FIBRAS DE ACERO WIRAND. Elemento estructural para el refuerzo del Shotcrete

Transcripción

1 FIBRAS DE ACERO WIRAND Elemento estructural para el refuerzo del Shotcrete

2 Shotcrete Es un concreto obtenido de una mezcla de materiales preconfeccionados, que se proyecta mediante una bomba y flujo de aire comprimido aplicándose hacia una superficie y se compacta al mismo tiempo con la fuerza de impacto. 1954: American Concrete Institute (ACI) definió oficialmente Es un mortero o concreto proyectado neumáticamente a gran velocidad contra una superficie.

3 Shotcrete : Materiales constituyentes CEMENTO AGREGADOS AGUA ADITIVOS FIBRAS

4 Shotcrete : Requerimientos Adherencia Espesor Ductilidad Durabilidad Resistencia a edades tempranas Resistencia a la compresión Resistencia a la tracción

5 Shotcrete : Propiedades y características Densidad superior al concreto habitual Baja relación de agua/cemento Alta resistencia, solidez y durabilidad Baja absorción o baja permeabilidad Buena resistencia al intemperismo Roca Madera Acero Buena adherencia a materiales, como: Ladrillo Piedra Extrema flexibilidad y Fácil aplicación Suelo, etc

6 F I B R A S F I B R A S

7 Histórico del uso de las Fibras en la Construcción Muralla de China (214 a.c.) Muros en la Mesopotamia (1.400 a.c.) Carrateras Incas (214 d.c.)

8 Tipos de Fibras en el mercado Diversos tipos de fibras Fibras de vidrio Fibras de carbono Fibras sintéticas Fibras metálicas (1980) Fibras Sintéticas (1964) Fibras de Acero

9 Shotcrete reforzado con fibras de acero WIRAND Aplicando las fibras de acero WIRAND a la mezcla, se obtendrá: I N C R E M E N T O Ductilidad Absorción de energía Resistencia al impacto Resistencia a la flexión Resistencia solicitación térmica S E G U R I D A D Rebote Propagación de grietas Tiempo de operación R E D U C C I Ó N

10 Por qué reforzar el Shotcrete con Fibras de acero WIRAND? Concreto Fibras de acero Wirand Material frágil Elevada resistencia a la tracción Baja resistencia a la tensión Muy pobre capacidad de deformación Elevado módulo de elasticidad Mayor contenido de fibras en el concreto Distribución homogénea de las fibras Fácil aplicación y ahorro de tiempo

11 Solución en Concreto Armado Convencional Solución en Concreto Reforzado con Fibras de Acero

12 Distribución de las fibras de acero en el shotcrete Fibras de acero Wirand Concreto lanzado Fibras de acero Wirand Red tridimensional

13 Fibras de acero WIRAND FS3N DESCRIPCION Fibra WIRAND FS3N en alambre de acero trefilado en bajo contenido de carbono para el refuerzo del hormigón Largo L DIMENSIONES Diámetro D : 0.75 mm Largo L : 33 mm Relación Esbeltez L/D : 44 Diámetro D FORMA Los ganchos se las extremidades de la fibra WIRAND FS3N garantizan la máxima adherencia al hormigón.

14 Shotcrete reforzado con fibras de acero WIRAND CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL ALAMBRE R m (Tensión de ruptura por tracción del alambre) : > 1,100 Mpa Δl (Elongación a la ruptura) : < 4% Módulo de elasticidad : 210,000 MPa

15 Fibras de acero : WIRAND FS3N CLASIFICACIÓN N DE FIBRAS METÁLICAS (ASTM A820) Alambre cortado en frío Lamina cortada Extracción a partir de masa fundida, otros PARÁMETROS QUE DESCRIBEN LA CALIDAD DE LA FIBRA Radio de Aspecto (Longitud / Diámetro) Resistencia a la tensión Forma geométrica CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LA FIBRA Peso Específico Módulo de Young o Módulo de elasticidad Módulo de Tensión de ruptura por tracción Elongación de Rotura

16 Fibras de acero WIRAND FS3N CLASIFICACIÓN N DE LAS FIBRAS METÁLICAS

17 Fibras de acero WIRAND FS3N 0.85 RADIO DE ASPECTO ESBELTEZ = Longitud Diámetro RESISTENCIA A LA TENSION FORMA GEOMETRICA Longitud = cte ESBELTEZ = Longitud Diámetro La fibra es más esbelta Mayor cantidad de fibras por masa PARÁMETROS QUE DESCRIBEN LA CALIDAD DE LA FIBRA

18 Fibras de acero WIRAND FS3N RADIO DE ASPECTO Mayor Resistencia Residual RESISTENCIA A LA TENSION FORMA GEOMETRICA Mejor ductilidad Alta resistencia a la tensión RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PARÁMETROS QUE DESCRIBEN LA CALIDAD DE LA FIBRA

19 Fibras de acero WIRAND FS3N RADIO DE ASPECTO FIBRA WIRAND RESISTENCIA A LA A LA TENSION FORMA GEOMETRICA OTRA FIBRA PARÁMETROS QUE DESCRIBEN LA CALIDAD DE LA FIBRA

20 Fibras de acero WIRAND FS3N PESO ESPECÍFICO MÓDULO DE DE YOUNG YOUNG MODULO DE TENSIÓN DE RUPTURA POR TRACCION Peso entre volumen de un determinado material Valor superior en el acero que en el polipropileno Las dosificaciones de fibra se pueden representar en función a su volumen ELONGACIÓN A LA ROTURA % Volumen = Dosificación PE x 100 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LA FIBRA DE ACERO

21 Fibras de acero WIRAND FS3N PESO ESPECÍFICO MÓDULO DE DE YOUNG YOUNG MODULO DE TENSIÓN DE RUPTURA POR TRACCION ELONGACIÓN A LA ROTURA Incremento de esfuerzo entre el cambio a la deformación unitaria Comparando dos hilos de una misma sección sometidas a una misma fuerza transversal, la que presente mayor deformación, tendrá menor módulo de elasticidad CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LA FIBRA DE ACERO

22 Fibras de acero WIRAND FS3N PESO ESPECÍFICO MÓDULO DE DE YOUNG YOUNG MODULO DE TENSIÓN DE RUPTURA POR TRACCION Relación entre la fuerza axial a tracción necesaria para lograr el fallo completo de un determinado material y la sección transversal que este tiene ELONGACIÓN A LA ROTURA CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LA FIBRA DE ACERO

23 Fibras de acero WIRAND FS3N PESO ESPECÍFICO MÓDULO DE DE YOUNG YOUNG MODULO DE TENSIÓN DE RUPTURA POR TRACCION Relación entre la longitud a la que falla determinada sección sometida a tracción y su longitud original ELONGACIÓN A LA ROTURA CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LA FIBRA DE ACERO

24 Valores de resistencia mecánica y módulo de elasticidad para diverso tipos de fibras y matrices (BENTUR & MINDESS, 1990) Módulo de elasticidad Resistencia a la tracción Deformación en rutptura Material Diámetro Densidad (um) (g/cm3) (Gpa) (MPa) (%) Acero , ,50-2,00 0,50-3,50 Vidrio , , ,50 Amianto 0,02-0,40 2, ,00-3,50 2,30 Polipropileno ,90 5,00-7,70 0,50-0,75 8,00 Kevlar 10 1, ,60 2,10-4,00 Carbono 9 1, ,60 1,00 Nylon - 1,10 4,00 0, Celulosa - 1, ,30-0,50 - Acrílico 18 1,18 14,00-19,50 0,40-1,00 3 Polietileno - 0,95 0,30 0,7 x Fibra de madera - 1, ,90 - Sisal ,80 3,0 Matriz de cemento (para comparación) - 2, ,7 x ,02

25 Shotcrete reforzado con Fibras de acero WIRAND Ensayos a Flexión Acero Sintéticas Volumen 0,5 % - 39 Kg/m 3 Volumen 0,5 % - 4,55 Kg/m 3

26 Shotcrete reforzado con Fibras de acero WIRAND EMBALAJE La fibra WIRAND es acondicionada en grandes Big Bag de 600, 750, 950 Kg de peso, o en cajas de cartón de 20 Kg

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29 E N S A Y O S E N S A Y O S

30 Normas sobre los ensayos de flexión sobre viga para la determinación de la primera resistencia de fisuración y del índice de ductilidad y resistencia residual Contexto Europeo: UNI Steel Fiber Reinforced Concrete EFNARC Eurocodigo prn Testing Sprayed Concrete: Flerural Strenghs RILEM Contexto Americano: ASTM C1018 Standard Test Method for Flexural Toughness and First-Crack Strength of Fiber-Reinforced Concrete (Using Beam WithThird-Point Loading) ASTM C1399 Test Method for Obtaining Average Residual-Strength of Fiber-Reinforced Concrete ASTM C1550 Standard Test Method for Flexural Toughness of Fiber Reinforced Concrete and Shotcrete (Using Centrally Loaded Round Determinate Panel) Ensayo Japones: JCI-SF-4 Method of Test for Flexural Strengh and Flexural Thougness of fiber reinforced concrete

31 Comportamiento Dúctil W I R A N D Prueba a flexión sobre viga Ensayo de flexión sobre viga para la determinación de la resistencia de primera figuración y del índice de ductilidad Debido a que energía absorbida por las fibras que se adhieren al concreto durante la rotura.

32 Comportamiento Dúctil W I R A N D

33 Comportamiento dúctil Requisito mínimo para el uso estructural del hormigón fibroreforzado pruni/cis/sc4 - Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi strutturali i in calcestruzzo rinforzato con fibre d acciaiod

34 Concreto Lanzado - EFNARC Prueba de punzonado según EFNARC SNCF 89 UNI 10834

35 Concreto Lanzado - EFNARC Prueba de punzonado sobre losa para determinar la absorción de energía de deformación EFNARC SNCF 89 UNI 10834

36 Concreto Lanzado con fibras de acero ASTM C1550 Prueba de punzonado según ASTM 1550

37 A P L I C A C I O N E S A P L I C A C I O N E S

38 Aplicaciones en Revestimiento de TúnelesT Revestimiento primario Hormigón proyectado. Revestimiento Definitivo Hormigón proyectado Hormigón vaciado Anillos Prefabricados Dovelas

39 Aplicaciones en Concreto Fibroreforzado Revestimiento de TúnelesT Revestimiento primario Hormigón proyectado. Revestimiento Definitivo Hormigón proyectado Hormigón vaciado Anillos Prefabricados Dovelas

42 FIBRAS DE ACERO WIRAND Aplicación n del Shotcrete Vía a Seca Vía a HúmedaH

43 Vía a seca o Vía V a húmeda h? W I R A N D El producto final obtenido de ambos procesos de shotcrete es muy similar La vía seca es la más empleada debido a factores como: el escaso acceso en las labores para transitar la mezcla de los camiones; y además, éste emplea equipos pequeños y muy compactos. Se pueden transportar con relativa facilidad en las labores mineras. La vía húmeda es ideal para aplicaciones mineras y civiles de gran producción, donde se está conduciendo excavaciones profundas o túneles largos y donde el acceso permite el empleo de equipos y camiones para operar en forma más o menos continua. La decisión de usar el Shotcrete, vía seca o húmeda, dependerá de las condiciones del lugar.

44 Diversas Comparaciones W I R A N D Vía a Seca Depende de habilidad y experiencia del shotcretero para su colocación Variación de las resistencias - falta o exceso de materiales usados en mezcla El equipo es fácilmente transportado Desempeño muy bajo en la colocación (2 m 3-4 m 3 x hora, buena condición) Depende de equipo y/o estructura para llegar a lugares elevados El Shotcretero está en área de peligro Demasiado rebote, y requiere de varias pasadas para lograr espesor requerido Alta contaminación en área de lanzado Mayor cantidad de partículas en suspensión en el ambiente de trabajo Vía a HúmedaH Depende de habilidad y conocimientos del operador del robot La resistencias no varían (mezcla es homogénea en cantidades precisas) - no hay faltantes ni excedentes. La mezcla es fácilmente transportable Desempeño bueno en la colocación (8 m 3 a 10 m 3 x hora) El brazo hidráulico permite alcanzar lugares altos El robot está en el área de peligro, el operador no está en riesgo Rebote menor al 10% x m 3 Baja contaminación en área de lanzado Menor cantidad de partículas en suspensión en el ambiente de trabajo

45 FIBRAS DE ACERO WIRAND Aplicación n Shotcrete Vía a Seca

46 Equipo tradicional marca ALIVA para bombeo de mezcla seca. Vista general de trompo de mezcla, cinta de árido que alimentan al equipo para bombeo de mezcla seca.

47 Introducción de áridos y cemento según mezcla prevista en tolva alimentadora de trompo de premezcla. Introducción de las fibras. Las fibras sueltas se involucran como cualquier árido dentro de la mezcla

48 Salida de la mezcla tropo hacia la cinta de transporte de áridos. Cinta de áridos, con la mezcla lista hacia la bomba.

49 Vista detallada de la mezcla, las fibras están total y uniformemente dispuestas dentro de la mezcla seca lista para el bombeo. Vista de la cinta transportadora de áridos, siendo alimentada por el tropo de premezcla.

50 Importante: La mezcla no produce ningún efecto abrasivo sobre las mangueras, ya que la distribución homogénea de la fibra, como un árido adicional de la mezcla, hace que pase sin inconvenientes. Vista detallada de la mezcla dentro de la boca de la bomba que está enviando material hacia las mangueras. Proceso de proyección, manguera con conexión de agua en el pico.

51 Vista detallada de la mezcla proyectada. Es posible visualizar las fibras dentro de la matriz perfectamente distribuidas.

52 FIBRAS DE ACERO WIRAND Aplicación n Shotcrete Vía a HúmedaH

53 Vista detallada con la introducción de la fibra de acero Wirand, en el camión mezclador.

54 Adición del agua en la mezcla del concreto

55 Interior mina, traspaso de la mezcla del concreto hacia el equipo vía húmeda Alpha Vista del concreto con fibras de acero Wirand. Mezcla homogénea.

56 Aplicación de vía húmeda sobre la excavación

57 FIBRAS DE ACERO WIRAND Técnica de aplicación

58 Algunas consideraciones W I R A N D Ángulo de aplicación: 90º Giro en la boquilla: 55º

59 Algunas consideraciones W I R A N D Correcto

60 Algunas consideraciones W I R A N D Incorrecto

61 Agradece por su atención

62 Informacion adicional Ing. Luis Velásquez Dpto. de Ingeniería y Proyectos Tel.: Fax: Cel.: Web: luis.velasquez@maccaferri.com.pe marketing@maccaferri.com.pe