Corporación de Desarrollo Tecnológico

Transcripción

1 Corporación de Desarrollo Tecnológico SIMPOSIO INTERNACIONAL: TÚNELES Y TECNOLOGÍAS DE HORMIGÓN PROYECTADO 26 y 27 de marzo de 2012 Fibras de refuerzo para hormigón proyectado José Antonio Collazos Gerente Técnico Prodalam Corporación de Desarrollo Tecnológico 91 páginas

2 Simposio Internacional de Túneles y Tecnologías de Hormigón Proyectado Santiago, Chile 26 y 27 de Marzo de 2012 Sprayed concrete reinforcement: Mesh Steel/polymer fibers Ing. José Antonio Collazos Logo of the Company

3 Concreto simple h h =? Mu = 9,264 N.m/m Concreto: C30/37 fcu =?

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5 Concreto simple h h =? Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu =? fcu = 3.86 N/mm2 s = 3

6 h h =? Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu =? fcu = 3.86 N/mm2 s = 3

7 Dificilmente predecible, falla súbita de la placa de concreto simple. F Section: F F Section: Pero las fisuras en el fondo raramente pueden ser vistas, el modo de falla es más bien inpredecible, con riesgo de vidas aunque limitado Capacidad del sistema Capacidad de la sección F F System: F F loadcontrolled F deflectioncontrolled F w w w

8 Fibras de Acero? Fibras? fibras sintéticas? Mallas? Refuerzo?

9 Refuerzo con malla 120mm h = 120mm M u = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 f cu = 3.86 N/mm 2 s su = N/mm 2 A s =?

10 bottom view Predecible, falla dúctil del concreto reforzado con malla. Fisuras en las superficies superior e inferior serán visibles y pueden tomarse medidas de seguridad. F Section: F Section: Capacidad del sistema >> Capacidad de la sección System: F F F F F loadcontrolled F deflectioncontrolled F w w w

11 Refuerzo con malla 120mm h = 120mm M u = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 f cu = 3.86 N/mm 2 s su = N/mm 2 A s =? Malla: 4.5mm@150mm

12 Consumo adicional de concreto debido a los requerimientos de recubrimiento Llenado parcial de los bolsones no previene la infiltración de agua Consumo extra de concreto para llenar los bolsones detrás de la malla La ubicación irregular de la malla no asegura un refuerzo eficiente

13 Concreto reforzado con fibras h h =? Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu = 3.86 N/mm2 Fibra: RC 65/35 BN Re = 50% (20kg/m3) fe = Re x fcu = 1.93 N/mm2

14 Concreto reforzado con fibras h h =? Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu = 3.86 N/mm2 Fibra: RC 65/35 BN Re = 50% (20kg/m3) fe = Re x fcu = 1.93 N/mm2

15 El uso de fibras de acero, permite al concreto proyectado seguir el contorno del terreno El concreto reforzado homogéneamente con excelente densidad e impermeabilidad, previene la formación de vías de agua Las fibras brindan resistencia a los esfuerzos de tensión en cada punto del sostenimiento con concreto proyectado

16 Re,3?

17 Re,3?

18 Re,3: Información suficiente? F f res,i f eq f res,ii w

19 concreto reforzada con fibras de Acero 19 concreto reforzada con Macrofibras Sintéticas

20 concreto reforzada con fibras de Acero 20 concreto reforzada con Macrofibras Sintéticas

21 concreto reforzada con fibras de Acero 21 concreto reforzada con Macrofibras Sintéticas

22 concreto reforzada con fibras de Acero 22 concreto reforzada con Macrofibras Sintéticas

23 concreto reforzada con fibras de Acero 23 concreto reforzada con Macrofibras Sintéticas

24 Acero o polipropileno?

25 Módulo de elasticidad

26 Módulo de elasticidad

27 Comportamiento CREEP

28 Comportamiento CREEP

29 Comportamiento CREEP Long term behaviour of steel and macro-syntheticfibre reinforced concrete beams - University of Bologna Published in CPI

30 Comportamiento CREEP Comportamiento creep en placas Paneles probados usando el ensayo EN a 25mm Al aplicar el 60% de la carga final algunos paneles fallaron luego de 14 días.

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34 Sostenimiento

35 Esfuerzos en el terreno F p Los desplazamientos radiales movilizan la resistencia inherente del terreno. NATURAL GROUND

36 Esfuerzos en el terreno EQUILIBRIO F p F F Zona de Tensión

37 Esfuerzos en el terreno EQUILIBRIO F p F F Agrietamiento por tensión y desprendimiento

38 Esfuerzos en el terreno EQUILIBRIO F p F F

39 Esfuerzos en el terreno EQUILIBRIO F p F F

40 Esfuerzos en el terreno Los movimientos del terreno causan que la roca se deforme plásticamente (flujo) en el perímetro del túnel aplicando presión al revestimiento de concreto

41 Caracterización del sistema

42 EFNARC - EN Este ensayo es presentado en 1989 por la ferroviaria francesa, y con el tiempo, aceptado por EFNARC, y está desde 2006 en las normas EN - Un shotcrete de túnel se comporta como una losa - Las condiciones hiperestáticas del ensayo permiten redistribución de carga - El ensayo también puede llevarse a cabo con refuerzo de malla

43 load in kn absorption energy in Joule EFNARC - EN EN test load energy deflection in mm 0

44 Proceso de fisuración- Fibras de acero 80 J 400 J 800 J 1250 J

45 Proceso de fisuración- Fibras sintéticas 0.5 vol % 4.55kg/m vol % 0.5 vol % 9.1kg/m kg/m vol % 9.1kg/m 3

46 P Acero Poliprop. 25 mm Deflexión

47 Criterio de desempeño Criterio de desempeño usado para fibras de acero con concreto de referencia: 30/37 Mpa load J: requerimiento mínimo; roca; túnel de diámetro pequeño J: estándar; roca menos buena J: alta ductilidad para condición de suelo malo

48 Criterio de desempeño C30/37 L 700 Joules SEGURO 25 mm

49 Criterio de desempeño C50/60 L 700 Joules INSEGURO 25 mm

50 Criterio de desempeño C50/60 L 1000 Joules SEGURO 25 mm

51 Criterio de desempeño Sistema-Q propuesto para revestimientos de concreto lanzado Categorías de refuerzo: 1 Sin soporte 2 Pernos de anclaje puntuales, sb 3 Pernos de anclaje sistemáticos, B 4 Pernos de anclaje sistemáticos, (y concreto simple lanzado, 4-10 cm), B(+S) 5 Concreto lanzado reforzado con fibras y pernos de anclaje, 5-9 cm, Sfr+B 6 Concreto lanzado reforzado con fibras y pernos de anclaje, 9-12 cm, Sfr+B 7 Concreto lanzado reforzado con fibras y pernos de anclaje, cm, Sfr+B 8 Concreto reforzado con fibras > 15 cm, costillas de refuerzo y pernos de anclaje, Sfr+Hrs.+B E) Absorción de energía en ensayo de panel de shotcrete reforzado con fibra de acero a at 25 mm 9 Revestimiento de concreto vertido, CCA

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53 RESITENCIA RESIDUAL «EFNARC 3 point bending test on square panel with notch»

54 RESITENCIA RESIDUAL «EFNARC 3 point bending test on square panel with notch» De acuerdo con el Model Code, el refuerzo con fibras puede substituir al refuerzo convencional si se cumplen las siguientes relaciones: - fres,1/fl> 0,4 - fres,3/fres1>0,5

55 Ensayos de precalificación

56 Recomendaciones mínimas 1 Fibras que cumplan con la Norma Europea EN : dosificación mínima (kg/m 3 ) 2 Fibras con sello CE sistema 1, fibras de acero para uso estructural (conforme a EN ) Para más detalles, hoja informativa CE a solicitud. 3 Fibras de alambre trefilado, con resistencia a tracción del alambre de acero > MPa mínimo. (La resistencia a la tracción del alambre debe ser consistente con el de la mezcla, para Concreto de Alto Desempeño (HPC) se requiere un alambre de alta resistencia a la tracción) CE info sheet De acuerdo con EN 14889, un nivel mínimo de desempeño debe ser alcanzado. Como tal, para cada tipo de fibra una dosificación mínima es requerida para tener un sello CE sistema 1. Descargue hoja informativa en: building

57 Recomendaciones mínimas 4 Tolerancias dimensionales de acuerdo con la siguiente tabla:

58 Recomendaciones mínimas 5 Mejor sistema de anclaje: terminaciones en forma de gancho para conseguir un anclaje inmejorable 6 Longitud de la fibra: entre mm 7 Longitud máxima de la fibra: 2/3 del diámetro de la manguera de la máquina de lanzado 8 Longitud mínima de la fibra: 2 veces el tamaño máximo del agregado grueso 9 Fibras encoladas para mejorar una distribución homogénea

59 Tipos de Fibras: Desempeño 16 Resistencia x 10-1 N/mm Dosis de fibras [kg/m³] 59

60 Desempeño: Efecto debido a la cantidad fuerza Igual l, l/d altas dosis bajas dosis ancho de fisura 60

61 Desempeño: Efecto debido a la relación de aspecto l/d fuerza Igual dosis mayor l/d menor l/d ancho de fisura 61

62 62

63 63

64 Desempeño: Efecto debido a la longitud fuerza Igual forma fibra larga fibra corta ancho de fisura 64

65 Desempeño: Efecto debido al anclaje fuerza Igual l, l/d con ganchos ondulada ancho de fisura 65

66 Desempeño: Efecto debido al concreto fuerza Igual fibra concreto superior concreto inferior ancho de fisura 66

67 Desempeño: Efecto debido a la resistencia del alambre fuerza resistencia del alambre suficiente insuficiente ancho de fisura 67

68 Cómo seleccionar la fibra apropiada? Parámetro Fibra «A» Fibra «B» 68

69 Cómo seleccionar la fibra apropiada? Parámetro Fibra «A» Fibra «B» Longitud mm

70 Cómo seleccionar la fibra apropiada? Parámetro Fibra «A» Fibra «B» Longitud mm Diámetro mm

71 Cómo seleccionar la fibra apropiada? Parámetro Fibra «A» Fibra «B» Longitud mm Diámetro mm Relación l/d

72 Cómo seleccionar la fibra apropiada? Parámetro Fibra «A» Fibra «B» Longitud mm Diámetro mm Relación l/d Resistencia MPa

73 Cómo seleccionar la fibra apropiada? Parámetro Fibra «A» Fibra «B» Longitud mm Diámetro mm Relación l/d Resistencia MPa Precio $/kg

74 Desempeño: Efecto debido al método de evaluación F Igual f eq pero qué CRFA es mejor? f res,i f eq f res,ii w 74

75 Cómo seleccionar la fibra apropiada? 75

76 Si las características «NOMINALES» fueran iguales? Parámetro Fibra «D» Fibra «S» Longitud mm Diámetro mm Relación l/d Resistencia MPa Precio $/kg

77 La norma de fabricación tiene alguna influencia? Parámetro Fibra «D» Fibra «S» Longitud mm Diámetro mm Relación l/d Resistencia MPa Precio $/kg Norma EN ASTM A820 77

78 Revisión de Tolerancias según Norma: EN Fibers For Concrete Part 1, Steel Fibers Norma Certificación C : 7

79 Revisión de Tolerancias según Norma: ASTM A 820 Norma 7

80 8 0 Teoría de Espaciamiento de Mc. Kee Longitud de la fibra de acero: l f = (s 2 + 2s 2 ) 1/2 = 3 1/2. s Arista del cubo de concreto: s = l f / 3 1/2 Diámetro de la fibra de acero: d f Peso específico de la fibra de acero: g = 7850 kg/m 3 Volumen de una fibra: V f = (p. d f 2 / 4). l f

81 Teoría de Espaciamiento de Mc. Kee Peso de una fibra: P f = g. V f = g. (p. d f 2 / 4). l f Volumen de concreto que ocupa una fibra: V c = s 3 = (l f / 3 1/2 ) 3 Factor de seguridad = 1.5 Factor de traslape: t s / 1.5 = (l f / 3 1/2 ) / l f Volumen efectivo de concreto: V e = t 3 (0.4 l f ) 3 = l f 3 Dosificación mínima de la fibra de acero: D m = Peso de una fibra / Volumen efectivo de concreto = P f / V e D m g. (p. d f 2 / 4). l f / l f 3 = (p / 0.256). g. d f 2 / l f 2 Relación de esbeltez: l = l f / d f 81

82 Teoría de Espaciamiento de Mc. Kee Dosificación mínima: D m (g. p) / (0.256 l 2 ) Peso específico de la fibra de acero: g = 7850 kg/m 3 Para l = l f / d f = 35 mm / 0.55 mm = 64, entonces D m 23 kg/m3 82

83 8 3 Dosificación mínima para el caso más desfavorable Revisando la menor longitud y el mayor diámetro posibles para las tolerancias de cada norma: Dramix RC 80/60 BN Sika Fiber CHO 80/60 NB Longitud (mm) Nominal Diámetro (mm) Relación de Aspecto % Longitud (mm) Tolerancias +5% Diámetro (mm) Relación de Aspecto % Longitud (mm) Tolerancias +10% Diámetro (mm) Relación de Aspecto Fibra «D» Fibra «S» Dosificación Mínima (kg/m3): D m Relación

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85 Efecto en la resistencia del concreto 85

86 coefficient of variation [%] Variabilidad en los ensayos 0,3 standard beams 0,2 round determinate panels round indeterminate panels pipes 0,1 0,0 0,0 0,5 1,0 approximate area in tension [m²] 86

87 Certificación CE Clase 1 Prueba Vebe 87 Prueba de viga EN 14651

88 Cómo seleccionar la fibra apropiada? Parámetro Fibra «D» Fibra «M» Longitud mm Diámetro mm Relación l/d Resistencia MPa Precio $/kg Norma EN EN Certificación Sello CE Sello CE Dosis mínima CE

89 Referencias «Tunneling is an art» Bekaert «Three Point Bending Test on Square Panel with Notch» - EFNARC «CE marking» -

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91 Simposio Internacional de Túneles y Tecnologías de Hormigón Proyectado Santiago, Chile 26 y 27 de Marzo de 2012 Disclaimer a) The speakers are presenting their own personal views and are not expressing the view of the Foundation. b) Papers and documents displayed or handed out during the Event are copyrighted. The participants must observe and comply with all applicable law regulations concerning the copyright.