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Fibras como Elemento Estructural para el Refuerzo del Hormigón Manual Técnico

manual técnico de fibras como refuerzo de concreto

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  • F i b r a s c o m o E l e m e n t o E s t r u c t u r a l p a r a e l R e f u e r z o d e l H o r m i g n M a n u a l T c n i c o

  • 1 - Introduccin.......................................................................................................

    2 - Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.........................

    2.1 - Resea histrica de la tecnologa de incorporacin de fibras al hormign........2.2 - Concepto de refuerzo del hormign con fibras................................................2.3 - Tipos de fibras Clasificacin de las actuales fibras en el mercado en funcin de las materias prima. Fibras orgnicas (polmeros naturales y sintticos) y fibras inor-gnicas (metlicas)..................................................................................................2.4 - Fibras en acero. Clasificacin segn las caractersticas geomtricas, fsicas, qumicas, mecnicas y el proceso productivo...........................................................................2.5 - Fibras sintticas y naturales. Clasificacin segn las caractersticas geomtricas, fsicas, qumicas, mecnicas y el proceso productivo................................................2.6 - Marco normativo actual...................................................................................2.7 - Elenco y clasificacin de las fibras MACCAFERRI...............................................

    3 - Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural..............

    3.1 - Caracterizacin mecnica del hormign fibroreforzado. Principales caracte-rsticas resistentes....................................................................................................3.2 - Compatibilidad estructural de elementos de hormign fibroreforzado............3.3 - Metodologa de diseo y compatibilidad del modelo de clculo......................3.4 - Marco normativo actual...................................................................................

    4 - Diseo y consideraciones particulares para mezclas de hormign ; Recomendaciones para la incorporacin de fibras dentro de la mezcla..................................................

    4.1 - Hormigones, aspectos tecnolgicos para su formulacin..................................4.2 - Recomendaciones para la incorporacin de fibras en hormigones vaciados o vertidos en sitio.......................................................................................................4.3 - Recomendaciones para la incorporacin de fibras en hormigones prefa-bricados..................................................................................................................4.4 - Recomendaciones para la incorporacin de fibras en hormigones proyectadosen seco y hmedo...................................................................................................4.5 - Aditivos y su compatibilidad de uso en el hormign fibroreforzado..................4.6 - Aplicaciones tpicas del hormign fibroreforzado estructurales y no estruc-turales.....................................................................................................................4.7 - Marco normativo actual...................................................................................

    5 - Aplicaciones del hormign reforzado con fibras: tneles, proyecto del revestimiento pri-mario y revestimiento final.......................................................................................

    5.1 - Tneles excavados convencionalmente y excavados con TBM..........................5.2 - Criterios de diseo de soportes y revestimientos de tneles.............................5.3 - Diseo de soportes en hormign fibroreforzado proyectado............................

    03

    ndice.

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  • ndice.

    5.4 - Diseo de revestimiento en hormign fibroreforzado bombeado en sitio............5.5 - Uso de fibras para resistencia al fuego en el hormign. Descripcin de mix de fibras, propuesta estructural y anti fuego en revestimientos finales.....................................5.5.1 - Objetivo de la proteccin pasiva del hormign al fuego................................5.5.2 - Fibras de polipropileno como proteccin pasiva del hormign contra el fuego..... 5.6 - Control de calidad del hormign fibroreforzado en los tneles........................5.7 - Marco normativo actual...................................................................................

    6 - Aplicaciones en hormign fibroreforzado: Diseo de pavimentos.......................

    6.1 - Pavimentos industriales , portuarios, aeroportuarios, carreteros y aplicaciones especiales................................................................................................................6.2 - Metodologa de diseo convencional para pavimentos.....................................6.3 - Diseo de juntas en pavimentos.....................................................................6.4 - Mtodos de diseo de pavimentos en hormign fibroreforzado.......................6.5 - El hormign fibroreforzado y el diseo de las juntas.........................................6.6 - Control de calidad del hormign fibroreforzado para pavimentos....................6.7 - Marco normativo actual...................................................................................

    7 - Ap l i c a c i o n e s e n h o rmi g n fibroreforzado: Prefabricados..................................

    7.1 - Uso del hormign fibroreforzado en los prefabricados.....................................7.1.1 - Observaciones finales..................................................................................7.2 - Diseo de dovelas para tneles en hormign fibroreforzado prefabricado.......7.3 - Ejemplos de aplicaciones. Paneles de cierre, vigas pre-tensadas, elementos pre-fabricados no estructurales......................................................................................7.3.1 - Paneles de cierre..........................................................................................7.3.2 - Losas de seccin doble T..............................................................................7.3.3 - Estructuras para azotea...............................................................................7.3.4 - Vigas pre-tensadas......................................................................................7.3.5 - Diversos elementos prefabricados..................................................................7.4 - Aplicaciones especiales de SFRC......................................................................7.4.1 - Sistemas de cimientos..................................................................................7.4.2 - Nuevas potenciales aplicaciones...................................................................7.4.2.1 - Estructuras sometidas a efectos ssmicos...................................................7.4.3 - Topping para entrepisos o forjados metlicos y prefabricados.......................

    8. Dosificadores para fibra Wirand.........................................................................

    8.1 - Equipos de incorporacin de las fibras al hormign.........................................8.2 - Sistemas de dosificacin de las fibras para hormign proyectado....................8.3 - Sistemas de dosificacin de fibras para la produccin de dovelas.....................8.4 - Sistemas de dosificacin de fibras para hormign para pavimentos.................8.5 - Sistemas de dosificacin de fibras orgnicas y polimricas................................

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  • ndice.

    8.6 - Dosificadores circulares..........................................................................................8.6.1 - Descripcin del equipo................................................................................8.6.2 - Finalidad.....................................................................................................8.6.3 - Tipologa......................................................................................................8.6.4 - Principio de funcionamiento..........................................................................8.6.5 - Principio de utilizacin.................................................................................8.6.6 - Datos tcnicos y dimensiones principales.......................................................8.6.7 - Movimiento / transporte...............................................................................8.6.8 - Disposicin elctrica necesaria.......................................................................8.6.9 - Herramientas y elementos necesarios para la instalacin..............................8.6.10 - Ubicacin...................................................................................................8.6.11 - Ajuste de los pies de apoyo........................................................................8.6.12 - Regulacin de las masas excntricas...........................................................8.6.13 - Intervenciones de soldadura........................................................................8.6.14 - Almacenaje de las fibras.............................................................................8.6.15 - Informaciones a ser tenidas en cuentas para la correcta configuracin del equipo.....................................................................................................................8.7 - Dosificador neumatico....................................................................................8.7.1 - Finalidad.....................................................................................................8.7.2 - Tipologa.....................................................................................................8.7.3 - Principio de funcionamiento........................................................................8.7.4 - Principio de utilizacin..................................................................................8.7.5 - DOSOBOX....................................................................................................8.7.6 - SC99/2.........................................................................................................8.8 - Equipos especiales...........................................................................................8.8.1 - Equipos personalizados.................................................................................

    9 - Autores..............................................................................................................

    10 - Referencias bibliogrficas..................................................................................

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  • La finalidad de este manual es proporcionar informacin, criterios generales y nuevas metodologas para el dimensionamiento, proyecto y ejecucin de obras de hormign reforzado con fibras. Sern presentadas por lo tanto, las informaciones obtenidas de las investigaciones realizadas por Maccaferri, orientadas al estudio del comportamiento, resistencia y eficiencia de tales estructuras.

    El propsito de Maccaferri es disponer de nuevas y tiles contribuciones para las obras de hormign reforzado con fibras, ayudando al trabajo de consultores y contratistas que actan en el segmento de la ingeniera estructural.

    Para un anlisis mas detallado sobre los argumentos aqu tratados, sugerimos consultar las obras especficas que estn indicadas en las referencias bibliogrficas.

    En este manual sern presentados y discutidos los fundamentos tericos, ejemplos numricos de las aplicaciones del hormign reforzado con fibras y detalles de la utilizacin y empleo de las fibras Wirand y Fibromac.

    Maccaferri se coloca a total disposicin, para dar solucin a los problemas especficos, basada en su experiencia, adquirida a lo largo de ms de 100 aos de existencia en todo o mundo.

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    1 - Introduccin.

  • 2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    (1) Ductilidad es la capacidad de un material de poder soportar apreciables deformaciones conservando buena resistencia. (2) Tenacidad es la capacidad de un material de oponerse a la propagacin de la fisuracin disipando energa de deformacin.

    2.2 - Concepto de refuerzo del hormign con fibras.

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    2.1 - Resea histrica de la tecnologa de incorporacin de fibras al hormign.

    La idea de reforzar con materiales fibrosos manufacturas resistentes pero de elevada fragilidad

    se remonta a muchos aos atrs; en el antiguo Egipto se introduca paja al macizo arcilloso con

    el cual confeccionaban ladrillos para conferirle una mayor resistencia y por lo tanto una buena

    manejabilidad despus de la coccin al sol.

    Existen otros ejemplos histricos: revoques reforzados con crin de caballo, o tambin con paja en

    las construcciones ms precarias, para evitar fisuras antiestticas de retiro, contrapisos en yeso

    armado con esteras de caa, conglomerados de cemento fibroreforzados con amianto etc.

    La orientacin cientfica al problema del fibrorefuerzo es indudablemente ms reciente.

    Son de los aos 50 los primeros estudios sobre la utilizacin de fibras en acero y en vidrio

    en el hormign; en los aos 60 en cambio aparecen los primeros estudios sobre hormigones

    fibroreforzados con fibras sintticas.

    Definicin de hormign fibroreforzado (Boletn oficial CNR N. 166 parte IV).

    La utilizacin de fibras en el interior de la matriz del hormign tiene como finalidad la formacin

    de un material diverso en el cual el conglomerado, que ya puede ser considerado un material

    diferente constituido por un esqueleto ltico dispersado en una matriz de pasta de cemento

    hidratada, est unido a un agente reforzante formado por un material fibroso de distinta

    naturaleza.

    Las fibras con una adecuada resistencia mecnica a la traccin, homogneamente distribuidas

    dentro de un hormign, constituyen una micro-armadura la cual, por un lado se muestra ex-

    tremadamente eficaz para contrastar el muy conocido fenmeno de la fisuracin por retraccin

    y, por otro lado, confiere al hormign una ductilidad(1) que puede llegar a ser considerable en la

    medida en que sea elevada la resistencia misma de las fibras y su cantidad, confiriendo adems

    al hormign en tales circunstancias una gran tenacidad(2).

    Como es conocido, en la mayora de los actuales cdigos de diseo la resistencia a traccin del

    hormign, debido a su conducta frgil, es normalmente despreciada dentro de las consideraciones

    de clculo. Ahora, con la inclusin de una matriz fibroreforzada, esta propiedad de resistencia

    a traccin se logra estabilizar, de manera tal que la misma puede ahora ser considerada como

    propiedad mecnica con fines de diseo. En el capitulo 3 de la presente publicacin se expondr

    en detalle esta gran ventaja tcnica.

    Debido a que, por dificultades operativas, generalmente no se realizan sobre el hormign en-

    sayos de traccin directa, la evaluacin de tal propiedad de resistencia, as como de ductilidad

    y de tenacidad, se efectua indirectamente mediante ensayos de flexin sobre vigas o placas, as

    como se comentar en los captulos siguientes con ms detalle.

  • 2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

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    - La curva I esquematiza el comportamiento de un hormign normal sin refuerzo. La es-

    tructura, siendo isoesttica (la vigueta simplemente apoyada en sus extremos), una vez alcanzada

    la carga de primera fisuracin, esta colapsa de inmediato, siendo el tpico comportamiento de

    un material frgil.

    - La curva II muestra alguna capacidad del hormign (fibroreforzado) para absorber

    despus del punto de primera fisuracin cierta carga, aunque baja (A-B), con luego un colapso

    ms lento (comportamiento suavizado).

    - La curva III en cambio es tpica de un material dctil el cual muestra un hormign capaz

    de soportar, a partir del punto de primera fisuracin, un desplazamiento importante (A-B) bajo

    carga constante, bastante antes del an ms lento colapso (comportamiento plstico).

    - La curva IV finalmente evidencia inclusive un cierto incremento de carga soportable

    bajo un amplio desplazamiento (A-B), despus del punto de primera fisuracin (comportamiento

    endurecido).

    Es intuitivo que estos posibles comportamientos, o grados de ductilidad y tenacidad adquiridos

    por el hormign, dependen ya sea de la cantidad de fibras presentes como de sus caractersticas

    Grfico 2.1 Ensayos de flexin.

    El grfico 2.1 ilustra cualitativamente las posibles respuestas, que se pueden obtener mediante

    los referidos ensayos de flexin, sobre elementos de hormign fibroreforzado, representadas

    en su mayora mediante grficos de carga vs. abertura de fisura o carga vs. deflexin.

    Bajo cargas moderadas, inferiores a la de cedencia del hormign, el comportamiento del mate-

    rial es siempre elstico y no se produce ninguna fisuracin en la probeta bajo ensayo de flexin,

    independientemente de la presencia o calidad y cantidad de fibras. Por el contrario, comporta-

    mientos bastante distintos se pueden verificar continuando la prueba, incrementando la carga

    a partir del punto A, denominado punto de primera fisuracin:

  • 11

    2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    Grfico 2.3 Incremento de la adherencia fibra-hormign con la forma de la fibra.

    Obviamente las caractersticas mecnicas de las fibras, esencialmente con su resistencia a la

    traccin, juegan un rol fundamental en el comportamiento del FRC y del SFRC ya que, al no

    producirse la extraccin (pull out) impedida por la adherencia real e impuesta entre fibra-

    hormign (Grfico 2.3), puede llevar la ruptura de la fibra debido la insuficiencia de su resistencia

    a la traccin (Grfico 2.4).

    (3) FRC = Fiber Reinforced Concrete.(4) SFRC = Steel Fiber Reinforced Concrete.

    Grfico 2.2 Energa absorbida Vs relacin de aspecto.

    mecnicas y geomtricas.

    En cuanto a la influencia de la geometra de las fibras (formas y dimensiones longitudinales y

    transversales) sobre el comportamiento del FRC(3) y del SFRC(4), aunque cada aspecto es impor-

    tante, la relacin longitud dimetro equivalente (L/D denominada relacin de aspecto o de

    esbeltez) es el parmetro ms caracterstico, ya que de su valor dependen en buena medida la

    ductilidad y la tenacidad del hormign fibroreforzado (Grfico 2.2).

  • 2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    12

    Grfico 2.5 Dosificacin X l/d para una misma efectividad.

    Grfico 2.4 Importancia de la resistencia a traccin de la fibra. Energa absorbida.

    Finalmente la dosificacin, o sea la efectiva cantidad de fibras englobadas en el hormign

    (kg/m3, o %Vf(5)), ciertamente incide notablemente, junto con las ya comentadas caractersticas

    geomtricas y mecnicas de las fibras, sobre el grado de ductilidad y tenacidad que adquiere el

    hormign fibroreforzado (Grfico 2.6).

    Es interesante observar como, con el incremento de la relacin de aspecto (L/D) disminuye, dentro

    de ciertos lmites, la cantidad de fibras (dosificacin) necesaria para alcanzar un determinado

    resultado (Grfico 2.5), debido a que estadsticamente se incrementa la resistencia a la traccin,

    como directa consecuencia del incremento estadstico de la longitud de fibra a extraer.

    (5) Vf% = Porcentaje en volumen.

  • 13

    2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    Es importante sealar que, definitivamente, es todo el conjunto de las caractersticas ilustradas

    que se conjuga para determinar el comportamiento del hormign fibroreforzado y el resultado

    ptimo depende de una adecuada combinacin de todos los factores, ya que cada uno por si

    solo tiene siempre un lmite en su influencia, ms all de cual sea el resultado se muestra intil

    cuando no es efectivo, como se evidencia claramente en las mismas (Grfico 2.6) para el caso

    de la dosificacin:

    El primer punto de la curva muestra como una dosificacin muy baja prcticamente no tiene

    efectos (comportamiento suavizado), ya que dispersando pocas fibras en la mezcla, su distancia

    relativa es tan grande que no produce consecuencia alguna. El segundo punto muestra como,

    aumentando el nmero de fibras, o sea reduciendo el volumen de influencia de cada fibra,

    se alcanzan configuraciones de superposicin estadstica de las fibras entre si con buenas

    posibilidades de interaccin (comportamiento plstico), producindose un incremento de la

    ductilidad del hormign directamente sensible a la dosificacin efectiva. El tercer punto muestra

    finalmente como, ms all de una determinada dosificacin (comportamiento endurecido), el

    incremento de la ductilidad, aunque an manifiesto, ya no resulta significativo, aumentado por

    el contrario las dificultades de realizar una mezcla uniforme y fluida.

    Para concluir con este capitulo, a propsito de calidad y cantidad de fibras metlicas a introducir

    en un SFRC(4), se pueden avanzar las consideraciones cuantitativas siguientes:

    - La calidad mecnica de las fibras debe ser muy elevada, con resistencias a la traccin tpicas

    del orden de los 11000kg/cm2.

    - La relacin de forma debe tambin ser suficientemente elevada, entre 45 y 70.

    - La dosificacin no debe ser inferior a 20-25kg/m3 (0,025%-0,03% en volumen) y puede

    alcanzar, para las aplicaciones ms exigentes, los 40 80kg/m3 (0,5 -1 % en volumen).

    Grfico 2.6 Ductilidad X Dosificacin.

  • 2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

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    Por lo general, las fibras han sido clasificadas por BISFA6:

    (6) BISFA = THE INTERNATIONAL BUREAU FOR THE STANDARDISATION OF MAN-MADE FIBRES.

    Tabla 2.1 - Caractersticas mecnicas de las fibras.

    Tabla 2.2 - Clasificacin de las fibras segundo BISFA6.

    2.3 - Tipos de fibras Clasificacin de las actuales fibras en el mercado en funcin de las materias prima. Fibras orgnicas (polmeros naturales y sintticos) y fibras inorgnicas (metlicas).

    Existen diferentes tipos de fibras para el hormign en funcin de la materia prima por la cual

    ellas estn producidas:

    Metlicas: aceros de carbono y ligados, aluminio

    Naturales: amianto (asbesto), celulosa, carbn

    Sintticas: nylon, polipropileno, poliacrilo nitrilo, polivinil alcohol

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    2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    Macrofibras de acero anclada suelta. Macrofibras de acero anclada pegadas. Microfibras de polipropileno.

    Fibras de vidrio. Fibras de celulosa. Macrofibras metlicas fresadas.

    Microfibras metlicas laminadas. Microfibras metlicas. Macrofibras de polipropileno alta tenacidad.

    Microfibras de polipropileno. Microfibras sintticas . Microfibras metlicas.

    NB: la presente clasificacin se refiere a todas la fibras sintticas y no slo a las utilizadas para

    el hormign.

    Algunos tipos de fibras:

  • 2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    16

    2.4 - Fibras en acero. Clasificacin segn las caractersticas geomtricas, fsicas, qumicas, mecnicas y el proceso productivo.

    La fibra es un producto de acero caracterizado geomtricamente por una dimensin predomi-

    nante respecto a las dems, con superficie pareja o trabajada, empleada como refuerzo en el

    conglomerado del hormign, de forma rectilnea o doblada, para poder ser dispersada de forma

    homognea en la masa, manteniendo inalterada las caractersticas geomtricas (UNI 11037).

    La fibra est caracterizada geomtricamente por la longitud L, por la forma y por el dimetro

    equivalente De.

    De la relacin entre longitud L y el dimetro equivalente De se obtiene la relacin de aspecto,

    l=L/De.

    Figura 2.1 - Ejemplo de fibra doblada metlica.

    Figura 2.2 - Ejemplo de diferentes secciones de fibras metlicas.

    Una fibra se define rectilnea cuando presenta en el eje deformaciones localizadas menores de

    L/30 pero, en todo caso, no mayor del dimetro equivalente.

    Longitud L (mm) es la distancia entre las dos extremidades de la fibra medida en proyeccin

    geomtrica en el eje dominante.

    Axialmente, la forma puede ser rectilnea o perfilada, transversalmente; la fibra puede tener

    seccin circular, rectangular o variada (Figura 2.2 y 2.3).

    De

    De De

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    2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    Figura 2.3 - Ejemplo de fibras de diferentes formas.

    Dimetro equivalente De (mm): es definido con diferentes modalidades, en funcin de la forma

    transversal y del proceso productivo.

    Mtodo directo

    Para fibras obtenidas de alambre, cualquiera que sea la forma longitudinal, el dimetro equiva-

    lente De es igual al dimetro nominal del alambre de salida o de la fibra acabada.

    Mtodo indirecto geomtrico

    Para fibras de chapa, cualquiera que sea la forma longitudinal, el dimetro equivalente De es

    igual al dimetro del crculo que posee rea igual a la de la seccin transversal de la fibra y es

    dado por la siguiente frmula

  • 2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    18

    Donde A es el rea de la seccin transversal de la fibra (mm2).

    Siendo w = ancho, t = espesor

    Mtodo gravimtrico

    Para fibras obtenidas por otros mtodos productivos, con seccin variable, cualquiera que sea

    la forma longitudinal, el dimetro equivalente se calcula empezando por la longitud media L

    (mm) de la fibra y por el peso medio m (g) de un determinado nmero de fibras, en base a una

    masa volumtrica r= 7,85 g/cm, segn la frmula:

    Simplificando, en el caso de fibra de acero:

    Segn el prEN 14889 1 Fibres for concrete. Part. 1: Steel fibres, en cambio, el dimetro equiva-

    lente se calcula empezando ya no por la longitud media L, entendida como distancia entre las

    extremidades de la fibra, sino por la longitud desarrollada Ld, obtenida extendiendo y ende-

    rezando la fibra con las manos o, de otra manera, utilizando un martillo.

    Todo esto tratando de no modificar la longitud y la seccin transversal de la fibra.

    Nmero de fibras por Kilogramo [n / kg]

    El nmero de fibras en un kilogramo se calcula con la siguiente formula:

    donde

    L = Longitud de la fibra (mm)

    De = Dimetro equivalente de la fibra (mm)

    g = peso especfico (kg/m3).

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    2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    La relacin de aspecto [l=L/De] (0) establece la esbeltez de la fibra: en igualdad de longitud, cuan-

    to ms ste es alto, y cuanto ms reducido sea el dimetro equivalente, la fibra es esbelta.

    Y aun en igualdad de longitud, cuanto ms alto es l, tanto ms ligera es la fibra, por lo tanto hay muchas ms fibras por unidad de masa.

    Si se utilizan los mtodos directo e indirecto geomtrico, la relacin de aspecto desatiende la

    forma longitudinal, por lo tanto el volumen y la masa de la fibra.

    Si, en cambio, se utiliza el mtodo indirecto gravimtrico, la relacin de aspecto tiene en cuenta

    la efectiva geometra de la fibra, a travs de su masa:

    La resistencia a traccin Rm (N/mm2 o MPa) de la fibra se calcula dividiendo el esfuerzo nece-

    sario a la ruptura por el rea de la seccin de la fibra o del semiacabado (UNI EN 10218 para

    el alambre). Adems de la resistencia a traccin, en la norma UNI 11037 se requiere indicar la

    resistencia al 0,2 % de deformacin residual, Rp0,2

    . En la norma italiana, la resistencia a traccin

    est dividida en tres clases, R1, R2 y R3. Cada una de estas clases viene subdividida interiormente

    segn la resistencia a traccin que sea referida :

    1- El semiacabado de las fibras rectilneas, y en ste caso no hay diferencia haber testado la

    fibra o el semiacabado.

    2 - El semiacabado de las fibras perfiladas, en este caso el umbral de resistencia es mayor, en

    igualdad de clase, presumiendo que el proceso de perfilado reduzca la resistencia. La clasifi-

    cacin de resistencia tiene en cuenta del dimetro de la fibra: para dimetros gradualmente

    ms pequeos corresponden umbrales de resistencia crecientes.

    Tabla 2.3 - Resistencia a traccin para las tres classes de fibras segn la Norma italiana.

    La ductilidad de una fibra, o de su semitrabajado: viene evaluado con pruebas de doblado al-

    ternado. Por lo que se refiere al alambre trefilado, se remite a la UNI EN 10218.

  • 2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

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    En el prEN 14889-1. Fibres for concrete. Part. 1: Steel fibres la categora otros tipos de fabri-

    cacin viene detallada mejor.

    Grupo I: cold-drawn wire;

    Grupo II: cut sheet;

    Grupo Ill: melt extracted;

    Group IV: shaved cold drawn wire;

    Group V: milled from blocks.

    Composicin qumica

    El material de base puede tener una composicin qumica variada. Por este motivo en la norma

    UNI 11037 ha sido elaborado un prospecto sobre el anlisis qumico de colada.

    Tabla 2.4 - Clasificacin de las fibras en funcin de la composicin qumica.

    Proceso productivo

    Segn la norma UNI 11037, hay diversos tipos de fibras en funcin del proceso productivo:

    - Alambre de acero trefilado en fro obtenido de alambrn fabricado segn la norma UNI

    EN 10016-1,2,4 o UNI EN 10088-3;

    - Cinta laminada en fro de acero no aleado;

    - Otros tipos de fabricacin (como, por ejemplo, fresado de un bloque de acero).

    La clasificacin de la fibra viene cruzada con su composicin qumica:

    Revestimiento superficial

    Las fibras pueden tener un revestimiento superficial de zinc con la finalidad de garantizar en

    caso de aplicaciones en ambientes especialmente agresivos. A seguir el contenido mnimo en

    funcin del dimetro del alambre:

    Tabla 2.5 - Composicin qumica (de las fibras de acero) segn la norma italiana.

  • 21

    2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    Tolerancias

    Las normas (UNI 11037, prEN 14889-1 y ASTM A820) presentan varios criterios para las tolerancias.

    En la tabla que sigue se reporta la tabla del prEN 14889-1, la ms restrictiva, ya que prescribe que el

    porcentual de conformidad no sea menor del 95% de las muestras controladas (mientras la ASTM

    A820 habla del 90% y, adems, con desviaciones en los valores nominales medios ms altos):

    Tabla 2.6 - Revestimiento mnimo de zinc de las fibras de acero.

    Tabla 2.7 - Tolerancias en las dimensiones de las fibras segn la norma italiana.

    Por la menos 95% de las muestras individuales deben estar conforme a las tolerancias especificadas.

    Tabla 2.8 - Tolerancias sobre las dimensiones segn la norma americana.

    Por lo menos 90% de las muestras individuales deben estar conforme a las tolerancias especificadas.

    En el prEN 14889-1 viene indicada la tolerancia respecto a la resistencia a traccin y del mdulo

    elstico. Para la resistencia a traccin, la tolerancia es del 15% para el valor medio y del 7.5%

    para los valores individuales; por lo meno el 95% de las muestras tiene que estar conforme a

    las respectivas tolerancias.

  • 2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    22

    2.5 - Fibras sintticas y naturales. Clasificacin segn las caractersticas geomtricas, fsicas, qumicas, mecnicas y el proceso productivo.

    Las fibras sintticas ms comunes para los hormigones, se pueden agrupar en la prospectiva

    siguiente, tomada de un documento de BISFA:

    Designacin

    Segn la UNI 11037/2003 Fibras de acero a ser empleadas en la elaboracin de conglomerado

    de hormign reforzado, estas son designadas con la siguiente sigla:

    UNI 11037 A1 1,00 x 50 R2 moldada

    Donde:

    A = indica las fibras de hilo trefilado;

    1 = indica el bajo contenido de carbono;

    1,00 = indica el dimetro de la fibra;

    50 = indica la longitud entre las extremidades de la fibra;

    R2 = indica la segunda a clase de resistencia (por el dimetro considerado R > 910 MPa);

    Moldada = indica deformaciones transversales o longitudinales mayores de L/30.

  • 23

    2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    2.6 - Marco normativo actual.

    De la materia prima antes de llegar hasta el semiacabado, se han redactado las siguientes nor-

    mas (slo en el mbito europeo)

    - UNI 5549 Pruebas mecnicas de materiales metlicos Pruebas de dobladura alterno

    de las chapas fines y de las cintas de acero con espesor menor de 3mm;

    - UNI EN 10002-1 Materiales metlicos Prueba de traccin Parte 1: Mtodo de prueba

    (a temperatura ambiente);

    - UNI EN 10016 Alambrn de acero no aleado destinada al trefilado en fro y/o al lami-

    nado en fro;

    - UNI EN 10088 Aceros inoxidables;

    - UNI EN 10130 Productos planos laminados en fro, de acero a bajo contenido de car-

    bono, para embuticin o dobladura en fro;

    - UNI EN 10204 Productos metlicos Tipos de documentos de control;

    - UNI EN 10218-1 Alambre de acero y relativos productos Parte 1: Generalidad M-

    todos de prueba;

    Tabla 2.9 - Clasificacin de las fibras sintticas e estructurales segn BISFA.

  • 2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    24

    - EN 10244-2 Steel wire and wire products Non-ferrous metallic coatings on steel wire

    Part. 2: Zinc or zinc alloy coatings on steel wire;

    - ECISS CR 10261Circular de informacin N 11 Aceros y gusas Lista de los mtodos

    de anlisis qumicas disponibles;

    Las normas especficas sobre las fibras de acero son:

    - UNI 11037 Fibras de acero a ser empleadas en la preparacin de conglomerado de

    cemento reforzado.

    - ASTM A820 Standard Specification for Steel Fibers for Fiber-Reinforced Concrete;

    - prEN 14889-1 Fibres for concrete Part 1: Steel fibres Definition, specifications and

    conformity

    La norma EN 14889-1 ha sido elaborada por CEN/TC104/WG11, bajo el Mandado M128, CPD

    89/106 y ha sido aprobada en la Votacin Formal de Mayo 2006. Es una norma armonizada. A

    seguir el esquema de la norma y de las dems normas relacionadas:

    Tabla 2.10 - Esquema de las normas prEN 14889-1 y correlatas.

  • 25

    2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    2.7 - Elenco y clasificacin de las fibras MACCAFERRI.

    La Officine Maccaferri produce fibras moldadas y cortadas de alambre de acero trefilado en fro.

    Las caractersticas qumicas de la materia prima (alambrn) estn relatadas en la siguiente tabla,

    en funcin del dimetro final de la fibra:

    Tabla 2.12 - Comportamiento cualitativo de las fibras Maccaferri.

    Tabla 2.11 - Elenco Maccaferri.

  • 2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormign.

    26

    Tabla 2.13 - Gua de aplicacin del hormign reforzado con fibras. Orientacin segn el tipo de fibra y espesores.

    Orientaciones para utilizacin de las fibras Maccaferri.

    Obsevaciones:

    Todas las dosifciaciones aconsejadas en esta tabla obdecen a una variedad de experiencias, por esto pueden variar para casos particulares.

    Consultar el departamento se el departamento de ingeniera estructural de Maccaferri para la orientacin particular de proyecto.

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    Introduccin

    Mediante la adicin al hormign de fibras de diferente naturaleza, sean estas micro o macro fibras, como fue descrito en el anterior captulo, se obtiene un nuevo material con caractersticas mecnicas diferentes de un hormign normal.

    Tal compuesto es llamado Hormign Fibroreforzado (Fiber Reinforced Concrete).

    En caso que se trate de un refuerzo constituido por fibras metlicas se habla de Steel Fiber Reinforced Concrete.

    La evaluacin de las diferentes propiedades del FRC se efectan mediante ensayos normados, algunos son tpicos del hormign ordinario, y otros creados expresamente para el hormign fibroreforzado.

    Propiedades del hormign fibroreforzado en estado endurecido

    Los factores que influyen en las propiedades de un hormign fibroreforzado son las siguien-tes:

    - Las fibras: geometra, relacin de aspecto, contenido, orientacin y distribucin; - La matriz: resistencia y dimensin mxima de los agregados; - La interfaz fibra-matriz; - Las probetas: dimensiones, geometra y metologa de ensayo.

    Las propiedades del hormign fibroreforzado bajo carga (esttica y dinmica) pueden ser cla-sificadas segn las acciones siguientes:

    - Compresin; - Traccin directa uniaxial; - Traccin indirecta por splitting; - Traccin indirecta por flexin (medida de la tenacidad y de la energa de fractura) ; - Corte y torsin; - Fatiga; - Impacto; - Abrasin; - Deformacin viscosa (Creep).

    El comportamiento fsico qumico tiene que ser evaluado segn los fenmenos siguientes:

    - Retraccin a corto plazo (plstico); - Retraccin a largo plazo (hidrulico); - Durabilidad;

    3.1 - Caracterizacin mecnica del hormign fibroreforzado. Principales caractersticas resistentes.

    27

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    28

    - Hielo-deshielo; - Carbonatacin; - Corrosin de las fibras en presencia de cloruros (hormign fisurado y no fisu-rado); - Exposicin al fuego.Para cada una de dichas caractersticas sern indicadas adecuadas referencias normativas.

    Compresin

    La resistencia a compresin del hormign no viene substancialmente modificada por la adicin de fibras.

    Puede observarse un modesto incremento por relevantes porcentajes de fibras metlicas (no menos de 1.5% en volumen, aproximadamente).

    Una vez alcanzado el pico, el material muestra una marcada ductilidad, influenciada fuertemente por el contenido de fibras.

    Siempre sobre el comportamiento del hormign fibroreforzado a compresin, el mdulo elstico y el coeficiente de Poisson resultan substancialmente invariados para porcentajes de fibras meno-res del 2% en volumen. Los ensayos de resistencia vienen efectuados en probetas cilndricas (dimetro 150mm, altura 300mm) o cbicos (lado 100 de otra manera 150mm)

    Las normas de referencia son las mismas que se aplican al hormign ordinario (ASTM C39, EN 12390-3, etc.).

    Grfico 3.1 - Ejemplo de Grfica carga x Deformacin para hormigones con diferentes cuantas de refuerzo con fibras.

  • 29

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    Traccin directa uniaxial

    El comportamiento a traccin uniaxial del fibroreforzado est fuertemente influenciado por la presencia de las fibras, en particular en la fase siguiente a la primera fisuracin.

    Slo utilizando elevadas dosificaciones, especialmente de microfibras (de la orden del 1,5 2 % en volumen y superiores) pueden obtenerse incrementos relevantes del valor pico:

    En el caso de compuestos de cemento de alto desempeo (High Performance Fiber Reinforced Cement Composites, f

    ck > 100 MPa) y con elevadas dosificaciones de fibras cortas (L

    f < 13 mm,

    dosificacin > 2% volumen), en que el comportamiento llega a ser de tipo endurecido.

    El ensayo a traccin directa del hormign fibroreforzado no es de fcil ejecucin.

    Como puede observarse en la siguiente figura, es preferible cortar la probeta para localizar la fisura:

    Grfico 3.2 - Curva de carga P desplazamiento para conglomerados fibroreforzados caracterizados por: bajos porcentajes de fibras (a) y elevados porcentajes de fibras (b).

    Figura 3.1 - Esquema de espcimen ensayado a traccin pura.

    Figura 3.2 - Esquema grfico de prueba a traccin pura para el hormign fibrorefrozado segn la norma UNI U73041440.

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    30

    En la actualidad no existen normativas sobre la traccin directa.

    En Italia est siendo aprobada la norma UNI U73041440 en la cual se dan unas indicaciones sobre las dimensiones de la probeta, cilndrica o prismtica, sobre la profundidad del corte sobre el cual se medir la abertura de fisura.

    Traccin indirecta ensayo brasileo

    Las dificultades prcticas de ejecutar la traccin directa han llevado a procedimientos alter-nativos, como el ensayo a traccin indirecta por splitting, tambin conocido como el ensayo brasileo:

    En la figura la probeta es cilndrica pero es posible someter a un ensayo tambin probetas cbicas o prismticas.

    El ensayo consiste en someter una probeta cilndrica a una fuerza de compresin aplicada a una zona reducida a lo largo de toda la longitud del cilindro.

    La ruptura ocurre por alcance de la resistencia mxima a traccin en direccin ortogonal a la fuerza aplicada. De la carga mxima se consigue la resistencia a traccin indirecta del hormign fibroreforzado.

    Para la determinacin de tal propiedad, puede hacerse referencia a las normas ASTM C496 y a la EN 12390-6.

    Para hormigones ordinarios, puede deducirse la resistencia a traccin directa a partir de aquella indirecta (EC 2, Normas Tcnicas Italianas, ACI). Actualmente no se cuentan con posibles corre-laciones tambin para hormigones fibroreforzados.

    Traccin indirecta - Flexin

    El ensayo de flexin es por cierto el ms difundido por su relativa facilidad de ejecucin y porque es representativo de muchas situaciones prcticas.

    Otra razn del xito de ste ensayo se debe al mayor grado de hiperestaticidad del ensayo, que

    Figura 3.3 - Esquema de probeta para ensayo a traccin indirecto , metodo brasilero.

    Fotos 3.1 - Instrumentacin fsica de ensayo a traccin indirecto.

    Fotos 3.2 - Ejemplo fsico de probeta configurada para ejecucin de ensayo a traccin indirecto, mtodo brasilero.

  • 31

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    Existen dos tipos de ensayos: ensayo de flexin sobre probeta prismtica (vigueta) y ensayo de pun-zonado sobre placa (circular o cuadrada). Ensayo de flexin sobre vigueta

    La finalidad de tal ensayo es la determinacin de la tenacidad aportada por las fibras al hormign.

    La tenacidad es la resistencia ofrecida por el material al avance del proceso de fractura (esttico, dinmico o por impacto) por efecto de su capacidad de disipar energa de deformacin.

    La probeta est apoyada en dos puntos, y est cargada en uno o dos puntos: en el primer caso se habla de Three Point Bending Test (3PBT), en el segundo de Four Point Bending Test (4PBT) (Figura 3.4 y 3.5):

    Grafico 3.3 - Comparacin de promedios de resistencias a traccin pura del hormign fibroreforzado con diferentes cuantas de refuerzo.

    Grafico 3.4 - Comparacin de resultados de ensayos a flexin para diferentes cuantias de refuerzo en hormigones fibroreforzados.

    pone en mejor evidencia la ductilidad aportada por el refuerzo fibroso, en mayor medida que en los anteriores ensayos (compresin y traccin directa):

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    32

    La vigueta sobre tres puntos de carga est cargada a mitad de la luz, en el caso de la vigueta sometida a cuatros puntos de carga, la luz se divide en tres partes de igual longitud.

    Las dimensiones de las viguetas en las principales normativas no son muy diferentes entre ellas.

    En la ASTM C 1018, segn la longitud de las fibras, es posible elegir entre dos diferentes geometras.

    Figura 3.5 - Esquema de ensayo a flexin con aplicacin de carga en cuatro puntos.

    Figura 3.4 - Esquema de ensayo a flexin con aplicacin de carga central en tres puntos.

    Tabela 3.1 - Tabla comparativa para diferentes ensayos a flexin segn diferentes cdigos internacionales, descripcin de la configuracin y resultados.

  • 33

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    El ensayo de flexin puede ser representado por una curva Carga Desplazamiento vertical (medido bajo los puntos de carga) o, de otra manera, en caso de probeta entallada, por una curva Carga Apertura de fisura (Crack Opening Displacement o COD), as como se muestra en la siguiente figura:

    Grafico 3.5 - Ejemplo de ensayo a Flexin UNI11039, medicin de carga vs. Abertura de fisura.

    Tabela 3.2 - Tabla comparativa para diferentes ensayos a flexin segn diferentes cdigos internacionales, descripcin de la configuracin y resultados.

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    34

    La norma italiana UNI 11039 se fundamenta en ensayos de flexin sobre 4 puntos en control de apertura de fisura.

    Figura 3.6 - Ejemplo de determinacin grfica del momento de primera fisuracin. Determinacin de energa absorbida en la fase post fisurativa de la curva carga abertura de fisura o deformacin.

    Un parmetro de particular inters es el punto de primera fisuracin, a partir del cual las fibras empiezan a dar su propia contribucin.

    Tal parmetro es convencional, debido a la dificultad en determinacin del comienzo del pro-ceso de fisuracin.

    La formacin de la primera fisura viene asociada por algunas normativas a la prdida de lineali-dad de la curva carga-desplazamiento (ASTM), mientras en otros casos sta se hace coincidir con la interseccin entre la curva Carga-Desplazamiento y una paralela al tramo lineal a partir de un valor constante de 0,05mm sobre el eje de abscisas (desplazamiento vertical) (RILEM, CUR, DBV, AFNOR, NBN).

    Por lo que se refiere al comportamiento en fase post-fisuracin las normativas se fundamentan en la definicin de ndices de ductilidad adimensionales basados en la energa disipada en el proceso de fractura y/o en la resistencia resultante.

    En la norma ASTM C1609/C1609M - 06 viene calculada el rea por debajo de la curva Carga-Desplazamiento para valores mltiplos del desplazamiento de primera fisuracin; en otros ca-sos se asume la resistencia restante puntual para un desplazamiento vertical expresado como porcentaje de la luz de viga (NBN, JCI-SF4).

    En el caso de la reciente norma Europea EN 14651 se localizan los valores de resistencia resul-tante post-fisuracin para valores puntuales de apertura de fisura: en el caso de la norma RILEM, se asumen valores de resistencia equivalentes que se consiguen por la energa absorbida en intervalos de apertura de fisura.

  • 35

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    La normativa UNI 11039 permite clasificar el hormign fibroreforzado en base a su resistencia y a su tenacidad.

    La resistencia de primera fisuracin (fIf) est indicada por la relacin:

    - l es la distancia entre los apoyos inferiores (450mm) - b es el ancho de la viga (150mm) - h es la altura de la viga (150mm) - a

    0 es la profundidad del entalle (45mm)

    La norma considera tambin la determinacin de dos resistencias post-fisuracin: la primera, tpica

    Foto 3.3 - Vista frontal de un cuerpo de prueba instrumentado antes del principio del ensayo.

    Geometra y vnculos para viguetas de hormign fibroreforzado; (b) particular del corte en forma triangular.

    Figura 3.7 a - Geometra y vnculos para las vigas de hormign fibroreforzado. Figura 3.7 b - Detalle de la talla en forma triangulada.

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

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    Con:

    La normativa UNI 11039 (2003) propone determinar dos Indices de ductilidad definidos como:

    Ensayo de flexin sobre placa

    El ensayo de flexin sobre placa, tambin denominado ensayo de punzonamiento, ha sido codi-ficado por primera vez por la SNCF (Empresa Nacional Ferrocarriles Franceses) en 1989.

    A diferencia del ensayo de flexin sobre vigueta, en este caso se trata de someter una placa, cuadrada o circular, a una carga central concentrada, con la finalidad de determinar, para flexin del punto de carga prefijada, la energa absorbida.

    Ya sea en el caso de plancha cuadrada, de plancha circular, la flexin est en el orden de 1/20 de la luz libre, para producir un cuadro de fisuracin mucho ms amplio, obteniendo ms lneas de fractura de relevante amplitud.

    Grfico 3.6 - Determinacin de las areas U1 y U2, en la fase post fisurativa del ensayo UNI 11039.

    Grfico 3.7 - Detemrinacin de los puntos medios de abertura de fisura en las areas U1=0,3 mm y U2=1,8mm.

    para condiciones de ejercicio, es la tensin media en el trecho con apertura de fisura en el pice del corte (CTOD) variable entre 0 y 0,6mm (f

    eq (0-0.6)); la segunda, tpica de las condiciones de colapso,

    es la tensin media en el trecho de apertura de fisura variable entre 0,6 y 3,0mm (feq

    (0.6-3.0)):

  • 37

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    Este comportamiento es propio de una energa de deformacin muy elevada.

    Este tipo de ensayo en la prctica se ha hecho muy comn por la relativa facilidad de eje-cucin.

    En contraposicin a lo anterior sin embargo, los resultados presentan una marcada dispersin estadstica, debido a la condicin hiperesttica: por sta razn, se est difundiendo, en USA, el ensayo sobre plancha circular apoyada sobre de tres bisagras esfricas con una condicin estticamente determinada.

    Figura 3.8 - Esquema grfico de ensayo tipo UNI10834 EFNARC, ensayo de placa energa absorbida.

    Foto 3.4 - Vista frontal de un ensayo tipo UNI10834 /EFNARC totalmente instrumentado.

    Foto 3.5 - Ejemplo de configuracin de ensayo de placa (energa absorbida)tipo ASTM C1550, Round Panel.

    Figura 3.9 - Ejemplo de configuracin de ensayo de placa (energa absorbida)tipo ASTM C1550, Round Panel.

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    38

    A continuacin tenemos un cuadro de las normas existentes.

    Corte y torsin

    Por lo general, las fibras metlicas incrementan la resistencia al corte y a la torsin del hor-mign.

    Para ensayos efectuados sobre vigas en donde sean utilizadas fibras para el corte y armadura longitudinal para flexin, puede afirmarse que las fibras pueden substituir parcialmente o total-mente los tradicionales estribos o aros para esfuerzos tangenciales, modificando el mecanismo de ruptura por corte en ruptura por flexin, con contenido y tipo de fibra adecuados.

    Han sido propuestas varias frmulas para la resistencia al corte de las vigas (ACI Building Code, Walraven, etc.).

    A continuacin son indicadas algunas:

    (ACI Building Code)

    (Walraven)

    (ACI Building Code rel. semplificata)

    Tabela 3.3 - Tabla comparativa de los diferentes cdigos a nivel global para ensayos de placa energa absorbida.

  • 39

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    Por lo general, puede afirmarse que el campo de validez de todas las expresiones mostradas es de todas maneras an bastante limitado, las mismas, se obtienen a partir de observaciones experimentales y no existen en normas nacionales especficas.

    Fatiga

    El aumento de resistencia a fatiga debido a la introduccin de fibras es notoria, sin embargo no se cuenta con el soporte de una vasta literatura basada en varias campaas experimentales.

    Las dimensiones y las modalidades de los ensayos son muy variadas: tambin en este caso, no existen normas establecidas.

    Se puede definir la resistencia a fatiga como el nivel mximo de esfuerzo al cual el hormign fibroreforzado puede resistir para un determinado nmero de ciclos de cargas antes de la ruptura, o bien como el nmero mximo de ciclos de carga necesario a la ruptura para un determinado nivel de esfuerzo (ACI Committee: Report 544.1R Fiber Reinforced Concrete; Report 544.2R Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete).

    Impacto

    El comportamiento del hormign fibroreforzado puede ser estudiado con varios mtodos de ensayo (ACI Committee: Report 544.2R Measurement of Properties of Fiber Reinforced Con-crete): 1. Weighted Pendulum Charpy-type impact test; 2. Drop-weight test (single or repeated impact); 3. Constant strain-rate test; 4. Projectile impact test; 5. Split-Hopkinson bar test; 6. Esplosive test; 7. Instrumented pendulum impact test.

    Como ejemplo, en el caso 2) el ensayo mide el nmero de cadas necesario para producir un cierto nivel de daos en la probeta.Este tipo de ensayos permite comparar:

    1. Diferencia de comportamiento entre hormigones fibroreforzados y ordinarios; 2. Diferencia de comportamiento entre hormigones fibroreforzados sometidos a impacto y a carga esttica.

    Experiencias realizadas por varios investigadores demostraron que, utilizando el mtodo drop-

    (Minelli)

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    40

    weight, se registra un incremento muy fuerte de la resistencia de hormigones de normal re-sistencia, de aproximadamente 6-7 veces en comparacin con hormigones no reforzados, con dosificaciones en volumen en la orden de 0,5 % de fibras metlicas.

    Abrasin

    La evaluacin de la resistencia a la abrasin, cavitacin y/o erosin puede ser ejecutada con ensayos ASTM C418 a C779.

    Particularmente interesante es el uso de fibroreforzado para prevenir o reparar los daos de-bidos a la cavitacin, como ha sido confirmado experimentalmente en laboratorio realizando ensayos segn la ASTM C779 - C779M-05 Standard Test Method for Abrasion Resistance of Horizontal Concrete Surfaces.

    Otro mtodo sugerido es el CRD-C 63-80 Test Method for Abrasion-Erosion Resistance of Concrete (Underwater Method), U.S. Army Corps fo Engineers.

    Por lo contrario, no es de fcil demostracin el beneficio aportado por las fibras en la mejora del comportamiento de las superficies sometidas a trfico de medios sobre neumticos.

    Deformacin viscosa (Creep)

    La experimentacin hasta ahora realizada no muestra relevantes diferencias entre hormigones ordinarios y fibroreforzados (contenido de fibras < 1%) sometidos a compresin prolongada en el tiempo.

    La norma para el ensayo es la misma que para el hormign ordinario: ASTM C512-02 Standard Test Method for Creep of Concrete in Compression.

    Retiro a corto plazo (plstico)

    La fisuracin por retiro plstico se desarrolla por causa de la prdida de agua en el pasaje de la fase lquida a la fase plstica.

    El retiro plstico del hormign puede ser eficazmente controlado con el uso de microfibras de tipo polimrico en virtud de la muy elevada superficie especfica de tales fibras por unidad de volumen y por lo tanto una elevada capacidad de retener el agua por tensin superficial.

    Existen varios mtodos para medir la fisuracin, uno de los cuales es el AASHTO PP34-98 Stan-dard Practice for Estimating the Crack Tendency of Concrete.

    Recientemente ha sido redactada una norma especfica para el fibroreforzado: ASTM C1579-06 Standard Test Method for Evaluating Plastic Shrinkage Cracking of Restrained Fiber Reinforced Concrete (Using a Steel Form Insert).

  • 41

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    Retiro a largo plazo (hidrulico)

    Durante la maduracin del hormign contina la prdida de agua y esto implica una reduccin volumtrica: si la estructura tuviera la capacidad de contraerse libremente no habran tensio-nes.

    Por otro lado, si la estructura no tuviera libertad para contraerse, se desarrollaran tensiones de traccin que pueden superar la capacidad resistente del material causando fisuras en el hormign.

    Es posible obviar a este fenmeno aadiendo a la masa, fibras cortas, en cantidad adecuada.

    Las fibras ptimas en este sentido son las microfibras de acero (F < 0,20 mm) a causa de la mayor superficie especfica y, por lo tanto, de la posibilidad de interactuar con la matriz de cemento.

    Uno de los mtodos ms utilizados para medir los efectos de retiro en condiciones no confinadas, es la norma ASTM C157 Standard Test Method for Length Change of Hardened Hydraulic-ce-ment Mortar and Concrete.

    Por el momento, no hay normas para la condicin confinada, para hormigones fibroreforza-dos.

    Durabilidad

    En las recientes instrucciones CNR_DT204_2006 se muestra una tabla relativa a las fibras me-tlicas, en la cual se indica la posibilidad de uso de estas en funcin de las clases de exposicin (conforme con la norma EN 206-1:2006 - Concrete - Part 1: Specification, performance, pro-duction and conformity) y de la profundidad de penetracin del agua bajo presin (UNI EN 12390-8).

    Hielo-deshielo

    En cuanto a la resistencia al hielo de compuestos fibroreforzados con fibras metlicas, hay que decir que slo un aumento de porcentaje de vacos de aire debe ser considerada eficaz: slo si se acta en este sentido es posible obtener hormigones resistentes al hielo y esto tambin vale para los hormigones fibroreforzados.

    Hormigones reforzados con fibras metlicas, con un adecuado contenido de aire muestran una ptima resistencia a ciclos de hielo-deshielo respecto a hormigones no reforzados (Massazza y Coppetti, Italcementi, 1991).

    La norma a utilizar ASTM C666-03 Standard Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing, es tambin aplicable a hormigones no reforzados.

    En el mbito Europeo pueden utilizarse las normas CEN/TR 15177:2006 Testing the freeze-thaw resistance of concrete - Internal structural damage, EN 13581-2003 Products and systems for the protection and repair of concrete structures - Test method - Determination of loss of mass of hydrophobic impregnated concrete after freeze-thaw salt stress o de otra manera la

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    42

    norma UNI 7987-2002 Calcestruzzo - Determinacin de la resistencia al deterioro para ciclos de hielo y deshielo.

    Carbonatacin

    La presencia de fibras no parece influir significativamente el fenmeno de la carbonatacin por el hecho que no han sido registrados incrementos de la profundidad del frente de avance de la CO2.

    La medicin de la profundidad de carbonatacin del hormign fibroreforzado viene realizada con el procedimiento de ensayo utilizado para hormigones ordinarios UNI 9944-1992 Corrosin y proteccin de la armadura del hormign. Determinacin de la profundidad de carbonatacin y del perfil de penetracin de los iones cloruro en el hormign.

    Corrosin de las fibras

    A fin de evaluar los efectos de la exposicin del hormign fibroreforzado en ambientes agresi-vos (ambiente saturado de sal, iones agresivos, etc.) es necesario distinguir entre hormigones ntegros y hormigones pre-fisurados.

    En el primer caso la corrosin generar nicamente un problema de tipo esttico en la super-ficie.

    En el caso de probetas fisuradas, la disminucin de resistencia es modesta y depende de la extensin y profundidad de la fisura: para aperturas de fisura mayores de 0,1 mm, pero lim-itadas en profundidad, no hay consecuencias sobre la eficacia estructural (ACI 544.1R Fiber Reinforced Concrete).

    Exposicin al fuego

    Las afirmaciones que siguen estn tomadas integralmente por las Instrucciones CNR_DT204_ 2006.

    Por la experiencia hasta ahora adquirida sobre el comportamiento al fuego de hormigones fi-broreforzados con fibras metlicas es posible formular las siguientes consideraciones:

    - Bajos porcentajes de fibras (hasta el 1%) no alteran significativamente la difusin trmica, que queda por lo tanto calculable a partir de la base de los datos disponibles para la matriz;

    - El dao provocado en el material por un ciclo trmico llevado hasta 800 C resulta preferentemente correlacionado a la mxima temperatura alcanzada en el ciclo y produce un efecto irreversible sobre la matriz. Tal comportamiento, obtenido preferentemente en presencia de limitadas fracciones volumtricas de fibras metlicas, sugiere, una vez restablecida la tem-peratura ambiente, de apreciar el deterioro inducido a travs de la evaluacin de la restante resistencia.

  • 43

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    3.2 - Compatibilidad estructural de elementos de hormign fibroreforzado.

    En un principio, el uso del hormign fibroreforzado est indicado sobre todo para las estructu-ras hiperestticas, debido a que el esfuerzo resultante de traccin del hormign fibroreforzado puede aumentar la capacidad portante global de la estructura y mejorar su ductilidad.

    Las propiedades mecnicas del hormign fibroreforzado tienen que ser directamente determi-nadas sobre probetas mediante ensayos normados.

    En ausencia de experimentaciones especficas, las propiedades que no estn expresamente indicadas pueden ser asumidas las propiedades del hormign ordinario.

    A continuacin se reportan los requisitos mnimos, expresados por las Instrucciones para el Proyecto, la Ejecucin y el Control de Estructuras de Hormign Fibroreforzado CNR_DT204_2006.

    - La dosificacin mnima de las fibras con responsabilidad estructural no tiene que ser inferior de 0,3% en volumen;

    - La utilizacin, para objetivos estructurales, de hormign fibroreforzado con comporta-miento degradante est consentido siempre que la resistencia resultante a traccin en ejercicio f

    Fts sea superior por lo menos el 20% de aquella de la matriz f

    ct;

    - En todas las estructuras de hormign fibroreforzado es preciso garantizar que la carga mxima sea superior por lo menos al 20% de la resistencia de primera fisuracin. Cmo alter-

    - Al variar la temperatura mxima de exposicin, la resistencia de primera fisuracin tiende a ser la misma de la matriz. Para temperaturas superiores a 600 C, las fibras mejoran el comportamiento de la matriz;

    - Al variar la temperatura mxima de exposicin, el mdulo de elasticidad de los hor-migones fibroreforzados no resulta influenciado significativamente por la presencia de limitadas fracciones volumtricas ( 1%) de fibras y, por lo tanto, puede ser considerado igual al de la matriz;

    - La presencia de fibras de polipropileno resulta eficaz para limitar los efectos de spalling destructivo, es decir minimizar el estallido del hormign. En particular, tales fibras subliman en parte a una temperatura de 170 C dejando cavidades libres en la matriz. Una fraccin volum-trica de fibras comprendida entre el 0.1% y 25% est en grado de mitigar significativamente o de eliminar el fenmeno.

    Para la verificacin de los efectos de exposicin al fuego, existen varios procedimientos, dos de los cuales son:

    - ISO 834 1994: Fire-resistance tests - Elements of building construction - BS 476 2004: Fire tests on building materials and structures

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    44

    3.3 - Metodologa de diseo y compatibilidad del modelo de clculo.

    El diseo de las estructuras en hormign fibroreforzado est fundado en los principios enunciados por los Eurocdigos para las estructuras en hormign y en hormign armado.

    En el presente prrafo se mencionarn las reglas contenidas en el documento RILEM TC 162-TDF: Test and design methods for steel fibre reinforced concrete s-e Design Method y en las Istruzioni per la Progettazione, lEsecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato.

    La resistencia y el comportamiento a compresin del hormign fibroreforzado pueden ser muy similares a los valores del hormign ordinario, por lo que se pueden tomar estos como vlidos, de acuerdo con lo previsto por el Eurocode 2, Design of Concrete Structures, ENV 1992-1-2, 2003.

    La resistencia a traccin es la misma de la matriz de cemento fct, que puede ser encontrada a partir

    de la resistencia de primera fisuracin encontrada con la prueba de flexin (Istruzioni CNR DT204 2006 y RILEM TC 162-TDF). Esto no es vlido para un comportamiento endurecido, que se alcanza solamente con dosificaciones del orden de 1.5 - 2% en volumen.

    Las relaciones constitutivas se encuentran con las curvas s-e de pruebas de flexin, que vienen tra-ducidas en relaciones s-e.

    En el caso de comportamiento a flexin endurecido suavizado son dadas algunas frmulas de equivalencia para encontrar los valores de resistencia residual a traccin de trabajo f

    Fts y ltima f

    Ftu a

    partir de las resistencias equivalentes feq(0-0.6)

    y feq(0.6-3.0)

    .

    Grfico 3.8 - Relacin esfuerzo-deformacin.

    nativa puede aceptarse que sea igual o superior siempre que la relacin entre desplazamiento mximo y resistencia de primera fisuracin sea por lo menos igual a 5;

    - Pueden ser realizados elementos monodimensionales en hormign fibroreforzado en falta de armadura tradicional si, adems de ser satisfechas las anteriores limitaciones, el hor-mign fibroreforzado tenga un comportamiento endurecido a traccin tal que la relacin entre la resistencia resultante ltima f

    Fts y la resistencia de la matriz f

    ct sea por lo menos igual a 1,05.

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    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    Las verificaciones de los elementos fibroreforzados deben ser realizadas tanto en relacin a los estados lmite de trabajo (SLE), cmo en relacin al estado lmite ltimo (SLU), tal y como se define en las Normas vigentes.

    La verificacin de un estado lmite puede omitirse, si es favorable la verificacin de otro estado limite, siempre que la primera verificacin sea consecuencia de la segunda.

    La verificacin debe realizarse mediante el mtodo de coeficientes parciales, para todas las situaciones de diseo deben adoptarse valores de diseo de las acciones, de las solicitudes y de las resistencias, y no debe ser violado un estado lmite.

    Debe as resultar:

    Lo mismo vale para las Recomendaciones RILEM TC 162-TDF, con alguna diferencia en la relacin constitutiva y en las frmulas que relacionan las resistencias residuales a flexin con aquellas a traccin:

    Grfico 3.10 - Diagrama de Esfuerzo vs. Tensin propuesto por el RILEM TC162.

    Grfico 3.9 - Determinacin de la ley constitutiva traccin vs. abertura de fisura, idealizacin de comportamientos endurecido, rgido plstico y degradante. Fuente CNR DT204/2006.

    En el caso de comportamiento rgido plstico, en las Instrucciones CNR son usadas frmulas ligera-mente diferentes, no as en las Recomendaciones RILEM que quedan iguales:

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    46

    donde Xk es el valor caracterstico de la genrica propiedad y g

    m es un coeficiente parcial del

    material.En la determinacin del valor caracterstico de la resistencia a traccin del hormign fibrore-forzado se puede tener en cuenta la estructura:

    donde fFtm

    es el valor medio, k es el factor de Student, s la variacin media, mientras que a es un coeficiente que disminuye al aumentar la hiperestaticidad estructural.

    Los coeficientes parciales de seguridad sobre los materiales estn de acuerdo con los Eurocdi-gos, con posibilidad de reduccin en el caso de elevados controles de calidad.

    Verificacin al Estado Lmite ltimo para elementos monodimensionales:

    Flexo-compresin

    El diseo al SLU de elementos viga sometidos a flexin necesita la evaluacin del momento resistente ltimo y la comparacin con el momento de diseo.

    Se hace la hiptesis que la ruptura por flexin se manifieste cuando se verifique una de las siguientes condiciones: - Alcanzar la mxima deformacin de compresin en el hormign; - Alcanzar la mxima deformacin de traccin en el acero de la armadura (si existe);

    donde Ed y Rd son, respectivamente, los valores de diseo del genrico efecto considerado y de la correspondiente resistencia en el mbito del estado lmite examinado.

    Los valores de diseo se obtienen de aquellos valores caractersticos a travs de oportunos coeficientes parciales, cuyos valores, para los varios estados lmites, son aquellos indicados en la Norma vigente, oportunamente integrados en lo que se refiere a la resistencia a traccin del hormign fibroreforzado.

    Los valores de las propiedades de los materiales utilizados en el diseo de estructuras fibrore-forzadas deben haber sido determinados mediante pruebas normadas de laboratorio.

    Las propiedades mecnicas de resistencia y deformacin de los materiales son cuantificadas por los correspondientes valores caractersticos.

    Solamente los parmetros de rigidez (mdulos de elasticidad) de los materiales son evaluados a travs de los correspondientes valores medios.

    El valor de diseo de la genrica propiedad de resistencia, Xd, puede ser expresada en forma general, mediante una relacin del tipo:

  • 47

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    - Alcanzar la mxima deformacin de traccin, eFu

    , en el hormign fibroreforzado.

    Para un comportamiento suavizado, la mxima deformacin a traccin es considerada igual al 2% y, de cualquier manera, la mxima abertura de fisura no debe superar 3 mm.

    Para un comportamiento endurecido, la mxima deformacin es del 1%.

    La evaluacin del SLU a flexin y a flexo-compresin con o sin la presencia de armadura ordi-naria, varillas de acero, puede ser efectuada en funcin de comportamientos ejemplificados como en la siguiente figura:

    Un enfoque similar es usado por las Recomendaciones RILEM TC 162-TDF:

    Como se indic anteriormente, los valores a ser utilizados en la verificacin derivan de las pruebas de flexin en laboratorio y vienen posteriormente convertidos en valores de traccin, reducidos de los coeficientes parciales de seguridad.

    Corte y torsin

    Sin entrar en detalle (se recomienda remitirse a las normas mencionadas para profundizar en este tema) es interesante la posibilidad de cuantificar el aporte debido a las fibras (a ser deter-minado con el mismo procedimiento usado para la flexo-compresin) que permite substituir, parcialmente o totalmente, la armadura a corte o a torsin.

    Donde el esfuerzo cortante, o torsional, fuera de pequea entidad, las normas exigen, de cual-

    Grfico 3.11 - Estado limite ltimo por flexo-compresin: utilizacin de los comportamientos ejemplificados (stress-block con coeficientes s y conforme EC2).

    Grfico 3.12 - Estado limite ltimo para un comportamiento a flexo compresin: mtodo simplificado (bloque de esfuerzos, segn RILEM TC-162).

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    48

    quier forma, una armadura mnima que puede estar garantizada por el refuerzo fibroso.

    Verificacin al Estado Lmite ltimo para elemento losa:

    Para elementos tipo losa sin armadura convencional sujetos principalmente a esfuerzos de flex-in, la verificacin de la resistencia puede ser efectuada con referencia al momento resistente, m

    Rd, evaluado en la hiptesis de la ley constitutiva rgido-plstica:

    En el caso de accin simultanea de dos momentos flexionantes mx y m

    y actuando en direcciones

    ortogonales, la verificacin al estado limite ltimo requiere satisfacer la limitacin:

    Vale la pena notar que la capacidad resistente de una losa apoyada al suelo, como en el caso de los pavimentos, sera muy baja si se evala con un enfoque tradicional, en trminos de ten-siones, cmo el que describen todas las normas y las instrucciones CNR.

    Para obtener la debida contribucin estructural, dada por la alta hiperestaticidad de pavimentos sobre suelos, es indispensable en comportamientos a flexin suavizados, utilizar mtodos de anlisis no lineal (Yield Line Method) (Non Linear Fracture Mechanics method).

    Verificacin al Estado Lmite de Ejercicio

    Verificacin de las tensiones

    La verificacin de las tensiones de compresin en ejercicio, deber ser realizada de acuerdo con la Norma vigente para el hormign simple.

    Si la estructura es realizada con un hormign fibroreforzado de comportamiento suavizado, la verificacin de las tensiones de traccin en ejercicio es implcitamente satisfecha si la misma estructura ha sido verificada al Estado Lmite ltimo.

    Si, por lo contrario, el hormign fibroreforzado posee comportamiento endurecido, es tambin necesario realizar la verificacin de las tensiones de traccin en ejercicio, controlando que la mxima tensin solicitante respete la siguiente condicin:

  • 49

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    Abertura de las fisuras

    En la evaluacin de la amplitud caracterstica de las fisuras, es posible cuantificar la contribucin ofrecida por las fibras a travs de la cuota del esfuerzo absorbido por el hormign fibroreforzado, en beneficio de la armadura normal (RILEM TC 162-TDF e Instrucciones CNR_DT204_2006).

    Para hacer esto, las Instrucciones CNR sugieren asumir una distribucin constante de las tensiones de amplitud igual a la tensin de traccin caracterstica al Estado Lmite de Ejercicio, fFtsk.

    Armadura mnima para el control de las fisuras

    Para controlar las fisuras, en los elementos encorvados es necesario prever una armadura mnima.

    En las Instrucciones CNR el rea de la armadura mnima vale:

    donde: - As es el rea de armadura a flexin tendida (mm2). En el caso A

    s resulte negativa, la

    armadura mnima puede estar constituida nicamente por refuerzo fibroso; - Act es el rea de hormign de la seccin sujeta a traccin (mm2), determinada asu-miendo un Estado de Esfuerzo al lmite elstico; - s

    s es la mxima tensin en la armadura admisible en la fase con fisuras. Puede ser

    asumida igual al enervamiento del acero; - f

    ct,ef es la resistencia a traccin del hormign efectiva al momento de la primera fisura

    [mm2]. Depende de las condiciones ambientales. En falta de datos especficos, se debe consi-derar la resistencia a traccin determinada a 28 das del vaciado; - k

    c es un coeficiente que tiene en cuenta la redistribucin seccional de los esfuerzos

    inmediatamente antes de la fisura. kc=1 en presencia de pura traccin, k

    c=0.4 en presencia de

    pura flexin,

    para e/h0,4;

    - k

    s tiene en cuenta el efecto de esfuerzos autoequilibrados no uniformes. En la falta de

    datos precisos, este valor puede ser considerado igual a 0,8; - k

    p tiene en cuenta la presencia de la precompresin:

  • 3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    50

    A continuacin se hace amplia referencia a regulaciones contenidas en las norma se muestran a continuacin:

    - ACI Committee - Report 544.1R State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Con-crete - ACI Committee - Report 544.2R Measurement of Properties of Fiber Reinforced Con-crete - ACI Committee Report 544.4R Design Considerations for Steel Fiber Reinforced Concrete - ASTM C39 - Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens - ASTM C157 - Standard Test Method for Length Change of Hardened Hydraulic-cement Mortar and Concrete - ASTM C418 - Standard Test Method for Abrasion Resistance of Concrete by Sandblast-ing - ASTM C496 - Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Con-crete Specimens - ASTM C512 - Standard Test Method for Creep of Concrete in Compression - ASTM C666 - Standard Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing - ASTM C779 - Standard Test Method for Abrasion Resistance of Horizontal Concrete Surfaces - ASTM C1018 - Standard Test Method for Flexural Toughness and First-Crack Strength of Fiber Reinforced Concrete - ASTM C1116 - Standard Specification for Fiber Reinforced Concrete and Shotcrete - ASTM C1399 Standard Test Method for Obtaining Average Residual-Strength of Fiber Reinforced Concrete - ASTM C1550 - Standard Test Method for Flexural Toughness of Fiber Reinforced Con-crete (Using Centrally Loaded Round Panel) - ASTM C1579 - Standard Test Method for Evaluating Plastic Shrinkage Cracking of Restrained Fiber Reinforced Concrete (Using a Steel Form Insert) - CRD-C 63-80 - Test Method for Abrasion-Erosion Resistance of Concrete (Underwater

    3.4 - Marco normativo actual.

    donde:

    es la relacin de precompresin, ev es la excentricidad de la resultante e la fuerza de precom-

    presin,

    En pura flexin kc=0,4 , por lo tanto k

    p=1-1,5a

  • 51

    3. Hormign fibroreforzado; Elementos bsicos para el diseo estructural.

    Method), U.S. Army Corps of Engineers - AASHTO PP34-98 - Standard Practice for Estimating the Crack Tendency of Concrete - EFNARC - European Specification for Sprayed Concrete - EN 206-1 - Concrete - Part 1: Specification, performance, production and conformity - EN 12390-3 - Testing hardened concrete - Compressive strength of test specimens - EN 12390-6 - Testing hardened concrete - Tensile splitting strength of test speci-mens - EN 12390-8 - Testing hardened concrete - Depth of penetration of water under pres-sure - EN 13581 - Products and systems for the protection and repair of concrete structures - Test method - Determination of loss of mass of hydrophobic impregnated concrete after freeze-thaw salt stress - EN 13687-1 - Products and systems for the protection and repair of concrete structures - Test methods - Determination of thermal compatibility - Freeze-thaw cycling with de-icing salt immersion - EN 14651 Precast concrete products - Test method for metallic fibre concrete - Mea-suring the flexural tensile strength - CEN EN 1992-1-1 - Eurocode 2 Design of concrete structures - Part 1-1:general rules and rules for buildings - CEN/TR 15177 - Testing the freeze-thaw resistance of concrete - Internal structural damage - RILEM TC 162-TDF: Test and design methods for steel fibre reinforced concrete Bend-ing test - RILEM TC 162-TDF: Test and design methods for steel fibre reinforced concrete s-e Design Method - RILEM CPC-18 Measurement of hardened concrete carbonation depth - NF P18-409 Beton avec Fibres Metalliques. Essai de flexion - UNE 83-510 Determination del Indice de Tenacidad y Resistencia a Primera Fisura - NBN B 15-238 Essai des btons renforcs des fibres. Essai de Flexion sur prouvettes prismatiques - JCISF4 Method of Tests for Flexural Strength and Flexural Toughness of Fiber Rein-forced Concrete - UNI 7087 - Calcestruzzo - Determinazione della resistenza al degrado per cicli di gelo e disgelo - UNI 9944 - Corrosione e protezione dellarmatura del calcestruzzo. Determinazione della profondit di carbonatazione e del profilo di penetrazione degli ioni cloruro nel calcestruzzo - UNI 11039-1 Calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio. Part. I: Definizioni, clas-sificazione e designazione - UNI 11039-2 Calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio. Part. II. Metodo di prova per la determinazione della resistenza di prima fessurazione e degli indici di duttilit - UNI U73041440 - Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi strutturali in calcestruzzo rinforzato con fibre dacciaio - Norme Tecniche per le Costruzioni Decr. 14/09/05 G.U. 23/09/05 - CNR_DT204_2006 - Istruzioni per la Progettazione, lEsecuzione ed il Controllo di Strut-ture di Calcestruzzo Fibrorinforzato - ISO 834 Fire resistance tests - Elements of building construction - BS 476 - Fire tests on building materials and structures

  • 4 - Diseo y consideraciones particulares para mezclas de hormign; Recomendaciones para la incorporacin de fibras dentro de la mezcla.

    Sin duda alguna el hormign es el material ms utilizado por el hombre en la construccin de estruc-turas civiles. Son muchos las experiencias e investigaciones que han sido llevadas a cabo para perfec-cionar los tipos de hormign, sin embargo, en este captulo no se pretende abarcar una exposicin amplia de la tecnologa del hormign, sino un resumen de las caractersticas primordiales de dicho material, haciendo nfasis en los aportes que las fibras son capaces de ofrecer. Con este captulo se pretende que el lector tenga una visin de cuales son los aspectos tecnolgicos para la formulacin del hormign reforzado con fibras metlicas.

    El SFRC Hormign Reforzado con Fibras Metlicas, no es ms que el mismo compuesto de hor-mign al que se le incorporan las fibras creando dentro de la matriz una armadura tridimensional aumentando notablemente la resistencia mecnica post fisura del hormign.

    El hormign utilizado de forma bombeada o vertida es el ms utilizado en la actualidad, la mayora de las implementaciones que se le dan a este material es a travs de este mtodo. Es importante a la hora de disear el hormign considerar que uso se le dar y si ser necesario una mayor o menor trabajabilidad. Durante el desarrollo de este capitulo se pretende exponer de forma resumida cuales son las consideracin a tomar en cuenta para su formulacin. Para la formulacin de cualquier tipo de hormign es necesario tener en cuenta las tres principales variables que deben ser modificadas para alcanzar el resultado esperado: relacin agua / cemento, trabajabilidad (medida a travs del cono de Abrams) y dosis de cemento. La interrelacin entre estas tres variables permiten alcanzar una resistencia especfica del hormign, es decir, si alguna de las tres vara, entonces debern variar las dems si se quiere conservar la misma resistencia (Ver Figura 4.1).

    4. 1 - Hormigones, aspectos tecnolgicos para su formulacin.

    Figura 4.1- Relacin bsica entre los parmetros que condicionan la mezcla.

    53

  • 54

    4. Diseo y consideraciones particulares para mezclas de hormign; Recomendaciones para la incorporacin de fibras dentro de la mezcla.

    La relacin que existe entre estas tres variables puede ser definida con bastante exactitud a travs de la siguiente ecuacin:

    En donde:c = Dosis de cemento (kg/m3)a = a/c = relacin agua / cemento (1/kg)T = Asentamiento en el cono de Abrams (cm)K, m y n son variables que dependen del tipo de agregado que se utilice.

    Esta ecuacin se conoce como la relacin triangular, y junto con la ley de Abrams (trabajabilidad) conforman las dos leyes principales a tomar en cuenta para el diseo de mezcla a travs del mtodo que en este manual se propone.

    Actualmente existe una gran variedad de metodologas de diseos propuestas, en este manual se presenta un mtodo con un carcter general el cual ha sido utilizado y comprobado en muchas oca-siones. El mtodo fue concebido para hormigones con resistencia a compresin (resistencia media a 28 das de edad, en probetas cilndricas de 15cm de dimetro y 30cm de altura) entre 18MPa y 42MPa y asentamiento en el cono de Abrams entre 2,5cm y 18cm. Para hormigones particulares (condiciones distintas a las planteadas) se recomienda utilizar otra metodologa de diseo.

    La metodologa que a continuacin se describe se presentar de una forma resumida, en caso de querer profundizar ms en el tema se recomienda ver las normativas correspondientesDatos de Entrada

    1) Resistencia:

    La resistencia de clculo o resistencia caracterstica deber ser igual a la resistencia a compresin es-perada por el calculista, aumentada por medio de siguiente ecuacin (resistencia medida en probetas de 15 cm de dimetro y 30 cm de altura):

    Donde;F

    cr =Resistencia a compresin de clculo o resistencia caracterstica.

    fc = Resistencia a compresin esperada por el calculista.

    Z = Variable tipificada de la distribucin normal (Ver Tabla 4.1).s = Desviacin estndar esperada para el concreto (Ver Tabla 4.2).

  • 4. Diseo y consideraciones particulares para mezclas de hormign; Recomendaciones para la incorporacin de fibras dentro de la mezcla.

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    Tabla 4.2 - Relacin entre el grado de control y la desviacin estndar.

    2) Asentamiento

    Deber ser calculado a travs del cono de Abrams. Debe tenerse en cuenta que mientras mayor sea la dificultad para colocar el hormign, menor tendr que ser el asentamiento. En la tabla 4.3 se puede ver los valores usuales de asentamiento:

    Tabla 4.1 - Fracciones definitivas y valores de la variable tipificada Z correspondiente.

    Tabla 4.3 - Valores usuales de asentamiento.

    3) Tamao Mximo de agregado

    El tamao mximo de agregado deber ser seleccionado dependiendo de la utilizacin y el tipo de estructura en el que ser implementado el hormign. Alguna de las consideracin que debern te-nerse en cuenta para la seleccin del tamao mximo de agregado son, que en ningn caso el tamao mximo de agregado deber ser mayor que 1/

    3 de la dimensin menor de la pieza a hormigonar, ni

    deber ser mayor a la separacin entre la armadura.

  • 56

    4. Diseo y consideraciones particulares para mezclas de hormign; Recomendaciones para la incorporacin de fibras dentro de la mezcla.

    Usualmente el tamao mximo de agregado se encuentra entre 2 y 5cm, si se utilizan ridos con mayores tamao mximo se producirn hormigones que tienden a la segregacin, mientras para hormigones de altas resistencias se recomiendan tamaos mximos de menores dimensiones. 4) Lmites granulomtricos

    En el hormign debern actuar conjuntamente agregados de distintos tamaos, repartidos en una forma tal que el conglomerado trabaje de la mejor manera. Existen muchas teoras con respecto a cual es la combinacin o mejor granulometra que se debe adoptar en determinado proyecto, de manera general en la Tabla 4.4 se dan los lmites granulomtricos apropiados para agregados combinados de diferentes tamaos mximos.

    5) Relacin b

    Representa el peso de Arena expresado en porcentaje con relacin a el peso total de agregados que existe en el conglomerado (Arena + Agregado Grueso), y se expresa a travs de la siguiente ecuacin:

    Esta relacin debe encontrarse de forma tal que el combinado tenga una granulometra dentro de la zona recomendada en la tabla 4.4. Existen varios mtodos para el clculo correcto de b, el ms simple y bastante exacto es el mtodo grfico, el cual puede ser encontrado en el comn de la bibliografa usual para la formulacin del hormign.

    6) Ley de Abrams

    Esta ley establece la correlacin existente entre la resistencia del hormign y la relacin agua cemento en peso, dicha expresin se simboliza como a:

    Donde;a = Peso de a