Post on 23-Jul-2022
Trabajo realizado por:
Andrés Mauricio García Chacón
Dirigido por:
Alberto de la Fuente Antequera Tomás García Vicente
Máster en:
Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos
Barcelona, Septiembre 2019
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental
TR
AB
AJO
FIN
AL
DE
MÁ
STER
Adherencia de barras de acero
corrugado embebidas en matrices
de hormigón con fibras
Resumen
i
Adherencia de barras corrugadas embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
RESUMEN
En las últimas décadas el avance en la construcción, sus materiales y sus técnicas, así como las
investigaciones que engloban este campo, han permitido al hormigón reforzado con fibras abrirse paso
en su aplicación, ganando especial interés en el ámbito estructural. En más de cinco décadas se ha
desarrollado el estudio de este material, el cual ha permitido un mejor entendimiento de su
comportamiento y puesta en escena. El interés en el desarrollo del estudio de este material está
asociado especialmente a la contribución en ductilidad y control de fisuración que el refuerzo de fibras
aporta al material.
El presente trabajo se dirige al análisis, mediante estudio experimental, de la adherencia entre
las barras de acero corrugado con la matriz de hormigón reforzado con fibras y el efecto que puede
producir la incorporación de este refuerzo discontinuo en todo el mecanismo adherente para un
apropiado comportamiento como material compuesto.
Con este objetivo, se llevó a cabo una campaña experimental constituida principalmente por un
ensayo de adherencia por arrancamiento (pull-out), en el cuál, las variables fueron el tipo de fibra y las
cuantías empleadas: hormigón de control (sin fibras), hormigón reforzado con fibra plástica
(polipropileno) con cuantías de 2, 4 y 6 kg/m3 y con fibra metálica (acero) con cuantías de 20 y 40
kg/m3; y el diámetro de barra embebida en las probetas cúbicas (𝜙12 mm y 𝜙16 mm).
Además, para la caracterización de cada uno de los hormigones fabricados, se realizaron
ensayos de compresión simple, de módulo de elasticidad secante, de tracción indirecta (ensayo
brasileño) y de flexotracción.
Adicionalmente, como un breve acercamiento al comportamiento adherente del hormigón
proyectado con fibras, se realiza un breve análisis de ensayos llevados a cabo en las inmediaciones de
una obra de construcción de un túnel carretero.
Los resultados ponen de manifiesto que el refuerzo con fibras plásticas no presenta un efecto
significativo en el comportamiento adherente y que, por otra parte, las fibras metálicas reducen las
tensiones de adherencia para las cuantías de fibras, diámetros de barra y dosificaciones empleadas. Por
tal razón, se concluye que la longitud de anclaje para las barras de acero corrugado no ha de ser
modificada al incorporar fibras como refuerzo en el hormigón.
Abstract
ii
Adherencia de barras corrugadas embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
ABSTRACT
In recent decades, the advancement in construction, its materials and its techniques, as well as
the advancement in research within the field, has allowed the fibre-reinforced concrete to make its way
in its implementation, gaining special interest in the structural scope. In more than five decades, the
study of this material has developed, allowing for a better understanding in its behaviour and use. The
interest in developing the material is associated particularly to the contribution that the fibre-
reinforcement provides in ductility and crack control.
This work analyses, by means of experimental study, the bonding between the rebars and the
fibre-reinforced concrete matrix. It focuses on the influence that the addition of this discontinuous
reinforcement could have on the bonding mechanism for an appropriate behaviour as a composite
material.
With this objective, an experimental campaign that consisted of mainly a bonding test (pull-out
test) was carried out, in which the variables were the fibre type and the amounts used: control concrete
(with no fibres), plastic (polypropylene) fibre-reinforced concrete with quantities of 2, 4 and 6 kg/m3,
and metal (steel) fibre-reinforced concrete with quantities of 20 and 40 kg/m3; and the rebar diameter
embedded in the cubic specimens (𝜙12 mm y 𝜙16 mm).
Furthermore, some tests were carried out for the characterization of each produced concrete:
simple compression, secant elasticity modulus, indirect tensile test (Brazilian test) and 3-point bending
test.
Additionally, as a slight approach to the bonding behaviour of the sprayed fibre-reinforced
concrete (fibre-reinforced shotcrete), a brief analysis of the results obtained from the concrete,
employed in a tunnel construction, is carried out.
The results expose that the reinforcement with plastic fibres does not present a significant effect
in the bonding behaviour and on the other hand, that the steel fibres reduce the bonding stress and
bonding strength with the fibres quantity, rebar diameter and dosage employed. For that reason, it is
concluded that the rebars development length should not be modified with the incorporation of fibres
to the concrete.
Andrés Mauricio García Chacón
Índice
iv
Adherencia de barras corrugadas embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 14
1.1. OBJETIVOS .................................................................................................................. 15
1.1.1. General ......................................................................................................................... 15
1.1.2. Específicos ................................................................................................................... 16
1.2. MÉTODOLOGÍA ......................................................................................................... 16
ESTADO DEL CONOCIMIENTO .............................................................................. 18
2.1. HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS ................................................................ 18
2.1.1. Características del hormigón reforzado con fibras .......................................................... 18
2.1.2. Fibras de acero ................................................................................................................. 28
2.1.3. Fibras de polipropileno .................................................................................................... 30
2.2. HORMIGÓN PROYECTADO ..................................................................................... 31
2.2.1. Campo de aplicación .................................................................................................... 32
2.2.2. Métodos de aplicación ................................................................................................. 32
2.2.3. Fenómenos asociados al proceso de proyección .......................................................... 33
2.3. ADHERENCIA ENTRE ACERO Y HORMIGÓN ...................................................... 34
2.3.1. Factores que influyen en la adherencia ........................................................................ 37
2.3.2. Adherencia entre Hormigón Reforzado con Fibras y barras de acero ......................... 40
2.3.3. Longitud de anclaje ...................................................................................................... 43
2.4. ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LA ADHERENCIA .................... 46
2.4.1. Ensayo de adherencia. Ensayo de la viga .................................................................... 46
2.4.2. Ensayo de adherencia. Ensayo por arrancamiento (Pull-Out) ..................................... 49
CAMPAÑA EXPERIMENTAL ................................................................................... 52
3.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 52
3.2. VISIÓN GENERAL DE LA CAMPAÑA EXPERIMENTAL ..................................... 52
3.3. DOSIFICACIÓN Y FABRICACIÓN DE PROBETAS ............................................... 55
3.3.1. Dosificación ................................................................................................................. 55
3.3.2. Fabricación de probetas ............................................................................................... 56
3.4. ENSAYOS SOBRE PROBETAS MOLDEADAS ....................................................... 58
3.4.1. Ensayo de resistencia a compresión ............................................................................. 59
3.4.2. Ensayo para la determinación del Módulo secante de elasticidad en compresión ....... 59
3.4.3. Ensayo de resistencia a tracción indirecta (Ensayo Brasileño) .................................... 60
3.4.4. Ensayo de resistencia a la tracción por flexión ............................................................ 61
Índice
v
Optimización del refuerzo de dovelas de hormigón para el revestimiento de túneles. Campaña experimental
3.4.5. Ensayo de adherencia por arrancamiento .................................................................... 63
3.5. ENSAYOS SOBRE HORMIGÓN PROYECTADO .................................................... 64
3.5.1. Ensayo propuesto de adherencia sobre hormigón reforzado con fibras proyectado .... 66
RESULTADOS Y ANÁLISIS ..................................................................................... 69
4.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 69
4.2. ENSAYOS SOBRE PROBETAS MOLDEADAS ....................................................... 69
4.2.1. Ensayo de resistencia a compresión ............................................................................. 69
4.2.2. Ensayo del Módulo de elasticidad en compresión ....................................................... 71
4.2.3. Ensayo de resistencia a tracción indirecta (Ensayo Brasileño) .................................... 72
4.2.4. Ensayo de resistencia a la tracción por flexión ............................................................ 73
4.2.5. Ensayo de adherencia por arrancamiento .................................................................... 81
4.3. ENSAYOS SOBRE HORMIGÓN PROYECTADO .................................................... 95
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................................... 101
5.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 101
5.2. CONCLUSIONES EN CUANTO AL COMPORTAMIENTO ADHERENTE ......... 102
5.3. CONCLUSIONES ADICIONALES ........................................................................... 105
5.4. LINEAS DE INVESTIGACIÓN FUTURAS ............................................................. 107
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 110
ANEJOS .............................................................................................................................................. 118
Índice
vi
Índice de figuras
vii
Adherencia de barras corrugadas embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
ÍNDICE DE FIGURAS
Índice de figuras
viii
Índice de figuras
ix
Optimización del refuerzo de dovelas de hormigón para el revestimiento de túneles. Campaña experimental
Índice de figuras
x
Índice de tablas
xi
Adherencia de barras corrugadas embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
ÍNDICE DE TABLAS
Índice de tablas
xii
Índice de tablas
xiii
Andrés Mauricio García Chacón
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
INTRODUCCIÓN
El hormigón reforzado con fibras (HRF) es un material compuesto que ha ido tomando cada vez
mayor interés en aplicaciones estructurales a la vez que sus propiedades mecánicas son más conocidas
y objeto de diversas investigaciones (Plizzari & Tiberti, 2006). Tras más de 5 décadas bajo estudio, el
estado de conocimiento sobre el comportamiento de este material es bastante positivo, y sigue
presentando muchas líneas de investigación, debido a su gran interés teniendo en cuenta las
deficiencias principales del hormigón convencional: comportamiento frágil, baja resistencia a tracción
y baja resistencia a la apertura de las fisuras producida y su propagación (Brandt, 2008).
Este material está siendo ampliamente utilizado estructuralmente donde la integridad y
seguridad es esencial, debido a su gran capacidad de absorción de energía bajo tracción, cuyas fibras
permiten una redistribución de tensiones aumentando la tenacidad del material. (Plizzari & Tiberti,
2007)
La adición de fibras para el refuerzo de este material genera una reducción en el ancho de fisura,
pero también un menor espaciamiento entre estas; esto se traduce en una mejora para las estructuras en
cuanto a seguridad y durabilidad. El material que permanece intacto entre fisuras sufre una
Introducción
15
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
rigidización y permite un mejor comportamiento en tensiones residuales, debido al efecto puente
generado por las fibras. (Tiberti, Minelli, & Plizzari, 2015) (Brandt, 2008)
En especial, en la actualidad reviste un gran interés su uso en dovelas de túnel prefabricadas
para su uso junto con tuneladoras (TBM por sus siglas en inglés “Tunnel Boring Machines”). El uso
de fibras permite reducir e incluso sustituir completamente el uso de refuerzo convencional (hormigón
armado) (Plizzari & Tiberti, 2007)
Igualmente, Plizzari y Tiberti (2007) señalan la ventaja que presenta el HRF ante cargas de
impacto, al presentar refuerzo en la zona de recubrimiento. Esta característica puede ser esencial en el
proceso constructivo, donde la manipulación de las dovelas prefabricadas puede generar impactos en
los elementos.
Sin embargo, también es extendido el uso del refuerzo con fibras para túneles con hormigón
proyectado, pavimentos (tanto industriales como carreteros) y tuberías de saneamiento. El empleo de
fibras permite la sustitución total o parcial del armado convencional de barras de acero, lo cual
conlleva un beneficio económico, especialmente por reducción en los tiempos de ejecución. (De la
Fuente, Pujadas, Blanco, & Aguado, 2012) (De la Fuente, Escariz, de Figueiredo, Molins, & Aguado,
2012)
Pero, por otra parte, es quizás menor el conocimiento en cuanto al comportamiento adherente
entre la armadura convencional (barras de acero) y la matriz de hormigón para el HRF. La adherencia
entre estos dos materiales es esencial para el comportamiento como material compuesto del HRF, ya
que una adherencia intacta, totalmente efectiva, beneficia en la integridad y en el comportamiento
general de las estructuras armadas. La adición de fibras, según Chu y Kwan (2019), mejora el
comportamiento adherente, en especial con barras de acero deformadas (corrugadas o grafiladas). Sin
embargo, los autores (Chu & Kwan, 2019) en este artículo sugieren necesario un estudio más
completo en cuanto a la adherencia, en el que no solo se considere la tensión de adherencia última,
sino también otras propiedades como la curva tensión-deslizamiento, rigidez de adherencia y
tenacidad de adherencia, con el fin de obtener un modelo adecuado de la adherencia entre estos dos
materiales.
Es por esto, debido al incremento en el interés estructural del HRF y el comportamiento
adherente frente a las barras de acero aún bajo estudio para un avanzado conocimiento de este, que se
halla una motivación para la realización del presente trabajo.
1.1. OBJETIVOS
1.1.1. General
El objetivo general del presente documento yace en el estudio de la adherencia entre las barras de
acero corrugado y la matriz de hormigón reforzado con fibras. Se estudia para hormigón moldeado,
llevando a cabo una campaña experimental, donde el HRF presenta distintas cuantías de fibras, tanto
plásticas como metálicas; y como una breve extensión, que además reflejará la necesidad de realizar
estudios más extensos, la adherencia para hormigón proyectado (in-situ), tomando resultados de
ensayos realizados previamente.
Introducción
16
Con esto se pretende comprobar si es posible la modificación en la expresión de cálculo de la
longitud de anclaje para la armadura en un hormigón armado con HRF.
1.1.2. Específicos
Los objetivos específicos englobados en el objetivo general y que permiten su alcance son los
presentados a continuación:
• Revisión de la literatura y el estado del conocimiento
• Caracterización de las distintas dosificaciones empleadas para el estudio mediante campaña
experimental
• Determinación del comportamiento adherente para distintos tipos de fibra y para distintas
cuantías de estas en el HRF
• Evaluación, a modo de breve extensión y aplicación sobre hormigón proyectado, del
comportamiento adherente para la campaña previa realizada sobre hormigón dosificado
como hormigón proyectado, en el entorno de una obra de construcción, para distintos planos
de armado, variando el diámetro de barra embebida y la técnica de colocación (vertido y
compactado o proyectado). El alcance en cuanto a este objetivo no será muy ambicioso,
debido a la falta de variación de cuantía de fibras empleadas en la campaña externa, en la
cual, se pretendía un ligero acercamiento en el estudio de hormigón proyectado con fibras.
• Análisis y conclusión derivados de los resultados experimentales obtenidos, así como de los
aportados por la campaña previa de hormigón proyectado.
1.2. MÉTODOLOGÍA
A continuación, se presenta la estructura del presente trabajo y la metodología seguida para la
consecución de los objetivos planteados.
Capítulo 1
En el capítulo 1 se realiza una breve introducción sobre el Hormigón Reforzado con Fibras, se
describen los objetivos para el presente trabajo y se presenta la metodología llevada a cabo.
Capítulo 2
En este capítulo se presenta el estado del conocimiento, con la revisión de la literatura
correspondiente, para poder abordar el presente trabajo. Los temas abordados son: hormigón reforzado
con fibras, Hormigón Proyectado, Adherencia entre barras de acero y matriz de hormigón y ensayos
normalizados para su caracterización.
Capítulo 3
En el capítulo 3 se describe la campaña experimental llevada a cabo, la visión general,
planificación y ensayos realizados para el estudio planteado.
Capítulo 4
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos para la campaña experimental realizada, así
como el análisis de los mismos.
Introducción
17
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Capítulo 5
En el último capítulo se describen las conclusiones obtenidas del trabajo realizado, así como
sugerencias para futuras investigaciones que permitan corroborar, afianzar y aumentar el conocimiento
frente a la adherencia en el hormigón reforzado con fibras.
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
ESTADO DEL CONOCIMIENTO
2.1. HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS
2.1.1. Características del hormigón reforzado con fibras
El hormigón es conocido por tener baja resistencia a tracción, característica que, unida a su
comportamiento frágil, produce el fallo sin aviso. Por ello, ha sido necesario utilizar refuerzos para
mejorar su comportamiento a tracción siendo el acero el material generalmente utilizado para dicho
desempeño. En el caso de las fibras, a diferencia del uso de barras, se añaden de forma aleatoria por
todo el hormigón y no sólo en la zona de tracción.
Los primeros intentos para introducir elementos no continuos fueron utilizando pequeños
segmentos de cable o clavos de acero que datan de 1910 (Naaman, Fiber reinforcement for concrete,
1985). Por otra parte, no fue hasta la década de 1960 cuando se empezaron a realizar las primeras
investigaciones sobre el efecto de las fibras en el hormigón, en Estados Unidos. Así pues, Roumaldi
(Roumaldi & Batson, 1963) concluyó que, utilizando fibras con un espaciado por debajo de un rango
predecible, el tamaño de fractura máxima en el hormigón es igual al mencionado espaciado. En cuanto
Estado del conocimiento
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Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
a la resistencia a primera fisura, resultados experimentales realizados una década más tarde no han
sido capaces de establecer una relación entre ésta y el espaciamiento entre fibras (Swamy & Mangat,
1974).
La adición de fibras permite mejorar el comportamiento frente a fisuración, tanto a micro-
fisuración y macro-fisuración. Las fibras inhiben la iniciación de fisuras y el crecimiento de estas
micro-fisuras, pro una vez estas últimas generan macro-fisuración, el refuerzo con fibras permite
evitar la propagación inestable de estas mediante el efecto puente, mejorando considerablemente la
ductilidad y tenacidad del material. (Banthia & Gupta, 2004)
Se han realizado múltiples investigaciones sobre el comportamiento del hormigón con diversos
tipos de fibra. Ramakrishnan (Ramakrishnan, Wu, & Hosalli, 1989) realizó una comparativa
incluyendo fibras de acero y polipropileno, infiriendo que, para el hormigón fresco, las que más
mejoraban el comportamiento eran las fibras de acero con relieve, mientras que las de propileno
generaban oquedades con una considerable cantidad de aire. Por otra parte, las fibras de acero con el
extremo conformado (acabado en gancho) aportaban una mayor resistencia al fallo.
En cuanto a la mejora del comportamiento mecánico del hormigón a compresión, Ezeldin
(Ezeldin & Balaguru, 1992) determinó que el uso de fibras incrementaba marginalmente la resistencia
a compresión, la deformación correspondiente a la tensión máxima a compresión y el módulo de
elasticidad secante, pero aumentando considerablemente la ductilidad y capacidad de absorción de
energía de deformación. Además, indicó que el utilizar microsílice producía un comportamiento más
frágil en el hormigón que sin él, pero este fenómeno podía ser evitado si se añadía fibras por encima
de cierta cantidad.
Resistencia a tracción
El principal propósito de los ensayos sobre hormigón reforzado con fibras es caracterizar su
comportamiento después de la fisuración. Los tipos que con más precisión recogen este
comportamiento postfisuración son los ensayos de tracción uniaxial, sin embargo, estos ensayos suelen
ser sensibles a las imperfecciones de la muestra y a excentricidades que se puedan producir en los
aparatos utilizados. Por último, otro inconveniente radica en la complicación para obtener
distribuciones de tensiones uniformes alrededor de la fisura (Saludes, 2006).
Así, la resistencia a tracción es una de las propiedades más complicadas de medir, siendo más
extendido el uso de ensayos indirectos para caracterizarla. Esto es debido a que las deformaciones
producidas en las probetas de hormigón no son uniformes, concentrándose principalmente en el lugar
de aparición de la fisura principal (Visalvanich & Naaman, 1983).
Como alternativa al ensayo tradicional de tracción uniaxial, se pueden utilizar otros ensayos de
tracción directa como el ensayo de muestras con entalla, que trata de fisurar el hormigón sobre el
plano deseado, el ensayo denominado “Dogbone specimens” (ver Figura 2.1) que trata de evitar el
fallo del hormigón cerca de las sujeciones y, por último, el ensayo de cilindros con entalla (ver Figura
2.2) de elaboración más compleja pero que garantizan una aplicación uniforme de las tensiones.
(Mora, 2008)
Estado del conocimiento
20
Figura 2.1. Disposición del ensayo Dogbone Specimens (Reinhardt, 1998)
Figura 2.2. Ensayo sobre cilindros con entalla (Mora, 2008)
Como alternativa a los ensayos de tracción directa están los de tracción indirecta entre los que se
sitúa el ensayo brasileño entre los más conocidos debido a su facilidad de aplicación (ver Figura 2.3).
Otros ensayos son el ensayo “Wedge-Splitting” que no requiere de un equipo sofisticado y consiste en
producir una fisura en la zona donde se entalla el hormigón y el ensayo de doble punzonamiento que
busca fracturar la probeta cilíndrica a lo largo de los planos que contienen al eje del cilindro. Para una
descripción más detallada de los ensayos mencionados en este apartado, se puede consultar la tesis
realizada por Saludes (Saludes, 2006).
Estado del conocimiento
21
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 2.3. Disposición del ensayo de tracción indirecta. Ensayo brasileño
Es preciso mencionar que la caracterización a tracción mediante el ensayo brasileño no es ideal
para HRF, especialmente para fibras de acero, al poder producirse un efecto columna por la alineación
de cierta cantidad de fibras con la carga aplicada. Además, el ensayo no es muy objetivo debido a que
el hundimiento debido a la carga concentrada de compresión y a las grandes deformaciones a lo largo
de la fisura pueden generar un incremento progresivo en el área de contacto entre las franjas de
aplicación de carga y la probeta, lo que finalmente conlleva a un incremento de carga incluso después
de la fisuración. (Carmona, Gettu, & Aguado, 1998)
Adicionalmente, cuando el ensayo se realiza por control de fuerza o bien, por desplazamiento de
los platos de carga, el ensayo presenta mayor inestabilidad frente a un control en el alargamiento
diametral normal a la carga aplicada, lo que conlleva a mayor dispersión en los resultados (Rocco,
Guinea, Planas, & Elices, 1999). Es por esto que los autores proponen la modificación del ensayo para
una longitud menor de probeta y con control en el alargamiento diametral (ver Figura 2.4) que genera
un ensayo estable.
Figura 2.4. Ensayo brasileño con control en el alargamiento diametral (Rocco, Guinea, Planas, & Elices, 1999)
Carmona et al. (Carmona, Gettu, & Aguado, 1998) hallaron, mediante ensayo brasileño con
control mediante extensómetro del alargamiento diametral, la aportación al comportamiento
postfisuración para HRF con 0,5% y 1% en volumen de fibras (Vf). Se concluye que la resistencia
postfisuración puede llegar a ser mayor a la obtenida para el HRF sin fisurar con la incorporación de
este tipo de refuerzo (ver Figura 2.5)
Estado del conocimiento
22
Figura 2.5. Curva carga-alargamiento transversal para el ensayo brasileño modificado en HRF (Carmona, Gettu, &
Aguado, 1998)
Otra alternativa al ensayo brasileño para la caracterización indirecta de la tracción, ampliamente
utilizada para HRF, es el ensayo de doble punzonamiento. Este ensayo fue introducido en la década de
los 70 por Chen (1970) y consiste en la aplicación de una carga de compresión uniaxial sobre un área
reducida en las caras extremas, mediante punzones. En la Figura 2.6 se puede observar el esquema del
ensayo y el mecanismo de rotura idealizado para este ensayo. (Mora, 2008)
Figura 2.6. Esquema del ensayo de doble punzonamiento (izq) y mecanismo idealizado de rotura (der)
Así el ensayo de Barcelona (UNE_83515, 2010) corresponde a un ensayo de doble
punzonamiento, en el que las probetas tienen una esbeltez (h/d) igual a 1 y se mide tanto la carga
aplicada, como el desplazamiento vertical de los platos de carga y la apertura circunferencial de la
probeta, permitiendo la caracterización de la resistencia a tracción indirecta, así como de la tenacidad
y energía absorbida. (Mora, 2008)
El ensayo de Barcelona resulta una alternativa frente a los ensayos mencionados y frente a los
ensayos de flexotracción presentados más adelante. Permite el ensayo con un tamaño de probeta
menor por lo que representa un beneficio económico, un beneficio en cuanto a la complejidad del
ensayo y la posibilidad de obtener un mayor número de muestras a ensayar. Sin embargo, este ensayo
puede mostrar una desventaja frente a la iniciación de la fisuración y la estimación de la distribución
de tensiones. (Blanco, Pujadas, Cavalaro, De la Fuente, & Aguado, 2014)
Estado del conocimiento
23
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Resistencia a flexotracción
El consenso en relación con la mejora del comportamiento a flexión del hormigón con fibras
respecto al convencional es general, teniendo en cuenta factores como la orientación de las fibras, la
cantidad de éstas o su longitud entre otros (Tuner Fairbank Highway Research Center, 1994). En esta
misma línea, la resistencia a flexión del hormigón mejoraba de manera continua cuanto mayor era la
fracción de volumen de las fibras en el hormigón (Ghugal, 2003).
Así, el comportamiento a flexión sigue el patrón mostrado en la Figura 2.7, en el que inicialmente
predomina en respuesta la matriz de hormigón hasta llegar a la solicitación de las fibras a tracción
debido a la aparición de microfisuras, otorgándole resistencia residual a la pieza (incrementando la
ductilidad) y capacidad de absorción de energía de deformación. La resistencia residual del material
compuesto cae al perderse el anclaje de las fibras con el hormigón.
Figura 2.7. Comportamiento a flexión del HRF (Guillamón, 2013)
Los ensayos empleados generalmente para la caracterización a flexotracción del HRF son
realizados sobre vigas o paneles de hormigón.
En cuanto a los ensayos sobre vigas, debido al especial interés de caracterizar el comportamiento
postfisuración, se suele realizar una entalla que permita concentrar la primera fisura en la sección
central de la viga y poder determinar de una manera más estable mediante la apertura de la fisura. Así,
las principales variables a medir son la carga aplicada, la carga máxima (resistencia a flexotracción),
deflexión de la viga y apertura de fisura (Mora, 2008). Los procedimientos más extendidos sobre vigas
son el ensayo a flexión a 3 y 4 puntos.
El ensayo de flexión a 4 puntos (ver Figura 2.8) permite obtener un momento flector constante en
el tercio central de la probeta, pero al no realizarse entalla sobre este ensayo normalizado, se genera
una incertidumbre en la generación de la primera fisura, conllevando a una relativa elevada dispersión
en los resultados residuales. (NBN_B_15-238, 1992) (ASTM_C1609, 2019)
Estado del conocimiento
24
Figura 2.8. Esquema del ensayo de flexotracción a 4 puntos
Por otra parte, el ensayo de flexotracción a 3 puntos permite la concentración del momento
máximo en la sección central (sección donde se la carga es aplicada). Basado en este ensayo, para el
HRF se define el ensayo normalizado de flexión con entalla (UNE-EN-14651, 2007) (RILEM-TC-
162-TDF, 2002).
Figura 2.9. Esquema del ensayo de flexotracción a 3 puntos con entalla (RILEM-TC-162-TDF, 2002)
Debido a la realización de la entalla, el canto de la sección central puede presentar mayores
diferencias y generar grandes dispersiones en los resultados. Sin embargo, presenta la ventaja de la
concentración de la primera fisura en la sección deseada, permitiendo la medición de la apertura de la
fisura y un control del ensayo mediante esta, haciéndolo un ensayo más estable. (Mora, 2008)
Po otra parte, los ensayos sobre paneles más extendidos son los ensayos sobre paneles cuadrados
y paneles redondos, como alternativa al ensayo sobre vigas.
El ensayo de Panel EFNARC (1996) (UNE-EN_14488-5, 2007) se realiza sobre un panel
cuadrado y permite evaluar a flexotracción, tanto la resistencia máxima como la resistencia residual
postfisuración y, especialmente, la absorción de energía, para HRF y para hormigón proyectado
Estado del conocimiento
25
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
reforzado con fibras (HPRF) (ver Figura 2.10). Consiste en la aplicación de una carga puntual central
sobre el panel simplemente apoyado en sus 4 lados, permitiendo una luz de 500 x 500 mm. Sin
embargo, este ensayo es muy sensible a una correcta fabricación de las muestras para obtener una cara
inferior plana.
Figura 2.10. Esquema del ensayo sobre panel cuadrado EFNARC 1996 (Aire, 2018)
Por otra parte, el ensayo sobre paneles circulares (ASTM_C1550, 2002) permite evitar los
principales problemas del ensayo sobre panel cuadrado. Consiste igualmente en la aplicación de una
carga central puntual, pero el panel está simplemente apoyado solo en 3 puntos de la base (separados
120º) y así, los planos de fisuración están más definidos y reduce la dispersión de los resultados. El
fallo se produce por fisuras radiales en la bisectriz del ángulo formado entre apoyos. (Mora, 2008)
Los resultados para este ensayo son por lo tanto más fiables debido a la existencia de una mayor
superficie de fallo y por la simplicidad de configuración y ejecución en comparación con el ensayo
sobre panel cuadrado. (Aire, 2018)
Figura 2.11. Ensayo sobre panel circular (Aire, 2018)
Tanto el ensayo de panel circular y de panel EFNARC (cuadrado) presentan el inconveniente de
requerir tamaños muy grandes de muestras, lo que conlleva a una mayor complejidad en la disposición
de la muestra para el ensayo, así como a limitar el número de muestras fabricables y resultados
obtenidos que permitan una correcta caracterización del hormigón ensayado. (Blanco, Pujadas,
Cavalaro, De la Fuente, & Aguado, 2014)
Estado del conocimiento
26
Otras consideraciones
La resistencia del hormigón a la deformidad y su capacidad para la absorción de energía también
ha sido estudiada. En un experimento en que se comparó la carga máxima de fractura tanto para
hormigones con fibras como sin ellas, se concluyó que, aunque las cargas de pico no eran
significativamente diferentes entre los dos tipos de hormigón, la energía de fractura era del orden de
dieciséis veces mayor cuando el hormigón contenía un contenido de fibras del 1% en volumen
respecto al hormigón sin fibras (Taghi Kazemi, Naraghi, & Vossoughi Shahvari, 2004). También son
destacables los estudios realizados sobre la deformación producida por fluencia en un estudio
realizado con el propósito de desarrollar un nuevo método para el estudio de este tipo de deformación
(Zheng, Ling, & Chen, 2009).
Se han realizado ensayos evaluando la resistencia al impacto de pequeños proyectiles perforación
del hormigón reforzado con respecto al hormigón sin fibras. En dicha investigación se demostró que,
aunque la presencia de fibras reduce ligeramente el espesor del hormigón necesario para evitar la
perforación, si lo que se requiere es reducir las costras producidas, las fibras permiten reducir el
espesor hasta la mitad de la necesaria si se utiliza hormigón sin refuerzo. Esta propiedad hace del
hormigón un material muy interesante para la construcción de edificios e instalaciones de defensa
(Almansa & Cánovas, 1999).
Otra investigación en el que se combinó una malla de acero y fibras determinó que se podría
reducir el diámetro máximo del refuerzo utilizado. Debido a ello, el conocido efecto positivo que
aportan las fibras en la resistencia del hormigón permitió que la malla pasiva necesaria fuera menor
(Löfgren, 2005).
Si atendemos a la contribución de las fibras a la resistencia a la erosión-abrasión del hormigón,
Sustersic, Mali y Urbancic (1991) concluyeron que dicha resistencia se incrementa cuando hay un
mayor contenido de fibras.
Por otra parte, se han realizado también estudios para la aplicación de las fibras en hormigones de
alto rendimiento, este tipo de hormigones son utilizados en muchas estructuras debido a su alta
durabilidad y resistencia, sin embargo, el principal problema es su fragilidad, razón por la cual se
puede producir el fallo sin señales previas que puedan indicarlo. Por todo ello, el uso de fibras en este
tipo de hormigón ha despertado un gran interés, este tipo de refuerzo mejora ligeramente la resistencia
a compresión, pero notablemente la ductilidad, la durabilidad, la resistencia a cortante, así como la
resistencia al impacto (Soroushian & Bayasi, 1991).
En definitiva (Boulekbache, Hamrat, & Amziane, 2010), múltiples investigaciones han concluido que
la aportación de fibras permite mayores prestaciones del HRF y efecto positivo sobre:
• Ductilidad, tenacidad, resistencia a flexión y a cortante
• Energía absorbida y redistribución de esfuerzos mediante el efecto puente al coser las
fisuras, controlando el crecimiento de estas.
• Reducen la retracción del hormigón, la fisuración debido a este fenómeno y la
permeabilidad del hormigón resultante.
• Mejora el comportamiento a fatiga y a impacto
Estado del conocimiento
27
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
• Con las fibras empleadas en la actualidad, se verifica una apropiada adherencia entre fibras
y la matriz de hormigón, asegurando una apropiada transferencia de tensiones.
Orientación de las fibras
Un aspecto a tener en cuenta para el comportamiento del HRF es la orientación que adopten las
fibras. Un incremento de la cantidad de fibras puede mejorar las propiedades mecánicas del hormigón,
pero la efectividad de estas es más debatible debido a que estas no se orientan necesariamente en la
dirección de las tensiones. (Stähli, Custer, & Van Mier, 2008)
La orientación y distribución de las fibras dependen de una variedad de efectos que se presentan
en la fabricación de los elementos de hormigón, de los cuales el efecto pared y las propiedades del
HRF en estado fresco son las más influyentes. Otros factores que influyen en la orientación de las
fibras son la dirección de hormigonado, efecto de la compactación y el flujo del hormigón fresco
(Laranjeira et al. (2012))
La presencia de paredes en los moldes redirige las fibras a una posición paralela a estas, debido al
choque de las fibras con la pared, denominado efecto pared (ver Figura 2.12) (Stroeven, 1999).
Figura 2.12. Orientación de las fibras debido al efecto pared (Torrents et al. (2012))
Kooiman (2000) también señala la orientación preferente de las fibras para dovelas prefabricadas
de túneles, en donde el efecto pared y la compactación por vibración generan la orientación mostrada
en la Figura 2.13.
Figura 2.13. Orientación preferente en dovelas prefabricadas (Kooiman, 2000)
Kooiman (2000) y Laranjeira et al. (2012) señalan el efecto de la compactación en la orientación
de las fibras y distribución de estas. La compactación por vibrado genera una segregación de fibras y
una alineación horizontal de estas, y cuanto más líquida la consistencia, mayor este efecto. Sin
Estado del conocimiento
28
embargo, para hormigones autocompactantes se evita este fenómeno y la orientación de las fibras se
ven influenciadas principalmente por el flujo del hormigón fresco.
Igualmente, para consistencias más líquidas el efecto del flujo es mayor sobre la orientación de
las fibras. La diferencia en las velocidades de flujo genera variaciones en las orientaciones. En la
Figura 2.14, se observa como el perfil de velocidades puede generar un par de fuerzas que hace rotar
las fibras y generar orientación preferente alineada con el flujo, debido también por el efecto pared y
las tensiones por fricción que genera el molde en el fluido. (Boulekbache, Hamrat, & Amziane, 2010)
Figura 2.14. Orientación de las fibras según el flujo para a) un flujo radial y b) flujo en canal confinado (Boulekbache,
Hamrat, & Amziane, 2010)
Barnett (Barnett, Lataste, Parry, Millard, & Soutsos, 2010) demostró que la orientación de las
fibras tiende a ser perpendicular al flujo del hormigón fresco en muestras con geometría de paneles
redondos (discos), coincidiendo con Boulekbache et al. (2010) (ver Figura 2.14), y que la resistencia
final estaba directamente relacionada a dicha resistencia. En las probetas en forma de disco utilizadas,
el hormigón alcanzaba la máxima resistencia cuando la orientación de las fibras era perpendicular al
radio mientras que el hormigón más débil se encontraba en aquellas probetas cuyas fibras eran
paralelas a dicho radio.
Diferentes técnicas son utilizadas para poder determinar la orientación de las fibras, bien sean
destructivas o no destructivas (Guillamón, 2013). Las destructivas se basan en el método indirecto de
recuento de fibras y su orientación en una sección de rotura, mientras que las no destructivas pueden
ser por análisis de imágenes métodos inductivos entre otros. (Torrents et al. (2012)) (Laranjeira, y
otros, 2012)
2.1.2. Fibras de acero
De los distintos materiales empleados en la fabricación de fibras, son las fibras de acero las más
utilizadas debido a que son por regla general más baratas que el resto. En cuanto a las dimensiones,
Estado del conocimiento
29
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
para aquellas de sección circular, el diámetro se sitúa entre 0.25 – 1 mm. En cuanto a las planas, las
dimensiones suelen ser de 0.15 – 0.41 mm de grosor y 0.25 – 1.14 mm de ancho (Labib, 2018).
El uso de fibras de acero, debido a su mayor rigidez permite el control de fisuración en cuanto a
macro-fisuras. El refuerzo con este tipo de fibras puede mejorar las propiedades del hormigón, pero
requiere un alto contenido de fibras, además incrementa el peso del HRF y se pueden producir erizos
de fibras (balling effect) durante la fabricación, y así, reducir la trabajabilidad del hormigón fresco.
Otros inconvenientes que presentan las fibras de acero es que estas fácilmente pueden sobresalir del
elemento fabricado y sufrir de oxidación. (Hsie, Tu, & Song, 2008)
Debido a que el factor más importante que influye en una correcta dispersión de fibras dentro de
la matriz de hormigón y en el espaciamiento entre estas, afectando también a la consistencia y
trabajabilidad del hormigón fresco, es la esbeltez o relación de aspecto (relación entre longitud y
diámetro, L/d), esta está limitada a un valor de 150 (Katzer, 2006). La Figura 2.15 muestra un análisis
estadístico llevado a cabo por Katzer sobre la esbeltez que presentan las fibras de acero fabricadas,
donde se observa que suele estar comprendida entre un valor de 45 y 64.
Figura 2.15. Análisis estadístico de la esbeltez de fibras de acero producidas
Las cinco formas de fibras más utilizadas son: rectas, con extremos conformados (en forma de
gancho), onduladas, con extremos cónicos y con relieve. Estos tipos son los más populares debido a su
eficiencia basada en su actuación una vez introducidas en el hormigón y en su facilidad en su
fabricación (Katzer, 2006), los tipos de fibras más utilizadas se muestran en la Figura 2.16:
Figura 2.16 Tipos de fibra, de arriba a abajo: con extremos conformados, ondulada, con extremos cónicos y con
relieve (Katzer, 2006)
Estado del conocimiento
30
Estas fibras suelen presentar un módulo de Young propio del acero (alrededor de 205 MPa) y una
resistencia a la tracción cuyo valor se sitúa entre los 345 y 1700 MPa, la longitud de las fibras suele
situarse entre 19 y 60 mm (Labib, 2018).
2.1.3. Fibras de polipropileno
El uso de fibras de polipropileno presenta ciertas ventajas sobre el HRF como lo es un aumento
mayor en la ductilidad, mayor reducción de la retracción del hormigón y mayor durabilidad. Así
Cifuentes et al. (2013) concluyeron que el uso de este tipo de fibras produce solo una ligera mejora en
las propiedades mecánicas del material, pero una gran prestación en cuanto al comportamiento de
fractura y la ductilidad. Los autores observaron que el efecto favorable de estas fibras es mayor para
hormigones con menores resistencias, ya que las bajas tensiones solicitan en mayor medida el efecto
puente que producen las fibras.
Hsie, Tu y Song (2008) señalan la ventaja que presenta el uso de fibras de polipropileno en
cuanto a su dispersión dentro de la matriz de hormigón.
A diferencia de las fibras de acero, el refuerzo con fibras de polipropileno permite el control de la
iniciación y propagación de las micro-fisuras. Es por esto que se ha estudiado ampliamente durante los
últimos años (Qian & Stroeven, 2000) (Banthia & Gupta, 2004) (Hsie, Tu, & Song, 2008),el
comportamiento de un refuerzo híbrido entre fibras de acero y de polipropileno, aprovechando las
ventajas de cada una de ellas y la sinergia producida en el efecto sobre las propiedades del HRF.
Sukontasukkul (2004) ensayando vigas a flexortracción observó que, a diferencia del refuerzo con
fibras de acero, el HRF de polipropileno presentaban doble pico en la curva carga-deflexión (ver
Figura 2.17). Esto es debido a que, por un lado, las fibras de acero son más rígidas y con mayor
resistencia, generando entrando en solicitación instantáneamente una vez se inicia la fisuración;
mientras que, por otro lado, las fibras de polipropileno debido a su menor rigidez y resistencia requiere
una mayor deformación y apertura de fisura para ser solicitadas.
Figura 2.17. Curva obtenida a flexotracción para HRF metálicas (izq) y plásticas (der) (Sukontasukkul, 2004)
Los dos tipos de fibras de polipropileno más utilizadas son aquellas con geometría de
monofilamento con relieve y las fibras cortadas (delgados hilos), ver Figura 2.18.
Estado del conocimiento
31
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 2.18. Tipos de fibras de polipropileno empleadas (Hsie, Tu, & Song, 2008)
En la industria de la construcción, la cuantía de fibras de polipropileno suele estar comprendida
entre 0,6 y 2,4 kg/m3. Usualmente presentan una longitud variable, que va desde 10 mm a 60 mm, su
módulo de elasticidad entre 4 GPa y 6 GPa y una resistencia a tracción entre 300 y 600 MPa.
(Cifuentes, García, Maeso, & Medina, 2013) (Hsie, Tu, & Song, 2008)
2.2. HORMIGÓN PROYECTADO
El interés sobre el hormigón proyectado ha ido aumentado a través de los años, debido a los
avances tecnológicos para esta técnica de puesta en obra, buscando aplicaciones con mayor aplicación
estructural (UPC, 2018). Este material presenta altas propiedades en cuanto a resistencia absorción y
protección ante agentes ambientales y químicos (Torrico, 2018).
Se diferencia del hormigón convencional por su modo de aplicación y por la necesidad de la
adición de aditivos acelerantes de fraguado que permitan una rápida ganancia de resistencia posterior a
su mezcla y proyección. Los acelerantes se añaden justo antes de la proyección y garantiza que la capa
de hormigón sea capaz de aportar estabilidad al terreno. (Salvador, Cavalaro, Cano, & Figueiredo,
2016)
En este tipo de hormigón el proceso de colocación y compactación se realizan simultáneamente,
acortando los tiempos de construcción. (Galobardes, Cavalaro, Aguado, & García, 2014)
Este requiere de una adecuada preparación, mezcla y colocación, procesos que nos son tareas
simples y de las cuales dependerá el desempeño final del material. De especial relevancia es una
adecuada adherencia entre el hormigón proyectado y el soporte (superficie sobre la cual se proyecta)
(Jolin & Beaupré, 2003).
Agulló et al. (2009) han verificado que pueden existir diferencias en las propiedades del
hormigón proyectado según la dirección de evaluación, como son la resistencia a compresión y el
módulo de elasticidad. Esto es debido a que, en el proceso de puesta en obra, el hormigón de partida y
el colocado presentan diferencias en la composición ya que el material es lanzado a gran velocidad y
sufre varios fenómenos que modifican las propiedades de este. Estos fenómenos son el rebote
diferencial, la acumulación de grava y el efecto sombra producido por planos de armado, además de la
incorporación de aire en la mezcla, resultado de la utilización de este durante el proceso de transporte
y de colocación.
Por esto, con el objetivo de avanzar en la conocimiento estructural de este material y debido al
escaso estudio bajo condiciones controladas en laboratorio en comparación con otros tipos de
hormigones por la dificultad de reproducir en el laboratorio las mismas condiciones presentes en la
puesta en obra, se siguen varias líneas de investigación, como en lo referente al módulo de elasticidad
Estado del conocimiento
32
(Galobardes, Cavalaro, Aguado, & García, 2014), la resistencia a cortante (García, Blanco, &
Cavalaro, 2016), la adherencia frente al soporte (Torrico, 2018) y la adherencia con las barras de
armado (UPC, 2018).
2.2.1. Campo de aplicación
Su uso principal es en el mantenimiento de estabilidad, en el que el hormigón proyectado puede
presentar diferentes funciones: como capa protectora para aislar la roca expuesta frente a agentes
ambientales y como capa estructural, papel en el cual se está aumentando el interés por los avances
obtenidos (Jolin & Beaupré, 2003)
Así, las principales aplicaciones que tiene el hormigón proyectado son el revestimiento de
túneles, estabilización de taludes en carreteras, minas, obras subterráneas y presas, reparación de
estructuras de hormigón, restauración de edificios históricos, trabajos de sellado, como placas de
revestimiento y muchas otras aplicaciones creativas. Este gran abanico de aplicación es debido a la
flexibilidad y el bajo coste del hormigón proyectado. (Vélez Isasmendi, 2012) (Gámez, 2017).
2.2.2. Métodos de aplicación
Para la aplicación del hormigón proyectado se realiza bien por vía seca o por vía húmeda. La vía
húmeda es la más utilizada en la actualidad debido a los avances tecnológicos en cuanto a materiales,
sobre todo en lo referente a acelerantes, y en cuanto a equipos de proyección (UPC, 2018); y también
debido a que por medio de esta vía se consiguen propiedades más parecidas al hormigón convencional
que mediante la vía seca (Torrico, 2018).
Vía húmeda
Por esta vía, se proyecta el hormigón a alta velocidad, es decir, la mezcla entre los componentes
sólidos (cemento, áridos y aditivos sólidos) y el agua se produce en la tolva antes de ser conducida
mediante aire comprimido, o bien, mediante bombeo. Este método presenta ventajas frente a la vía
seca, además de las ya mencionadas, como la producción de menos polvo, mejorando las condiciones
de trabajo y puesta en obra, y menor contenido de aire ocluido en la mezcla. (Vélez Isasmendi, 2012)
y (Torrico, 2018)
Figura 2.19. Esquema de la proyección por vía húmeda (Torrico, 2018)
Estado del conocimiento
33
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Vía seca
Mediante este método se proyecta a gran velocidad a través de la boquilla, donde se produce la
mezcla entre los materiales sólidos y el agua. Inicialmente se mezcla el cemento con los áridos y los
aditivos sólidos, introduciéndola en la máquina de proyección; mediante aire comprimido se transporta
esta mezcla hasta la boquilla, donde finalmente se añade agua pulverizada mediante un dosificador
para la proyección sobre la superficie de soporte. Sin embargo, esta técnica de proyección no es usada
en la actualidad para elementos con función estructural, debido al poco control en el contenido de
agua, y por tanto, desconocimiento en la relación a/c. (Vélez Isasmendi, 2012) y (Torrico, 2018)
Figura 2.20. Esquema de la proyección por vía seca (Torrico, 2018)
2.2.3. Fenómenos asociados al proceso de proyección
Dosificación
el hormigón proyectado, frente al hormigón convencional, presenta un mayor contenido de finos
y contenido de cemento, y menor carga mineral (tamaño máximo de áridos menor). Además, presenta
la necesidad de aditivos acelerantes de fraguado. (Vandewalle, 1993)
Compactación
La compactación se produce simultáneamente con el proceso de proyección. Esto se debe a la
alta velocidad con la que es proyectado el hormigón, haciendo que la mezcla impacte en la superficie,
penetre y se sostenga sin hundirse o deslizarse.
Problemas pueden surgir cuando se utiliza una gran cantidad de acelerante, produciendo un
endurecimiento bastante rápido que impida una adecuada compactación. Además, si la mezcla es muy
líquida, el hormigón proyectado puede no mantenerse en la posición deseada produciéndose
escurrimiento. Si, por el contrario, la mezcla es muy seca, se favorece el rebote, que se verá a
continuación. (Torrico, 2018)
Rebote
Al realizarse la proyección, una parte del material rebota sin adherirse a la superficie soporte. Si
el fraguado se produce antes de lo deseado se favorece el rebote, al igual de si la mezcla presenta una
consistencia muy seca. Este rebote influye en la composición del hormigón resultante y, por lo tanto,
Estado del conocimiento
34
en las propiedades de este. Además, por perdida de material, entran en juego aspectos económicos.
(Torrico, 2018)
Porosidad
Debido al transporte de la mezcla desde la máquina o tolva, hasta la posición final mediante aire
comprimido, el contenido de aire ocluido en el hormigón es mayor frente a un hormigón convencional,
generando un mayor contenido de huecos en la matriz. (Vandewalle, 1993)
Sombras
El efecto sombra en la proyección se produce al presentar armado. El trasdós de la armadura
puede quedar sin una adecuada compactación, por lo que es esencial ir modificando el ángulo con el
cual se proyecta (ver Figura 2.21). (UPC, 2018)
Figura 2.21. Procedimiento de proyección incorrecto (izq.) y correcto (der.) con presencia de armadura (UPC, 2018)
El efecto sombra modifica las propiedades mecánicas del hormigón y pueden conllevar a una
corrosión del armado y fisuración del hormigón. (Torrico, 2018)
Cabe mencionar que la incorporación de fibras en la mezcla mejora ciertas propiedades
mecánicas del hormigón, sin embargo, dificulta el proceso de proyección. Las fibras suponen un
contenido de sólidos, que puede generar interrupciones en el bombeo o lanzado de la mezcla o generar
una consistencia más seca. (Vandewalle, 1993)
2.3. ADHERENCIA ENTRE ACERO Y HORMIGÓN
Para el funcionamiento del hormigón armado como un material estructural se requiere de un
adecuado comportamiento entre la matriz de hormigón y la armadura. Esto es, tener una adecuada
transferencia de tensiones entre los dos materiales, la cual se alcanza por medio de la adherencia entre
ellos. La transferencia de tensiones se lleva a cabo por tres tipos de acciones: acción química (la
adhesión química entre los materiales), por fricción y por interacción mecánica debida a las corrugas
de la armadura (Valcuende & Parra, 2009). Si se tiene una longitud de anclaje suficiente para la
transferencia de tensiones, la adhesión química se va reduciendo, cobrando mayor importancia los
mecanismos de fricción e interacción mecánica.
Sin embargo, la relevancia de los mecanismos difiere para barras lisas y para barras deformadas
(grafiladas o corrugadas). En barras lisas, la interacción mecánica no se produce por falta de corrugas,
Estado del conocimiento
35
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
debiéndose la adherencia a la adhesión química y a la fricción. Por otro lado, en barras deformadas, el
mecanismo de mayor relevancia en el comportamiento adherente es la interacción mecánica. (Molina,
2005)
Con lo cual, la adherencia representa la resistencia del hormigón circundante al arrancamiento de
la barra, y una perdida repentina de esta adherencia en las zonas de anclaje entre la armadura y el
hormigón representa un fallo frágil (Appa Rao, Pandurangan, Sultana, & Eligehausen, 2007). Por ello,
es un parámetro muy importante para el comportamiento estructural, no solo en cuanto a resistencia
(Estado Límite Último), sino también en cuanto a Estados de servicio como la fisuración y
deformación.
El mecanismo de transferencia de tensiones ha sido descrito por Tepfers (1973) que como se
muestra en la Figura 2.22, al presentarse una tracción en la barra de acero, este transmite tensiones de
compresión con cierto ángulo, las cuales ven equilibradas sus componentes radiales por medio de la
aparición de un anillo de tracciones.
Figura 2.22. Mecanismo resistente debido a la transferencia de tensiones entre acero y hormigón (Tepfers, 1973)
Conociendo el mecanismo de transferencia, se sabe que la adherencia presenta dos tipos de
fallos: El primero es por arrancamiento o deslizamiento de la barra (pull-out), ocurrido cuando la barra
tiene un gran confinamiento, produciéndose un fallo del hormigón inmediatamente próximo a la barra.
El segundo se produce por fractura de la pieza de hormigón (splitting), producido cuando el
recubrimiento o el confinamiento de la barra es insuficiente, debido a tensiones radiales de tracción,
generando la fisuración en la dirección longitudinal de la barra; la fractura se propaga hasta alcanzar
las superficies de la pieza, generando la pérdida total de recubrimiento y adherencia (Balász &
Eligehausen, 1991).
Según Cairns y Jones (1995), el modo de fallo depende de la relación recubrimiento/diámetro de
barra (c/𝜙):
𝑠𝑖 𝑐
𝜙≤ 3 → 𝑠𝑝𝑙𝑖𝑡𝑡𝑖𝑛𝑔
𝑠𝑖 𝑐
𝜙> 3 → 𝑝𝑢𝑙𝑙 − 𝑜𝑢𝑡
Aquí la resistencia a compresión juega un papel muy relevante en la forma de fallo, ya que al
aumentar la resistencia las tensiones transmitidas por las corrugas generan un incremento en la
componente radial de la tensión de adherencia, y debido a que la resistencia a tracción en el hormigón
incrementa relativamente menos que a compresión, el modo de fallo puede pasar de deslizamiento de
la barra a fractura del hormigón (Valcuende & Parra, 2009).
Estado del conocimiento
36
Goto (1971) describió las fisuras producidas durante el mecanismo de adherencia. Identificó la
propagación de dos tipos de fisuras alrededor de las barras de acero (ver Figura 2.23). Fisuras
primarias: fisuras de principales que alcanzan la superficie: fisuras secundarias: fisuras internas que
siguen el patrón de las corrugas y se mantienen en la zona interna de fisuración (no alcanzan la
superficie). Goto determinó, además, que las fisuras secundarias y la dirección de las tensiones de
compresión formadas en las corrugas forman un ángulo de entre 45 y 80º con la barra.
Figura 2.23. Estado de fisuración en el hormigón armado. Fisuras primarias y secundarias (internas)
Comportamiento adherente
La Figura 2.24 presenta la curva de respuesta de tensión de adherencia-deslizamiento relativo
entre barra y matriz de hormigón. Esta curva responde a los mecanismos adherentes y al
confinamiento de la barra. Se describe a continuación cada uno de los tramos y puntos representativos
de la curva. (Magnusson, 2000) (Molina, 2005)
Figura 2.24. Curva tensión de adherencia-deslizamiento (Magnusson, 2000)
Estado del conocimiento
37
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Tramo A: Este tramo corresponde a bajas tensiones de adherencia, en el cual la adhesión química
entre la barra y la matriz es el principal mecanismo adherente. Se presenta un comportamiento lineal y
los pequeños deslizamientos se deben a la deformación del hormigón. El punto final de este tramo está
relacionado con la resistencia a tracción indirecta fct.
Tramo B: Una vez perdida la adhesión química el mecanismo adherente principal es el
rozamiento entre los dos materiales, debido a las irregularidades de la barra. Si la barra presenta
corrugas, se generan las fisuras secundarias, permitiendo el deslizamiento entre barra y hormigón y
generando un cambio progresivo en la pendiente de la curva.
Punto C: Al aumentar la carga, se consigue activar el mecanismo por interacción mecánica de las
corrugas. En este punto se sigue la curva b) si no se presenta confinamiento o si, por el contrario,
existe confinamiento, se sigue incrementando la tensión de adherencia.
Curva b): Como se ha indicado, si no existe confinamiento, la interacción mecánica y la
fisuración se ven drásticamente reducidas y se produce el fallo frágil (súbita) al alcanzar las fisuras la
superficie del elemento.
Tramo C-D: En presencia de confinamiento, la tensión de adherencia se ve incrementada, donde
el mecanismo adherente principal es la interacción mecánica.
Curva c): Si el confinamiento sobre la barra no es suficiente, se produce el mecanismo de rotura
por splitting. Este tipo de rotura es frágil.
Curva a): Si existe un buen confinamiento, la tensión de adherencia puede seguir
incrementándose hasta alcanzar la tensión máxima de adherencia (punto E), tras la cual se produce el
fallo por pull-out. Este tipo de fallo es dúctil (Tramo F).
2.3.1. Factores que influyen en la adherencia
En cuanto a la adherencia, hay múltiples factores que influyen en su comportamiento.
Centrándonos inicialmente en el mecanismo mecánico de adherencia, múltiples investigaciones han
informado de la influencia de la geometría de las corrugas en esta; así, a menor separación entre
corrugas y menor altura de estas, la adherencia se ve reducida (Rehm, 1961) (Goto, 1971). Además,
como explican los autores, cuando la relación altura/separación (h/s) es alta, se produce un
acuñamiento, en el que el hormigón contenido entre las corrugas se moviliza junto con la barra,
favoreciendo el fallo por deslizamiento (pull-out). Por el contrario, si la relación h/s es baja, favorece
el mecanismo de bielas y tirantes y la transmisión de tensiones al bloque de hormigón generando
fisuras; esto es, favorece el fallo por fractura (splitting). En la Figura 2.25 se ilustran los mecanismos
de fallo.
Estado del conocimiento
38
Figura 2.25.Mecnaismo de fallo por deslizamiento (pull-out) (arriba) y por fractura (splitting) (abajo) (Universidade
da Coruña, 2007)
Igualmente, la adherencia se ve reducida al aumentar el diámetro de las barras de acero, así como
al aumentar la longitud embebida (Mathey & Watstein, 1961).
En cuanto a la resistencia del hormigón, la tensión de adherencia está directamente relacionada
con la resistencia a tracción de este, por lo que la tensión máxima de adherencia es proporcional a la
raíz de la resistencia a compresión del hormigón, √𝑓𝑐. (Orangun, Jirsa, & Breen, 1977)
En lo referente a factores geométricos, la posición vertical en la sección de hormigón juega un
papel importante en la adherencia entre los redondos de acero y el hormigón, presentando un mayor
valor para las armaduras inferiores que para las superiores. Esto es debido al peso por encima de la
armadura existente, el cual incrementa las tensiones de confinamiento sobre las barras inferiores. Por
este motivo, en los estándares actuales se incrementa un 30% la longitud de anclaje para la armadura
superior frente a la inferior (EHE-08). Un segundo factor de este tipo es el recubrimiento, bastante
relevante para la correcta transferencia de tensiones y formación del anillo de tracciones; además
como para la protección de la armadura ante agentes agresivos. (Molina, 2005)
Así, Molina (2005) concluyó que para una relación entre recubrimiento y diámetro de barra (c/𝜙)
mayor a 2,8 no existe variación sobre la tensión máxima de adherencia. Sin embargo, para valores
inferiores de c/𝜙 a 2,8 se produce una disminución en la capacidad adherente, sugiriendo la
aproximación lineal:
𝜏𝑚𝑎𝑥
𝑓𝑐= 0,15 ∙ (𝑐 𝜙⁄ + 1)
Los resultados obtenidos, y la aproximación propuesta se observan en la
Estado del conocimiento
39
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 2.26. Efecto del recubrimiento en la tensión de adherencia máxima (Molina, 2005)
Otro factor importante en la adherencia es el confinamiento, el cual se ve representado por tres
distintos parámetros: recubrimiento, armadura transversal (cose las fisuras producidas por el anillo de
tracciones) y presión transversal de compresión (Molina, 2005). A mayor confinamiento se genera una
mejor adherencia entre los dos materiales.
Por otra parte, la dosificación del hormigón presenta un papel crucial en la adherencia. Como se
ha mencionado anteriormente, el comportamiento adherente es proporcional a la raíz de la resistencia
a compresión del hormigón; por lo tanto, todo parámetro de la dosificación que influya en la
resistencia, también lo hará en la adherencia. Siendo un parámetro relevante, el disminuir la relación
agua-cemento, se incrementan las tensiones de adherencia (Tilanter, Rechardt, Solodovnik, Kunnos, &
Johanson, 1977).
Igualmente, para hormigones vibrados, a diferencia de los hormigones autocompactantes, cuando
la fluidez de la mezcla o su contenido de agregados finos aumenta, la adherencia decrece (Martin,
1982). Esto se debe a que, al presentarse una consistencia más líquida, la mezcla es más susceptible a
los problemas derivados de una excesiva o insuficiente vibración en el proceso de compactación. La
excesiva vibración produce segregación o goteo, mientras que una insuficiente vibración produce una
mayor cantidad de aire ocluido, lo que deriva en una mayor porosidad y discontinuidad en el hormigón
endurecido. Los hormigones autocompactantes presentan una mejora en la adherencia frente a los
hormigones vibrados debido a que se evita esta influencia de la compactación (Valcuende & Parra,
2009).
Considerando el estado de la armadura, Sonebi, Davidson & Cleland (2011) mediante
correspondientes ensayos determinaron el efecto de la corrosión de la armadura en cuanto a la
adherencia con el hormigón. De esto concluyeron que, como es bien sabido, a mayor nivel de
corrosión se presenta una peor adherencia; pero además, que a mayor corrosión, el efecto de
presentarse una menor tensión de adherencia última a mayores diámetros de barras se ve reducida su
influencia. Igualmente, la corrosión reduce en cierta manera la influencia del recubrimiento presente
para la armadura.
Por último, la temperatura presenta también una influencia en la adherencia. En temperaturas
bajas se presenta una mejor adherencia (Shih, Lee, & Chang, 1988) mientras que para elevadas
Estado del conocimiento
40
temperaturas, además de reducirse la resistencia, también empeora la adherencia (Diederichs &
Schneider, 1981).
2.3.2. Adherencia entre Hormigón Reforzado con Fibras y barras de acero
En las últimas décadas se han llevado a cabo diferentes estudios del comportamiento adherente
entre la matriz de hormigón y las barras de acero para HRF. Harajli y Salloukh (1997) según su
estudio sobre vigas (ver apartado 2.4.1), indicaron que añadiendo un 2% en volumen de fibras de
acero, se incrementaba la tensión de adherencia máxima hasta un 55%, pero sin un notable incremento
en esta añadiendo 0,6% de fibras de polipropileno. Krstulovic-Opara, Watosn y LaFave (1994)
registraron, mediante el ensayo de pull-out (ver apartado 2.4.2) un incremento en esta tensión de entre
un 10% y un 20 % con 1% en volumen de fibras de acero y hasta 4 y 6 , mientras que Campione et al.
(2005) obtuvieron con un 0,5% de fibras de acero un incremento en la tensión de adherencia máxima
de entre un 19%-26%. Yerex et al. (1985) también observaron que el refuerzo con fibras de
polipropileno no generaba ni una reducción ni un incremento en la adherencia.
En la Tabla 2.1 y Figura 2.27 se observan los resultados obtenidos por Krstulovic-Opara, Watosn
y LaFave (1994). Se observa que la tensión máxima obtenida con un 3% de fibras de acero es mayor al
doble del hormigón sin fibras. Para un refuerzo de 7% con hormigón de alta resistencia, se obtienen
hasta más de 3 veces el valor de tensión máxima.
Tabla 2.1. Resultados obtenidos por Krstulovic-Opara et al. (1994) Para diferentes diámetros de barras y volumen de
fibras
Figura 2.27. Resultados obtenidos por Krstulovic-Opara et al. (1994) Para diferentes diámetros de barras y volumen
de fibras
Estado del conocimiento
41
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Igualmente, Yazıcı y Arel (2013), a través de ensayos de pull-out, variando la resistencia del
hormigón, recubrimiento del armado y cuantías de fibras de acero hasta un valor de 80 kg/m3,
concluyeron que la fuerza máxima para producir el arrancamiento de barras de 14 mm se incrementa
desde un 7 a un 16% con respecto al hormigón sin fibras.
Figura 2.28. Resultados obtenidos por Yazici y Arel (2013) para distinas resistencias del HRF, distintos
recubrimientos, relación de aspecto (l/d) y cuantía de fibras de acero
Los resultados de estos autores (ver Figura 2.28) reflejan, además, un aumento de un 18% en la
carga máxima de adherencia al incrementar el recubrimiento de 40 mm a 70 mm. Se observa que para
recubrimientos de 40 mm, la cuantía de fibras y la relación de aspecto de estas (l/d) son irrelevantes, al
no haber un recubrimiento suficiente que permita la generación del anillo de tracciones.
Ezeldin y Balaguru (1989) indicaron que añadiendo fibras se mejoraba el comportamiento de
adherencia y la ductilidad debido a que estas cosen las microfisuras producidas mediante el
mecanismo de adherencia, retrasando la propagación de estas, y que además, el deslizamiento
correspondiente a la tensión máxima de adherencia es mayor cuanto mayor es el contenido de fibras.
Sin embargo, Dancygier et al. (2010) encontraron que la adición de 0,75% en volumen de fibras
metálicas generó una reducción de la tensión de adherencia en las probetas. Los autores atribuyeron
este descenso de hasta un 30% en la adherencia a una posible perturbación local de la matriz de
hormigón en las inmediaciones de la barra.
Estado del conocimiento
42
En la Figura 2.29 se observan los resultados obtenidos tanto para hormigón convencional, como
para hormigón de alta resistencia, variando el diámetro de barra y la incorporación de 0,75% de fibras
de acero. Los ensayos se llevaron a cabo tanto en el ensayo de pull-out como en el ensayo de la viga.
Figura 2.29. Resultados obtenidos por Dancygier et al. (2010) para ensayos de pull-out y de la viga variando diámetro
de barra, para hormigones con o sin fibras
Por otra parte, Naaman et al. (1993) señala que el aire ocluido es mayor para hormigones
reforzados con fibras. Este incremento en el contenido de aire ocluido generó para HRF de
polipropileno una reducción en el comportamiento adherente, mientras que para HRF de acero no
presentó esta reducción pese a su contenido de aire.
Söylev (2011) mediante ensayo de pull-out sobre probetas en forma de muro con 3 planos
distintos de armado (ver Figura 2.30), observó que hormigones con fibras de acero presentaron mayor
tensión máxima de adherencia, pero una mayor reducción de esta con respecto a la altura a la que se
encontraba la barra, debido a la segregación de las fibras de acero. Por otra parte, observó que con
fibras de polipropileno la tensión de adherencia era menor, al igual que para fibras de vidrio; aunque
estas últimos presentaron menor diferencia en estos valores para los distintos niveles de armado.
Estado del conocimiento
43
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 2.30.Probeta empleada para el ensayo de pull-out por Söylev (2011)
La Tabla 2.2 muestra los resultados obtenidos para los HRF ensayados, donde la cuantía de fibras
de acero (SFRC) fue de 39.25 kg/m3, la cuantía de fibras de polipropileno de 0,91 kg/m3 y la cuantía
de fibras de vidrio de 2,68 kg/m3. La Figura 2.31 muestra la reducción en la tensión de adherencia
relativa según la altura a la que se encuentra la barra en el muro.
Tabla 2.2. Resultados obtenidos para distintos tipos de fibra por Söylev (2011)
Figura 2.31. Efecto de la altura de la barra para distintos refuerzos con fibras obtenidos por Söylev (2011)
2.3.3. Longitud de anclaje
EHE-08
Siguiendo la normativa española, específicamente la Instrucción de Hormigón Estructural, EHE-
08, en el apartado 69.5.1.2. Anclaje de barras corrugadas, define la longitud base de anclaje para
barras en posición I por equilibrio como función del diámetro de la barra 𝜙, el límite elástico de diseño
Estado del conocimiento
44
𝑓𝑦𝑑 y la tensión de adherencia 𝜏𝑏𝑑, la cual depende del diámetro de la barra, de las características
resistentes del hormigón y de la longitud de anclaje. Esta es calculada como la longitud necesaria para
anclar una fuerza de tracción:
𝑇 = 𝐴𝑠𝑓𝑦𝑑
Considerando constante a lo largo de esta longitud la tensión de adherencia, 𝜏𝑏𝑑
Figura 2.32. Equilibrio para el cálculo de la longitud de anclaje (Universidade da Coruña, 2007)
De esta manera, por equilibrio se tiene:
𝑙𝑏 =𝑇
𝑢 ∙ 𝜏𝑏𝑑=
𝐴𝑠 ∙ 𝑓𝑦𝑑
𝑢 ∙ 𝜏𝑏𝑑=
𝜋𝜙2 4⁄
𝜋𝜙∙
𝑓𝑦𝑑
𝜏𝑏𝑑
𝑙𝑏 =𝜙 ∙ 𝑓𝑦𝑑
4 ∙ 𝜏𝑏𝑑
Para barras certificadas por el ensayo de la viga (se verá en el apartado 2.4.1), se tiene las
expresiones simplificadas de la longitud de anclaje en mm como:
𝑙𝑏𝐼 = 𝑚𝜙2 ≮𝑓𝑦𝑘
20𝜙 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝐼
𝑙𝑏𝐼𝐼 = 1,4 ∙ 𝑚𝜙2 ≮𝑓𝑦𝑘
14𝜙 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛 𝐼𝐼
Donde la posición I es aplicable para situaciones de buena adherencia: para armaduras que
durante el hormigonado forman con la horizontal un ángulo comprendido entre 45º y 90º o en el caso
de formar un ángulo inferior a 45º están situadas en la mitad inferior de la sección o a una distancia
igual o mayor a 30 cm de la cara superior de una capa de hormigón. Mientras que la posición II es
aplicable para adherencias deficientes: situaciones no incluidas en la posición I.
El valor del parámetro m depende del límite de elasticidad del acero y de la resistencia a
compresión del hormigón según la Tabla 2.3, tomada de la EHE-08:
Estado del conocimiento
45
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Tabla 2.3. Valores del coeficiente numérico m para la longitud de anclaje según EHE-08 (tabla 69.5.1.2.a)
Con esto se ve que la longitud básica de anclaje está determinada por la resistencia del hormigón,
el límite elástico de las barras, posición de la armadura (ubicación y/o dirección durante el
hormigonado) y diámetro de la barra.
Posteriormente, esta longitud básica es multiplicada por un factor, 𝛽, que tiene en cuenta factores
como forma de las barras en su finalización, recubrimiento del hormigón y el confinamiento, y por el
aprovechamiento de la armadura a anclar (relación entre la armadura necesaria por cálculo de la
sección y la armadura realmente dispuesta).
Código ACI
Según el código del American Concrete Institute (ACI 318-08, 2008), la longitud de anclaje se
calcula mediante:
𝑙𝑑 = (𝑓𝑦
1.1 𝜆√𝑓𝑐′
𝜓𝑡𝜓𝑒𝜓𝑠
(𝑐𝑏 + 𝐾𝑡𝑟
𝑑𝑏)
) ∙ 𝑑𝑏
Donde 𝑑𝑏 es el diámetro de la barra, y el término (𝑐𝑏+𝐾𝑡𝑟
𝑑𝑏) está limitado a 2.5, valor a partir del
cual se considera que el fallo de adherencia se produce por deslizamiento, con lo que un incremento en
el recubrimiento o de armadura transversal no incrementa la capacidad de anclaje.
𝐾𝑡𝑟 es el factor que representa la contribución de la armadura transversal (refuerzo de
confinamiento). 𝑐𝑏 es un factor que representa el menor valor entre el recubrimiento lateral, el
recubrimiento de la barra a anclar y la mitad de la separación entre barras. 𝜆, factor que toma en cuenta
si se trata de hormigón ligero (0.75) u hormigón normal (1.0)
𝜓𝑡 es el factor que considera la ubicación de la armadura, tomando valores de 1.0 o 1.3. 𝜓𝑒,
factor de recubrimiento (1.0, 1.2, o 1.5). 𝜓𝑠, factor del tamaño de la barra equivalente a 0.8 para
diámetros de barra menores o iguales a 19 mm y 1.0 para barras de 22 mm o más.
A modo de simplificación, el código permite usar la Tabla 2.4.
Estado del conocimiento
46
Tabla 2.4.Cálculo simplificado de la longitud de anclaje según el código ACI 318-08
2.4. ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE LA ADHERENCIA
La normativa UNE-EN-10080 recoge dos tipos de ensayos que caracterizan la adherencia. Uno es
el ensayo de la viga, recogido en (UNE-EN-10080-Anexo_C, 2005) , mientras que el ensayo de Pull-
out (por arrancamiento) se encuentra recogido en (UNE-EN-10080-Anexo_D, 2005).
2.4.1. Ensayo de adherencia. Ensayo de la viga
El ensayo normalizado de la viga en (UNE-EN-10080-Anexo_C, 2005) consiste en la aplicación
de flexión en una viga hasta la pérdida total de adherencia o rotura del acero. Esta viga está formada
por dos semivigas armadas conectadas en la parte inferior por la barra sobre la cual se estudia la
adherencia, y en la parte superior por una rótula de acero.
Las dimensiones de la viga varían según el diámetro de barra a ensayar: para diámetros nominales
inferiores a 16 mm se siguen las dimensiones de la viga tipo A (Figura 2.33), mientras que para
diámetros nominales igual a 16 mm o mayores se sigue la viga tipo B (ver Figura 2.34).
Figura 2.33. Dimensiones de la viga de ensayo Tipo A
Estado del conocimiento
47
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 2.34. Dimensiones de la viga de ensayo Tipo B
La rótula está formada por dos piezas de acero en forma de “T” (Figura 2.35) con un ancho igual
al de la viga.
Figura 2.35. Dimensiones de la rótula metálica para la viga (izq) Tipo A y (der) Tipo b
En cuanto a la armadura transversal, esta ha de ser de la misma resistencia y propiedades
superficiales que la barra a ser ensayada. Las dimensiones responden igualmente al tipo de viga
empleada (ver Figura 2.36 y Figura 2.37). Además, se emplean manguitos de plástica para evitar la
adherencia en las zonas donde se disponen, dejando una longitud de adherencia de la barra igual a 10
veces el diámetro de la misma.
Figura 2.36. Armado auxiliar de las vigas Tipo A
Estado del conocimiento
48
Figura 2.37. Armado auxiliar de las vigas Tipo B
Siguiendo el esquema de la Figura 2.33 y la Figura 2.34, la viga es apoyada sobre dos rodillos
móviles y la carga es aplicada de igual manera a través de rodillos, representando una disposición de
flexión a 4 puntos. Esta carga se ha de aplicar a una velocidad que no se supere 1 MPa/s de tensión en
el acero, mientras se va registrando el deslizamiento de la barra de acero.
Conociendo la fuerza aplicada en la cara superior de la viga (𝐹𝑎) y el área nominal transversal de
la barra (𝐴𝑛) La tensión en la barra está dada por las siguientes expresiones:
𝜎𝑠 =1,25 𝐹𝑎
𝐴𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑 < 16 𝑚𝑚
𝜎𝑠 =1,50 𝐹𝑎
𝐴𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑 ≥ 16 𝑚𝑚
La cual nos permite conocer la tensión de adherencia 𝜏𝑏, y así obtener la curva tensión de
adherencia-deslizamiento.
𝜏𝑏 =𝜎𝑠
40
La normativa indica 4 valores de la tensión de adherencia que han de ser resaltados:
𝜏0,01 = tensión de adherencia correspondiente a un deslizamiento de 0,01 mm
𝜏0,1 = tensión de adherencia correspondiente a un deslizamiento de 0,1 mm
𝜏1 = tensión de adherencia correspondiente a un deslizamiento de 1 mm
𝜏𝑏𝑢 = tensión de adherencia correspondiente a la carga máxima
Estado del conocimiento
49
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
2.4.2. Ensayo de adherencia. Ensayo por arrancamiento (Pull-Out)
El ensayo normalizado de pull-out (UNE-EN-10080-Anexo_D, 2005) consiste en la tracción
directa sobre una barra embebida en un cubo de hormigón de 20 cm de lado. Para ello, siguiendo la
normativa correspondiente (Figura 2.38), se ha de dejar una longitud de adherencia (longitud libre del
acero embebida) igual a 5 veces el diámetro (5𝜙) y evitar la adherencia en el tramo inicial de esta
mediante la colocación de un manguito.
Figura 2.38. Esquema de la disposición en el ensayo de pull-out
La barra de acero excede por ambos extremos a la probeta de hormigón, disponiendo en el
extremo corto un dispositivo de medida de desplazamiento, registrando el deslizamiento entre barra-
hormigón, ∆𝑜 (ver Figura 2.39). En el extremo opuesto (extremo largo) se aplica la tracción.
Figura 2.39. Esquema del ensayo de arrancamiento para el estudio de la adherencia
La velocidad de carga ha de ser, en N/s:
𝑣𝑝 = 0,56 𝑑2
Finalmente, se obtiene la tensión de adherencia en cada instante de carga como:
𝜏𝑑𝑚 =1
5𝜋
𝐹𝑎
𝑑2
Donde 𝐹𝑎 es la carga de tracción aplicada mediante la máquina de ensayo
Con esto podemos obtener la curva tensión de adherencia en función del desplazamiento:
Estado del conocimiento
50
𝜏𝑑𝑚 − ∆𝑜
Cabe destacar que, debido a la imposibilidad de medir la tensión de adherencia local y el
deslizamiento en la longitud embebida, se utiliza un método indirecto considerando una tensión de
adherencia constante a lo largo de la longitud (Figura 2.32), consideración adecuada para pequeñas
longitudes de anclaje. De esta manera, se mide la fuerza aplicada en un extremo de la barra y midiendo
el desplazamiento del otro extremo. (Molina, 2005).
Además, múltiples variaciones del ensayo normalizado han sido llevadas a cabo para determinar
el efecto de diversos parámetros que influyen en la adherencia entre los dos materiales. Por ejemplo,
Tepfers (1973) evaluó la influencia del recubrimiento y consecuentemente, la relación
recubrimiento/diámetro de barra; Tassios y Yannopoulos (1981) realizaron ensayos de arrancamiento
para determinar la influencia de someter a las barras a cargas cíclicas; Eligehausen, Popov & Bertero
(1982), Malvar (1991), (1992) llevó a cabo ensayos para ver la influencia del confinamiento,
aplicando cargas de compresión transversales.
Estado del conocimiento
51
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
CAMPAÑA EXPERIMENTAL
3.1. INTRODUCCIÓN
En este capítulo se presenta la campaña experimental llevada a cabo para la caracterización del
hormigón y el estudio de la adherencia entre barra de acero y matriz de hormigón. Se presenta
inicialmente (apartado 3.2) la planificación de esta, definiendo el número de hormigones distintos a
ensayar, el número de probetas a fabricar y los ensayos a realizar. Posteriormente (apartado 3.3) se
especifica la dosificación empleada para cada uno de los hormigones y la fabricación de las probetas.
En el apartado 3.4 se describen los ensayos empleados y su aplicación durante la campaña
experimental para las probetas moldeadas fabricadas. Y, finalmente, en el apartado 3.5, se describe el
ensayo llevado a cabo de pull-out para hormigón proyectado con fibras en el proyecto MAPMIT
(UPC, 2018).
3.2. VISIÓN GENERAL DE LA CAMPAÑA EXPERIMENTAL
Para la campaña experimental se han definido 6 diferentes hormigones en los cuales varía tanto
el tipo de fibra como sus cuantías. Para el primero, utilizado como hormigón de control, se ha
empleado una amasada sin fibras (hormigón en masa). Además, 3 hormigones con diferentes cuantías
de fibras plásticas MasterFiber 248 y 2 con diferentes cuantías de fibras metálicas MasterFiber 503.
Campaña experimental
53
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Fibras plásticas MasterFiber 248
Las fibras plásticas utilizadas para los tres hormigones de este tipo corresponden a fibras
MasterFiber 248 de la casa comercial BASF. Presentan forma longitudinal con relieve en su superficie
(monofilamentada grafilada) cuyas propiedades se indican en la Tabla 3.1, tomadas de la ficha técnica.
Este tipo de fibra está especialmente diseñada para su empleo en el refuerzo estructural de hormigón,
hormigón proyectado y mortero.
Tabla 3.1. Propiedades fibras plásticas MasterFiber 248
MasterFiber 248
Material Polipropileno
Forma Monofilamentada grafilada
Diámetro equivalente 0,85 mm
Longitud 48 mm
Frecuencia de la fibra 41 200 ud/kg
Resistencia a tracción > 400 MPa
Densidad 910 kg/m3
Módulo de elasticidad > 6,0 GPa
Módulo secante > 4,7 GPa
Fibras metálicas MasterFiber 503
Las fibras metálicas empleadas para las dos dosificaciones correspondientes son fibras
MasterFiber 503 de la casa comercial BASF. Corresponden a fibras de acero bajo en carbono con
extremos conformados, especiales para refuerzo de hormigón. Se muestra en la Tabla 3.2 las
propiedades para las fibras empleadas.
Tabla 3.2. Propiedades fibras metálicas MasterFiber 503
MasterFiber 503
Material Acero bajo en carbono
Forma Extremos conformados
(ganchos)
Diámetro 0,75 mm
Longitud 35 mm
Frecuencia de la fibra 8 239 ud/kg
Resistencia a tracción 1 200 MPa
Densidad 7850 kg/m3
Módulo de elasticidad 210 GPa
Campaña experimental
54
Cuantías y denominación
A parte del hormigón de control, se han empleado hormigones con cuantías igual a 2 𝑘𝑔 𝑚3⁄ ,
4 𝑘𝑔 𝑚3⁄ y 6 𝑘𝑔 𝑚3⁄ de fibras plásticas y dos cuantías para fibras metálicas (20 𝑘𝑔 𝑚3⁄ y
40 𝑘𝑔 𝑚3⁄ ). A continuación, se muestra la nomenclatura que va a seguir la denominación de cada uno
de los hormigones:
• HC: Hormigón de control, sin fibras (Hormigón en masa)
• PF2: Hormigón con 2 𝑘𝑔 𝑚3⁄ de fibras plásticas
• PF4: Hormigón con 4 𝑘𝑔 𝑚3⁄ de fibras plásticas
• PF6: Hormigón con 6 𝑘𝑔 𝑚3⁄ de fibras plásticas
• M20: Hormigón con 20 𝑘𝑔 𝑚3⁄ de fibras metálicas
• M40: Hormigón con 40 𝑘𝑔 𝑚3⁄ de fibras metálicas
La Tabla 3.3 muestra la correlación entre la cuantía de fibras, el porcentaje en volumen (Vf) y el
número de fibras por metro cúbico de hormigón.
Tabla 3.3. Cuantía, Relación de volumen y frecuencia de las fibras por dosificación
Hormigón Cuantía
[kg/m3] Vf [%]
Frecuencia
[ud/m3]
HC 0 0 0
PF2 2 0,22 82 400
PF4 4 0,44 164 800
PF6 6 0,66 247 200
M20 20 0,25 164 780
M40 40 0,51 329 560
Ensayos y probetas a realizar
Además de llevar a cabo el estudio de la adherencia, según Ensayo de adherencia por
arrancamiento para el acero corrugado o grafilado para armaduras de Hormigón Armado (UNE-EN-
10080-Anexo_D, 2005), se han realizado distintos ensayos para la caracterización de cada una de las
amasadas de hormigón. Para ello, se estableció el empleo del ensayo de compresión (UNE-EN-12390-
3, 2009), ensayo para la determinación del módulo secante de elasticidad (UNE-EN-12390-13, 2013),
el ensayo de tracción indirecta (UNE-EN-12390-6, 2010) y el ensayo de tracción por flexión (UNE-
EN-14651, 2007).
Cabe destacar que el ensayo del módulo de elasticidad secante, al ser un ensayo no destructivo y
trabajar bajo régimen elástico, permite la utilización de las mismas probetas para el ensayo a tracción
indirecta.
En cuanto al ensayo de adherencia, se tienen 6 probetas por amasada, de las cuales 3 se ensayan
con barras de acero de 𝜙12 𝑚𝑚 de diámetro y las 3 restantes con barras de 𝜙16 𝑚𝑚. Según la
normativa (UNE-EN-10080-Anexo_D, 2005), ambos diámetros pertenecen a la categoría de diámetros
medios: 10<d<20 mm.
Campaña experimental
55
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Tabla 3.4. Ensayos y número de probetas a realizar
Ensayo Normativa Parámetros a
determinar
Nº de probetas Dimensiones de
probetas [mm] Por
dosificación Total
Resistencia a
compresión
UNE-EN-
12390-3 𝑓𝑐 3 18 𝜙150 x 300
Módulo secante de
elasticidad
UNE-EN-
12390-13 𝐸𝑐,𝑠 3(*) 18(*) 𝜙150 x 300
Resistencia a tracción
indirecta
UNE-EN-
12390-6 𝑓𝑐𝑡 3(*) 18(*) 𝜙150 x 300
Resistencia a la tracción
por flexión
UNE-EN-
14651
𝑓𝑓𝑐𝑡,𝐿 , 𝑓𝑅,1, 𝑓𝑅,2,
𝑓𝑅,3, 𝑓𝑅,4 4 24 150 x 150 x 600
Ensayo
de adherencia
(pull-out)
𝜙12 UNE-
EN-10080-
Anexo D
𝜏𝑑𝑚 3 18
200 x 200 x 200 𝜙16 3 18
(*) Mismas probetas utilizadas para el ensayo de módulo y de tracción indirecta
3.3. DOSIFICACIÓN Y FABRICACIÓN DE PROBETAS
3.3.1. Dosificación
Como se ha mencionado anteriormente, se han llevado a cabo seis dosificaciones distintas, una
para hormigón de control, 3 para hormigón con fibras plásticas y 2 para hormigón reforzado con fibras
de acero. En la Tabla 3.5 se muestra la dosificación empleada para cada una de las amasadas, en donde
se ha empelado un tamaño máximo de árido de 20 mm y una relación agua/cemento 𝑎 𝑐⁄ = 0,6. El
superplastificante utilizado es MasterEase 3850 de la casa comercial BASF.
Tabla 3.5. Dosificación de los seis hormigones empleados
Fecha de fabricación 03/06/2019 17/06/2019 11/06/2019
Unidad HC PF2 PF4 PF6 M20 M40
Volumen L 1000 1000 1000 1000 1000 1000
Cemento I 52,5 R kg/m3 300 300 300 300 300 300
Agua kg/m3 180 180 180 180 180 180
Arena 0-2 kg/m3 120 120 125 130 125 130
Arena 0-5 kg/m3 755 755 760 765 760 765
Grava 5-12 kg/m3 305 305 295 285 295 285
Grava 12-20 kg/m3 705 705 685 665 685 665
Superplastificante kg/m3 1,6 1,9 2,1 1,8 2,5 2,4
Fibra kg/m3 0 2 4 6 20 40
Suma kg/m3 2367 2369 2351 2333 2368 2367
Para cada una de las amasadas, se refleja la dosificación para 1 𝑚3 de hormigón, habiéndose
fabricado 161 litros de cada una.
Campaña experimental
56
Para la dosificación se ha mantenido el contenido de cemento utilizado, así como la relación a/c.
Sin embargo, al incrementar la cuantía de fibras se requiere mayor mortero para un mejor
recubrimiento de las fibras, debido a su mal coeficiente de forma. Igualmente, el aumento de fibras
incrementa las posibilidades de interacción entre fibras, como la formación de erizos y afectando la
trabajabilidad de la mezcla, Por este motivo, a mayor volumen de fibras, se ha reducido ligeramente el
contenido de grava y aumentado el de finos. (Barnett, Lataste, Parry, Millard, & Soutsos, 2010)
Adicionalmente, en la Tabla 3.6 se puede apreciar el resultado de dos comprobaciones
realizadas sobre el hormigón fresco en su fabricación: a) el cono de Abrams para medir la consistencia
del hormigón fresco (Figura 3.1), y b) la densidad, tomando 1L de hormigón fresco y midiendo su
peso.
Tabla 3.6. Resultados sobre el hormigón fresco
Temperatura 24ºC 20ºC 25ºC
Hormigón HC PF2 PF4 PF6 M20 M40
Cono de Abrams cm 7,5 4,5 16 9 20,5 15
Consist Blanda Plástica Líquida Blanda Líquida Fluida
𝝆𝒓𝒆𝒂𝒍 kg/m3 2362 2380 2357 2365 2367,5 2371
Figura 3.1. Cono de Abrams para el hormigón M40
Cabe destacar la desigual consistencia obtenida para las distintas dosificaciones, lo cual conlleva
a tiempos distintos de vibración en la mesa vibratoria.
3.3.2. Fabricación de probetas
Tres distintas geometrías de probetas se han llevado a cabo: cilíndricas, prismáticas (vigas) y
cúbicas. Las fabricaciones de las 6 amasadas se han realizado, según se ve en la Tabla 3.5, los días 3,
11 y 17 de junio, siendo compactadas las probetas por vibración mediante mesa vibratoria y
desmoldeadas el día siguiente a su fabricación y conservadas en cámara húmedas las probetas sin
corrugado (cilindros y vigas) y en cámara climática para los cubos con barras de acero (para evitar la
oxidación de estas). Esta última presenta una temperatura entre 20º y 22º y una humedad relativa entre
45% y 50%.
Los ensayos se han realizado de 28 a 31 días posterior a su fabricación.
Campaña experimental
57
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Probetas cilíndricas
Se han fabricado en total 36 probetas cilíndricas, 6 por cada dosificación de hormigón, con
dimensiones de 150 mm de diámetro y 300 mm de alto. Estas probetas serán empleadas para el ensayo
de resistencia a compresión, determinación del módulo de elasticidad secante y resistencia a tracción
indirecta. En la Figura 3.2 se observa el molde utilizado y la probeta una vez desmoldada.
Figura 3.2. Molde y Probetas cilíndricas
Probetas prismáticas (vigas)
Para los ensayos de resistencia a tracción por flexión se emplean probetas prismáticas de
dimensiones de 150x150 mm de sección y 600 mm de longitud. Para cada dosificación se han
fabricado 4 vigas.
Figura 3.3. Molde y probetas prismáticas
Siguiendo la normativa aplicable (UNE-EN-14651, 2007), por medio de una sierra eléctrica se le
ha realizado una entalla de 25 mm de profundidad en la cara inferior de la probeta, que la atraviesa
transversalmente de un lado al otro, según se aprecia en la Figura 3.9. Con esto, se deja un canto en el
centro de vano de 125 mm.
Probetas cúbicas
Probetas con un poco de mayor preparación al necesitar la ubicación de la barra de acero
corrugado que estará embebida dentro del hormigón. Para ello, siguiendo la normativa correspondiente
(UNE-EN-10080-Anexo_D, 2005), se ha ubicado un manguito (tubo de PVC) de una longitud que
permitiera una longitud libre del acero embebida de 5𝜙, con el objetivo de evitar la adherencia en esta
zona entre la matriz y la barra. Teniendo que el cubo tiene 20 cm de lado, y que se han dispuesto
Campaña experimental
58
barras de 12 mm y 16 mm de diámetro, la longitud libre dentro del molde es 6 cm y 8 cm
respectivamente.
Para evitar la filtración de hormigón fresco dentro de los manguitos, se ha sellado el espacio entre
barra y manguito, así como entre barra y bordes del orificio del molde con un burlete de espuma
autoadherente. También se puede observar la longitud extra de barra que sobresale del molde,
necesaria para la colocación del dispositivo de medida del deslizamiento por un lado y para darle la
posibilidad a la mordaza de agarrar la barra adecuadamente, por el otro.
Figura 3.4. Disposición de las barras de a) 12 mm y b) 16 mm, dentro del molde cúbico
Para el ensayo de arrancamiento se han fabricado 3 probetas por diámetro de barra y dosificación,
teniendo 6 probetas por dosificación y 36 en total. La siguiente figura muestra un cubo con barra de
diámetro 12 mm, enfrentada con una probeta con barra de 16 mm.
Figura 3.5. Probeta cúbica desmoldada
3.4. ENSAYOS SOBRE PROBETAS MOLDEADAS
Para los ensayos realizados sobre el hormigón endurecido se han utilizado 3 equipos distintos:
• Ibertest MEH-3000: Prensa con capacidad de hasta 3000 kN. Empleada para los
ensayos de compresión, módulo secante de elasticidad y de tracción indirecta.
• INstron 8505: Prensa para el ensayo de flexotracción
• INstron 8803: Prensa especial para ensayos de fatiga, con una capacidad de carga
dinámica de 500 kN. Empleada para la tracción de la barra en el ensayo de adherencia
(pull-out)
Campaña experimental
59
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
3.4.1. Ensayo de resistencia a compresión
Para obtener la resistencia a compresión simple se han ensayado las 3 probetas de cada
dosificación de hormigón bajo la norma correspondiente, (UNE-EN-12390-3, 2009).
Inicialmente, para garantizar una adecuada aplicación de la carga axial, la cara superior (superficie sin
contacto con el molde en su fabricación) es pulida, consiguiendo una superficie plana y paralela a la
inferior. La probeta es llevada hasta rotura a una velocidad de carga de 0,5 𝑀𝑃𝑎 𝑠⁄ , tomando el valor
de la carga máxima alcanzada por la prensa hidráulica, F. La resistencia a compresión se calcula
mediante:
𝑓𝑐 =𝐹
𝐴𝑐
Donde 𝐴𝑐 es la sección transversal.
3.4.2. Ensayo para la determinación del Módulo secante de elasticidad en compresión
Según la normativa (UNE-EN-12390-13, 2013), este ensayo ha de realizarse una vez llevado a
cabo el ensayo de resistencia a compresión. Para los ciclos de carga, la tensión superior 𝜎𝑎 ha de ser la
tercera parte de la resistencia a compresión hallada para la respectiva dosificación de hormigón. Este
ensayo representa un ensayo no destructivo, manteniendo a la probeta en régimen elástico.
Se ha seguido el Método B indicado en la normativa, donde se realizan 3 ciclos de carga (Figura
3.6), con tensión superior 𝜎𝑎 =𝑓𝑐
3 y tensión de precarga 𝜎𝑝 = 0,5 𝑀𝑃𝑎.
Figura 3.6.Ciclos de carga para la determinación del módulo de elasticidad secante
El ensayo es llevado a cabo de la siguiente forma:
Se dispone el esqueleto exterior a cada probeta de 𝜙150 𝑥 300 𝑚𝑚, fijando los dos anillos a la
probeta separados a una distancia vertical de 150 mm y paralelos entre sí. Se han ubicado 3 lectores
LVDT (±1,5 mm) distribuidos con una misma separación (cada 120º) los cuales miden el
desplazamiento entre los anillos, es decir, el acortamiento de los 150 mm de la probeta comprendidos
entre estos, durante todo el ciclo de carga. Tanto el incremento de carga como la descarga se efectúan
a una velocidad de 0,5 𝑀𝑃𝑎 𝑠⁄ . En la Figura 3.7 se muestra el montaje llevado a cabo, donde la
imagen se ha tomado de (Molina, 2005), al no haberse tomado una imagen personalmente durante la
campaña.
Campaña experimental
60
El módulo de elasticidad se obtiene mediante:
𝐸𝑐,𝑠 =∆𝜎
∆𝜀𝑠=
𝜎𝑎𝑚 − 𝜎𝑝
𝑚
𝜀𝑎,3 − 𝜀𝑝,2
Donde:
𝜎𝑎𝑚: Tensión medida correspondiente a la tensión superior nominal 𝜎𝑎
𝜎𝑝𝑚: Tensión medida correspondiente a la tensión de precarga nominal 𝜎𝑝
𝜀𝑎,3: Deformación media para la tensión superior en el tercer ciclo de carga
𝜀𝑝,2: Deformación media para la tensión de precarga en el segundo ciclo de carga
Figura 3.7. Disposición del ensayo del módulo secante de elasticidad (Molina, 2005)
3.4.3. Ensayo de resistencia a tracción indirecta (Ensayo Brasileño)
En este ensayo, las probetas cilíndricas (3 por cada amasada, las mismas empleadas previamente
para la determinación del módulo secante) se someten a una compresión aplicada a través de unas
bandas de apoyo ubicadas de manera longitudinal y diametralmente opuestas (Figura 3.8), siguiendo la
norma (UNE-EN-12390-6, 2010). Esto genera una tracción indirecta en el sentido perpendicular al de
la aplicación de la compresión, llevando a la probeta a la fisuración.
Figura 3.8. Esquema del ensayo a tracción indirecta
La velocidad de carga se ha realizados tal que el incremento de tensión fuese:
𝑠 = 0,05 𝑀𝑃𝑎 𝑠⁄
Campaña experimental
61
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Con lo cual, la velocidad de carga aplicada cumple es:
𝑅 =𝑠 𝜋 𝐿 𝑑
2
Y teniendo que 𝑑 = 150 𝑚𝑚 y 𝐿 = 300 𝑚𝑚, 𝑅 = 3,53 𝑘𝑁 𝑠⁄ .
La carga es aplicada hasta la fisuración de la probeta y se anota la carga máxima alcanzada, F. La
resistencia a tracción indirecta se determina mediante:
𝑓𝑐𝑡 =2 𝐹
𝜋 𝐿 𝑑
3.4.4. Ensayo de resistencia a la tracción por flexión
Para caracterizar indirectamente el hormigón a tracción se emplea la flexotracción. Al hormigón
ser un material con baja resistencia a tracción, toma mayor interés cuando presenta un tipo de refuerzo,
como es el caso del HRF. Para este último, se valúa el comportamiento a tracción a través de
resistencias residuales, el cual representa el comportamiento post-fisuración. Siguiendo la norma
(UNE-EN-14651, 2007), determinamos este comportamiento a partir de la curva carga-desplazamiento
del borde de la fisura (CMOD, por sus siglas en inglés “Crack mouth opening displacement”).
Esta normativa representa, teniendo probetas de 150x150x600 mm, un ensayo de flexión a tres
puntos, donde la viga se encuentra biapoyada y la carga es aplicada en la sección central sobre la cara
superior (Figura 3.9). A la probeta, como se ha explicado en la sección anterior, se le realiza una
entalla dejando un canto en la sección central de ℎ𝑠𝑝 = 125 𝑚𝑚, con el objetivo de concentrar la
fisuración en este punto. Los rodillos de apoyo se encuentran a una separación de 500 mm entre sí.
Como se puede apreciar en la Figura 3.10, para la medición del desplazamiento en el borde de
fisura, se disponen dos cuchillas que sujetan el clip (transductor de medida con un rango de 12 mm (-5
mm, +7 mm).
Figura 3.9. Disposición en el ensayo de resistencia a la tracción por flexión
Campaña experimental
62
Figura 3.10. Transductor de medida (Clip)
La aplicación de carga se realiza en control de COMD a una velocidad de 0,05 𝑚𝑚 𝑚𝑖𝑛⁄ hasta
alcanzar un CMOD de 0,1 mm. Posteriormente, hasta alcanzar un desplazamiento de 4 mm se aplica la
carga a una velocidad de 0,2 𝑚𝑚 𝑚𝑖𝑛⁄ . Se exceptúa el caso de hormigón en masa que, al presentar
poco comportamiento residual, el ensayo se ha llevado solo hasta alcanzar un desplazamiento superior
a 1 mm, protegiendo el clip de la rotura en dos piezas de la probeta. En el ensayo de toman distintos
valores de carga:
Carga correspondiente al límite de proporcionalidad (LOP): 𝐹𝐿
Es tomada como el valor máximo de carga antes de alcanzar 0,05 mm de CMOD.
Con este valor, el LOP de calcula como:
𝑓𝑐𝑡,𝐿𝑓
=3 𝐹𝐿 𝑙
2 𝑏 ℎ𝑠𝑝2
Donde:
𝑙: del Longitud vano
𝑏: Anchura de la probeta
ℎ𝑠𝑝: Distancia entre el fondo de entalla y la parte superior de la probeta
Cargas correspondientes a las resistencias residuales a la tracción por flexión: 𝐹𝑗
Para j= 1,2,3,4, se tienen las cargas 𝐹𝑗 correspondientes a los desplazamientos 𝐶𝑀𝑂𝐷𝑗 (Figura
3.11):
𝐶𝑀𝑂𝐷1 = 0,5 𝑚𝑚 ; 𝐶𝑀𝑂𝐷2 = 1,5 𝑚𝑚 ; 𝐶𝑀𝑂𝐷3 = 2,5 𝑚𝑚 ; 𝐶𝑀𝑂𝐷4 = 3,5 𝑚𝑚
Campaña experimental
63
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 3.11. Diagrama carga-CMOD con indicación de las cargas 𝐹𝐿 y 𝐹𝑗
Igualmente, las resistencias residuales se calculan como:
𝑓𝑅,𝑗 =3 𝐹𝑗 𝑙
2 𝑏 ℎ𝑠𝑝2
Una vez finalizado el ensayo, se ha aplicado carga para lograr partir en dos cada probeta para
realizar recuento de fibras en la sección de rotura. Las fibras presentes en la sección de rotura se han
contado de dos diferentes maneras: a 3 niveles según la posición en el ensayo, como se aprecia en la
Figura 3.12 izq, y a dos niveles (Se I) según la posición en la fabricación de las probetas (ver Figura
3.12 der) para detectar posible segregación de las fibras.
Figura 3.12. División (izq) en 3 niveles según la posición en ensayo y (der) en 2 niveles según la posición en la
fabricación para el recuento de fibras
3.4.5. Ensayo de adherencia por arrancamiento
Para evaluar la adherencia entre las barras de acero y la matriz de hormigón se ha empleado el
ensayo de arrancamiento dictado por (UNE-EN-10080-Anexo_D, 2005). Como se ha indicado en el
apartado 2.4.2, las probetas han de ser cúbicas de lado igual a 200 mm, donde se embebe la barra de
acero con una longitud en adherencia con el hormigón igual a 5 veces el diámetro de esta, del lado más
alejado al extremo de donde se realiza la tracción mediante mordaza.
Campaña experimental
64
En el lado excedente corto se ha ubicado un dispositivo de medida de desplazamiento LVDT (±5
mm), que registra el deslizamiento entre barra-hormigón, ∆𝑜. En la Figura 3.13 se presenta el montaje
llevado a cabo en el laboratorio, mediante la máquina INstron 8803.
Figura 3.13. Montaje del ensayo de arrancamiento para el estudio de la adherencia
Como se ha indicado, la velocidad de carga ha de ser, en N/s:
𝑣𝑝 = 0,56 𝑑2
Donde se han utilizado dos diámetros de barra: 𝑑 = 12 𝑚𝑚 y 𝑑 = 16 𝑚𝑚, por lo que las
velocidades son respectivamente
𝑣𝑝𝜙12
= 80,64 𝑁 𝑠⁄ ≈ 0,08 𝑘𝑁 𝑠⁄ 𝑦 𝑣𝑝𝜙16
= 143,36 𝑁 𝑠⁄ ≈ 0,14 𝑘𝑁 𝑠⁄
Este ensayo se ha realizado sobre 3 probetas para cada diámetro de barra y dosificación de
hormigón.
Adicionalmente, con el fin de corroborar la correcta cuantía y denominación de las probetas M20
y M40, se ha machacado una probeta de cada amasada. Tras el machaqueo, por medio de un imán se
han extraído las fibras metálicas y se han pesado, confirmando la adecuada dosificación de estas dos
amasadas.
3.5. ENSAYOS SOBRE HORMIGÓN PROYECTADO
Englobado en el proyecto “Materiales polifuncionales proyectados para el refuerzo y
monitorización de infraestructuras del transporte” MAPMIT (UPC, 2018), financiado por el Ministerio
de Economía, Industria y Competitividad del Gobierno de España y por el Fondo Europeo de
Desarrollo Regional de la Unión Europea, la UPC ha desarrollado con la colaboración de IQE,
COMSA y el CSIC, la evaluación de la adherencia hormigón-armadura en hormigones proyectados.
Esto a través del entregable 5.1: Propuesta y validación experimental de modelos constitutivos de
evaluación de adherencia.
Campaña experimental
65
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
La propuesta experimental se basó en el ensayo normalizado para hormigones moldeados de pull-
out (UNE-EN-10080-Anexo_D, 2005), con la peculiaridad para hormigones proyectados de que se
usan paneles con 3 barras embebidas, separadas entre sí 200 mm.
Inicialmente se llevó a cabo una campaña preliminar para la puesta a punto de lo que
posteriormente serían las propuestas de ensayo. Estas últimas serían para uno y para dos planos de
armado, donde el armado presenta, al igual que en el ensayo de pull-out para hormigón vertido, una
longitud de adherencia embebida en el hormigón igual a 5 veces el diámetro de las barras.
Para un plano de armado se utilizó un molde de 800x600x100 mm con los paramentos laterales
inclinados para favorecer la expulsión del material rebotado durante la proyección (ver Figura 3.14).
Figura 3.14. Molde para el ensayo propuesto de pull-out con un plano de armado para hormigón proyectado (UPC,
2018)
Con este se han variado parámetros como la utilización de hormigón vertido (para ser
comparado con probetas cúbicas) u hormigón proyectado y el espesor del hormigón.
Para la segunda propuesta, dos planos de armado, se ha utilizado el molde de la Figura 3.15 para
evaluar el efecto que puede producir el efecto sombra al situarse un plano superior de armadura. Este
molde difiere principalmente en que presenta una altura de 200 mm (frente a los 100 mm del molde
anterior) y la pendiente de los paramentos inclinados es mayor para mantener la longitud del molde.
Figura 3.15. Molde para el ensayo propuesto de pull-out con dos planos de armado para hormigón proyectado (UPC,
2018)
Campaña experimental
66
Posterior a esta experiencia experimental, se llevaron a cabo ensayos sobre hormigones
proyectados in-situ en obras llevadas a cabo por las empresas constructoras colaboradoras. Se han
llevado a cabo 3 aplicaciones distintas:
La primera aplicación variaba el uso de probetas normalizadas cúbicas, placas con hormigón
vertido y placas con hormigón proyectado, diferentes dosificaciones de aditivo acelerante para el
hormigón proyectado y el uso de uno y dos planos de armado. En la segunda aplicación, se ha añadido
fibra polimérica al hormigón y que se describirá con más detalle en el aparatado 3.5.1, debido a su
interés para el presente trabajo.
Finalmente, como tercera aplicación, se ha utilizado placas con 2 planos de armado en el que se
variaba el tipo de aditivo acelerante y su contenido, observando igualmente el efecto de considerar la
adherencia para el plano superior o para el inferior.
3.5.1. Ensayo propuesto de adherencia sobre hormigón reforzado con fibras proyectado
La aplicación 2, mencionada anteriormente, se ha llevado a cabo con el hormigón usado en obra
en la construcción de un túnel carretero por COMSA (B40). Se ha utilizado un robot de proyección
para el HRF, con una cuantía de 6 kg/m3 de fibra polimérica (MasterFiber 248) y un aditivo acelerante
de aluminato. En la Tabla 3.7, tomada del informe del proyecto, se muestran las características de las
muestras realizadas para el ensayo.
Como se observa, se han utilizado principalmente barras de 12 mm (salvo en la última muestra,
con 16 mm) de diámetro, paneles de hormigón proyectado con un plano de armado (PP100) y dos
planos de armado (PP200), y paneles de hormigón vertido y compactado con un plano de armado
(PC100) y con dos planos de armado (PC200) para su comparación.
Tabla 3.7. Características de las muestras para ensayo de pull-out in-situ (UPC, 2018)
Campaña experimental
67
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 3.16. Toma de muestras de hormigón proyectado en la construcción del túnel carretero B40 (COMSA)
Campaña experimental
68
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
RESULTADOS Y ANÁLISIS
4.1. INTRODUCCIÓN
En este capítulo se presentarán los resultados obtenidos de cada uno de los ensayos llevados a
cabo: en el apartado 4.2, los ensayos sobre probetas moldeadas (campaña experimental llevada a cabo
por el autor del presente trabajo) y en el apartado 4.3, los resultados de los ensayos llevados a cabo
sobre hormigón proyectado y vertido según el ensayo propuesto. Cabe resaltar que en el apartado 4.2.5
se realizará un análisis más detallado del ensayo objeto del presente estudio, la adherencia entre las
barras de acero y la matriz de hormigón.
4.2. ENSAYOS SOBRE PROBETAS MOLDEADAS
4.2.1. Ensayo de resistencia a compresión
El ensayo a compresión se ha realizado sobre 3 probetas para cada dosificación de hormigón.
De esta manera, se ha identificado cada probeta como XX-Ci, donde XX hace referencia a la
dosificación (HC, PF2, M20, …) e i=1,2,3, identificando el número de probeta ensayada. En la Tabla
Resultados y análisis
70
4.1 se muestra la resistencia a compresión de cada una de las probetas, y obteniendo como el promedio
de estos valores, la resistencia a compresión de cada hormigón. La Figura 4.1 ilustra los resultados
obtenidos.
Tabla 4.1. Resultados del ensayo de resistencia a compresión
Hormigón Vf [%] fc [Mpa] CV (%)
HC 0
31,0
31,3 1,9 32,1
30,7
PF2 0,22
32,4
33,1 1,5 33,3
33,6
PF4 0,44
33,6
33,6 1,0 33,9
33,2
PF6 0,66
34,9
34,8 0,2 34,9
34,7
M20 0,25
31,9
31,1 1,9 31,0
30,5
M40 0,51
32,7
32,4 0,7 32,1
32,4
Figura 4.1. Resultados del ensayo de resistencia a compresión
Se puede observar que la cuantía de las fibras plásticas incrementa la resistencia a compresión del
hormigón; el hormigón con 6 𝑘𝑔 𝑚3⁄ presenta un 11,3% mayor resistencia que el hormigón sin fibras.
En cuanto a las fibras metálicas, la resistencia media obtenida para el hormigón M20 tiene una
resistencia similar a la del hormigón sin fibras HC, pero incrementándose su resistencia para el
hormigón de mayor cuantía M40. Este último, con una cuantía de 40 𝑘𝑔 𝑚3⁄ , presenta un incremento
de resistencia del 3,6% frente al HC.
En una visión general, para las cuantías evaluadas, cada HRF plásticas presenta una resistencia a
compresión mayor que los HRF metálicas.
Cabe destacar la baja dispersión en los resultados (CV con valores bajos).
Resultados y análisis
71
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
4.2.2. Ensayo del Módulo de elasticidad en compresión
El ensayo para la determinación del módulo secante de elasticidad a compresión se ha realizado
sobre 3 probetas para cada dosificación de hormigón. De esta manera, se ha identificado cada probeta
como XX-MBi, donde XX hace referencia a la dosificación (HC, PF2, M20, …) e i=1,2,3,
identificando el número de probeta ensayada; MB hace referencia a Módulo - Brasileño, al aplicarse
sobre las mismas probetas cilíndricas el ensayo de módulo secante y el de tracción indirecta
(brasileño). En la Tabla 4.2 se muestra el módulo de elasticidad obtenido para cada una de las probetas
y el valor promedio del módulo para cada dosificación. La Figura 4.2 ilustra los resultados obtenidos.
Se puede observar que no hay un efecto significativo en el módulo de elasticidad secante al
incluirse estas determinadas cuantías de fibras en el material. Las 6 distintas dosificaciones presentan
un valor similar, con baja dispersión en los valores; sin embargo, es ligeramente mayor para
hormigones con fibras plásticas, en consecuencia con la mayor resistencia obtenida para estas frente a
los HRF de acero.
Tabla 4.2. Resultados del ensayo de módulo secante de elasticidad
Hormigón Vf [%] Ec,s [GPa] CV (%)
HC 0
29,7
29,9 0,9 30,3
29,8
PF2 0,22
32,0
31,6 1,1 31,7
31,2
PF4 0,44
29,1
29,6 1,0 29,9
29,7
PF6 0,66
30,1
30,1 0,1 30,1
30,2
M20 0,25
29,0
28,9 1,0 28,5
29,1
M40 0,51
28,9
29,3 1,3 29,8
29,2
Resultados y análisis
72
Figura 4.2. Resultados del ensayo de módulo secante de elasticidad
4.2.3. Ensayo de resistencia a tracción indirecta (Ensayo Brasileño)
El ensayo para la determinación de la resistencia a tracción indirecta se ha realizado sobre 3
probetas para cada dosificación de hormigón. Se han utilizado las mismas probetas empleadas para la
determinación del módulo, con lo cual, cada probeta XX-MBi, es la misma que las indicadas en el
apartado 4.2.2. En la Tabla 4.3 se muestra la resistencia a tracción indirecta para cada una de las
probetas y el valor promedio de esta para cada dosificación. La Figura 4.3 ilustra los resultados
obtenidos.
Tabla 4.3. Resultados del ensayo a tracción indirecta
Hormigón Vf [%] fct [GPa] CV (%)
HC 0
1,69
1,75 8,3 1,97
1,64
PF2 0,22
2,82
2,45 10,3 2,31
2,26
PF4 0,44
3,27
2,80 15,0 2,84
2,25
PF6 0,66
2,46
2,30 5,9 2,30
2,12
M20 0,25
2,23
2,25 10,8 1,98
2,57
M40 0,51
2,86
2,85 9,7 2,47
3,14
Resultados y análisis
73
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 4.3. Resultados del ensayo a tracción indirecta
Se puede observar como la presencia de un refuerzo con fibras incrementa la resistencia a
tracción indirecta del hormigón. Se obtiene un incremento en esta de hasta un 60% en las cuantías
evaluadas de fibra plástica, y hasta un 62,9% para las de fibras metálicas con respecto a las del
hormigón en masa. Salvo el hormigón PF6, se observa como al aumentar la cuantía de fibras se
obtiene una mayor resistencia. Cabe destacar que el hormigón M20 es el que menor resistencia
presenta de los HRF.
4.2.4. Ensayo de resistencia a la tracción por flexión
El ensayo de resistencia a la tracción por flexión se ha realizado sobre 4 probetas prismáticas para
cada dosificación de hormigón. De esta manera, se ha identificado cada probeta como XX-Fi, donde
XX hace referencia a la dosificación (HC, PF2, M20, …) e i=1,2,3,4, identificando el número de
probeta ensayada.
Para este ensayo de obtienen 5 valores distintos que caracterizan el comportamiento del HRF a
flexotracción, como se puede ver en la Figura 3.11: el primero representa el límite de
proporcionalidad, (LOP), que indica la resistencia a flexotracción; y los siguientes 4 representan
resistencias residuales una vez el hormigón ha fisurado y va perdiendo sección resistente (para
diferentes aperturas de la fisura), entrando en mayor solicitación las fibras que cosen la sección
fisurada. En la Tabla 4.4 se muestra la resistencia a tracción por flexión de cada una de las probetas y
el promedio de estos valores para cada hormigón. La Figura 4.4 ilustra los resultados obtenidos.
Resultados y análisis
74
Tabla 4.4. Resultados del ensayo a flexotracción. Límite de proporcionalidad y resistencias residuales
LOP Resistencia residual a tracción
Hormigón ffct,L [MPa] fR,1 [MPa] fR,2 [MPa] fR,3 [MPa] fR,4 [MPa]
HC
Vf=0%
3,1
3,3
(4,1%)
0,3
0,2
(27,0%)
0,0
0,0
(-)
0,0
0,0
(-)
0,0
0,0
(-)
3,4 0,2 0,0 0,0 0,0
3,2 0,3 0,0 0,0 0,0
3,5 0,2 0,0 0,0 0,0
PF2
Vf=0,22%
4,1
3,8
(11,1%)
0,9
0,6
(30,6%)
0,7
0,5
(31,7%)
0,7
0,5
(31,5%)
0,8
0,5
(36,9%)
4,1 0,5 0,4 0,4 0,4
4,1 0,6 0,5 0,4 0,4
3,1 0,4 0,3 0,3 0,3
PF4
Vf=0,44%
4,1
4,4
(4,2%)
0,8
1,1
(15,2%)
0,8
1,1
(14,6%)
0,9
1,1
(14,1%)
0,8
1,1
(14,4%)
4,4 1,0 1,2 1,3 1,2
4,7 1,2 1,2 1,1 1,1
4,4 1,3 1,3 1,3 1,2
PF6
Vf=0,66%
3,8
3,9
(4,1%)
1,6
1,5
(9,9%)
1,8
1,6
(13,8%)
1,9
1,7
(14,0%)
1,8
1,6
(13,9%)
3,6 1,5 1,6 1,6 1,6
4,1 1,6 1,8 1,8 1,8
3,9 1,3 1,3 1,3 1,3
M20
Vf=0,25%
3,6
3,6
(2,0%)
1,2
1,2
(22,1%)
1,2
1,2
(23,9%)
1,1
1,1
(23,4%)
1,0
1,0
(24,1%)
3,6 1,0 1,0 1,0 0,8
3,8 1,6 1,6 1,5 1,3
3,5 0,9 0,9 0,8 0,8
M40
Vf=0,51%
3,6
3,8
(3,5%)
1,8
2,0
(11,0%)
1,7
2,1
(15,4%)
1,6
2,0
(15,8%)
1,4
1,7
(16,1%)
4,0 1,9 1,9 1,8 1,6
3,9 2,0 2,2 2,1 1,8
3,8 2,4 2,5 2,4 2,2
Figura 4.4. Resultados del ensayo a flexotracción. Límite de proporcionalidad y resistencias residuales
En la Figura 4.5 se presentan las curvas 𝐶𝑀𝑂𝐷 − 𝑓𝑐𝑡𝑓 obtenidas para cada probeta de HRF
plásticas, añadiendo los resultados para el hormigón de control para ver la evolución según la cuantía
añadida.
Resultados y análisis
75
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 4.5. Resultados del ensayo de flexotracción para fibras plásticas (HC, PF2, PF4 y PF6)
De igual forma, en la Figura 4.6, se presentan las curvas 𝐶𝑀𝑂𝐷 − 𝑓𝑐𝑡𝑓 para los HRF metálicas
junto a la del hormigón de control para representan su evolución.
Figura 4.6. Resultados del ensayo de flexotracción para fibras metálicas (HC, M20 y M40)
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
HC-1 HC-2
HC-3 HC-4
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
PF2-1 PF2-2
PF2-3 PF2-4
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
PF4-1 PF4-2
PF4-3 PF4-4
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
PF6-1 PF6-2PF6-3 PF6-4
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
HC-1 HC-2
HC-3 HC-4
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
M20-1 M20-2M20-3 M20-4
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
M40-1 M40-2M40-3 M40-4
Resultados y análisis
76
Resistencia a flexotracción (fLOP)
Comparando los valores de la resistencia en el límite de proporcionalidad, se tiene (salvo para el
hormigón PF6) que a mayor cuantía de cada uno de los dos tipos de fibras hay mayor resistencia a
flexotracción. El HRF metálicas con la cuantía máxima estudiada, 40 𝑘𝑔 𝑚3⁄ , presenta la misma
resistencia que la del HRF plásticas de menor cuantía, 2 𝑘𝑔 𝑚3⁄ : 3,8 MPa, representando un 15%
más de resistencia frente al hormigón en masa. Por otra parte, el hormigón PF4 presentó la mayor
resistencia a flexotracción con 4,4 MPa, un 33,3% mayor qe el del HC.
Resistencia residual
Figura 4.7. Curvas CMOD-ffct para el ensayo a flexotracción
En la Figura 4.7 se muestran los valores promedios de resistencias, tanto LOP como las
resistencias residuales, obtenidos para las 6 hormigones. El valor del CMODLOP se ha obtenido de
igual manera como el valor medio de los CMOD de las 4 probetas de cada dosificación.
Según esto, y la Tabla 4.4, se ve que los valores de las resistencias residuales se suelen mantener
relativamente constantes, variando el 𝑓𝑅,4 (𝐶𝑀𝑂𝐷4 = 3,5 𝑚𝑚) hasta un 16,7% del valor residual
𝑓𝑅,1 (𝐶𝑀𝑂𝐷1 = 0,5 𝑚𝑚).
Se observa igualmente que pese a tener un 𝑓𝑐𝑡,𝐿𝑓
(𝑓𝐿𝑂𝑃) menor frente al PF4, el HRF plásticas de
mayor cuantía (PF6) presenta mejor comportamiento residual. Salvo esta excepción, los resultados
manifiestan para las demás dosificaciones que, a mayor cuantía, mayor resistencia residual.
Tabla 4.5. Relación del valor de resistencia residual frente a la resistencia máxima a flexotracción
Relación de las resistencias residuales con respecto a fct,LOP
Resistencia
Residual CMOD (mm) HC PF2 PF4 PF6 M20 M40
fR,1 0,5 0,06 0,16 0,25 0,39 0,33 0,53
fR,2 1,5 - 0,13 0,25 0,41 0,33 0,55
fR,3 2,5 - 0,13 0,25 0,44 0,31 0,53
fR,4 3,5 - 0,13 0,25 0,41 0,28 0,45
0
1
2
3
4
5
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
f ct(M
Pa)
CMOD (mm)
PF2 PF4 PF6
HC M20 M40
0
1
2
3
4
5
0,00 0,02 0,04
f ct(M
Pa)
CMOD (mm)
Resultados y análisis
77
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
En la Tabla 4.5, se han presentado las relaciones de los valores de resistencias residuales para
cada hormigón frente al valor respectivo de resistencia máxima a flexotracción (LOP). Se puede
observar que a mayor cuantía de un determinado tipo de fibra, mayor es la relación de las resistencias
residuales frente a la resistencia máxima, llegando a alcanzarse un 55% para el hormigón M40. Es
decir, que a mayor contenido de fibras, menor es la pérdida de resistencia a flexotracción.
Para poder evaluar conjuntamente tanto los HRF plásticas como los HRF metálicas en el ensayo
de adherencia (ver apartado 4.2.5), se caracterizará cada dosificación por su volumen de fibras (%) y
la resistencia residual fR,3 (CMOD=2,5 mm) del ensayo de flexotracción. La Tabla 4.6 muestra estos
valores y la Figura 4.8 muestra la clara evolución lineal entre el contenido de fibras y la resistencia
residual. De esto se deduce que las fibras metálicas presentan una tasa de incremento en resistencia
residual según su volumen de fibras mayor frente a los HRF con fibras plásticas, es decir, con el
mismo volumen de fibras, las fibras metálicas aportan un mejor comportamiento a tracción, como
cabría esperar.
Tabla 4.6.Volúmen de fibras (%) y resistencia residual a tracción fR,3 para cada hormigón
Hormigón Vf (%) fR,3 [Mpa]
HC 0,00 0,0
PF2 0,22 0,5
PF4 0,44 1,1
PF6 0,66 1,7
M20 0,25 1,1
M40 0,51 2,0
Figura 4.8. Evolución de la resistencia residual fR,3 frente al volumen de fibras (%)
Recuento de fibras
Como se ha indicado en el apartado 3.4.4, se ha realizado un recuento del número de fibras
presentes en la sección de rotura. Así, la Figura 4.9 muestra la sección de una probeta para cada
dosificación, dando una noción del número de fibras presentes en esta y su disposición. También en
esta figura se puede apreciar una adecuada distribución del árido grueso en las probetas, lo cual pone
de manifiesto que no se produjo una segregación perceptible de grava.
y = 2,5393x - 0,0298R² = 0,9982
y = 3,9255x + 0,0333R² = 0,9967
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
fR,3
[M
Pa]
Vf [%]
Fibras Plásticas
Fibras Metálicas
Resultados y análisis
78
Figura 4.9. Secciones de rotura para cada dosificación
En la Tabla 4.7 se observa la cantidad media de cada dosificación de fibras. La Figura 4.10 ilustra
los resultados obtenidos en el recuento total de fibras.
Tabla 4.7. Número de fibras medio en la sección de rotura para cada dosificación
Hormigón Vf (%) Fibras en la
sección de rotura CV (%)
HC 0,00 0 0
PF2 0,22 36 20,8
PF4 0,44 79 12,1
PF6 0,66 111 7,9
M20 0,25 40 21,7
M40 0,51 75 13,9
Resultados y análisis
79
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 4.10. Número de fibras en la sección de rotura
En la Figura 4.11 se puede observar una relación lineal (con un alto R2) del número de fibras en la
sección de rotura según el porcentaje en volumen de estas, lo cual indica una dispersión longitudinal
de las fibras adecuada.
Figura 4.11. Número medio de fibras en la sección de rotura según porcentaje de volumen de fibras
Por otra parte, para identificar la disposición transversal de las fibras, se presenta a continuación,
para cada una de las probetas, la cantidad de fibras presentes en la sección de rotura según la altura en
posición de ensayo (ver Figura 4.12 izq). Para observar si se ha producido una segregación de las
fibras en el proceso de fabricación de las probetas, se divide la sección de rotura en dos niveles según
la fabricación: nivel cercano a la cara de vertido: S (superior), y nivel cercano a la cara moldeada: I
(inferior), ver Figura 4.12 der.
De esta manera, la Tabla 4.8, la Tabla 4.9, la Tabla 4.10, la Tabla 4.11 y la Tabla 4.12, muestran
el número de fibras según el recuento por niveles en posición de ensayo, mientras que posterior a ellas,
se presenta el número medio de fibras halladas para la división S e I según posición en la fabricación.
y = 170,91x + 0,1
R² = 0,9972
y = 146,98x + 1,0994
R² = 0,9975
0
20
40
60
80
100
120
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Nº
Fib
ras
en s
ecci
ón d
e ro
tura
Vf [%]
Plásticas
Metálicas
Resultados y análisis
80
Figura 4.12. División (izq) en 3 niveles según la posición en ensayo y (der) en 2 niveles según la posición en la
fabricación para el recuento de fibras
PF2:
Tabla 4.8. Número de fibras por nivel en posición de ensayo en la sección de rotura a flexotracción para PF2
Nivel en posición en ensayo PF2-1 PF2-2 PF2-3 PF2-4
Superior 10 12 12 4
Medio 15 10 10 6
Inferior 15 14 22 14
Total 40 36 44 24
En cuanto a los niveles S e I según posición en la fabricación, se tiene: S=15 fibras e I=21 fibras.
Las fibras en la mitad superior representan un 29% menos que las presentes en la mitad inferior, lo que
manifiesta una muy ligera segregación de las fibras en el hormigón fresco para PF2.
PF4:
Tabla 4.9. Número de fibras por nivel en posición de ensayo en la sección de rotura a flexotracción para PF4
Nivel en posición en ensayo PF4-1 PF4-2 PF4-3 PF4-4
Superior 22 29 28 26
Medio 22 29 34 23
Inferior 20 20 25 39
Total 64 78 87 88
En cuanto a los niveles S e I según posición en la fabricación, se tiene: S=37 fibras e I=42 fibras.
La mitad superior presenta un 12% menos de fibras que la mitad inferior, lo que refleja una ligera
segregación de las fibras en el hormigón fresco para PF4.
PF6:
Tabla 4.10. Número de fibras por nivel en posición de ensayo en la sección de rotura a flexotracción para PF6
Nivel en posición en ensayo PF6-1 PF6-2 PF6-3 PF6-4
Superior 38 34 40 32
Medio 40 52 22 29
Inferior 46 25 49 38
Total 124 111 111 99
Resultados y análisis
81
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
En cuanto a los niveles S e I según posición en la fabricación, se tiene: S=54 fibras e I=57 fibras.
Debido a una diferencia de solo 5% de fibras en la mitad superior frente a la inferior, se concluye una
segregación despreciable para PF6.
M20:
Tabla 4.11. Número de fibras por nivel en posición de ensayo en la sección de rotura a flexotracción para M20
Nivel en posición en ensayo M20-1 M20-2 M20-3 M20-4
Superior 9 12 16 11
Medio 14 12 23 11
Inferior 13 10 16 13
Total 36 34 55 35
En cuanto a los niveles S e I según posición en la fabricación, se tiene: S=18 fibras e I=22 fibras.
La mitad superior de la probeta presenta un 20% menos de fibras frente a la mitad inferior. Esto pone
de manifiesto que se ha producido una ligera segregación de fibras en el hormigón fresco para M20.
M40:
Tabla 4.12. Número de fibras por nivel en posición de ensayo en la sección de rotura a flexotracción para M40
Nivel en posición en ensayo M40-1 M40-2 M40-3 M40-4
Superior 26 24 30 23
Medio 21 22 18 38
Inferior 28 15 24 29
Total 75 61 72 90
En cuanto a los niveles S e I según posición en la fabricación, se tiene: S=32 fibras e I=43 fibras.
Esto refleja un 25% menos de fibras en la mitad superior de la probeta frente a la mitad inferior, lo que
refleja una ligera segregación de las fibras en el hormigón fresco para M40.
4.2.5. Ensayo de adherencia por arrancamiento
El ensayo de adherencia pull-out se ha realizado sobre 3 probetas de cada dosificación para barras
embebidas de 12 mm de diámetro y sobre otras 3 probetas para barras de corrugado de 16 mm. Las
probetas se han denominado como XX-Dxx-i, donde XX hace referencia a la dosificación (HC, PF2,
M20, …), Dxx al diámetro de la barra de acero (D12, D16) e i=1,2,3, identificando el número de
probeta ensayada.
En la Figura 4.13 se presentan las curvas de tensión de adherencia frente a deslizamiento para
cada probeta de HRF plásticas, presentándose en la columna de la izquierda los resultados para barras
embebidas de 12 mm y en de 16 mm en la columna derecha. Se añaden inicialmente las curvas del
hormigón de control. En la Figura 4.14 se presentan los respectivos resultados para HRF metálicas.
Resultados y análisis
82
𝜙12 𝑚𝑚 𝜙16 𝑚𝑚
Figura 4.13. Curvas tensión de adherencia-deslizamiento para fibras plásticas con barras 𝜙12 mm (izq) y 𝜙16 (der)
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
HC-D12-1HC-D12-2HC-D12-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
HC-D16-1HC-D16-2HC-D16-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF2-D12-1PF2-D12-2PF2-D12-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF2-D16-1PF2-D16-2PF2-D16-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF4-D12-1PF4-D12-2PF4-D12-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF4-D16-1PF4-D16-2PF4-D16-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF6-D12-1PF6-D12-2PF6-D12-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF6-D16-1PF6-D16-2PF6-D16-3
Resultados y análisis
83
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
𝜙12 𝑚𝑚 𝜙16 𝑚𝑚
Figura 4.14. Curvas tensión de adherencia-deslizamiento para fibras metálicas con barras 𝜙12 mm (izq) y 𝜙16 (der)
En la Tabla 4.13 se muestra la tensión de adherencia máxima para cada una de las probetas, así
como el promedio para cada dosificación y diámetro de barra embebida y la tensión máxima
normalizada. La Figura 4.15 ilustra los resultaos obtenidos.
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
HC-D12-1HC-D12-2HC-D12-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
HC-D16-1HC-D16-2HC-D16-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
M20-D12-1M20-D12-2M20-D12-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
M20-D16-1M20-D16-2M20-D16-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
M40-D12-1M40-D12-2M40-D12-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
M40-D16-1M40-D16-2M40-D16-3
Resultados y análisis
84
Tabla 4.13. Resultados del ensayo de adherencia por arrancamiento. Tensión máxima de adherencia
D=12 mm D=16 mm
Hormigón Consistencia
H. Fresco fc [Mpa] tu [Mpa] tu [Mpa] 𝝉𝒖 √𝒇𝒄⁄ tu [Mpa] tu [Mpa] 𝝉𝒖 √𝒇𝒄⁄
HC
Vf=0% Blanda 31,3
11,8 13,2
(7,7%) 2,4
12,0 12,0
(0,9%) 2,1 14,0 12,1 (**)
13,8 11,9
PF2
Vf=0,22% Plástica 33,1
18,0 17,9
(3,3%) 3,1
14,3 13,7
(12,3%) 2,4 18,6 11,4 (**)
17,1 15,4
PF4
Vf=0,44% Líquida 33,6
13,9 13,9
(1,4%) 2,4
11,6 11,9
(3,2%) 2,1 13,7 8,7 (*)
14,2 12,3
PF6
Vf=0,66% Blanda 34,8
16,5 16,6
(5,5%) 2,8
15,0 15,1
(0,5%) 2,6 17,7 7,5 (*)
15,5 15,2
M20
Vf=0,25% Líquida 31,1
13,2 12,7
(5,1%) 2,3
11,1 12,1
(6,2%) 2,2 13,1 12,4
11,8 12,9
M40
Vf=0,51% Fluida 32,4
9,9 11,5
(10,7%) 2,0
10,8 10,3
(12,4%) 1,8 12,8 11,6
11,9 8,6
(*) y (**) Se explican más adelante en “Consideraciones sobre probetas ensayadas”
Figura 4.15. Resultados del ensayo de adherencia. Tensión máxima de adherencia
Comportamiento mecánico de adherencia
Tomando la curva deslizamiento – tensión de adherencia de la probeta PF2-D12-1, se identificará
el comportamiento mecánico de pull-out genérico para ensayos con fallo por deslizamiento obtenido.
Como se puede observar en la Figura 4.16, en el comportamiento en el ensayo de pull-out ocurren
4 fases distintas, que se correlacionaran con la Figura 2.24.
Resultados y análisis
85
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
I. Comportamiento a bajas tensiones y desplazamientos: La fuerza aplicada no es suficiente para
romper la adhesión química, por lo que hay poco deslizamiento entre hormigón y acero.
II. Comportamiento dominado por el mecanismo adherente de rozamiento: al alcanzar
aproximadamente el 80% del valor de resistencia a tracción indirecta, 𝑓𝑐𝑡, hallada mediante el ensayo
brasileño (apartado 4.2.3) se pierde la adhesión y los mecanismos adherentes que permanecen son la
fricción y la interacción mecánica debida a las corrugas. Para el hormigón PF2 se tiene un 𝑓𝑐𝑡 = 2,45.
III. Pérdida progresiva de rigidez: Por mecanismos de fisuración internas, se empieza a perder
rigidez, ocurriendo un avance progresivo hasta alcanzar la tensión máxima de adherencia. El
mecanismo adherente principal es la interacción mecánica.
IV. Perdida de adherencia: Una vez superada la tensión máxima de adherencia, se produce el fallo
por deslizamiento. La tensión de adherencia se va reduciendo progresivamente.
Figura 4.16. Curva tensión de adherencia- deslizamiento para PF2-D12-1
Consideraciones sobre probetas ensayadas
Los valores marcados en la Tabla 4.13 con (*) (probetas PF4-D16-2 y PF6-D16-2) han sido
desestimadas debido a un deslizamiento inicial de la barra antes de alcanzar la carga esperada al ver
los resultados de las probetas de su misma serie. Este deslizamiento ha provocado que el valor de la
tensión máxima para la PF4-D16-2 sea un 73% de las otras dos, y de un 49% para la PF6-D16-2
(Figura 4.17), así como la reducción en el comportamiento residual posterior.
Como se puede ver en la Figura 4.17, el comportamiento inicial semi rígido de las probetas
descartadas es idéntico al de las dos restantes de la misma serie. Posterior a esto se ha producido un
deslizamiento repentino cuando se ha perdido la adhesión entre los dos materiales; esto genera un
deslizamiento repentino sin aumentar la carga aplicada en la misma magnitud.
Una vez se produce este deslizamiento, la barra encuentra resistencia mediante fricción entre el
hormigón más próximo ya movilizado con el resto de la matriz. Por esta falta de un mecanismo
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
tdm
[Mp
a]
Do [mm]
PF2-D12-1IVIIIIII
Resultados y análisis
86
efectivo de interacción mecánica entre barra y hormigón, se presenta una tensión última de adherencia
menor.
Si nos fijamos en las probetas de las series PF4 y PF6 en las que no se produce este deslizamiento
inicial, se ve un comportamiento similar con poca varianza. Si pasamos de descartar la probeta PF4-
D16-2 a considerarla, se pasa de un valor promedio de tensión última de 11,9 MPa y un CV=3,2% a
un valor promedio 10,9 MPa y CV=14,36%. Igualmente, si pasamos de descartar la probeta PF6-D16-
2 a considerarla, pasamos de 𝜏𝑢 = 15,1 𝑀𝑃𝑎 y CV=0,5% a 𝜏𝑢 = 12,6 𝑀𝑃𝑎 y CV=28,75%.
Por esto se ha optado por descartar estos dos ensayos, considerando un defecto en la ejecución
(generador de este deslizamiento inicial) y considerando la poca variación presente entre las probetas
de la misma serie, frente a la gran variación que se alcanza si no se descartaran.
Figura 4.17. Curva Tensión de adherencia-deslizamiento para las probetas PF4-D16 (izq.) y PF6-D16 (der.)
Por otra parte, los valores marcados con dos asteriscos (**) en la Tabla 4.13 (probetas HC-D16-2 y
PF2-D16-2) presentan la peculiaridad de que el fallo de adherencia no se ha producido por
deslizamiento sino por rotura del hormigón causada por el anillo de tracciones. Como se observa en la
Figura 4.18 y Figura 4.20, y como cabría esperar, la fisura se produce longitudinalmente (misma
dirección que la barra embebida).
En la Figura 4.18 se aprecia el comportamiento de la probeta HC-D16-2 frente a las otras dos de
la misma dosificación y en la Figura 4.19 el estado de rotura la misma. En la Figura 4.20 y Figura 4.21
se muestra respectivamente para la probeta PF2-D16-2.
Se observa como el comportamiento residual tras rotura es significativamente menor para estas
dos probetas ya que, al producirse al fallo, se presenta una caída drástica de resistencia. Sin embargo,
en vez de reducirse la tensión de manera lineal, esta pérdida de resistencia se va atenuando, debido a la
resistencia residual a tracción que aportan las fibras en las zonas fisuradas.
Este aporte de resistencia residual a tracción no se presenta en los ensayos con fallo por
deslizamiento, ya que el desplazamiento de la barra y el hormigón circundante ya no se halla cosido
por ninguna fibra con el resto del bloque de hormigón.
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF4-D16-1PF4-D16-2PF4-D16-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[Mp
a]
Do [mm]
PF6-D16-1PF6-D16-2PF6-D16-3
Resultados y análisis
87
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 4.18. Curva Tensión de adherencia-deslizamiento para las probetas HC-D16
Figura 4.19. Rotura de la probeta HC-D16-2
Figura 4.20. Curva Tensión de adherencia-deslizamiento para las probetas PF2-D16
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[Mp
a]
Do [mm]
HC-D16-1HC-D16-2HC-D16-3
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[Mp
a]
Do [mm]
PF2-D16-1PF2-D16-2PF2-D16-3
Resultados y análisis
88
Figura 4.21. Rotura de la probeta PF2-D16-2
Análisis de resultados
Para valorar la influencia del diámetro de barra, se presenta en la Tabla 4.14 el valor de la tensión
máxima para cada una de las dosificaciones y la relación entre la tensión para barras de 16 mm y para
barras de 12 mm. Se observa que, a menor diámetro de barra, mayor tensión máxima de adherencia.
La tensión para diámetro de 16 mm varía entre un 0,77 (PF2) y un 0,95 (M20) con respecto a la de 12,
teniendo una relación media de 0,88.
Tabla 4.14. Relación entre tensiones máximas de adherencia para barras de 16 mm y 12 mm
Hormigón tu [Mpa]
12 16 tu,16 / tu,12
HC 13,2 12,0 0,91
PF2 17,9 13,7 0,77
PF4 13,9 11,9 0,86
PF6 16,6 15,1 0,91
M20 12,7 12,1 0,95
M40 11,5 10,3 0,90
Una vez identificada cada serie con su resistencia residual (ver Tabla 4.6 y Figura 4.8), se
presenta la tensión de adherencia máxima y la tensión normalizada para cada una de ellas en la Tabla
4.15, y gráficamente, en la Figura 4.22 se presenta la evolución de la tensión normalizada según fR,3
para cada diámetro de barra.
Tabla 4.15. Tensión de adherencia máxima y normalizada según resistencia residual fR,3
Hormigón fR3 [Mpa] 12 16
tu [Mpa] 𝝉𝒖 √𝒇𝒄⁄ tu [Mpa] 𝝉𝒖 √𝒇𝒄⁄
HC 0,0 13,2 2,4 12,0 2,1
PF2 0,5 17,9 3,1 13,7 2,4
PF4 1,1 13,9 2,4 11,9 2,1
PF6 1,7 16,6 2,8 15,1 2,6
M20 1,1 12,7 2,3 12,1 2,2
M40 2,0 11,5 2,0 10,3 1,8
Resultados y análisis
89
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 4.22. Tensión máxima normalizada frente a la resistencia residual fR,3
Los coeficientes R2 obtenidos con el ajuste lineal de los resultados experimentales (ver Figura
4.22) ponen de manifiesto que no es posible correlacionar las resistencias residuales del hormigón (fR3)
con las tensiones de adherencia, para ninguno de los dos diámetros analizados. Esto puede deberse a
que, para los tipos y cuantías de fibras empleadas, las resistencias residuales no son suficientemente
significativas para afectar al mecanismo de adherencia matriz-barra y, por tanto, las dispersiones
obtenidas en los resultados conducen a una correlación deficiente. En cualquier caso, los resultados
ponen de manifiesto una ligera reducción de la capacidad de adherencia con el aumento de fR3
(aumento de la cuantía de fibras), aspecto que puede deberse al incremento del aire ocluido.
Esta oclusión genera una mayor porosidad en el hormigón resultante y mayor discontinuidad en la
matriz para una adecuada adherencia con las barras de refuerzo. En cuanto a las causas de un mayor
nivel de aire ocluido se pueden indicar dos que han podido ser relevantes en la campaña experimental
llevada a cabo: Trabajabilidad del hormigón fresco y la influencia en las propiedades de la matriz de
hormigón próxima a la barra debido a la presencia de fibras en esta zona.
Como en el proceso de fabricación no se dosificó el superplastificante de una manera controlada,
las consistencias de las amasadas variaron prácticamente de manera aleatoria (HC: Blanda; PF2:
plástica, PF4: Líquida, PF6: Blanda; M20: Líquida, M40: Fluida) (ver Tabla 3.6). La evolución para
fibras plásticas sigue la misma evolución que la consistencia del hormigón fresco: a consistencia más
líquida, menor adherencia.
Por otra parte, las fibras metálicas, a diferencia de las fibras plásticas, incorporan aire en la
mezcla. A mayor cuantía de fibra metálica se presenta mayor aire ocluido en ella. Además, al
presentar mayor rigidez las fibras de tipo metálicas, hay una mayor resistencia a permitir el acceso de
grava a las inmediaciones de la barra, favoreciendo un mayor contenido de finos en esta zona y, por lo
tanto, peor comportamiento adherente. Este segundo fenómeno concuerda con lo expresado por
Dancygier et al. (2010) y la perturbación de la matriz de hormigón próxima a la barra. Estos dos
fenómenos pueden explicar el descenso en los valores de la tensión de adherencia última para las
series de fibra de acero.
y = -0,1635x + 2,6724R² = 0,0947
y = -0,0646x + 2,2596R² = 0,0341
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0 0,5 1 1,5 2 2,5
tu/√
(fc)
fR3 [MPa]
d12
d16
Resultados y análisis
90
Cabe destacar que el comportamiento del hormigón M20 es muy similar al del PF4: la resistencia
residual fR,3 y la tensión máxima de adherencia para las dos dosificaciones son bastantes similares. Si
se observa la Tabla 3.5, se ve que la dosificación empleada para ambos hormigones es prácticamente
igual, salvo por la cantidad de fibra y superplastificante usado. Esto también conllevó a que la
consistencia del hormigón fresco sea líquida para las dos dosificaciones. Por lo tanto, estos resultados
confirman la importancia de la dosificación en cuanto a la adherencia de los materiales.
Si, por otra parte, separamos los resultados obtenidos para fibras plásticas de las fibras metálicas,
podemos observar una mayor dispersión en los resultados al presentarse un R2 muy bajo (ver Figura
4.23), poniendo de manifiesto la poca fiabilidad de un ajuste lineal y patrón según se incrementa la
cuantía. En cualquier caso, los resultados manifiestan un incremento de la capacidad de adherencia
con el aumento de fR3 (aumento de la cuantía de fibras).
La tensión máxima de adherencia aislada para las fibras metálicas presenta una correlación lineal
más fiable, llegando a presentar un R2 de 0,87 para ensayos con barras de 12 mm. Esto indica, a falta
de una campaña experimental con mayor número de cuantías que corrobore los resultados, que la
tensión máxima de adherencia disminuye con la cuantía de fibra metálica empleada.
Figura 4.23. Tensión máxima normalizada frente a fR,3 para fibras plásticas (izq) y metálicas (der)
Tensión de adherencia media
Siguiendo el ensayo de adherencia de la viga (UNE-EN-10080-Anexo_C, 2005), se permite
evaluar la tensión de adherencia media considerando las tensiones para deslizamientos de 0,01 mm,
0,1 m y 1 mm (𝜏0,01, 𝜏0,01 𝑦 𝜏0,01, respectivamente) . Extrapolándolo para el ensayo de pull-out, se
presenta en la Tabla 4.16 los valores promedios para las distintas dosificaciones con barras de acero de
12 mm, y en la Tabla 4.17 con barras de 16 mm. La Figura 4.24 y la Figura 4.25 ilustran,
respectivamente, los valores obtenidos.
La tensión de adherencia media, 𝜏𝑚, se ha considerado como el promedio de las 3 tensiones
definidas anteriormente.
y = 0,103x + 2,5854R² = 0,0451
y = 0,1631x + 2,1529R² = 0,2751
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0 0,5 1 1,5 2
tu/√
(fc)
fR3 [MPa]
PF-d12
PF-d16
y = -0,1614x + 2,3876R² = 0,8739
y = -0,1563x + 2,2076R² = 0,6231
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0 0,5 1 1,5 2 2,5
tu/√
(fc)
fR3 [MPa]
MF-d12
MF-d16
Resultados y análisis
91
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Tabla 4.16.Tensiones de adherencia 𝜏0,01, 𝜏0,1 𝜏0,01 y tensión de adherencia media para barras de 12 mm
Hormigón Probeta t0,01 [MPa] t0,1 [MPa] t1 [MPa] tm [MPa]
HC
HC-D12-1 1,76 2,2
(19,5%)
7,12 8,0
(13,4%)
11,72 13,0
(7,3%) 7,8 HC-D12-2 2,79 9,51 13,88
HC-D12-3 2,10 7,39 13,55
PF2
PF2-D12-1 2,76 3,3
(11,7%)
10,62 11,2
(4,8%)
17,98 17,8
(3,3%) 10,8 PF2-D12-2 3,34 11,90 18,46
PF2-D12-3 3,69 11,07 17,06
PF4
PF4-D12-1 1,36 1,6
(37,7%)
7,24 7,2
(2,7%)
13,78 13,7
(1,2%) 7,5 PF4-D12-2 2,50 7,32 13,49
PF4-D12-3 1,07 6,89 13,89
PF6
PF6-D12-1 2,45 2,5
(2,5%)
9,63 9,1
(4,6%)
16,40 16,5
(5,4%) 9,4 PF6-D12-2 2,59 8,61 17,57
PF6-D12-3 2,48 9,19 15,40
M20
M20-D12-1 2,09 1,5
(33,1%)
8,16 6,9
(15,0%)
13,13 12,6
(5,4%) 7,0 M20-D12-2 0,93 6,99 12,96
M20-D12-3 1,34 5,63 11,62
M40
M40-D12-1 1,16 1,6
(19,7%)
5,62 6,4
(10,0%)
9,83 11,5
(10,7%) 6,5 M40-D12-2 1,90 6,34 12,75
M40-D12-3 1,73 7,18 11,89
Figura 4.24. Tensiones de adherencia 𝜏0,01, 𝜏0,1 𝜏0,01 y tensión de adherencia media para barras de 12 mm
Resultados y análisis
92
Tabla 4.17. Tensiones de adherencia 𝜏0,01, 𝜏0,1 𝜏0,01 y tensión de adherencia media para barras de 16 mm
Hormigón Probeta t0,01 [MPa] t0,1 [MPa] t1 [MPa] tm [MPa]
HC
HC-D16-1 3,29 3,3
(0,3%)
5,65 5,6
(1,1%)
11,26 11,5
(2,3%) 6,8 HC-D16-2(*) 4,64 9,06 6,19
HC-D16-3 3,31 5,53 11,79
PF2
PF2-D16-1 2,91 2,6
(11,2%)
5,28 5,8
(9,5%)
14,02 14,5
(3,3%) 7,7 PF2-D16-2(*) 4,25 9,28 7,50
PF2-D16-3 2,32 6,40 14,99
PF4
PF4-D16-1 2,72 2,4
(13,9%)
5,57 5,8
(4,1%)
11,46 11,8
(3,1%) 6,7 PF4-D16-2(*) 1,84 2,32 8,24
PF4-D16-3 2,05 6,05 12,21
PF6
PF6-D16-1 1,47 1,7
(12,8%)
5,75 6,2
(7,1%)
14,97 15,0
(0,2%) 7,6 PF6-D16-2(*) 0,69 0,90 6,93
PF6-D16-3 1,90 6,62 15,03
M20
M20-D16-1 1,74 2,0
(20,0%)
3,81 5,0
(18,0%)
10,42 11,7
(8,0%) 6,2 M20-D16-2 1,65 5,21 12,34
M20-D16-3 2,53 5,99 12,46
M40
M40-D16-1 2,93 2,5
(26,0%)
6,91 6,3
(10,2%)
10,75 10,3
(12,7%) 6,3 M40-D16-2 2,91 6,60 11,53
M40-D16-3 1,56 5,42 8,47 (*) Probetas descartas para el cálculo de los valores medios por deslizamiento inicial o rotura de hormigón
Figura 4.25. Tensiones de adherencia 𝜏0,01, 𝜏0,1 𝜏0,01 y tensión de adherencia media para barras de 16 mm
Igual que se hizo para la tensión máxima de adherencia, se muestra en la Tabla 4.18 la tensión
media y la tensión media normalizada para cada hormigón frente a fR3. En la Figura 4.26 se
representan los valores de tensión media normalizada frente a la tensión residual.
Resultados y análisis
93
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Tabla 4.18. Tensión de adherencia media y normalizada según resistencia residual fR,3
Hormigón fR3 [Mpa] 12 16
tm [Mpa] 𝝉𝒎 √𝒇𝒄⁄ tm [Mpa] 𝝉𝒎 √𝒇𝒄⁄
HC 0,0 7,8 1,4 6,8 1,2
PF2 0,5 10,8 1,9 7,7 1,3
PF4 1,1 7,5 1,3 6,7 1,2
PF6 1,7 9,4 1,6 7,6 1,3
M20 1,1 7,0 1,3 6,2 1,1
M40 2,0 6,5 1,1 6,3 1,1
Figura 4.26. Tensión media normalizada frente a la resistencia residual fR,3
La tensión media presenta un comportamiento similar obtenido para la de la tensión máxima,
donde los resultados ponen de manifiesto que no es fiable la correlación lineal obtenida. En todo caso,
puede entenderse como un leve descenso de la tensión media según la tensión residual fR3; descenso
que se atenúa para barras de mayor diámetro. Sin embargo, como se puede ver en la Tabla 4.16 y en la
Tabla 4.17, el coeficiente de varianza para cada valor hallado de tensiones es mayor que para tensiones
máximas.
Ahora bien, si se observan las tensiones medias por separado para fibras plásticas y metálicas (ver
Figura 4.27) se manifiesta la alta dispersión y poca fiabilidad de la regresión lineal para las fibras
plásticas. Los resultados obtenidos presentan valores de R2 muy bajos, ante lo que se muestra como un
valor casi constante de tensión media frente a la resistencia residual fR3.
Por otra parte, para los ensayos llevados a cabo sobre hormigón con fibras metálicas, se aprecia
un descenso lineal fiable, especialmente para barras de 12 mm (R2=1), más acusado para este diámetro
de barra. Para barras de diámetro de 16 mm (R2=0,83) el descenso con fR3 es más atenuado.
y = -0,1407x + 1,5721R² = 0,1524
y = -0,0427x + 1,2495R² = 0,119
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
tm/√
(fc)
fR3 [MPa]
d12
d16
Resultados y análisis
94
Figura 4.27. Tensión media normalizada frente a fR,3 para fibras plásticas (izq) y metálicas (der)
Para ver la relación entre la tensión media y la tensión máxima de adherencia, se presentan la
Tabla 4.19 para barras embebidas de 12 mm y la Tabla 4.20 para barras de 16 mm. Los resultados
evidencian una relación muy similar para todos los distintos hormigones ensayados: la tensión media
es alrededor de 0,5 y 0,6 veces la tensión máxima de adherencia.
Tabla 4.19. Relación entre tensión media y tensión máxima de adherencia para barras de 12 mm
Hormigón tu [Mpa] tm [Mpa] tm/ tu
HC 13,2 7,8 0,59
PF2 17,9 10,8 0,60
PF4 13,9 7,5 0,54
PF6 16,6 9,4 0,56
M20 12,7 7,0 0,55
M40 11,5 6,5 0,56
Tabla 4.20. Relación entre tensión media y tensión máxima de adherencia para barras de 16 mm
Hormigón tu [Mpa] tm [Mpa] tm/ tu
HC 12,0 6,8 0,57
PF2 13,7 7,7 0,56
PF4 11,9 6,7 0,56
PF6 15,1 7,6 0,50
M20 12,1 6,2 0,51
M40 10,3 6,3 0,61
Comprobación adicional
Durante la realización del ensayo pull-out, se ha optado por comprobar las cuantías de una
probeta para cada uno de los HRF metálicas, como se ha indicado en el apartado 3.4.5, y así descartar
una posible confusión a la hora de marcar las probetas, es decir, descartar que las denominadas M40
en realidad sean las M20 y viceversa. Sólo se ha comprobado las metálicas por la facilidad relativa de
extraer las fibras por medio de magnetismo tras machaqueo de las probetas.
y = -0,004x + 1,5382R² = 0,0001
y = 0,0074x + 1,2416R² = 0,0047
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
tm/√
(fc)
fR3 [MPa]
PF-d12PF-d16
y = -0,1232x + 1,3869R² = 1
y = -0,0523x + 1,2038R² = 0,8282
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
tm/√
(fc)
fR3 [MPa]
MF-d12
MF-d16
Resultados y análisis
95
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 4.28. Fibras metálicas extraídas para las probetas M20-D12-3 y M40-D12-3
La Figura 4.28 muestra las fibras metálicas extraídas de la probeta M20-D12-3 y de la M40-D12-
3, las cuales fueron pesadas y usadas para la determinación de la cuantía presente en estas probetas. La
Tabla 4.21 muestra los valores obtenidos, corroborando la apropiada dosificación y denominación de
las probetas.
Tabla 4.21. Cuantías reales medidas sobre las probetas M20-D12-3 y M40-D12-3
Probeta Peso [kg] Cuantía
[kg/m3]
M20-D12-3 0,156 19,5
M40-D12-3 0,320 40,0
4.3. ENSAYOS SOBRE HORMIGÓN PROYECTADO
En la Tabla 4.22 se presentan los resultados de los ensayos llevados a cabo en el entorno de la
construcción del túnel, tomado del informe (UPC, 2018). La Figura 4.29 ilustra los resultados
obtenidos según serie, método de colocación, número de planos de armado y diámetro de barra.
En el entregable se mencionan las dificultades surgidas durante la realización de estos ensayos.
Debido a la dificultad en la extracción de muestras del túnel se han producido incidencias en las
muestras durante la manipulación, tales como el doblado de barras.
Por este motivo, los autores desestiman la segunda barra del plano superior de armado para la
primera serie para hormigón proyectado (S1PP200-12 Plano sup), resultado indicado con (*) en la
Tabla 4.22. Igualmente se reservan sospechas para resultados con valores bajos de tensión de
adherencia.
De estos resultados, el informe concluye comparando los valores para barras en el plano superior
de armado con las barras inferiores, que se produce una reducción en la adherencia para las barras
inferiores, debido al efecto sombra durante la proyección que produce el plano superior de armado
debido.
Resultados y análisis
96
Por otra parte, comparando los resultados para paneles de un solo plano de armado con las barras
superiores en los paneles de dos planos de armado, el informe resalta la similitud para la primera serie
(SIPP100-12 y S1PP200-12 plano sup).
Tabla 4.22. Resultados de pull-out in-situ (UPC, 2018)
Elemento 𝑓𝑐 𝜏𝑢
𝜏𝑢 √𝑓𝑐⁄ CV.
(MPa) (MPa) (%)
S1PC100-12 ****
30,2
29,1
28,7
29,3 **** ****
S1PP100-12 ****
24,2
24,9
16,5
21,9 **** ****
S1PP200-12
Plano sup
****
26,2
12,9(*)
17,3
21,7 **** ****
S1PP200-12
Plano inf
12,0
11,7
15,4
13,0 **** ****
S2PC100-12 58,6
(1,9)
22,9
22,9
25,4
23,7 3,2 6,1
S2PP200-12
Plano sup 47,2
(3,8)
17,1
15,2
14,6
15,6 2,28 8,1
S2PP200-12
Plano inf
13,3
13,5
13,8
13,6 1,97 2,0
S3PP100-12
44,0
(8,7%)
17,9
18,5
15,1
17,2 2,59 10,5
S3PP200-12
Plano sup
13,7
27,3
30,8
23,9 3,61 37,8
S3PP200-12
Plano inf
11,7
8,6
14,1
11,5 1,73 24,0
S3PP200-16
Plano sup
14,8
15,1
16,2
15,4 2,32 4,8
S3PP200-16
Plano inf
13,6
8,2
13,0
11,6 1,75 25,4
Resultados y análisis
97
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Figura 4.29. Resultados de pull-out in-situ
Además, los resultados ponen de manifiesto que la utilización de hormigón proyectado genera un
peor comportamiento adherente frente al hormigón vertido. Esto se ve acrecentado con la
incorporación de fibras, lo cual produce discontinuidades en el flujo del material y dificultades en su
compactación. Igualmente, la necesidad de añadir un aditivo acelerante de fraguado para hormigón
proyectado, según los resultados obtenidos tanto para la aplicación 2 como para la primera y la tercera
del informe, se manifiesta una peor prestación del hormigón (tanto en compresión como en
adherencia) al incrementar la dosis de acelerante empleado, debido a que el endurecimiento rápido del
hormigón evita una correcta compactación de este.
Sin embargo, a diferencia de como cabría esperar, no se ve una relación clara en la serie 3 para
los distintos diámetros. Al disponer una barra de mayor calibre (diámetro 16 mm) la tensión de
adherencia máxima en el plano superior se reduce un 36% mientras que para el plano inferior se
mantiene prácticamente igual. Esta segunda comparación se puede deber a que tienen un mayor peso
el efecto sombra producido por un plano superior de armado, tomando mayor importancia este
fenómeno frente a la influencia del diámetro de barra.
Comparación con la campaña experimental del presente trabajo
Cabe destacar que la campaña experimental llevada a cabo sobre HRF ha sido reducida,
limitándose solo a un tipo de fibra y cuantía, debido a que significó una sola parte de una campaña
más amplia con intención del estudio de muchos otros parámetros. Con lo cual, se recomienda un
estudio futuro mayor sobre el efecto de la incorporación de fibra en hormigón proyectado, en lo que
respecta a la adherencia hormigón-acero.
Se presenta ahora la comparación de los resultados de la aplicación para la obra del túnel con los
resultados de la campaña experimental llevada a cabo por el autor del presente trabajo. Como se ha
empleado HRF con 6 kg/m3 de fibras de polipropileno para las series 2 y 3, se muestran en la Tabla
4.23 los resultados de adherencia última para probetas con barras de 12 mm y en la Tabla 4.24 para
barras de 16 mm.
Resultados y análisis
98
Tabla 4.23. Comparación de resultados para hormigón con 6 kg/m3de fibra plástica y barras de ϕ12 mm
Hormigón 𝒇𝒄 [Mpa] 𝝉𝒖 [Mpa] 𝝉𝒖 √𝒇𝒄⁄
PF6-d12 34,8 16,6 2,81
S2PC100-12 58,6 23,7 3,20
S2PP200-12
Plano sup 47,2 15,6 2,28
S2PP200-12
Plano inf 47,2 13,6 1,97
S3PP100-12 44,0 17,2 2,59
S3PP200-12
Plano sup 44,0 23,9 3,61
S3PP200-12
Plano inf 44,0 11,5 1,73
Tabla 4.24. Comparación de resultados para hormigón con 6 kg/m3de fibra plástica y barras de ϕ16 mm
Hormigón 𝒇𝒄 [Mpa] 𝝉𝒖 [Mpa] 𝝉𝒖 √𝒇𝒄⁄
PF6-d16 34,8 15,1 2,56
S3PP200-16
Plano sup 44,0 15,4 2,32
S3PP200-16
Plano inf 44,0 11,6 1,75
Debido a la notable diferencia en la resistencia a compresión de los hormigones de las series 2 y 3
frente a la obtenida en la campaña del presente trabajo, se hace más evidente la necesidad de comparar
los valores normalizados de tensión máxima de adherencia.
Esos valores ponen de manifiesto que para los hormigones compactados (PF6 y S2PC100) se
presenta mejor comportamiento adherente en el ensayo llevado a cabo en el panel con la dosificación
para hormigón proyectado. Esto se debe al mayor contenido de cemento y menor relación a/c (ver
Tabla 4.25).
Tabla 4.25. Comparación de dosificación entre el hormigón PF6 y los hormigones S2 y S3
Características PF6 S2 S3
CEM I 52,5 R kg/m3 300 474
a/c 0,6 0,42
Tamaño máximo
de árido mm 20 12
Acelerante - Libre de álkali
4,5%
Fabricación Verano Verano Otoño
Por otro lado, si se comparan los resultados para barras de 12 mm de diámetro para los
hormigones proyectados (S2PP200-12, S3PP100-12 y S3PP200-12) con los obtenidos para PF6, pese
a que el hormigón proyectado presenta un mejor hormigón base, la tensión última de adherencia
Resultados y análisis
99
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
presenta una reducción de un 19% en las barras del plano superior de armado para la serie realizada en
la misma estación (S2PP200-12: verano) frente al PF6-12; mientras que la realizada en otoño
(S3PP200-12) evidencia un incremento de 28% en este valor, pero una reducción del 10% en el panel
de un solo plano de armado (S3P100). Se concluye, que el hormigón proyectado desarrolla un
comportamiento adherente peor que el de un hormigón normal (vertido), llegando hasta un 19% de
reducción en la tensión máxima en barras sin ningún plano de armado superior, pese a presentar un
hormigón base de mayores prestaciones adherentes.
En cuanto a las muestras con barras de 16 mm de diámetro, se presenta una reducción del 10%
del valor de tensión normalizada para el plano superior de armado en hormigón proyectado (S3PP200-
16 plano sup) frente al obtenido en probeta normalizada PF6-d16.
Los resultados para los planos inferiores de armado, aquellos que sufren del efecto sombra por un
armado superior, reducen la tensión máxima de adherencia de un 30% a un 38% en relación con la
obtenida para hormigón normal (PF6). Por ello, se hace énfasis en la importancia del estudio de la
adherencia y una correcta ejecución para la correcta transmisión de tensiones entre el hormigón
proyectado y las barras de acero.
Resultados y análisis
100
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
5.1. INTRODUCCIÓN
En este capítulo se exponen las conclusiones obtenidas del trabajo realizado. Se dividen en
conclusiones en cuanto al comportamiento adherente (apartado 5.2) y adicionales (apartado 5.3).
Las conclusiones en cuanto al comportamiento adherente hacen referencia al objetivo principal
del trabajo, consistente en la evaluación de la adherencia para hormigón reforzado con fibras y evaluar
una posible reducción en la longitud de anclaje.
Por otro lado, las conclusiones adicionales muestran los aspectos que han acompañado al estudio
de la adherencia. Las conclusiones obtenidas de la campaña sobre hormigón proyectado, también se
incluye en este apartado, como conclusiones adicionales, debido a tratarse de una campaña de primera
toma de contacto.
Finalmente, en el apartado 5.4, se plantean sugerencias para futuras líneas de investigación que
permitan completar y extender lo estudiado en este trabajo.
Conclusiones y Recomendaciomes
102
5.2. CONCLUSIONES EN CUANTO AL COMPORTAMIENTO ADHERENTE
En el presente trabajo se ha estudiado la adherencia entre la barra de acero y la matriz de
hormigón reforzado con fibras, mediante el ensayo normalizado de pull-out. Para el estudio de la
influencia de las fibras en el comportamiento adherente, se ha variado el tipo de fibras (plásticas y
metálicas). Así como la cuantía empleada de ellas: sin fibras; 2, 4 y 6 kg/m3 para fibras plásticas; 20 y
40 kg/m3 para fibras metálicas. Otra variable empleada ha sido el diámetro de barra embebida: 12 mm
y 16 mm.
De los resultados obtenidos se puede concluir para las cuantías y tipos de fibras estudiadas:
• Para dosificaciones con cuantías con similar valor de resistencia residual fR,3, se han
obtenido resultados similares en cuanto al comportamiento adherente.
Influencia del diámetro de barra embebida
• El mecanismo de rotura por fractura del bloque de hormigón (splitting) se ve favorecido
para diámetros mayores con menor confinamiento (menor cuantía de fibras). Este
mecanismo se ha producido en una probeta del hormigón sin fibras y en una con 2
kg/m3 de fibras plásticas, para barras de diámetro de 16 mm.
• Para menor diámetro de barra, se obtiene una tensión máxima de adherencia mayor. Los
valores de tensión máxima para barras de 16 mm son entre un 77% y un 95% de los
valores para barras de 12 mm.
Para las cuantías empleadas, esta reducción es mayor con la utilización de fibras
plásticas, especialmente para bajas cuantías; los valores varían entre un 77% y un 91%.
Mientras que para fibras metálicas, la reducción según diámetro de barra es menor: los
valores para 16 mm representan entre un 90% y 95% de los valores para 12 mm.
Cabe igualmente destacar que para los distintos diámetros de barra se han producido
dispersiones similares: CV de 11% para diámetro de 12 mm frente al 12% de barras de
16 mm.
Influencia de las fibras en la tensión máxima de adherencia
• Los resultados para las cuantías de fibras empleadas, evaluadas en conjunto tanto
plásticas como metálicas según la resistencia residual fR,3, no permiten una correlación
entre la tensión máxima de adherencia normalizada y la resistencia residual. Esto se
debe a una alta dispersión en los resultados, la cual pudo deberse al bajo control de la
consistencia en la fabricación de las probetas, lo que ha podido generar una
compactación inadecuada, aumentando el aire ocluido para las muestras con mayor
consistencia líquida.
• Observando los resultados de tensión máxima de las fibras plásticas
independientemente, se incrementa la dispersión en los resultados, lo que pone de
manifiesto que la cuantía de fibras de polipropileno aportada no es lo suficientemente
significativo para afectar el mecanismo adherente.
Conclusiones y Recomendaciomes
103
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
En cualquier caso, los resultados obtenidos con fibras plásticas alcanzaron valores
iguales o superiores (hasta un 29% para diámetro de barra de 12 mm y un 24% para
diámetro de 16 mm) frente al hormigón sin fibras.
Cabe destacar que los mayores valores se obtuvieron para la dosificación con
consistencia más seca de hormigón fresco (PF2) y el menor valor para la consistencia
más líquida (PF4). Esto indica lo sensible del hormigón reforzado con fibras de
polipropileno frente a la consistencia de la amasada, y con ello, a una correcta
compactación y contenido de aire ocluido.
• Si se observan los resultados de tensión máxima para fibras metálicas
independientemente, se observa una menor dispersión en los resultados (especialmente
para barras de diámetro de 12mm) y que se presenta una correlación lineal de reducción
en el valor de tensión máxima según se incrementa la cuantía de fibra empleada.
La reducción puede deberse a que las fibras metálicas infieren en las propiedades del
entorno de la barra, ya que pueden evitar la entrada de áridos gruesos a esta zona, lo
cual genera una matriz con alto contenido de finos y peor comportamiento adherente.
Igualmente, a mayor cuantía, se puede producir mayor contacto directo entre las fibras
metálicas y la barra de acero, generando mayor discontinuidad en la longitud de
adherencia.
Las líneas de tendencia en función del porcentaje de volumen de fibras metálicas
empleadas siguen las siguientes ecuaciones para diámetro de 12 mm y de 16 mm,
respectivamente:
𝜏𝑏𝑢𝜙12
= −0,6336 ∙ 𝑉𝑓(%) + 2,3876 𝑅2 = 0,871
𝜏𝑏𝑢𝜙16
= −0,6136 ∙ 𝑉𝑓(%) + 2,2024 𝑅2 = 0,621
Con 40 kg/m3 se alcanza una reducción de 17% para diámetro de 12 mm, y de 14% para
diámetro de 16 mm frente al valor para hormigón sin fibras.
Influencia de las fibras en la tensión media de adherencia
• En cuanto a los valores de tensiones 𝜏0,01, 𝜏0,1 𝑦 𝜏1, se presentan mayores dispersiones
en los valores obtenidos de 𝜏0,01 (CV de hasta 38%) que para los valores de 𝜏0,1 (hasta
un CV de 15%) y 𝜏1 (CV de hasta 11%)
• Los resultados para las cuantías de fibras empleadas, evaluadas en conjunto tanto
plásticas como metálicas según la resistencia residual fR,3, no permiten una correlación
entre la tensión media de adherencia normalizada y la resistencia residual. Resultado
similar que el obtenido para tensiones máximas.
Conclusiones y Recomendaciomes
104
En todo caso, se presenta un descenso en la tensión media según la resistencia residual
fR,3, la cual es más pronunciado en diámetros de 12 mm.
• Observando los resultados de tensión media de las fibras plásticas independientemente,
se incrementa la dispersión en los resultados, lo que confirma, como indicó la tensión
máxima, que la cuantía de fibras de polipropileno aportada no es lo suficientemente
significativo para afectar el mecanismo adherente. En todo caso, la poco fiable línea de
tendencia presenta una pendiente nula, o cual indica la poca aportación de las fibras
plásticas en cuanto a la adherencia media.
Cabe destacar que, al igual que ocurría con la tensión máxima, los mayores valores se
obtuvieron para la dosificación con consistencia más seca de hormigón fresco (PF2) y el
menor valor para la consistencia más líquida (PF4). Esto confirma lo sensible del
hormigón reforzado con fibras de polipropileno frente a la consistencia de la amasada, y
con ello, a una correcta compactación y contenido de aire ocluido.
• Si se observan los resultados de tensión media normalizada para fibras metálicas
independientemente, se observa una correlación lineal en los resultados (especialmente
para barras de diámetro de 12mm) que pone de manifiesto una reducción en el valor de
tensión máxima según se incrementa la cuantía de fibra empleada. El descenso se
produce con mayor pendiente para barras de 12 mm que para barras de 16 mm
(prácticamente constante).
Las líneas de tendencia en función del porcentaje de volumen de fibras metálicas
empleadas siguen las siguientes ecuaciones para diámetro de 12 mm y de 16 mm,
respectivamente:
𝜏𝑏𝑚𝜙12
= −0,4836 ∙ 𝑉𝑓(%) + 1,3828 𝑅2 = 0,9967
𝜏𝑏𝑚𝜙16
= −0,2053 ∙ 𝑉𝑓(%) + 1,202 𝑅2 = 0,8255
Con 40 kg/m3 se alcanza una reducción de 21% para diámetro de 12 mm, y de 9% para
diámetro de 16 mm frente al valor para hormigón sin fibras.
Longitud de anclaje
Debido a que: (1) en hormigón reforzado con fibras plásticas se ha obtenido una correlación
deficiente entre la cuantía de fibras y las tensiones de adherencia, y que se ha concluido que para las
cuantías de fibras estudiadas no se consigue un efecto significativo en el comportamiento adherente, y
(2) en hormigón reforzado con fibras metálicas para las cuantías empleadas presenta un ligero
descenso en las tensiones de adherencia, se concluye que la longitud de anclaje para barras de acero no
se ha de modificar y se debería seguir las expresiones indicadas por normativa pese a utilizar un
refuerzo de fibras.
Conclusiones y Recomendaciomes
105
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
5.3. CONCLUSIONES ADICIONALES
Adicional al estudio de adherencia, para la correcta caracterización de las propiedades de los
hormigones fabricados, se han llevado a cabo otros ensayos de los cuales se pueden obtener las
siguientes conclusiones:
Ensayo de compresión simple
• La adición de fibras plásticas en el hormigón genera un ligero aumento en la resistencia
a compresión: hasta un 11% más de resistencia frente al hormigón sin fibras para una
cuantía de 6 kg/m3 (Vf=0,66%)
• La adición de fibras metálicas en el hormigón genera un incremento marginal en la
resistencia a compresión: de un 4% para una cuantía de 40 kg/m3 (vf=0,51%). Para una
cuantía de 20 kg/m3 (Vf=0,25%) no se presenta un incremento en la resistencia.
• El coeficiente de variación para este ensayo es muy bajo, no se llega a alcanzar el 2%
Ensayo de módulo de elasticidad secante
• No se presenta un efecto significativo en el valor del módulo secante con las cuantías de
fibras empeladas. Sin embargo, es ligeramente mayor para hormigón con fibras
plásticas que con fibras metálicas, en consecuencia con la mayor resistencia a
compresión obtenida en el ensayo a compresión.
• El CV para este ensayo es muy bajo, alcanzando sólo el 1,3%.
Ensayo de tracción indirecta
• Este ensayo presenta mayores valores de CV, alcanzando hasta un 15%. Esto indica una
mayor dispersión en los resultados en este ensayo para hormigón con fibras.
• La adición de fibras incrementa la resistencia a tracción indirecta, hasta un 63% más
para las cuantías empleadas frente al hormigón sin fibras. Los valores obtenidos con las
fibras plásticas y fibras metálicas son similares.
Ensayo de flexotracción
• La resistencia a flexotracción (LOP) presenta un valor bajo de CV en comparación con
los valores obtenidos para las resistencias residuales.
• La resistencia a flexotracción se ve incrementada con la adición de fibras de hasta un
33% con las cuantías de fibras plásticas y hasta un 15% con las cuantías de fibras
metálicas empleadas.
Conclusiones y Recomendaciomes
106
• Las resistencias residuales definidas por normativa son relativamente constantes con
para cada cuantía y tipo de fibra empleada.
• A mayor cuantía de fibra, la reducción desde la resistencia máxima a las residuales es
menor. Para fibras plásticas, la resistencia residual representa un 13% (2 kg/m3), un
25% (4 kg/m3) y un 41% (6 kg/m3) de la resistencia a flexotracción (LOP). Para fibras
metálicas la resistencia residual representa un 31% (20 kg/m3) y un 52% (2 kg/m3) de la
resistencia a flexotracción.
• La resistencia residual fR,3 presenta una correlación lineal con el porcentaje en volumen
de fibras y permite la caracterización del comportamiento del hormigón con fibras
mediante este parámetro. Las líneas de tendencia obtenidas para fibras plásticas y fibras
metálicas, respectivamente, presenta las siguientes ecuaciones:
𝑓𝑅,3𝑝
= 2,5393 ∙ 𝑉𝑓 + 0,0298 𝑅2 = 0,9982
𝑓𝑅,3𝑚 = 3,9255 ∙ 𝑉𝑓 + 0,0333 𝑅2 = 0,9967
• No se ha producido una segregación de áridos gruesos apreciable durante la
compactación del hormigón fresco.
• Según el recuento de fibras en la sección de rotura, en HRF plásticas se ha producido
una ligera segregación de fibras, fenómeno que se reduce al aumentar la cuantía de
fibras. Para 2 kg/m3 de fibras, las fibras presentes en la mitad superior de la probeta son
un 29% menos que las presentes en la mitad inferior. Mientras que para 6 kg/m3, solo
representa un 5% menos de número de fibras en la sección de rotura.
• Según el recuento de fibras en la sección de rotura, en HRF metálicas se ha producido
una ligera segregación de fibras. Con una cuantía de 20 kg/m3 se presenta un 20%
menos de fibras en la mitad superior que en la mitad inferior, mientras que para una
cuantía de 40 kg/m3 el número de fibras superiores son un 25% menos que las
inferiores.
Ensayo de adherencia sobre hormigón proyectado
• Se requiere una especial atención para una adecuada manipulación de las muestras, ya
que se pueden producir alteraciones en estas.
• Debido a que la campaña experimental llevada a cabo representa una toma de contacto
para el estudio de adherencia en el HRF, los resultados no son lo suficientemente
concluyentes, pero aportan una visión general.
• El hormigón proyectado presenta un peor comportamiento adherente, frente a un mismo
hormigón vertido y compactado. Se presenta una reducción de hasta un 25% en el valor
de la tensión máxima de adherencia.
Conclusiones y Recomendaciomes
107
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
• El uso de acelerante puede generar un endurecimiento prematuro del hormigón
proyectado que no permita una adecuada compactación y, por lo tanto, un peor
comportamiento adherente.
• El plano inferior de armado presenta un comportamiento de adherencia peor que para
barras en el plano superior de armado, debido al efecto sombra producido durante la
proyección. Esta reducción varía entre un 20% y un 52%.
• Los valores de resistencia máxima para barras embebidas de 16 mm se ven reducidos en
un 36% frente a los valores para barras de 12 mm en el plano superior de armado. Por
contraposición, en el plano inferior de armado, no se aprecia una variación significativa
según diámetro de barra; esto puede indicar que tiene una mayor influencia el efecto
sombra que el diámetro de barra empleado.
• Comparando la tensión máxima de adherencia normalizada para los hormigones
vertidos y compactados entre la campaña externa con la propia del autor con cuantías de
fibras de polipropileno de 6 kg/m3, se observa un mejor comportamiento adherente el
hormigón de la obra de construcción del túnel, presentando un valor 14% mayor frente
al del obtenido por ensayo normalizado en laboratorio. Este incremento es debido a una
proporción a/c menor y un contenido de cemento mayor.
• Frente al hormigón de 6 kg/m3 fabricado en laboratorio, las probetas de hormigón
proyectado con un solo plano de armado presentan una reducción en el valor de tensión
máxima normalizada de hasta un 10%, pese a tener un hormigón base de mejores
prestaciones.
• Frente al hormigón de 6 kg/m3 fabricado en laboratorio, las probetas de hormigón
proyectado con dos planos de armado presentan una reducción en el valor de tensión
máxima normalizada de hasta un 19% para el plano superior y de hasta un 38% para el
plano inferior, pese a tener un hormigón base de mejores prestaciones.
• Los resultados ponen de manifiesto la especial necesidad de un estudio adecuado de la
adherencia para el hormigón proyectado, ya que influyen diversos parámetros
intrínsecos en esta técnica de colocación del hormigón, como puede ser la necesidad de
aditivos acelerantes o el efecto sombra y el rebote.
5.4. LINEAS DE INVESTIGACIÓN FUTURAS
Debido a que el número de muestras empleado para el presente trabajo estuvo limitado por la
disponibilidad de moldes, se sugiere una campaña experimental más extensa de la adherencia. Para
ello, se recomienda la fabricación de un mayor número de probetas por serie que permitan tener una
base de datos más fiable. Igualmente, se recomienda analizar la adherencia para mayores cuantías de
fibras, que permita corroborar la tendencia hallada en el presente trabajo, fuera del rango de cuantías
que en él se han estudiado. Por otra parte, se puede estudiar la adherencia variando la relación de
aspecto (L/d) de las fibras empleadas.
Conclusiones y Recomendaciomes
108
Además, se puede extender el estudio de la adherencia para hormigón reforzado con fibras
híbrido, es decir, estudiar este comportamiento añadiendo tanto fibras metálicas como fibras plásticas
en distintas proporciones.
Cabe destacar, para futuras investigaciones, la importancia en el control de la consistencia del
hormigón fresco, así como del contenido de aire en este.
En cuanto al hormigón proyectado, gracias al ensayo propuesto por en el correspondiente
informe, se abre la posibilidad del estudio de la adherencia con la presencia de fibras. Ya que la
intención de la campaña experimental llevada a cabo era un acercamiento al estudio del efecto de las
fibras, los resultados son poco concluyentes, con lo que se da la opción para el estudio en un futuro de
este fenómeno variando el tipo de fibra empleada y las cuantías de estas.
Debido a la gran diferencia en la resistencia entre el hormigón proyectado ensayado y el
hormigón moldeado fabricado del presente autor, se manifiesta un interés en extender el ensayo sobre
hormigón compactado, no solo para las probetas en forma de panel, propuestas por el informe, sino
también para probetas cúbicas del ensayo normalizado para los mismos valores de resistencias y se
pueda comparar los resultados obtenidos, con mayor relación.
Conclusiones y Recomendaciomes
109
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
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Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
ANEJOS
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
ANEJO A
RESULTADOS ENSAYO DE RESISTENCIA A FLEXOTRACCIÓN
UNE-EN-14651, 2007
Serie: HC
Fecha de fabricación 03/06/2019
Fecha de ensayo 02/07/2019
Tipo de fibra -
Cuantía de fibra -
Longitud 600 mm
Distancia entre apoyos 500 mm
Probeta HC-1 HC-2 HC-3 HC-4
Ancho (b) [mm] 124,25 125,4 125,1 124,25
Canto sobre entalla (hsp) [mm] 151,7 152 152,05 151,8
Resultados
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
HC-1 HC-2
HC-3 HC-4
𝒇𝒄𝒕𝒇
HC-1 HC-2 HC-3 HC-4 Media
LOP
(CMOD)
3,1
(0,02)
3,4
(0,03)
3,2
(0,02)
3,5
(0,03)
3,3
(0,03)
𝒇𝑹,𝟏 0,3 0,2 0,3 0,2 0,2
𝒇𝑹,𝟐 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
𝒇𝑹,𝟑 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
𝒇𝑹,𝟒 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: PF2
Fecha de fabricación 03/06/2019
Fecha de ensayo 01/07/2019
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 2 kg/m3
Longitud probeta 600 mm
Distancia entre apoyos 500 mm
Probeta PF2-1 PF2-2 PF2-3 PF2-4
Ancho (b) [mm] 125,35 124,75 125,2 124,75
Canto sobre entalla (hsp) [mm] 153,35 152,85 151,7 152,6
Resultados
Recuento de fibras
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
PF2-1 PF2-2
PF2-3 PF2-4
𝒇𝒄𝒕𝒇
PF2-1 PF2-2 PF2-3 PF2-4 Media
LOP
(CMOD)
4,1
(0,03)
4,1
(0,02)
4,1
(0,03)
3,1
(0,02)
3,8
(0,02)
𝒇𝑹,𝟏 0,9 0,5 0,6 0,4 0,6
𝒇𝑹,𝟐 0,7 0,4 0,5 0,3 0,5
𝒇𝑹,𝟑 0,7 0,4 0,4 0,3 0,5
𝒇𝑹,𝟒 0,8 0,4 0,4 0,3 0,5
Nivel PF2-1 PF2-2 PF2-3 PF2-4
Superior 10 12 12 4
Medio 15 10 10 6
Inferior 15 14 22 14
TOTAL 40 36 44 24
Serie: PF4
Fecha de fabricación 17/06/2019
Fecha de ensayo 15/07/2019
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 4 kg/m3
Longitud probeta 600 mm
Distancia entre apoyos 500 mm
Probeta PF4-1 PF4-2 PF4-3 PF4-4
Ancho (b) [mm] 124,1 125,5 125 125,5
Canto sobre entalla (hsp) [mm] 152,55 152 152,9 152,05
Resultados
Recuento de fibras
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
PF4-1 PF4-2
PF4-3 PF4-4
𝒇𝒄𝒕𝒇
PF4-1 PF4-2 PF4-3 PF4-4 Media
LOP
(CMOD)
4,1
(0,03)
4,4
(0,02)
4,7
(0,03)
4,4
(0,02)
4,4
(0,02)
𝒇𝑹,𝟏 0,8 1,0 1,2 1,3 1,1
𝒇𝑹,𝟐 0,8 1,2 1,2 1,3 1,1
𝒇𝑹,𝟑 0,9 1,3 1,1 1,3 1,1
𝒇𝑹,𝟒 0,8 1,2 1,1 1,2 1,1
Nivel PF4-1 PF4-2 PF4-3 PF4-4
Superior 22 29 28 26
Medio 22 29 34 23
Inferior 20 20 25 39
TOTAL 64 78 87 88
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: PF6
Fecha de fabricación 17/06/2019
Fecha de ensayo 15/07/2019
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 6 kg/m3
Longitud probeta 600 mm
Distancia entre apoyos 500 mm
Probeta PF6-1 PF6-2 PF6-3 PF6-4
Ancho (b) [mm] 124,8 123,6 125,4 124,6
Canto sobre entalla (hsp) [mm] 150,75 152,65 151,75 151,7
Resultados
Recuento de fibras
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
PF6-1 PF6-2PF6-3 PF6-4
𝒇𝒄𝒕𝒇
PF6-1 PF6-2 PF6-3 PF6-4 Media
LOP
(CMOD)
3,8
(0,02)
3,6
(0,02)
4,1
(0,02)
3,9
(0,03)
3,9
(0,02)
𝒇𝑹,𝟏 1,6 1,5 1,6 1,3 1,5
𝒇𝑹,𝟐 1,8 1,6 1,8 1,3 1,6
𝒇𝑹,𝟑 1,9 1,6 1,8 1,3 1,7
𝒇𝑹,𝟒 1,8 1,6 1,8 1,3 1,6
Nivel PF6-1 PF6-2 PF6-3 PF6-4
Superior 38 34 40 32
Medio 40 52 22 29
Inferior 46 25 49 38
TOTAL 124 111 111 99
Serie: M20
Fecha de fabricación 11/06/2019
Fecha de ensayo 11/07/2019
Tipo de fibra Fibra de acero MasterFiber 503
Cuantía de fibra 20 kg/m3
Longitud probeta 600 mm
Distancia entre apoyos 500 mm
Probeta M20-1 M20-2 M20-3 M20-4
Ancho (b) [mm] 125,35 125,15 124,45 124,8
Canto sobre entalla (hsp) [mm] 151,2 150,45 151,1 150,25
Resultados
Recuento de fibras
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
M20-1 M20-2M20-3 M20-4
𝒇𝒄𝒕𝒇
M20-1 M20-2 M20-3 M20-4 Media
LOP
(CMOD)
3,6
(0,03)
3,6
(0,03)
3,8
(0,05)
3,5
(0,02)
3,6
(0,03)
𝒇𝑹,𝟏 1,2 1,0 1,6 0,9 1,2
𝒇𝑹,𝟐 1,2 1,0 1,6 0,9 1,2
𝒇𝑹,𝟑 1,1 1,0 1,5 0,8 1,1
𝒇𝑹,𝟒 1,0 0,8 1,3 0,8 1,0
Nivel M20-1 M20-2 M20-3 M20-4
Superior 9 12 16 11
Medio 14 12 23 11
Inferior 13 10 16 13
TOTAL 36 34 55 35
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: M40
Fecha de fabricación 11/06/2019
Fecha de ensayo 11/07/2019
Tipo de fibra Fibra de acero MasterFiber 503
Cuantía de fibra 40 kg/m3
Longitud probeta 600 mm
Distancia entre apoyos 500 mm
Probeta M40-1 M40-2 M40-3 M40-4
Ancho (b) [mm] 124,4 124,9 125,15 125,75
Canto sobre entalla (hsp) [mm] 152,15 153,25 151,35 152,95
Resultados
Recuento de fibras
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
ffct
[MP
a]
CMOD [mm]
M40-1 M40-2M40-3 M40-4
𝒇𝒄𝒕𝒇
M40-1 M40-2 M40-3 M40-4 Media
LOP
(CMOD)
3,6
(0,03)
4,0
(0,02)
3,9
(0,03)
3,8
(0,03)
3,8
(0,03)
𝒇𝑹,𝟏 1,8 1,9 2,0 2,4 2,0
𝒇𝑹,𝟐 1,7 1,9 2,2 2,5 2,1
𝒇𝑹,𝟑 1,6 1,8 2,1 2,4 2,0
𝒇𝑹,𝟒 1,4 1,6 1,8 2,2 1,7
Nivel M40-1 M40-2 M40-3 M40-4
Superior 26 24 30 23
Medio 21 22 18 38
Inferior 28 15 24 29
TOTAL 75 61 72 90
ANEJO B
RESULTADOS ENSAYO DE ADHERENCIA POR ARRANCAMIENTO
(PULL-OUT)
UNE-EN-10080-Anexo D, 2005
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: HC (d=12 mm)
Fecha de fabricación 03/06/2019
Fecha de ensayo 09/07/2019
Tipo de fibra -
Cuantía de fibra -
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
HC-D12-1HC-D12-2HC-D12-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] HC-D12-1 HC-D12-2 HC-D12-3
𝝉𝒖 11,8 14,0 13,8
𝝉𝟎,𝟎𝟏 1,8 2,8 2,1
𝝉𝟎,𝟏 7,1 9,5 7,4
𝝉𝟏 11,7 13,9 13,6
Serie: PF2 (d=12 mm)
Fecha de fabricación 03/06/2019
Fecha de ensayo 09/07/2019
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 2 kg/m3
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF2-D12-1PF2-D12-2PF2-D12-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] PF2-D12-1 PF2-D12-2 PF2-D12-3
𝝉𝒖 18,0 18,6 17,1
𝝉𝟎,𝟎𝟏 2,8 3,3 3,7
𝝉𝟎,𝟏 10,6 11,9 11,1
𝝉𝟏 18,0 18,5 17,1
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: PF4 (d=12 mm)
Fecha de fabricación 17/06/2019
Fecha de ensayo 16/07/2019
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 4 kg/m3
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF4-D12-1PF4-D12-2PF4-D12-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] PF4-D12-1 PF4-D12-2 PF4-D12-3
𝝉𝒖 13,9 13,7 14,2
𝝉𝟎,𝟎𝟏 1,4 2,5 1,1
𝝉𝟎,𝟏 7,2 7,3 6,9
𝝉𝟏 13,8 13,5 13,9
Serie: PF6 (d=12 mm)
Fecha de fabricación 17/06/2019
Fecha de ensayo 16/07/2019
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 6 kg/m3
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF6-D12-1PF6-D12-2PF6-D12-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] PF6-D12-1 PF6-D12-2 PF6-D12-3
𝝉𝒖 16,5 17,7 15,5
𝝉𝟎,𝟎𝟏 2,4 2,6 2,5
𝝉𝟎,𝟏 9,6 8,6 9,2
𝝉𝟏 16,4 17,6 15,4
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: M20 (d=12 mm)
Fecha de fabricación 11/06/2019
Fecha de ensayo 09/07/2019
Tipo de fibra Fibra de acero MasterFiber 503
Cuantía de fibra 20 kg/m3
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
M20-D12-1M20-D12-2M20-D12-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] M20-D12-1 M20-D12-2 M20-D12-3
𝝉𝒖 13,2 13,1 11,8
𝝉𝟎,𝟎𝟏 2,1 0,9 1,3
𝝉𝟎,𝟏 8,2 7,0 5,6
𝝉𝟏 13,1 13,0 11,6
Serie: M40 (d=12 mm)
Fecha de fabricación 11/06/2019
Fecha de ensayo 09/07/2019
Tipo de fibra Fibra de acero MasterFiber 503
Cuantía de fibra 40 kg/m3
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
M40-D12-1M40-D12-2M40-D12-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] M40-D12-1 M40-D12-2 M40-D12-3
𝝉𝒖 9,9 12,8 11,9
𝝉𝟎,𝟎𝟏 1,2 1,9 1,7
𝝉𝟎,𝟏 5,6 6,3 7,2
𝝉𝟏 9,8 12,8 11,9
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: HC (d=16 mm)
Fecha de fabricación 03/06/2019
Fecha de ensayo 05/07/2019
Tipo de fibra -
Cuantía de fibra -
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 16 mm
Longitud de barra en adherencia 80 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
HC-D16-1HC-D16-2HC-D16-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] HC-D16-1 HC-D16-2 HC-D16-3
𝝉𝒖 12,0 12,1 11,9
𝝉𝟎,𝟎𝟏 3,3 4,6 3,3
𝝉𝟎,𝟏 5,6 9,1 5,5
𝝉𝟏 11,3 6,2 11,8
Serie: PF2 (d=16 mm)
Fecha de fabricación 03/06/2019
Fecha de ensayo 08/07/2019
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 2 kg/m3
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 16 mm
Longitud de barra en adherencia 80 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF2-D16-1PF2-D16-2PF2-D16-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] PF2-D16-1 PF2-D16-2 PF2-D16-3
𝝉𝒖 14,3 11,4 15,4
𝝉𝟎,𝟎𝟏 2,9 4,2 2,3
𝝉𝟎,𝟏 5,3 9,3 6,4
𝝉𝟏 14,0 7,5 15,0
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: PF4 (d=16 mm)
Fecha de fabricación 17/06/2019
Fecha de ensayo 16/07/2019
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 4 kg/m3
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 16 mm
Longitud de barra en adherencia 80 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF4-D16-1PF4-D16-2PF4-D16-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] PF4-D16-1 PF4-D16-2 PF4-D16-3
𝝉𝒖 11,6 8,7 12,3
𝝉𝟎,𝟎𝟏 2,7 1,8 2,1
𝝉𝟎,𝟏 5,6 2,3 6,0
𝝉𝟏 11,5 8,2 12,2
Serie: PF6 (d=16 mm)
Fecha de fabricación 17/06/2019
Fecha de ensayo 16/07/2019
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 6 kg/m3
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 16 mm
Longitud de barra en adherencia 80 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
PF6-D16-1PF6-D16-2PF6-D16-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] PF6-D16-1 PF6-D16-2 PF6-D16-3
𝝉𝒖 15,0 7,5 15,2
𝝉𝟎,𝟎𝟏 1,5 0,7 1,9
𝝉𝟎,𝟏 5,7 0,9 6,6
𝝉𝟏 15,0 6,9 15,0
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: M20 (d=16 mm)
Fecha de fabricación 11/06/2019
Fecha de ensayo 08/07/2019
Tipo de fibra Fibra de acero MasterFiber 503
Cuantía de fibra 20 kg/m3
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 16 mm
Longitud de barra en adherencia 80 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
M20-D16-1M20-D16-2M20-D16-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] M20-D16-1 M20-D16-2 M20-D16-3
𝝉𝒖 11,1 12,4 12,9
𝝉𝟎,𝟎𝟏 1,7 1,6 2,5
𝝉𝟎,𝟏 3,8 5,2 6,0
𝝉𝟏 10,4 12,3 12,5
Serie: M40 (d=16 mm)
Fecha de fabricación 11/06/2019
Fecha de ensayo 08/07/2019
Tipo de fibra Fibra de acero MasterFiber 503
Cuantía de fibra 40 kg/m3
Longitud probeta 200 mm
Altura probeta 200 mm
Anchura probeta 200 mm
Diámetro barra 16 mm
Longitud de barra en adherencia 80 mm
Resultados
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4
tdm
[M
pa]
Do [mm]
M40-D16-1M40-D16-2M40-D16-3
𝝉𝒅𝒎 [𝑴𝑷𝒂] M40-D16-1 M40-D16-2 M40-D16-3
𝝉𝒖 10,8 11,6 8,6
𝝉𝟎,𝟎𝟏 2,9 2,9 1,6
𝝉𝟎,𝟏 6,9 6,6 5,4
𝝉𝟏 10,7 11,5 8,5
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
ANEJO C
RESULTADOS ENSAYO DE ADHERENCIA POR ARRANCAMIENTO
(PULL-OUT) PARA HORMIGÓN PROYECTADO
Serie: S1 - Muestra: PC100-12
Fecha de ensayo 08/09/2016
Tipo de fibra Fibra plástica
Cuantía de fibra Desconocida
Colocación Compactado
fc,m Desconocida
Ec,m Desconocida
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
Str
ess
(MP
a)
Displacement (mm)
S1PC100-12-L
S1PC100-12-C
S1PC100-12-R
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S1PC100-12-sup-L 30,2
S1PC100-12-sup-C 29,1
S1PC100-12-sup-R 28,7
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: S1 - Muestra: PP100-12
Fecha de ensayo 09/09/2016
Tipo de fibra Fibra plástica
Cuantía de fibra Desconocida
Colocación Proyectado
fc,m Desconocida
Ec,m Desconocida
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
Str
ess
(MP
a)
Displacement (mm)
S1PP100-12-L
S1PP100-12-C
S1PP100-12-R
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S1PP100-12-sup-L 24,2
S1PP100-12-sup-C 24,9
S1PP100-12-sup-R 16,5
Serie: S1 - Muestra: PP200-12
Fecha de ensayo 12/09/2016
Tipo de fibra Fibra plástica
Cuantía de fibra Desconocida
Colocación Proyectado
fc,m Desconocida
Ec,m Desconocida
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
str
ess
(M
Pa
)
Displacement (mm)
S1PP200-12-sup-LS1PP200-12-sup-CS1PP200-12-sup-R
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
str
ess
(M
Pa
)
Displacement (mm)
S1PP200-12-inf-LS1PP200-12-inf-CS1PP200-12-inf-R
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S1PP200-12-sup-L 26,2
S1PP200-12-sup-C 12,9
S1PP200-12-sup-R 17,3
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S1PP200-12-inf-L 12,0
S1PP200-12-inf-C 11,7
S1PP200-12-inf-R 15,4
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: S2 - Muestra: PC100-12
Fecha de ensayo 28/11/2016
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 6 kg/m3
Colocación Compactado
fc,m 58,6 MPa
Ec,m 31,8 GPa
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
Str
ess
(MP
a)
Displacement (mm)
S2PC100-12-LS2PC100-12-CS2PC100-12-R
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S2PC100-12-L 22,9
S2PC100-12-C 22,9
S2PC100-12-R 25,4
Serie: S2 - Muestra: PP200-12
Fecha de ensayo 30/11/2016
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 6 kg/m3
Colocación Proyectado
fc,m 47,2 MPa
Ec,m 28,5 GPa
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
str
ess
(M
Pa
)
Displacement (mm)
S2PP200-12-sup-LS2PP200-12-sup-CS2PP200-12-sup-R
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
str
ess
(M
Pa
)
Displacement (mm)
S2PP200-12-inf-LS2PP200-12-inf-CS2PP200-12-inf-R
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S2PP200-12-sup-L 17,1
S2PP200-12-sup-C 15,2
S2PP200-12-sup-R 14,6
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S2PP200-12-inf-L 13,3
S2PP200-12-inf-C 13,5
S2PP200-12-inf-R 13,8
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: S3 - Muestra: PP100-12
Fecha de ensayo 01/12/2016
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 6 kg/m3
Colocación Proyectado
fc,m 44,0 MPa
Ec,m 25,9 GPa
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
Str
ess
(MP
a)
Displacement (mm)
S3PP100-12-LS3PP100-12-CS3PP100-12-R
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S3PP100-12-sup-L 17,9
S3PP100-12-sup-C 18,5
S3PP100-12-sup-R 15,1
Serie: S3 - Muestra: PP200-12
Fecha de ensayo 01/12/2016
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 6 kg/m3
Colocación Proyectado
fc,m 44,0 MPa
Ec,m 25,9 GPa
Diámetro barra 12 mm
Longitud de barra en adherencia 60 mm
Resultados
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
str
ess
(M
Pa
)
Displacement (mm)
S3PP200-12-sup-LS3PP200-12-sup-CS3PP200-12-sup-R
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
str
ess
(M
Pa
)
Displacement (mm)
S3PP200-12-inf-LS3PP200-12-inf-CS3PP200-12-inf-R
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S3PP200-12-sup-L 13,7
S3PP200-12-sup-C 27,3
S3PP200-12-sup-R 30,8
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S3PP200-12-inf-L 11,7
S3PP200-12-inf-C 8,6
S3PP200-12-inf-R 14,1
Anejos
Adherencia de barras de acero corrugado embebidas en matrices de hormigón reforzado con fibras
Serie: S3 - Muestra: PP200-16
Fecha de ensayo 05/12/2016
Tipo de fibra Fibra de polipropileno MasterFiber 248
Cuantía de fibra 6 kg/m3
Colocación Proyectado
fc,m 44,0 MPa
Ec,m 25,7 GPa
Diámetro barra 16 mm
Longitud de barra en adherencia 80 mm
Resultados
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
str
ess
(M
Pa
)
Displacement (mm)
S3PP200-16-sup-LS3PP200-16-sup-CS3PP200-16-sup-R
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Bo
nd
str
ess
(M
Pa
)
Displacement (mm)
S3PP200-16-inf-LS3PP200-16-inf-CS3PP200-16-inf-R
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S3PP200-16-sup-L 14,8
S3PP200-16-sup-C 15,1
S3PP200-16-sup-R 16,2
Barra 𝝉𝒖 [𝑴𝑷𝒂]
S3PP200-16-inf-L 13,6
S3PP200-16-inf-C 8,2
S3PP200-16-inf-R 13,0