Concreto reforzado con fibras de acero

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Documento que describe el concreto reforzado con fibras de acero, sus características y ventajas en la ingenieria civil.

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  • 1. HORMIGN CON FIBRAS DE ACEROrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012ndice 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.Perspectiva histrica Generalidades Caractersticas de las fibras Modelizacin mecnica Propiedades del Hormign Reforzado con Fibras de Acero Dosificacin y fabricacin Otros hormigones reforzados con fibrasrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012

2. 1. Perspectiva histrica Inconveniente tradicional del mortero y el hormign: Baja resistencia a traccin Alta fragilidad control mediante el uso de refuerzosa) Refuerzo localizado a traccin: HORMIGN ARMADO b) Refuerzo distribuido a fisuracin: HORMIGN CON FIBRASrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20121. Perspectiva histricaa. C. a. C. 1900 1920 (1935 - 85) 1935 1950 1960 1970 (1985, - ) 19902000+ Fibras naturales Crines de caballo Fibras de asbesto (Hatscheck) Resistencia terica/resistencia aparente Desarrollo de fibras sintticas DuPont: fibra de nylon Materiales compuestos FRC (Hormign armado con fibras) Hormign proyectado (gunita) Fibras orgnicas de altas prestaciones Micromecnica, sistemas hbridos, fibras derivadas de la madera, procesos de produccin, armadura secundaria, control de la retraccin Aplicaciones estructurales, integracin en normativas, nuevos productosrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 3. 1. Perspectiva histrica: HRFA 187419271943>19501970A. Berard (California): Primera patente de hormign reforzado con acero granular procedente de desechos G. Martin (California): patente de hormign reforzado con alambres rizados de acero, refuerzo de tuberas Constantinescu (Inglaterra): patente de hormign reforzado con fibras helicoidales y espirales, para pavimentos de carros de combate, refugios frente a ataques areos, cimentaciones para maquinaria pesada,. Proliferacin de investigacin en hormign reforzado con fibras de acero Comienzo de empleo de hormign reforzado con fibras de acero en Espaarea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012ndice 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.Perspectiva histrica Generalidades Caractersticas de las fibras Modelizacin mecnica Propiedades del Hormign Reforzado con Fibras de Acero Dosificacin y fabricacin Otros hormigones reforzados con fibrasrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 4. 2. Tipos de fibras Fibras metlicas: refuerzo de estructuras Acero, acero inoxidable, acero galvanizadoFibras sintticas: control de fisuracin, mejora de resistencia a impacto Elevado mdulo de deformacin, elevada resistencia a traccin, bajo peso Polietilenos de alta tenacidad, aramidas, poliariatos, fibra de carbonorea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20122. Objetivo de las fibras Control de la fisuracin: proporcionan fisuracin ms dispersa (menor abertura de fisuras) Aumento de resistencias Traccin CompresinMayor ductilidad Aumento de la tenacidadrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 5. 2. Efectos de las fibras Similares al efecto de armaduras: Mejoran el comportamiento del hormign a traccin Aumentan la ductilidad del hormign (rea bajo la curva tensin de compresin-deformacin)Efectos adicionales Proporcionan isotropa en ft al no presentar direccin preferente Aumentan resistencia al impacto y choque Aumentan resistencia a fatiga Reducen la abertura de fisuras (+ durabilidad) Reducen ligeramente la retraccin del hormignrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20122. Inconvenientes de las fibras Empeoran trabajabilidad del hormign (=ridos aciculares) El parmetro L/D resulta esencial Si L/D 1, la fibra es esfrica y el hormign tiene ms trabajabilidadPueden producir segregacin Aumento del costerea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 6. 2. Tipos de hormign con fibras FRCFiber reinforced concrete (HRF)SFRCSteel Fiber Reinforced Concrete (HRFA)GFRCGlass Fiber Reinforced ConcreteSNFRCSynthetic Fiber Reinforced ConcreteNFRCNatural Fiber Reinforced ConcreteSIFCON Slurry Infiltrated Fibers Concrete= fibras (Vf=5-20%) + cemento + humo de slice + metacaoln o cenizas volantes. Gran tenacidad y alta resistencia. Contenedores de municin, pavimentos, hormigones refractarios,rea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20122. Aplicaciones especficas Elementos de lmina delgada Componentes que soportan localmente cargas o deformaciones elevadas No caben las barras Contenido elevado de fibras (> 5% en volumen) Las fibras mejoran la resistencia y tenacidadEscudos de proteccin en tneles Estructuras resistentes a explosiones y vibraciones Pilotes prefabricados para hincarComponentes con control de fisuracin Forjados, soleras, pavimentos Funciona como refuerzo secundariorea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 7. 2. Aplicaciones Pavimentos Suelos industriales Bases de carros de combate, hangares, recintos protegidos de impactos de metralla y proyectiles Hormign proyectado (gunita), en revestimientos de tneles y galeras de minas Lminas Cubiertas Tuberas Prefabricados Paneles Muros cortina GFRC Trillium Building WoodlandHills, California Losas de cimentacin Capa de compresin de tableros de puentes Elemento de contencin de vehculos Elementos de proteccin frente a impactosrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012rea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 8. rea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012rea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 9. rea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012rea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 10. 2. Aplicaciones especficasrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20122. Aplicaciones especficasrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 11. ndice 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.Perspectiva histrica Generalidades Caractersticas de las fibras Modelizacin mecnica Propiedades del Hormign Reforzado con Fibras de Acero Dosificacin y fabricacin Otros hormigones reforzados con fibrasrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20123. Clasificacin de las fibras Inorgnicas: fibra de vidrio, fibra de carbono Orgnicas: vegetales y sintticas Metlicas: acero, acero inoxidable y acero galvanizado Obtencin a partir de corte de alambre trefilado de acero de bajo contenido de carbono, corte de lminas de acero, o arrancamiento en caliente (virutas) Para mejorar la adherencia: ondulaciones, corrugas, extremos conformados, ganchos,rea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 12. 3. Requisitos mecnicos Resistencia a traccin mayor que la matriz Deformacin en rotura mayor que la matriz Mdulo de deformacin: mejor respuesta en seccin compuesta para mayores rigideces Coeficiente de Poisson: similar a la matriz Coeficientes de Poisson mayores en las fibras inducen traccionesAdherencia con la matriz Fluencia controladarea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20123. Requisitos geomtricos Relacin L/D adecuada Forma y textura adecuadas Tamao proporcionado al grano de la matriz Estructura filamentosarea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 13. 3. Requisitos fsico-qumicos Durabilidad Atencin a ambientes agresivos Posible uso de fibras galvanizadas o inoxidables en ambientes con cloruros (III, IV) Estudio especfico en ambientes qumicos agresivosAusencia de toxicidadrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20123. Propiedades de diversas fibrasrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 14. 3. Tenacidad e ndice de tenacidad UNE 83510:2004Factor de Tenacidad: rea bajo la curva cargaflecha en ensayo a flexotraccin, hasta flecha= (luz /150) entre apoyosndice de Tenacidad, I30: rea bajo la curva carga-flecha en ensayo a flexotraccin, hasta flecha=15.5 veces flecha 1 fisura/ rea bajo la curva carga-flecha en ensayo a flexotraccin, hasta flecha de 1 fisurarea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20123. Tenacidad e ndice de tenacidadrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 15. 3. EHE-08: resistencia a flexotraccin Ensayo sobre probeta prismtica de 150 mm x 150 mm x 600 mm a 28 das FL: lmite de proporcionalidad F1: abertura de fisura 0.5 mm F3: abertura de fisura 2.5 mm fct,fl fR,1 fR,3fct,fl fR,1 fR,3Resistencia a flexotraccin resistencia residual a flexotraccin 1 resistencia residual a flexotraccin 3fR,1 > 0.40fct,fl ; fR,3 > 0.20fct,fl rea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20123. EHE-08: resistencia a flexotraccinrea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/2012 16. 3. EHE-08: tipificacin Designacin: T - R / f R1 R3 / C / TM - TF / A T: Tipo {HMF, HAF, HPF} R: Resistencia caracterstica en N/mm2 F: Tipo de fibras {A, P, V} R1, R3: Resistencias fR,1,k ,fR,3,k en N/mm2 C: Consistencia TM: Tamao mximo de rido en mm TF: Longitud mxima de fibra en mm A: Ambienterea de Ingeniera de la ConstruccinMateriales y Sistemas Constructivos 2011/20123. HRF: Normativa espaola EHE-08 (dentro de su campo de aplicacin): ANEJO 14UNE-EN 14651: Ensayo de flexotraccin (lmite de proporcionalidad, resistencia residual)UNE-EN 14889-1:2008. Fibras para hormign, Parte 1 : Fibras de acero. Definiciones, especificaciones y conformidad. UNE-EN 14889-2:2008. Fibras para hormign, Parte 2 : Fibras polimricas. Definiciones, especificaciones y confor