N.m/m

Concreto: C30/37

fcu = ?

fcu = 3.86 N/mm2

s = 3 h

Dificilmente predecible, falla sbita de la

placa de concreto simple.

Pero las fisuras en el fondo raramente

pueden ser vistas, el modo de falla es

ms bien inpredecible, con riesgo de

vidas aunque limitado

Capacidad del sistema Capacidad de la seccin

F F

F

w

System: Section:

F F

F

w

deflection-

controlled

Section:

F F

F

w

load-

controlled

Refuerzo? Mallas?

Fibras? fibras

sintticas?

Fibras de Acero?

Refuerzo con malla

h = 120mm

Mu = 3,088 N.m/m

Concreto: C30/37

fcu = 3.86 N/mm2

ssu = 549.36 N/mm2

As = ? 120mm

Predecible, falla dctil del concreto

reforzado con malla.

Fisuras en las superficies superior e

inferior sern visibles y pueden tomarse

medidas de seguridad.

Capacidad del sistema >> Capacidad

de la seccin Section:

F F

F

w

deflection-

controlled

Section:

F F

F

w

load-

controlled

bottom

view

F F

F

w

System:

Refuerzo con malla

h = 120mm

Mu = 3,088 N.m/m

Concreto: C30/37

fcu = 3.86 N/mm2

ssu = 549.36 N/mm2

As = ? 120mm

Malla:

4.5mm@150mm

La ubicacin irregular de la malla no

asegura un refuerzo eficiente

Consumo extra de concreto para llenar

los bolsones detrs de la malla

Llenado parcial de los bolsones no

previene la infiltracin de agua

Consumo adicional de concreto debido

a los requerimientos de recubrimiento

Concreto reforzado con fibras

h = ?

Mu = 3,088 N.m/m

Concreto: C30/37

fcu = 3.86 N/mm2

Fibra: RC 65/35 BN

Re = 50% (20kg/m3)

fe = Re x fcu

= 1.93 N/mm2

h

El uso de fibras de acero, permite al

concreto proyectado seguir el contorno

del terreno

El concreto reforzado homogneamente con excelente

densidad e impermeabilidad, previene la formacin de vas de

agua

Las fibras brindan resistencia a los esfuerzos de tensin en

cada punto del sostenimiento con concreto proyectado

Re,3: Informacin suficiente?

F

w feq fres,I fres,II

19

concreto reforzada con fibras de

Acero

concreto reforzada con Macrofibras

Sintticas

20


Acero


Sintticas

21


Acero


Sintticas

22


Acero


Sintticas

23


Acero


Sintticas

Acero o polipropileno?

Mdulo de elasticidad

Comportamiento CREEP


Long term behaviour of steel

and macro-synthetic-

fibre reinforced

concrete beams - University of

Bologna

Published in CPI


Comportamiento creep en placas Paneles probados usando

el ensayo EN a 25mm Al

aplicar el 60% de la carga

final algunos paneles

fallaron luego de 14 das.

Sostenimiento

Esfuerzos en el terreno

NATURAL GROUND

Fp Los desplazamientos

radiales movilizan la

resistencia inherente del

terreno.


Fp

Zona de

Tensin

EQUILIBRIO

F

F


Agrietamiento

por tensin y

desprendimiento

Fp

EQUILIBRIO

F

F


Fp

EQUILIBRIO

F

F


Los movimientos del terreno causan

que la roca se deforme

plsticamente (flujo) en el permetro

del tnel aplicando presin al

revestimiento de concreto

Caracterizacin del sistema

EFNARC - EN 14488-5

Este ensayo es presentado

en 1989 por la ferroviaria

francesa, y con el tiempo,

aceptado por EFNARC, y

est desde 2006 en las

normas EN

- Un shotcrete de

tnel se comporta

como una losa

- Las condiciones

hiperestticas del

ensayo permiten

redistribucin de

carga

- El ensayo tambin

puede llevarse a

cabo con refuerzo

de malla

EFNARC - EN 14488-5

EN14488-5 test

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30

deflection in mm

load

in

kN

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

ab

so

rpti

on

en

erg

y i

n J

ou

le

load

energy

Proceso de fisuracin- Fibras de acero

80 J 400 J 800 J 1250 J

Proceso de fisuracin- Fibras sintticas

0.5 vol %

4.55kg/m3 0.5 vol %

4.55kg/m3

1.0 vol %

9.1kg/m3

1.0 vol %

9.1kg/m3

P

Deflexin

Acero

25 mm

Poliprop.

Criterio de desempeo

Criterio de desempeo usado para fibras de

acero con concreto de referencia: 30/37 Mpa

500 - J: requerimiento

mnimo; roca; tnel de

dimetro pequeo

700 - J: estndar; roca

menos buena

1000 - J: alta ductilidad

para condicin de

suelo malo

load


L

700 Joules

SEGURO

25 mm

C30/37


L

700 Joules

INSEGURO

25 mm

C50/60


L 1000 Joules

SEGURO

25 mm

C50/60


Sistema-Q propuesto para revestimientos de concreto lanzado 1 Sin soporte

2 Pernos de anclaje puntuales, sb

3 Pernos de anclaje sistemticos, B

4 Pernos de anclaje sistemticos, (y concreto simple lanzado, 4-10 cm),

B(+S)

5 Concreto lanzado reforzado con fibras y pernos de anclaje, 5-9 cm, Sfr+B



8 Concreto reforzado con fibras > 15 cm, costillas de refuerzo y pernos

de anclaje, Sfr+Hrs.+B

9 Revestimiento de concreto vertido, CCA E) Absorcin de energa en ensayo de panel de shotcrete reforzado con fibra de acero a at 25 mm

Categoras de refuerzo:

RESITENCIA RESIDUAL EFNARC 3 point bending test on square panel with notch

De acuerdo con el Model Code, el refuerzo con fibras puede substituir al refuerzo convencional si se

cumplen las siguientes relaciones:

- fres,1/fl> 0,4

- fres,3/fres1>0,5

RESITENCIA RESIDUAL EFNARC 3 point bending test on square panel with notch

Ensayos de precalificacin

Recomendaciones mnimas

1 Fibras que cumplan con la Norma

Europea EN 14889-1: dosificacin

mnima (kg/m3)

2 Fibras con sello CE sistema 1, fibras de

acero para uso estructural (conforme a

EN 14889-1-2006) Para ms detalles,

hoja informativa CE a solicitud.

3 Fibras de alambre trefilado, con

resistencia a traccin del alambre de

acero > 1.000 MPa mnimo.

(La resistencia a la traccin del alambre

debe ser consistente con el de la

mezcla, para Concreto de Alto

Desempeo (HPC) se requiere un

alambre de alta resistencia a la traccin)

De acuerdo con EN

14889,

un nivel mnimo de

desempeo debe ser

alcanzado. Como tal,

para cada tipo de fibra

una dosificacin mnima

es requerida para tener

un sello CE sistema 1.

Descargue hoja

informativa en:

www.bekaert.com/

building

CE info sheet


4 Tolerancias dimensionales de acuerdo con la siguiente tabla:


5 Mejor sistema de anclaje: terminaciones en forma de gancho para conseguir un anclaje inmejorable

6 Longitud de la fibra: entre 30-35 mm

7 Longitud mxima de la fibra: 2/3 del dimetro de la manguera de la mquina de lanzado

8 Longitud mnima de la fibra: 2 veces el tamao mximo del agregado grueso

9 Fibras encoladas para mejorar una distribucin homognea

0

2

4

6

8

10

12

14

16

10 20 30 40 50

Dosis de fibras [kg/m]

Resis

ten

cia

x 1

0-1

N/m

m2

Tipos de Fibras: Desempeo

59

Desempeo: Efecto debido a la cantidad

fuerza

ancho de fisura

altas dosis

bajas dosis

Igual l, l/d

60

fuerza

ancho de fisura

mayor l/d

menor l/d

Igual dosis

Desempeo: Efecto debido a la relacin de aspecto l/d

61

fuerza

ancho de fisura

fibra larga

fibra corta

Igual forma

Desempeo: Efecto debido a la longitud

64

fuerza

ancho de fisura

con ganchos

ondulada

Igual l, l/d

Desempeo: Efecto debido al anclaje

65

fuerza

ancho de fisura

concreto superior

concreto inferior

Igual fibra

Desempeo: Efecto debido al concreto

66

fuerza

ancho de fisura

suficiente

insuficiente

resistencia del

alambre

Desempeo: Efecto debido a la resistencia del alambre

67

Cmo seleccionar la fibra apropiada?

68

Parmetro Fibra A Fibra B


69


Longitud mm 35 20


70


Longitud mm 35 20

Dimetro mm 0.75 0.55


71


Longitud mm 35 20


Relacin l/d 47 36


72


Longitud mm 35 20


Relacin l/d 47 36

Resistencia MPa 1245 1345


73


Longitud mm 35 20


Relacin l/d 47 36


Precio $/kg 2 2.1

F

w feq fres,I fres,II

Desempeo: Efecto debido al mtodo de evaluacin

Igual feq pero qu CRFA es mejor?

74


75

Si las caractersticas NOMINALES fueran iguales?

76

Parmetro Fibra D Fibra S

Longitud mm 35 35


Relacin l/d 65 65


Precio $/kg 2.0 1.98

La norma de fabricacin tiene alguna influencia?

Parmetro Fibra D Fibra S

Longitud mm 35 35


Relacin l/d 65 65



Norma EN 14889-1 ASTM A820

77

78

Revisin de Tolerancias segn Norma

Norma: EN 14889-1 Fibers For Concrete Part 1, Steel Fibers

Certificacin C:

79

Revisin de Tolerancias segn Norma

Norma: ASTM A 820

80

Teora de Espaciamiento de Mc. Kee

Longitud de la fibra de acero: lf = (s2 + 2s2)1/2 = 31/2 . s

Arista del cubo de concreto: s = lf / 31/2

Dimetro de la fibra de acero: df

Peso especfico de la fibra de acero: g = 7850 kg/m3

Volumen de una fibra: Vf = (p . df2 / 4) . lf

81


Peso de una fibra: Pf = g . Vf = g . (p . df2 / 4) . lf

Volumen de concreto que ocupa una fibra: Vc = s3 = (lf / 3

1/2 )3

Factor de seguridad = 1.5

Factor de traslape: t s / 1.5 = (lf / 31/2) / 1.5 0.4 lf

Volumen efectivo de concreto: Ve = t3 (0.4 lf )

3 = 0.064 lf 3

Dosificacin mnima de la fibra de acero:

Dm = Peso de una fibra / Volumen efectivo de concreto = Pf / Ve

Dm g . (p . df2 / 4) . lf / 0.064 lf

3 = (p / 0.256) . g . df2 / lf

2

Relacin de esbeltez: l = lf / df

82


Dosificacin mnima: Dm (g . p) / (0.256 l2)

Peso especfico de la fibra de acero: g = 7850 kg/m3

Para l = lf / df = 35 mm / 0.55 mm = 64, entonces Dm 23 kg/m3

83

Dosificacin mnima para el caso ms desfavorable

Revisando la menor longitud y el mayor dimetro posibles para las tolerancias de cada norma:

Dramix RC 80/60 BN Sika Fiber CHO 80/60 NB

Longitud (mm) 60 60

Dimetro (mm) 0.75 0.75

80 80-5% Longitud (mm) 57

+5% Dimetro (mm) 0.7875

72.38-10% Longitud (mm) 54

+10% Dimetro (mm) 0.825

65.45

18.39 22.49

1 1.22Relacin

Tolerancias

Tolerancias

Relacin de Aspecto

Relacin de Aspecto

Nominal

Relacin de Aspecto

Dosificacin Mnima (kg/m3): Dm

Fibra D Fibra S

35 35 0.55 0.55

63.64 63.64

34.3 0.5775

59.39

31.5 0.605

52.07

27.31 35.53

1.30

85

Efecto en la resistencia del concreto

Variabilidad en los ensayos

0,1

1,0

standard beams

round determinate panels

round indeterminate panels

pipes

0,5

0,0

0,0

0,2

0,3

approximate area in tension [m]

co

effic

ien

t o

f va

ria

tio

n [%

]

86

87

Prueba Vebe

Prueba de viga EN 14651

Certificacin CE Clase 1


Parmetro Fibra D Fibra M

Longitud mm 60 60


Relacin l/d 80 80



Norma EN 14889-1 EN 14889-1

Certificacin Sello CE Sello CE

Dosis mnima CE 10 25

88

Referencias

Tunneling is an art Bekaert

Three Point Bending Test on Square Panel with Notch - EFNARC

CE marking - www.bekaert.com/building

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