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hemos de decir que, a pesar de su larga vida,pocos avances ha experimentado hasta nuestrosdías este noble material.

El hormigbn -el material m&s empleado en nues-tras obras de ingeniería- es un compendio devirtudes pero con grandes lacras; es pesado, tieneuna relaci6n muy baja entre su reSiStenCia a traoción y compresi6n; su relacíbn peso-resistencia esexcesivamente alta; su estabilidad de volumen dejamucho que desear, siendo su inestabilidad fuente

de importantes problemas patológicos, Su capaci-dad para absorber energía antes de la rotura esbaja, su durabilidad es muy sensible a su proyec-to y ejecuci6n, etc. Sin embargo, y a pensar deestos inconvenientes, el hormigón tiene tantasventajas y tantos argumentos a su favor que sepuede considerar, sin duda, el rey de los materia-les de construcción.

Ultimamente han sido muchos y grandes los es-fuerzos para sacar al hormig6n de su sueño desiglos; de siglos porque hay muestras de hormi-gones primitivos que datan de 5.000 aAos antesde J.C. y que tenían resistencias suficientes comopara ser considerados materiales estructurales;estos esfuerzos a que me refiero han estado enca-minados a mejorar el hormig6n, bien mediante elempleo de nuevos cementos, bien con la utiliza-ci6n de nuevas tknicas de puesta en obra quepermitieran rebajar la relaci6n agua-cemento mej&rando, al mismo tiempo, la compacidad, bien me-diante el empleo de nuevas adiciones como lossuperplastificantes o por último, mediante tecno-logias nuevas que permitiesen lograr hormigonesmás is6tropos y en los que inconvenientes, comolos antes apuntados, quedasen reducidos. Dentrode estas nuevas tecnologías se encuentra en unlugar muy destacado el empleo de fibras de aceropara reforzar o armar al hormig6n.

F I B R A S

El empleo de fibras para mejorar la iSOtrOpía deun material no es algo desconocido. Los adobesde barro cocidos al sol y armados con paja ya seempleaban en Caldea; hasta hace poco hemos vis-to utilizar pelos de cabra o de caballo para armarel yeso; el fibrocemento no es otra cosa que una.pasta de cemento a la que se ha afiadido del 8 al18 % de fibras de asbesto para incrementar la resistencia a flexotracci6n de 2 a 4 veces la de lamatriz. Al mismo hormigón armado PodriamOsconsiderarlo, en el límite, como un hormig6n degruesas fibras orientadas.

Las fibras ,empleadas en el hormig6n reforzadoson discontinuas, presentando una distribuci6ndiscreta y uniforme que confiere al material unagran isotropia y homogeneidad. La efectividad dela acción reforzante y la eficacia en la transmisiónde tensiones depende de muchos factores pero,especialmente, de la naturaleza y del tipo de fibraempleado.

Las fibras actualmente empleadas pueden ser mi-nerales, orgánicas y metálicas.

6-

Informes de la Construcción/342

Entre las minerales cabe distinguir las de asbestoy las de vidrio. Las fibras de asbesto o amiantoempleadas en el fibrocemento tienen el inconve-niente de absorber grandes cantidades de agua,con lo cual al aumentar la relación agua-cementoexigen gran cantidad de fibras y de cemento paraobtener resistencias apreciables; la distribuciónuniforme de las fibras es difícil de conseguir. Notodos los países poseen asbesto y, por último, seha demostrado que el asbesto da ~~asbestosi.9~.Las fibras de vidrio están sustituyendo, en susaplicaciones, al asbesto; sin embargo, estas fibrastienen el inconveniente de ser atacadas por losálcalis del cemento, lo que da lugar a una degra-dación con ei tiempo de las resistencias. Este in-conveniente se evita mediante el revestimiento delas fibras con resinas tipo epoxi o con el empleode fibras especiales con bxido de zirconio. Ambossistemas encarecen las fibras.

Las fibras orgánicas pueden ser de algod6n, ra-y6n, poliéster, polipropileno, polietileno y nil6n.Las tres primeras hay que desecharlas, ya que sonatacables por los álcalis. Las más empleadas sonlas de nil6n, polietileno y polipropileno; sin em-bargo, debido al bajo módulo de elasticidad queposeen, no tienen interés en los hormigones refor-zados debido a la gran deformabilidad que lesconfieren y a no aumentar sensiblemente la resis-tencia a traccibn por fallar la adherencia con lapasta de cemento. No obstante, algunas veces seutilizan para mejorar la resistencia al impacto dehormigones.

Las fibras metálicas, concretamente las de acero,son las que más se emplean en el refuerzo dehormigones por ser las más eficaces y econ6mi-cas. El acero posee un módulo de elasticidad diezveces superior al del hormigón; las fibras de acerodetentan una buena adherencia a la pasta, altoalargamiento de rotura y, por otra parte, son fáci-les de mezclar.

Las fibras de acero pueden obtenerse por diferen-tes métodos; el más común consiste en fabricar-las por corte de alambre trefilado, de acero, debajo contenido en carbono. El diámetro de losalambres está comprendido entre 0,25 y 0,80 mm.La longitud de las fibras puede ser muy variable,oscilando entre 10 y 75 mm.

A efectos de comparacibn de unas fibras, con res-pecto a otras, se ha establecido un parámetro nu-mérico denominado ((aspecto),. El aspecto o esbel-tez de una fibra es la relaci6n que existe entre lalongitud de la misma y su diámetro equivalente,es decir, el diámetro del círculo cuya sección esequivalente a la superficie de la fibra. Los aspec-tos normales oscilan entre 30 y 150.

Los principales efectos que trae consigo la incor-poraci6n de fibras de acero a los hormigones po-demos resumirlos en los siguientes:

- Mejora del comportamiento a flexotracctbn.- Incremento de la resistencia a rotura.- Reducción de la deformación bajo cargas man-

tenidas.- Aumento de la resistencia a tracci6n.- Fuerte incremento en la resistencia a impacto

y choque.- Gran resistencia a fatiga dinámica.- Fisuraci6n controlada.- Aumento de la durabilidad.

DOSIFICACION, AMASADOY PUESTA EN OBRA

Los hormigones reforzados con fibras de aceroestán formados, esencialmente, por: un conglome-rante hidráulico; áridos finos y gruesos; agua: fi-bras discontinuas cuya misión es contribuir a me-jorar determinadas características de los hormigGnes y, eventualmente, aditivos.

Las fibras en una mezcla de hormigón actúan co-mo inclusiones rígidas con una gran área superfi-cial y una geometría diferente a la de los áridos.No es de extrafiar, por tanto, que se reduzca ladocilidad de la mezcla, salvo que se hagan lasoportunas correcciones a la dosificaci6n.

Para que cada fibra sea efectiva precisa estarcompletamente embebida dentro de la mezcla; es-to obliga a que la proporci6n de elementos finosa gruesos tenga que ser la adecuada, generalmen-te, con mayor proporción de finos que en un hor-mig6n convencional. Los hormigones convenciGnales requieren entre el 25 y el 35 % de pasta conrespecto al volumen total, mientras que un hormi-g6n armado con fibras precisa del 35 al 45 % de-pendiendo del aspecto y volumen de fibras em-pleado.

Es absolutamente imprescindible -cualquiera quesea el método utilizado- obtener una dispersiónuniforme de las fibras y eliminar los peligros desegregacibn y de formación de bolas o ((erizos)) defibras. La segregaci6n y formación de bolas estánrelacionadas con muchos parámetros, principal-mente con el aspecto, el porcentaje de fibras, ta-mail0 máximo del árido, granulometría, relaciónagua-cemento y sistema de mezclado.

Fig 1 Vf -

Informes de la Construcclónl342

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6(

Se ha comprobado que para obtener mezclas uni-formes el aspecto debe ser, como rnaximo, de 100.También se ha podido comprobar que los hormi-gones son difíciles de trabajar cuando la cantidadde fibras de acero sobrepasa el 2 % en volumenabsoluto de pasta, aunque en morteros pueda Ile-garse al 4 %. Estas cifras pueden aumentarsesiempre que se trabaje con aspectos muy reduci-dos, lo que trae consigo una disminuci6n de laeficacia del refuerzo.

La buena docilidad de las mezclas y la elimina-ción de la formaci6n de bolas aconsejan no em-plear áridos de tamano superior a 20 mm, lo cualno es un grave inconveniente, ya que para muchasaplicaciones 8ste es un tamallo ideal. En la figu-ra 1 se muestra c6mo influye en la docilidad 0trabajabilidad el tamano máximo del Mdo, y asíse ve que para una consistencia Vebe de 100 seg.,con fibras de aspecto 100, en morteros, con arenade 5 mm, se puede llegar a contenidos de fibrasdel 2,5 % en volumen de hormigón; con hormigo-nes de áridos de tamailo máximo 10 mm no sedebe pasar del 1,5 % de fibras, y con hormigonesde áridos de 20 mm este contenido debe limitarsea prácticamente al 1 %; todo ello en el supuestode que se estén empleando fibras rectas.

En la figura 2, se puede apreciar la gran influen-cta que tiene el aspecto o esbeltez de la fibra enla docilidad. Así se comprueba que, con fibrasrec!as de aspecto igual a 100, si queremos mante-ner un tiempo Vebe de 40 seg., se pueden incor-porar a la mezcla el 2 por 100 en volumen defibras, mientras que si las fibras poseen aspectosmayores se obtienen hormigones menos trabaja-bles o dóclles, salvo que se reduzca el porcentajede fibras incorporado. Asi, para 152 de aspecto, elvolumen admisible de fibras quedaría reducido al1 .2 %, mientras que, por el contrario, aspectos de73 permiten la incorporación de hasta un 3,2 %de fibras.

Por otra parte se ha visto que para un diámetro Y

volumen de fibras dado, el tiempo Vebe se incre-menta linealmente con el aumento de la longitudde las fibras, de tal forma que la docilidad estanto más pequeila cuanto m&s reducidos son losdiámetros de las fibras.

Los hormigones de fibras de acero experimentan,por tanto, una disminución en la docilidad cuandoaumenta el volumen de fibras, lo que implica quepara asegurar la dispersión de las mismas hay queemplear relaciones agua-cemento entre 0,5 y 0,6,con dosificaciones de cemento altas, que puedenllegar hasta los 500 kg por m3; puede disminuirsela cantidad de cemento a utilizar empleando ceni-zas volantes, ya que lo que realmente importa esque las fibras queden envueltas en pasta. Se lograuna mezcla económica mezclando una cantidad decenizas que sea mitad de la cantidad de cementoe incorporando un plastificante. La presencia decenizas, por otra parte, retrasa el fraguado delhormigbn, ayudando asi a la pues ta en obra yacabado, y suministrando una mezcla con altocontenido en pasta baja en cemento. Nosotros hemos conseguido hormigones de 400 kplcm’ deresistencia característica empleando 450 kg de ce-mento PA-350, con relación agua-cemento de 0,45e incorporando un 1 % de superplastificante. Losáridos eran de 20 mm y la dosificaci6n de fibrasde 60 kg por m3, lo que equivale al 0,75 % envolumen, obteniendo un cono de 10 cm. Este hor-migón lo hemos utilizado en pavimentos de puen-tes en pistas.

En general no se presentan problemas de segrega-ción ni de formación de erizos cuando los diáme-tros de las fibras están comprendidos entre 0,4 y0,8 mm y las longitudes entre 25 y 70 mm, y seemplean en cantidades que no exceden del 1,5 %en volumen. Con cantidades superiores empiezana surgir problemas en cuanto a docilidad, y la for-mación de bolas agrava la situaci6n dando lugar a

8Informes de la Construcción/342

muy propensas a la formaci6n de bolas, mientrasque los diámetros mayores permiten trabajar conporcentajes más elevados.

Cuando una dosificaci6n está bien realizada noexisten problemas en el amasado y en la puestaen obra.

- ;‘gN’mm2’

El amasado puede realizarse en central o en lamisma obra. En central basta con adicionar lasfibras a la masa y amasar el conjunto durante un

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minuto o minuto y medio hasta conseguir la dis-persión total de las fibras. En obra se aiiaden al 3000 1* LS0

camión-hormigonera y se mantiene girando la cubaa toda velocidad durante un minuto y medio. Losdos sistemas son buenos, aunque nosotros prefe- 2OO0

i

DRAMIX ZC 50150 : 0.0 ‘1.rimos el primero debido a que de la central sale elhormig6n con las características requeridas, mien-tras que en obra, a veces, hay que hacer correc-ciones en el agua de amasado, lo que suele sermás impreciso.

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Una vez conseguida la docilidad adecuada a losmedios de puesta en obra disponibles, el hormi-g6n de fibras se coloca por los sistemas tradicic+nales, incluido el bombeado, sin ningún problema.La compactaci6n, tanto con pervibradores comocon reglas vibrantes, se realiza con suma facili-dad. Igualmente, el empleo de extendedoras ((slip-form)) de pavimentos es sumamente interesante enla colocación de hormigón en grandes extensionesde pavimentos industriales, carreteras o aero-puertos.

010 1

deformación (mm)

2 3 LFKj 3

MECANISMO DE REFUERZO

Para entender c6mo se realiza el refuerzo del hor-migón por las fibras hay que examinar la curvatensión-deformación frente a flexión del hormig6ntradicional y del reforzado con fibras de acero (Fi-gura 3). Si observamos la curva del hormig6n re-forzado vemos que ésta es más o menos lineal,hasta llegar al punto que corresponde a la ((ten-sión de primera fisura)); luego la curva se muevebuscando un máximo en otro punto más elevadollamado ((última tensión de rotura». En un hormi-g6n tradicional, una vez alcanzada la tensión deprimera fisura, se llega a la máxima tensión yocurre la rotura. En el reforzado con fibras, la pri-mera fisura tiene lugar para tensiones iguales 0ligeramente superiores a la tensión máxima delconvencional, empezando a ejercerse el efecto dearmado de las fibras por encima de este punto ygracias al esfuerzo compuesto que se produce, yal que colabora el que el acero tenga un módulode elasticidad diez veces superior al del hormigón.Por otra parte la Iinealidad, hasta alcanzar la pri-mera fisura o límite elástico, puede ser perfecta osufrir desplazamientos si el volumen de fibras eselevado.

En el momento en que se inicia la fisuraci6n en lazona traccionada de una viga de ensayo (Figura 4)comienzan a trabajar las fibras y continúan ha-ciéndolo hasta que rompen por tracción o deslizanpor pérdida de adherencia (Figura 5). Aunque lasfibras están orientadas en todas direcciones, den-tro de la masa del hormigón, siempre hay algunasque actúan de puentes o lanas entre las dos par-tes del hormigón que dividen las fisuras, pudiendotransmitir los esfuerzos con ángulos muy variablesde acuerdo con la orientaci6n que posean con res-pecto al plano de la fisura.

La resistencia última del hormig6n de fibras esinferior a la que poseería si todo el volumen defibras estuviese en forma de barras convencionalesarmando la zona traccionada; en general oscilaentre el 0,251 y 0,35 de la resistencia con armadoconvencional. Esto es I6gico si se tiene en cuentala orientación arbitraria de las fibras y su disper-sión en todo el volumen de la viga, así como lapérdida de adherencia debida a la menor longitudde las fibras, si bien este efecto se mejora con elempleo de fibras de formas especiales en sus ex-tremos a fin de crear anclajes, o con fibras demayores aspectos, aunque esto crea, como hemosvisto, problemas en la docilidad, salvo que tam-bién se utilicen medidas especiales como veremosmás adelante.

Un hormigón reforzado con fibras tiene una resis-tencia postfisuracibn muy elevada como puedeapreciarse en la curva tensión-deformaci6n. Porotra parte, al ser el área comprendida bajo la curvaproporcional a la cantidad de energía absorbida

masas heterogéneas con zonas muy pobres o muy 1ricas en fibras. Las fibras de diámetros inferioresa 0,5 mm, en proporciones mayores del 1 %, son

P(N)úttlma resistencia a

Informes de la Construcción/342

9

Fig. 4

Fig. 5

antes de la rotura, ésta nos va a dar idea de lagran tenacidad de estos hormigones. El índice detenacidad es una medida de la capacidad de ab-sorción de energía del hormigón de fibras y com-para la energía requerida para flectar una viga-probeta de unas dimensiones normalizadas, some-tida a carga centrada, hasta conseguir que la fle-cha en el centro de la probeta tenga un valor de-terminado, con la energía necesaria para conseguirigual efecto en una viga-probeta de hormigón con-vencional. El índice de tenacidad de hormigonescon volúmenes de fibras comprendidos entre el 1y 2 % oscila entre 12 y 45, mientras que el de unhormigón tradicional es la unidad.

La energía absorbida por un hormig6n de fibrasdepende de la cantidad, longitud, confíguraci6n,resistencia y ductilidad de las fibras empleadas,así como de otros factores tales como: contenidode cemento, cantidad y tamafio de los áridos, relación agua-cemento, edad y curado del hormig6n.

Para un hormigón armado con fibras puede defi-nirse el «límite de proporcionalidad» como la cargabajo la cual su comportamiento es totalmenteelástico. Por debajo de este límite la influencia dela fisuraci6n de la matriz de hormigón puede des-preciarse; se puede suponer, por tanto, *que elhormigón de fibras de acero se comporta elMica-mente hasta este límite, como si se tratara de unhormigón convencional. Dicho límite puede coinci-dir con el Nlímite elMico» o de «primera fisura».

Dado que el acero tiene un m6dulo de elasticidad,que suele ser diez veces superior al del hormigón,aumentando el volumen de fibras incrementamos

la carga correspondiente al punto en que la curvase desvía de la Iinealidad. Sin embargo, como lasfibras estfin aleatoriamente distribuidas, su in-fluencia para el mismo volumen de acero ser& menor que en el armado convencional.

Una idea aproximada de la influencia de las fibras,en las propiedades ekticas del hormig6n, sedesprende de la ecuación:

Ec = E, . v, + E, * v,

en la que: E,, E,y E, son los m6dulos de elastici-dad del hormigón compuesto, de las fibras y de lamatriz, siendo v,Y v, las fracciones en volumende la matriz y fibras, respectivamente.

Esta ecuación es estrictamente válida para mez-clas con fibras continuas y comportamiento elás-tico de los componentes, sin deslizamiento entrefibras y hormigón. Dado que las fibras tienen lon-gitud finita puede haber alguna microfisura antesdel límite elMico a causa de algún fallo de adhe-rencia en las fibras; por tanto, esta ecuaci6n esúnicamente una soluci6n límite para el módulo deelasticidad y límite elástico en el hormigón refor-zado con fibras.

Algunos autores han realizado aproximacionesteóricas para predecir la influencia de la orienta-ciõn de las fibras en las propiedades elásticas delos hormigones resultantes, teniendo en cuenta laexistencia de una variable muy importante que in-fluye mucho en estos resultados: el factor de efi-cacia. Este factor se define como el porcentajedel volumen total de fibras que contribuyen, enuna determinada dirección, a absorber esfuerzos.El factor de eficacia puede tomar valores queoscilan entre el 40 y el 80 %, dependiendo delespesor de la pieza.

En las proximidades de la máxima carga en fle-xión, parte de la sección transversal de la pieza seagrieta y algunas de las fibras pueden sufrir desli-zamientos parciales dependiendo su cuantía, entreotras cosas, de que lleven o no anclajes en susextremos. Debido a esto no es posible predecir,racionalmente, la carga de rotura del hormigón defibras; sin embargo, basbndose en los resultadosexperimentales y en las teorías de composici6n,pueden lograrse aproximaciones empíricas bastan-te acertadas.

Los factores más importantes que influyen en lacarga máxima son dos: 61 porcentaje en volumende fibras y el aspecto de las mismas. También seha comprobado que si se evita el fenómeno desegregación, el incremento del porcentaje de fibrasda lugar a un aumento, de forma más o menoslineal, de la carga de rotura del hormigón.

1 0

Informes de la Construccibn/342

Basados en estas observaciones, la carga de rotu-ra que proponen Shah, Surendra, Rangan y Vijayaes:

B0 , = A o,,, (1 - v,) + B v, -

d

expresión en la que 0, y o,,, son, respectivamente,la tensión de rotura del hormigón de fibras y la dela matriz de hormigón; 1 la longitud de las fibrasy d su diámetro; v, el volumen de fibras; A y Bson dos constantes.

El primer término del segundo miembro representala contribución de la matriz de hormigón a la car-ga máxima. El máximo valor de A es la unidad.La constante B depende de la aleatoriedad de ladistribución de las fibras y de la adherencia entrefibras y matriz; en su valor interviene la forma delas fibras y el que lleven o no extremos confor-mados para mejorar el anclaje.

Swamy -uno de los investigadores que más hatrabajado en este campo- propone las siguientesexpresiones para las tensiones de primera fisura yrotura en hormigones con fibras rectas:

or = 0,834 o,, (1 - v,) + 2,00 v, 1d

0‘ = 0 , 9 7 0 0,” (1 - V,) + 2 , 0 0 b, - -d

TRACCION

L/2~

1/2 l1 7

Fig 6

Sin embargo, hemos visto que el aumento delaspecto por encima de .determinados límites traecomo consecuencia una disminución de docilidady un fuerte peligro de formación de bolas.

Las fibras Dramix han solucionado estos proble-mas de la siguiente forma:

- Aumentar el valor de B mediante la conforma-ción de los extremos de las fibras, justo en la

i

zona donde el valor de la tensión de desliza-miento es más fuerte.

- Una fibra debe llegar al agotamiento simultá-neo por deslizamiento y tracción; esto exige,

10‘ = A+B,v,. -

d

es decir: a igualdad de otros factores, o, es pro-porcional al volumen de fibras y al aspecto, de-pendiendo además de un coeficiente B que, a suvez, depende del tipo de anclaje de las fibras(entre otros factores) siendo tanto más alto cuan-to mayor sea el efecto de anclaje en los extremosde la fibra.

Por otra parte hemos sefialado, con anterioridad,la incompatibilidad existente entre el aumento devolumen de fibras y la docilidad de la mezcla, deforma que a mayor Vf corresponde menor trabaja-bilidad y más peligro de formación de erizos. Portanto, si se desean buenas resistencias, se puede

1aumentar el valor del aspecto - sin necesidad

dde elevar excesivamente el valor de v, con lo cual,además, se tendrán hormigones más económicos.

n’ d. BTn d*

2 “’= - f,

4

---.d 2

I f,.

T,,:

Si suponemos fibras de acero trefilado confy = 12.000 kp/cm* y T,,, = 25 kp# cm* setiene un aspecto de 240 y, como éste es ;

pasar de 100 por razones de docilidad), habría ique ir a fibras de menores aspectos que desli-zarían antes de alcanzar su rotura. Si las fibrastienen los extremos conformados, como es el ’caso de las Dramix, el valor de T,,, crece nota-blemente y el aspecto se reduce, permitiendo ;aprovechar al máximo la capacidad resistentedel acero.

- En el amasado, y fundamentalmente en la pri-mera parte del mismo, si las fibras poseen unaspecto elevado hacen a la masa poco trabaja-ble, favoreciendo además la formación de b&las. Las fibras Dramix evitan este inconvenien-te al venir adosadas unas a otras por medio deun adhesivo soluble en el agua de amasado ycompatible con el cemento, dando lugar a pei-nes de unas 25 fibras (Fig. 7); de esta forma,si llamamos D, al diámetro de la secci6n cir-cular equivalente a la sección del peine de

1de acuerdo con la figura 6, que se cumpla:

es decir:

FIBRAS DE EXTREMOS CONFORMADOSY ENCOLADAS

Anteriormente se ha indicado que la resistenciaúltima de un hormigón de fibras es una funciónde la forma:

exce-sivamente alto (hemos indicado que no debe

1 1

En nuestros ensayos hemos utilizado tres tiposde fibras denominados ZF 30150, ZP 50150 y ZC60/80 y a las que corresponden las siguientes lon-gitudes y diámetros: 1 = 30 mm, d = 0,5 mm;

1 = 50 mm, d = 0,5 mm; I = 50 mm, D = 0,80milímetros. Es decir, las fibras tenían aspectos de60, 100 y 75, respectivamente.

Cada tipo de fibras se ha empleado en cantidadesde 40, 60 y 80 kg/m3, equivalentes a 0,50, 0,75y 1,00 % en volumen, respectivamente.

La dosificaci6n que se adopt6 para el hormigónfue:

- Cemento PA-350 .......................... 380 kg

- Arena 0/5 mm ............................. 800 kg

- Gravilla 5/20 mm .......................... 850 kg

- Agua ......................................... 171 I

El hormigón obtenido con esta dosificación poseíaconsistencia seca (1 cm en cono de Abrams y10 seg. Vebe) y se disefió asi para observar mejorla influencia de la adici6n de fibras y las dificul-tades de su trabajo; a pesar de esto, en ningunode los casos estudiados se presentaron problemasde formación de bolas ni de incorrecta dispersí6nde las fibras.

En los resultados de ensayos, dados a continua-ción, designamos cada hormigón por tres cifras:las dos primeras corresponden al tipo de fibra, yla tercera a la dosificación de fibras en kg/m3;así, la designación 60180-40 corresponde a fibrasde 1 = 60 mm, d = 0,80 mm y dosificación de40 kg/m3. El hormigón de control sin fibras sedesigna por H-O.

La influencia que sobre la docilidad tíene el tipo ydosificación de fibras queda manifestada en elcuadro 1.

CUADRO 1

H o r m i g ó n Docilidad(designación) hg. VebeJ

H-O

60/80-40 1 5

60/80-60 2 1

60/80-80 26

1 2

Informes de la Construcción/342-

CUADRO 2

HormigónIdesignaciónJ

H-O

30/5@40

30/5@6C30/ W-80

50/5@40

50/5@60

50/50-80

60180-40

60/80-60

60/80-80

Resistencia a Módulo dea compresión elasticidad

Ikpi cm? Ikpi cm2 x 107

237 2.42

244 2.33

253 233259 2,76

282 2,83

3 1 1 2.72

3 1 1 2.70

236 2,51

265 2.57

270 2.65

T Resistencia a tracción Resistencia(kpi cm’) (kc

1 a Fisura Rotura 1.” Fisura

- 18,8 3 8

18.4 23,6 4 1

23.9 30,l 44

26.7 35,2 4 8

23,4 31.8 45

27.5 45,3 5 3

36,2 54,3 5 6

23.0 26,2 4 7

26,2 35,0 49

27,7 4i,a 5 2

lex0tracc1ón:m21

ROtUK?

3 8

4 1

44

5 0

5 9

9 3

9 8

6 6

68

9 7

Del cuadro 1 se deduce que la docilidad dismi-nuye al aumentar el contenido en fibras dentro deun mismo tipo de ellas. Igualmente se observa,comparando las distintas fibras, que a igualdad deporcentaje de las mismas la docilidad decrece alaumentar el aspecto, y así tenemos que las fibrasDramix ZP 30150, que tienen aspecto 60, son m8strabajables que las ZC 60180 con aspecto 75 yque las ZP 50150 de aspecto 100. Sin embargo, ya pesar de haber realizado los ensayos con unarelación agua-cemento muy baja, la consistenciade todos los hormigones ha sido buena para usode laboratorio.

En cuanto a las resistencias mecánicas, la deter-minacibn se hizo con probetas de 15 x 30, paralos ensayos de compresión, y de tracción por elmétodo brasilelio, mientras que los ensayos deflexión se realizaron sobre probetas de 10 x 10 xx 43 cm con carga centrada y luz entre apoyos de30 cm. Todos los ensayos se efectuaron a la edadde 28 dias después de un curado normalizado.Los resultados obtenidos, media de tres determi-naciones, se recogen en el cuadro 2 y, en ellos,puede verse la influencia del tipo de fibras y desu contenido.

El cuadro muestra que la resistencia a compresiónexperimenta poca variación, si bien se observa unaumento de la misma, con respecto al hormigónpatrón, al crecer el contenido de fibras llegando aser este aumento del 31,2 % para las fibras 50150,en proporci6n de 80 kg/m3. Se ve, igualmente,que los módulos de elasticidad apenas difierenentre sí, ejerciendo muy poca influencia las fibrassobre ellos.

En la resistencia a tracción se observa un fuerteincremento al aumentar el contenido de fibras, es-pecialmente en las fibras de mayor aspecto, Ile-gándose a incrementos del 189 %.

Los resultados a flexotracción muestran una ten-dencia parecida a los de tracción y asi se observaque, para un contenido nulo de fibras, sobrevienela rotura a una tensión de 38 kp/cm2. En los hor-migones con f ibras 50150, en p r o p o r c i ó n de8 0 kg/m3, la primera fisura ocurre con una ten-

sión del 48,3 % mayor y la rotura con un 157 %más elevada. Se observa, igualmente, la gran efi-

cacia de las fibras de mayor aspecto en la res&tencia a flexotracción y la importancia que tienenlos hormigones reforzados de fibras -en su em-pleo- en pavimentos industriales, de carreteras Yde aeropuertos, así como en revestimientos guni-tados de túneles, taludes, Canales y piscinas, Y.en general, en todos los hormigones sometidos aflexi6n.

Unas características muy interesantes -en mu-chas aplicaciones- son la tenacidad y la resisten-cia al impacto de los hormigones. El índice detenacidad determinado de acuerdo con el ACI esla relación que existe entre el área comprendidabajo la curva carga-flecha y la ordenada que pasapor el punto de flecha 1,9 mm y el área compren-dida bajo la misma curva y la ordenada que pasapor la carga correspondiente a la aparición de laprimera fisura (Fig. 8).

La resistencia al impacto se ha determinado deacuerdo con el ACI sobre rodajas de 6,5 cm dealtura cortadas de probetas de 15 x 30. Los golpesde impacto se dieron sobre una esfera de 63 mmde diámetro colocada en un alojamiento tubulardel dispositivo de la figura 9. La energía que sesuministró en cada golpe fue de 10 kgm. dándosela resistencia al impacto como el número de gol-pes preciso para que la probeta rompa tocandotres de los cuatro soportes que lleva el montaje.En el cuadro 3 se indican los resultados obteni-dos, media de tres determinaciones.

13

or 100 (80 kg)’ 50/50

el gráfico de la figura 8 puede observarse cómolas deformaciones pueden ser muy elevadas antesde llegar a la rotura cómo los hormigones puedenseguir soportando cargas.

Con respecto a la resistencia al impacto vemosque, con el empleo de fibras Dramix 50/50, puede

\

incrementarse ésta en un 1.310 %; esto, unido alincremento del 780 % que para el índice de tena-cidad proporcionan las mismas fibras, hace queestos hormigones sean muy adecuados en pavi-mentos industriales, de carreteras y de aeropuer-tos, asi como en muchas aplicaciones militares.(Fig. 10).--- ------ -----___

Por último, cabe resehar los ensayos de fatiga aflexión realizados sobre probetas de 10 x 10 x 43centímetros, aplicando una carga dinámica en el

7, 8.0 9,0 1 ,o

Pcentro de la probeta con una frecuencia de 500clmin, y con una carga positiva oscilante entre300 y 600 kp para los hormigones con fibras ZP30/50; de 300 a 750 kp para los de fibras ZP50150, y de 300 a 850 kp para los de fibrasZC 60180. El tope m8ximo de ciclos previsto fuede 1 x 106, En el cuadro 4 figuran los valores

) ZC 60/60

IMPACTO

dice de tenacidaddel hormig6n tra-pacidad de absor-s hormigones. En

60kg

r l

hallados.

CUADRO 3Resistencia

H o r m i g ó n Indice deIdesignación)

al impactotenacidad ( n. o golpe.31

H-O l,oo 2 0

30/50-40 4,32 7 230/60-80 6,59 11630/60-80 10,31 178

50/50-40 4,64 9 850/50-60 7.12 15860/50-80 8.80 282

60/80-40 6,33 7560/80-60 6.93 13260/80-80 7,27 203

CUADRO 4

H o r m i g ó n Ciclos hasta(designación) rotura

H-O 17.200

30/5@40 52.00030/60-60 78SOO30/50-80 190.000

50/50-40 > 1.000‘ooo50/50-80 . ~1.ooo.ooo50/50-80 > l.ooo.ooo

60/80-40 > 1 .ooo.ooo60/80-60 > 1.coo.ooo60/80-80 >l.OOO.OOO

14

Informes de la Construcción/342

La resistencia a fatiga por flexión es muy elevada,como puede verse en el cuadro 4, especialmenteen los hormigones confeccionados con fibras demayores aspectos, 75 y 100. En ambos, a pesarde haberse aplicado, en algunos casos, cargas su-periores al 80 % de la carga de primera fisura, sellegó al tope de ciclos previsto, quedando ligera-mente fisuradas las probetas al final de los en-sayos.

APLICACIONES

LOS hormigones reforzados con fibras de acerohan alcanzado ya su mayoría de edad, colocándo-se actualmente en obra -en el mundo- muchosmiles de metros cúbicos al aA0 algUnOS de IOS

cuales corresponden a Espafia. Estos hormigones

se están utilizando ampliamente en prefabricacióny construccibn industrializada, en pavimentos ysoleras de fábricas y almacenes (por los que hande circular carretillas pesadas), en pavimentos decarreteras y aeropuertos, y, especialmente, en SU

recrecido cuando están deteriorados, formando«overlays» unidos o no al pavimento existente; enrecipientes para reactores nucleares; en depósitospara líquidos; en estructuras de seguridad: cajasfuertes, etc.; en el gunitado de túneles, Canales y

taludes; en revestimientos refractarios para hornosmetalúrgicOs; y en determinadas partes de la in-dustria del cemento mediante el empleo de fibrasde acero inoxidable. Debido a su gran resistenciaal impacto y fatiga su empleo en el campo militares cada vez mayor, utilizándose en pavimentospara carros de combate; aeropuertos y helipuertos;zonas de lanzamiento de cohetes y misiles; polvo-rine.. y factorías de pólvora y explosivos; refugiosy puestos de mando fortificados; etc.

Las aplicaciones anteriores son consecuencia dela capacidad que tienen los hormigones reforzadosde fibras de acero para resistir eficazmente deter-minadas acciones, especialmente las que se pro-ducen en las aplicaciones antes resenadas y enaquellas otras en las que se precise:

- mejora del comportamiento a flexotraccibn,- aumento de la resistencia a tracci6n,- incremento de la resistencia a rotura,- reducción de la deformacibn bajo cargas man-

tenidas,- ligero aumento de resistencia a compresión,- fuerte absorci6n y disipaci6n de energía antes

de romper,- elevada resistencia al impacto y a choque,- gran resistencia a fatiga dir&mica,_- fisuración controlada,- mejora de la adherencia a las barras de armado

tradicional,- mayor durabilidad como consecuencia de me-

nor fisuración,- resistencia elevada a los choques térmicos.

En elementos prefabricados se están empleandoen la fabricación de tuberías (Fig. 11) debido aque, con las fibras, se pueden reducir espesores ala vez que se mejora la impermeabilidad; esta apli-caci6n está fundada, por otra párte, en la exìgen-cia de los reglamentos de diferentes paises en loscuales los tubos, a partir de determinados diámetros, tengan que llevar una armadura de seguridad.

En construcción industrializada (Figs. 12 y 13) per-miten reducir espesor de paredes, evitando la co-locación de cualquier tipo de armaduras y hacien-do innecesaria la presencia de armaduras tradici@nales incluso en las zonas de dinteles de puertasy ventanas. Con el empleo de estos hormigonesno se presentan problemas de fisuración (Fig. 14).

En pavimentos, donde la resistencia a flexotraoci6n -y a veces a impacto- es fundamental, seemplean las fibras cada vez m&s. Son muchos lospavimentos industriales en los que se han utiliza-do, sin necesidad, en gran número de casos, derealizar juntas. En Espana se han hecho miles demetros cuadrados de pavimentos en naves indus-triales; naves de mantenimiento de helicópteros;pavimentos para parques de contenedores; suelosde talleres en fábricas de automóviles; etc. Apartede la ventaja de separar más, e incluso eliminarlas juntas, se tiene la de un espesor más reducidoy una vida útil que puede ser de cinco a ochoveces la de un pavimento tradicional.

Fig. ll Fig. 12

15

Informes de la Construcckh/342

Fig. 1 3

El aumento de resistencia a flexotracci6n, el con-trol de la fisuración, la resistencia a la fatiga din&mica y la posibilidad de hacer juntas cada 15 me-tros 0 mhs (e incluso, de no hacerlas) trae consi-go el que los hormigones reforzados con fibras seutilicen mucho en pavimentos de autopistas y ca-rreteras, bien en la totalidad de su espesor, bienen forma de recrecidos sobre pavimentos rígidos oflexibles deteriorados, con la ventaja adicional derequerir un espesor reducido de 7 a 10 cm y depoder colocarse con cualquier extendedora tradi-cional o simplemente con reglas vibrantes (Figu-ras 15, 16 y 17). Actualmente, la técnica de losrecrecidos con este tipo de hormigones se estáutilizando cada vez más, debido a las grandes ven-tajas técnicas y económicas que presenta.

Otra de las ventajas que presenta el hormigón defibras es poder colocarse en obra mediante guni-tado. Empleando áridos de hasta 10 mm, con fi-bras de 30 a 50 mm de longitud, se han gunitadocon Éxito túneles, taludes, canales y piscinas (Fi-gura 18). La principal ventaja que presentan estoshormigones, en el revestimiento de túneles, radicaen la rapidez de ejecución al eliminar la coloca-ción de la malla electrosoldada -labor siemprelenta y engorrosa- en las superficies tan irregu-lares de un túnel. Por otra parte, la capa de guni-ta puede adaptarse perfectamente a las superfi-cies, con lo cual se tiene una mayor economía enhormigón. Al estar toda la capa proyectada atadapor las fibras, no se producen desprendimientos yla capacidad de absorción de esfuerzos queda in-crementada.

El gunitado, utilizando fibras de acero inoxidable,es una técnica frecuente actualmente en los reves-timientos refractarios de industrias metalúrgicas,de cementos y petroquímicas. Los revestimientosrefractarios armados con fibras poseen, gracias ala trabazón que Mas proporcionan, una gran re-sistencia frente a los choques térmicos, a la vezque una fuerte resistencia a la abrasión. Revesti-mientos de recuperadores de calor en flbricas decemento, que periódicamente había que cambiarcada uno o dos silos, al incorporar fibras Dramixinoxidables han incrementado su vida en cinco ve-

FIIJ 7 4

t~y 16

F/g 1 7

Informes de la Construcci6n1342

La losa de hormigbn con fibras de acero tenía unespesor de 150 mm y descansaba sobre una basede arena ligeramente compactada. Para comparar,la U.S. Army Waterway Experiment Station cons-truyó tambien una losa de hormigón tradicional de250 mm de espesor sobre una base de arena biencompactada. El recrecido de hormig6n de fibrasse extendi6 sobre la losa anterior despues de ha-berla ensayado, con un espesor de 100 mm.

El pavimento de fibras sobre base debil era deespesor aproximadamente mitad al de hormig6ntradicional sobre base bien compactada. El primero presentó la primera fisura a las 700 cargas detráfico, mientras que el tradicional la presentaba alas 40 cargas y estaba fuera de servicio a las 950.El hormigón de fibras alcanzó 8.700 cargas y ~610presentaba fisuras capilares.

El recrecido u «overlay» de 100, mm se

~610 algunas fisuras capilares a las 6.900 cargasde tráfico del tren C-5A. La primera fisura apareci6en Al a las 900 cargas y la segunda, a las 1.400cargas.

F/g. 18

ces. El utilizar fibras inoxidables tiene como fina-lidad evitar las fuertes corrosiones que se produci-rfan en fibras normales, al estar sometidas a at-m6sferas tan agresivas como las que se suelenexistir en los hornos.

Tal vez una aplicaci6n de las mas interesantes delos hormigones de fibras de acero este en el cam-po de los pavimentos de aeropuertos,

Los primeros ensayos se realizaron por la U.S.Army Construction Engineering Research Labora-tory (CERL) y consistieron: uno, en un pavimentode hormigón con fibras; y otro, en un recrecidosobre un pavimento deteriorado de hormigõn. Am-bos tramos de ensayo realizados a escala naturalse sometieron a las pruebas de un tráfico simu-lado C-5A con carga de 340 t. El avión C-5A seemplea en aeropuertos militares de carga media yposee tres trenes de aterrizaje, con doce ruedasen cada uno de los dos principales y cuatro en eldel morro; sobre cada rueda del tren gravitan 138 t.Para simular el aterrizaje se aplicaba el tren sobrecinco líneas paralelas separadas entre sí un anchode 5 metros.

En otra zona se aplicó un tren tandem con 189 tequivalente al del Yumbo 747.

Bajo la dirección de estos laboratorios se realiz6la primera prueba a escala natural en el aeropuertode Tampa, en forma de recrecidos sobre pavimen-tos deteriorados, siendo los recrecidos de 150 mmde espesor en pistas de

«runway» y de 100 mm enlas de

«taxiway». Los resultados obtenidos fuerontotalmente satisfactorios.

Con posterioridad a estos ensayos se hicieron lospavimentos de la base de Nolfort; ampliaciones oreparaciones con pavimento total 0 recubrimientosen los aeropuertos de Las Vegas, La Guardia,John Kennedy, etc. Actualmente se ha finalizadoel aeropuerto de Denver -Colorado- (Flgs. 19 y20). En Espana, últimamente, se ha

Fig. 19

realizadonrnaaplicación importante en el aeropuerto de Palmade Mallorca.

construy6sobre el pavimento de hormigón tradicional antesensayado (totalmente deteriorado) , presentando

1 7

Informes de la Construcción/342

* F;g. 20

* * *

En la actualidad podemos decir que con el empleode las fibras de acero se han resuelto muchos de

los inconvenientes que tiene el hormigbn, los cua-les sefialábamos al principio de este trabajo. Ade-milis, tales inconvenientes se han resuelto con laventaja adicional de economía en mano de obra,al evitar en muchas ocasiones parte o toda la ar-madura tradicional, especialmente cuando ésta tie-ne la misi6n de controlar la fisuración.

El empleo de fibras de acero, en los hormigones,combinado con el de superplastificantes en unoscasos y látex en otros, puede dar como resultadohormigones con unas características muy diferen-tes a los tradicionales, en los cuales hayan des-aparecido muchos de esos inconvenientes o des-ventajas que al principio apuntábamos en el hor-mig6n tradicional; inconvenientes que hay que tra-tar de eliminar para conseguir que este noble ma-terial esté más acorde con los tiempos actuales.

publicación del