Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 1

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1 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 1 CAPITULO I CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS 1.1 HISTORIA Y EVOLUCION El Concreto u hormigón como es llamado también en otros países, durante el siglo XX ha experimentado una profunda evolución como material de construcción ya sea en diseño, en cálculo, en tecnología y como material en sí, con la finalidad de buscar un mejor rendimiento y por ende mejoras en sus propiedades y comportamiento. La aparición del concreto armado fue en la segunda mitad del siglo XIX. Su descubrimiento fue atribuido a Lamblot por la presentación en la exposición Universal de París de 1855 un barco de carcasa metálica recubierto por concreto de cal hidráulica. Sin embargo fue Monet, un jardinero de Versalles, quien en 1868 patentó el sistema para la realización de macetas y macetones, depósitos y losas. Desde entonces, numerosas han sido las investigaciones y estudios llevados a cabo con el objetivo de mejorar el comportamiento del concreto. Durante el siglo XX se han desarrollado tecnologías como la del concreto pretensado y el concreto proyectado o chotcrete, y han aparecido concretos llamados especiales : concretos de alta resistencia(1), concretos ligeros, concretos pesados, concretos porosos, concretos autocompactables(2), concretos reciclados(3) y, también, el concreto reforzado con fibras.

2 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 2 Las fibras no son un material reciente o nuevo. Remontándose hace 4000 años ya se empleaban fibras como adición a otro material para mejorar sus propiedades. Hay muchos ejemplos a lo largo de la historia del uso de las fibras: en la baja Mesopotamia los adobes de barro cocidos al sol se armaban con paja y hasta hace unos años se utilizaban los pelos de cabra o caballo para armar el yeso. Este tipo de fibras naturales se utilizaron hasta el año 1935 aproximadamente. La razón de su caída en desuso fue la invención de las fibras sintéticas. La aparición de este nuevo tipo de fibras es debida a Chardonnet quien a finales del siglo XIX inventó la seda artificial. Sin embargo, fue a partir de 1935 con la producción de la primera fibra de nylon cuando surge una nueva etapa en el uso de fibras. Durante esos años hay un gran interés por el desarrollo de fibras sintéticas que tratan de copiar a las fibras naturales y cuya aplicación principal es la fabricación de tejidos. Cuando se comenzó a experimentar con la adición de fibras a materiales destinados a la construcción corresponden a fibras metálicas. La primera patente de concreto reforzado con elementos metálicos se realizó en California en 1874 por A. Berard. Consistía en una piedra artificial que utilizaba acero granular procedente de desechos para el refuerzo del concreto. A partir de ese momento han aparecido numerosas patentes. Cabe destacar la patente de G. Martin en 1927, en California también, que describe la adición de alambres de acero rizados en el concreto empleado en tuberías. Las fibras sintéticas han tenido una aplicación en el sector de la construcción más tardía. No obstante, las fibras metálicas sí han tenido una mayor presencia a lo largo de los años como adición a materiales de construcción. Al transcurrir los años, la forma de las fibras se va perfeccionando y en las patentes se emplean parámetros muy similares a los actuales para fibras de acero. Ejemplo de ello es la patente de G. Constantinesco (1954, Estados Unidos) que se refería al uso de fibras helicoidales y espirales para aumentar la resistencia a la fisuración y la absorción de energía en el concreto. A comienzos de los años 50 se realizan numerosos trabajos de investigación sobre concretos reforzados con fibras de acero (las fibras metálicas son fundamentalmente de acero en sus variantes de bajo o medio contenido en

3 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 3 carbono, acero inoxidable y de acero galvanizado). Entre los estudios realizados cabe destacar los de Romualdi, Batson y Mandel en En la década de los 70 se comenzaron a utilizar en los países europeos pero es en España donde cobra más fuerza, se utilizaban concretos reforzados con fibras en diversos ámbitos: pavimentación de tableros de puentes, pavimentos industriales, contenedores de puertos, revestimientos de túneles, prefabricados, etc. En la actualidad, la construcción de pavimentos y revestimientos de túneles con concreto reforzado con fibras de acero han tenido gran éxito. También cabe destacar su aplicación en el ámbito militar, utilizándose en pavimentación de carros de combate, hangares y recintos protegidos frente al impacto de metralla o proyectiles.

4 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero DEFINICION Los FRC(4) se definen como aquellos concretos que incluyen en su composición fibras cortas, discretas y aleatoriamente distribuidas en su masa. El concreto reforzado con fibras, según la definición del ACI- American Concrete Institute, no es más que concreto hecho a partir de cementos hidráulicos, conteniendo agregados finos y gruesos, y fibras discretas discontinuas. Como fines estructurales proporcionan una mayor energía de rotura pudiendo implicar la sustitución parcial o total de armadura en algunas aplicaciones; en el caso en que las fibras no tengan función estructural suponen una mejora ante determinadas propiedades como por ejemplo el control de la fisuración por retracción, incremento de la resistencia al fuego, abrasión, impacto y otros. Las fibras son empleadas en aplicaciones estructurales en busca de beneficios adicionales en cuanto a reducción de mano de obra, incremento de la durabilidad y reducción o eliminación del refuerzo tradicional. El concreto soporta esfuerzos a tracción que son transmitidos por adherencia a las fibras una vez se ha producido micro-fisura, controlan la fisuración y reducen la intensidad de la misma a la vez que mejoran la tenacidad. Esencialmente, la naturaleza y el tipo de fibras determinan la efectividad de la acción reforzante y la eficacia de la transmisión. En la actualidad se utilizan diversos tipos de fibras.

5 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero TIPOS DE FIBRA Las fibras no son más que elementos de corta longitud y pequeña sección que se incorporan a la masa de concreto a fin de conferirle ciertas propiedades específicas, ya sea en estado fresco, en primeras edades o en estado endurecido. De una manera general se pueden clasificar como: Fibras estructurales: aquéllas que proporcionan una mayor energía de rotura al concreto en masa (en el caso de las fibras estructurales, la contribución de las mismas puede ser considerada en el cálculo de la respuesta de la sección de concreto). Fibras no estructurales: aquéllas que sin considerar en el cálculo esta energía, suponen una mejora ante determinadas propiedades como por ejemplo el control de la fisuración por retracción, incremento de la resistencia al fuego, abrasión, impacto y otros. Las fibras utilizadas en el concreto reforzado son de corta longitud y pequeña sección. Se pueden clasificar según su naturaleza en los siguientes tipos: - Fibras de acero (en sus variantes en contenido de carbono y inoxidables) - Fibras poliméricas (como polipropileno, polietileno) - Fibras inorgánicas La efectividad de la acción reforzante y la eficacia de la transmisión de tensiones por parte de las fibras dependen de muchos factores, pero especialmente, de la naturaleza, tipo y características geométricas de las fibras empleadas.

6 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 6 A continuación se muestra en la tabla 1 algunas características de las fibras utilizadas con mortero y concretos. Tabla 1. Características de las fibras (Hormigon.Fernández Cánovas, 2003-España). Al observar la Tabla 1 se aprecian las diferencias entre las propiedades de cada tipo de fibra y las del concreto, especialmente significativas la resistencia a tracción y el módulo de elasticidad. Para que las fibras sean efectivas se recomienda que tengan un módulo de elasticidad(5) al menos 3 veces superior al del concreto(hormigon). En este sentido, es destacable el módulo de elasticidad de las fibras de acero que es 7 veces mayor que el del concreto. Las fibras sintéticas están teniendo aplicación fundamentalmente para el control de la fisuración plástica en concretos y morteros, si bien, en algunos casos, se han realizado aplicaciones buscando reforzar a concretos frente a la acción de impactos. Las fibras de vidrio resistentes a los álcalis del cemento, se vienen utilizando desde hace muchas décadas en el refuerzo de pastas y morteros de cemento para la fabricación de paneles delgados de alta resistencia destinados a revestimientos de edificios. Actualmente estas fibras empiezan a aplicarse en concretos en elementos prefabricados y en aplicaciones de revestimientos.

7 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 7 Las fibras metálicas fundamentalmente son de acero en sus variantes de bajo y medio contenido en carbono, de acero inoxidable y de acero galvanizado, las cuales en el caso de concretos para la construcción se puede destacar la utilización de las fibras de acero. Las fibras de acero en todas sus variantes son las más utilizadas para conseguir concretos con mejor resistencia a flexión, tracción, impacto, fatiga, etc. La presente tesis se centra en losas de concreto reforzado con fibras de acero, ya que es la aplicación que se dá en la construcción en su mayoría, por esta razón se realiza un apartado específico de fibras de acero en el concreto armado.

8 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero DESCRIPCION DE CONCRETOS REFORZADOS CON OTRAS FIBRAS El Concreto Reforzado con Fibras de Vidrio.- Se ideó por vez primera en Rusia, en la década de 1940, en un intento por reducir el grosor de las piezas de concreto y hacerlas aptas para su uso en cerramientos de fachada. Para ello se sustituyó el refuerzo de acero por hebras de fibra de vidrio, que no requieren de dicha protección, obteniendo así paneles más finos ( otra teoría, no documentada, sugiere no obstante que el empleo de fibra de vidrio surgió en un intento de ahorrar acero para la industria bélica durante la segunda guerra mundial). A partir de la década de los 60, se empezó a utilizar fibra de vidrio en sustitución del asbesto(6), por el potencial cancerígeno de este último. El GFRC(7) es un material compuesto, las fibras de vidrio se proyectan sobre una base de mortero de cemento en varias capas, creando un material final que reúne las cualidades de ambos. Debido a que normalmente la finalidad de las piezas de GFRC es la creación de paneles de cara vista, en el mortero se suele emplear concreto blanco, y arenas de granulometría fina; razón por la que también se le denomina micro-cemento. Además se suelen utilizar distintos aditivos en las mezcla para facilitar el desencofrado del molde, o para controlar mejor la evaporación de agua y evitar así la fisuración de las piezas. También admite el empleo de colorantes en la mezcla. Se ha descubierto que la fibra de vidrio reacciona con los álcalis del concreto, por lo que se prefiere un cemento de bajo porcentaje de álcalis, y se emplea un tipo de fibra de vidrio resistente a los álcalis. Son empleados principalmente en paneles de fachada para edificaciones, tuberías, depósitos de líquidos, separaciones como paredes y puertas, elementos resistentes al fuego, tejas, mobiliario urbano, pavimentos, encofrados, reparaciones arquitectónicas, generalmente prefabricados.

9 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 9 La longitud de este tipo de fibra es, de hasta 40 mm y los contenidos usuales son de menos del 5% en volumen. Su mezclado es diferente al de las fibras de acero, por ejemplo cuando se trata de capas delgadas, las fibras en madeja se alimentan dentro de una pistola de aire comprimido que las corta y las rocía con la lechada de cemento. Es la que se denomina colocación por proyección. En la figura 1 se presenta la fibra de vidrio. Figura 1.Fibra de vidrio Los tipos de vidrio son: Vidrio E, que es el pionero, ha sido considerada uno de los materiales del futuro debido a sus cualidades dieléctricas, el aislamiento de conductores eléctricos sometidos a temperaturas altas era ofrecido por los filamentos de vidrio E. El Vidrio R que tiene altas cualidades mecánicas, desarrollado a petición de sectores como aviación, espacio y armamentos, satisface las exigencias de ellos en términos de comportamiento de materiales en relación a fatiga, temperatura y humedad.

10 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero El Concreto Reforzado con Fibras de Polipropileno.- Las fibras poliméricas atrajeron la atención de los investigadores para reforzar el concreto en la primera mitad de los años 60. Estas fibras están formadas por un material polimérico (polipropileno, polietileno de alta densidad, aramida, alcohol de polivinilo, acrílico, nylon, poliéster) extrusionado y posteriormente cortado. Un polímero es una molécula de peso molecular elevado con una estructura compleja, fruto de la repetición de una estructura menor llamada monómero, el cual es un producto generalmente orgánico. La mayor parte de los polímeros usados en ingeniería se basan en los hidrocarburos, que son moléculas formadas fundamentalmente a partir de átomos de hidrógeno y carbono, dispuestas en distintas formas estructurales. Uno de los principales aspectos a destacar es que los polímeros como el polipropileno, además de ser económicos con respecto a otras fibras como son las de acero, son químicamente inertes, muy estables en el medio alcalino que supone el concreto, presentando una superficie hidrófoba, por lo que no absorbe agua durante la mezcla ni el posterior fraguado. Sin embargo este mismo aspecto supone a su vez un inconveniente en cuanto a la adherencia de las fibras a la matriz cementosa. Otras desventajas es su bajo módulo de elasticidad y la susceptibilidad a la degradación por luz, calor y oxígeno, debido a esto es necesario añadirle un antioxidante y un estabilizador a la luz ultravioleta, lo que encarece la producción. En la figura 2 se presentan distintas fibras de polipropileno.

11 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 11 Figura 2. Distintas Fibras de Polipropileno Según su proceso de fabricación los podemos clasificar en: - Monofilamentos extruídos - Láminas fibriladas Las dimensiones de las fibras son variables, igual que su diámetro y forma. Pueden clasificarse en: Micro-fibras < 0.30 mm diámetro Macro-fibras >0.30 mm diámetro Las micro-fibras se emplean en general para reducir la fisuración por retracción plástica del concreto, especialmente en pavimentos y soleras, pero no asume funciones estructurales. También se utiliza para mejorar el comportamiento frente al fuego, siendo conveniente un elevado número de fibras por Kg. El número de fibras presentes en un Kg de concreto, depende de la longitud de la fibra y muy especialmente de su diámetro.

12 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 12 Las macro-fibras pueden colaborar estructuralmente, siendo su longitud variable (20 mm a 60 mm), la cual debe guardar relación con el tamaño máximo del agregado. La adición combinada de micro y macro fibras puede aportar, mejorando no sólo la resistencia a tracción del concreto sino también el comportamiento post-pico de éste. En el caso de fibras con longitudes relativamente elevadas (alrededor de 50 mm), se observa una importante pérdida de trabajabilidad del concreto, incluso con bajos contenidos de fibras, llegando a afectar los resultados del cono de abrams en hasta 75 mm. Las fibras de polipropileno al añadirse al concreto se dispersan perfectamente en todo el volumen de este. Esto se confiere a dicha matriz un armado en tres dimensiones. Cabe destacar que, a pesar de ser un elemento discreto, aporta continuidad al volumen de la pieza de modo tal que al fracturarse no se separa. Todo ello, sumado a las características de la fibra (geometría y módulo elástico), repercute en un incremento de la tenacidad (capacidad de absorción de energía) y mejor recuperación en la zona postelástica. Por último, como todas las fibras, confiere una aportación extra resistente a la abrasión e impacto.

13 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 13 CAPITULO II CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO 2.1 DEFINICION Las fibras de acero utilizadas en el refuerzo del concreto son discontinuas, con una distribución discreta y uniforme que confiere al material isotropía y homogeneidad. Esta incorporación se realiza para mejorar ciertas propiedades específicas del concreto, ya sea en estado fresco, en primeras edades o en estado endurecido. Las fibras se pueden añadir a concretos en masa, armados o pretensados, es decir, que las fibras pueden estar presentes tanto con armaduras pasivas como activas. 2.2 COMPONENTES El Concreto reforzado con fibras de acero están constituidos esencialmente por los mismos componentes que un concreto tradicional y adicionalmente fibras de acero. La inclusión de las fibras, además de alterar el comportamiento del concreto en estado endurecido, también lo hace en estado fresco, por lo que a algunos de los componentes se les exigen condiciones que en los hormigones (concretos) tradicionales no son necesarias. El material compuesto tendrá que sufrir ciertas modificaciones respecto de un concreto tradicional por estar en función de la cantidad de fibras que se va a

14 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 14 adicionar al concreto y a la geometría de éstas. Estas modificaciones pasan principalmente por una limitación en el tamaño máximo del agregado, menores valores de relación grava-arena, mayores cantidades de aditivos reductores de agua, y mayor demanda de finos, entre otros. En la tabla 2 muestra el rango de proporciones para un SFRC según el ACI Committee 544 1R-96 (2009). Tabla 2 Rango de proporciones de componentes para un SFRC Cemento.- El cemento es un componente decisivo en la docilidad del material en estado fresco y, posteriormente, en las características mecánicas del concreto endurecido. Se puede emplear cualquier cemento que cumpla con los requisitos establecidos para un concreto tradicional, siempre que sea capaz de proporcionar al concreto las características que exige el proyecto. Cuanto mayor sea el contenido de fibras y menor el tamaño máximo del agregado, será necesario emplear una mayor cantidad de cemento con la finalidad de proporcionar más pasta.

15 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero Agua.- Se puede emplear agua que cumpla los mismos requisitos exigidos en el caso de concretos tradicionales armados, poniendo especial atención a los agentes que puedan afectar a las fibras. La Instrucción EHE 2008 establece, que el aumento de la consistencia debido al uso de las fibras debe ser compensado siempre con la adición de aditivos reductores de agua, sin modificar la dosificación prevista de la misma Agregados.- Además de cumplir los requerimientos de composición, resistencia, durabilidad, estabilidad y limpieza establecidos para el empleo en concretos tradicionales, los agregados deben tener unos tamaños de partícula, granulometría y formas adecuadas para la elaboración de un SFRC. Se pueden emplear agregados rodados o chancados, siendo el más adecuado el empleo de los primeros (especialmente en la arena) ya que para valores idénticos de relación agua/cemento se obtiene mejor docilidad que con los agregados chancados. Respecto del contenido de finos, cuando se adicionan fibras de acero es aconsejable incorporar mayor cantidad de finos para reducir el riesgo de segregación, aumentar la cohesión y favorecer la movilidad de las fibras. La movilidad potencial de las fibras depende de la proporción de agregado grueso y del tamaño máximo de agregado(figura 3). Cuanto mayor sean estos dos parámetros menor será la movilidad potencial de las fibras. La JSCE ( Japan Society of Civil Engineers) plantea que el valor óptimo del tamaño máximo de agregado sea inferior a la mitad de la longitud de la fibra.

16 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 16 Figura 3. Efecto del tamaño del agregado en la distribución de las fibras(de 40mm de longitud) Tamaños máximos de agregado mayores que 20mm no son recomendados, aunque en algunos estudios se han empleado agregados de hasta 38 mm con resultados satisfactorios (ACI 544.3R-08, 2008). Se recomienda también que el tamaño máximo de agregado no supere: 2/3 de la longitud máxima de la fibra. 1/5 del lado menor del elemento. 3/4 de la distancia libre entre las barras de armado. La relación agregado grueso/agregado fino (Ag/Af) suele reducirse respecto de lo especificado para un concreto tradicional con las mismas exigencias de resistencia, ya que un mayor volumen del mortero facilita la movilidad de las fibras. Se debe buscar una relación Ag/Af óptima que proporcione la docilidad y resistencia deseadas Aditivos.- En los SFRC se emplean principalmente aditivos reductores de agua y aireantes. El anejo(7) 14 de la EHE (la Instrucción Española de Hormigón Estructural) 2008 establece que, cuando las fibras utilizados sean metálicas, el ión cloruro total aportado por los componentes no debe exceder del 0.4% del peso del cemento. Al adicionar fibras al concreto(en altas proporciones), éste sufre una reducción sustancial de docilidad. Con el fin de no adicionar agua, ni afectar la resistencia y durabilidad esperadas, se emplean superplastificantes.

17 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 17 Si se pretende hacer muy fluído un concreto con un volumen de fibras alto y no se controla adecuadamente la granulometría de los agregados y la distribución de la fibras en el concreto, puede producirse apelotamientos (erizos). Cuando los SFRC van a estar sometidos a ciclos hielo-deshielo, todas las prácticas conocidas para el concreto tradicional son aplicables, por lo que el uso de un aditivo aireante es una necesidad Adiciones.- Las adiciones usualmente empleadas en los SFRC son materiales puzolánicos tales como puzolanas naturales, cenizas volantes y humo de sílice. La adición de estos materiales se hace con el fin de reducir la permeabilidad del concreto, aumentar la durabilidad, mejorar la cohesión del material y en consecuencia la adherencia fibra-matriz, controlar la retracción, disminuir el riesgo de segregación y, en el caso particular de los concretos proyectados, disminuir el rebote. Por todo esto y por la formación de silicatos similares a los producidos por el cemento, estos materiales dan al concreto con mejores características.

18 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero FIBRAS DE ACERO Las fibras de acero son elementos de corta longitud y pequeña sección que se adicionan al concreto con el fin de conferirle ciertas propiedades específicas, con las características necesarias para dispersarse aleatoriamente en una mezcla de concreto en estado fresco empleando metodologías de mezclado tradicionales. La geometría de las fibras es diversa, pudiendo tener sección circular, cuadrada o rectangular (ver figura 4). Figura 4. Diferentes tipos de fibras de acero Además, con el fin de mejorar la adherencia con el concreto, las fibras pueden presentar los extremos conformados, ondulaciones, corrugas, aplastamientos, ganchos, etc. En general, las dimensiones de las fibras oscilan entre 0,25 y 0,80 mm de diámetro y entre 10 y 75 mm de longitud. El método de obtención no es único, aunque el más habitual es el del corte de alambres trefilados de acero de bajo contenido de carbono. Otros métodos son el corte de láminas de acero y el arrancamiento en caliente, consiguiendo fibras de sección cuadrada y fibras con forma de viruta respectivamente.

19 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero Características.-En la caracterización de las fibras de acero se emplean tres parámetros básicos, tal y como se indica en : - Esbeltez o aspecto: este parámetro se define como la relación entre la longitud de la fibra y su diámetro (lf /df). A mayor esbeltez, menor será la dosificación de fibras a utilizar. - Resistencia a tracción del acero: la resistencia a tracción de las fibras depende de la calidad del acero. Para un contenido bajo o medio de carbono, la resistencia a tracción oscila entre 400 y 1500 MPa. Incrementando el contenido de carbono se pueden alcanzar resistencias de 2000 MPa, siendo este tipo de fibras especialmente adecuadas para concretos de alta resistencia. - Forma: Se obtienen mejores resultados con fibras trefiladas de sección circular y con extremos conformados. En función de la aplicación que se le va a dar a las fibras, éstas pueden ser galvanizadas, con una mejor resistencia a la corrosión en obras marítimas, o de acero inoxidable, impidiendo la corrosión en atmósferas calientes y con gases agresivos como es el caso de los concretos en el revestimiento de hornos, en industria petroquímica, etc. En función del material base utilizado para la producción de las fibras de acero, se clasifican en los siguientes grupos: Grupo I: alambres estirados en frío (cold drawn wire). Grupo II: láminas cortadas (cut sheet). Grupo III: extractos fundidos (melt-extracted). Grupo IV: conformados en frío. Grupo V: aserrados de bloque de acero(milled from steel block). Las fibras de acero, como se explica líneas arriba, pueden ser de acero al carbono (en ocasiones, con aleaciones con el fin de mejorar prestaciones técnicas y mecánicas) o acero inoxidable. También se pueden encontrar fibras con revestimientos de zinc o galvanizados, que resultan menos costosas que las de acero inoxidable y presentan resistencia a la corrosión.

20 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero Longitud de la fibra de acero.- Además de las limitaciones relacionadas con el tamaño máximo de árido ya comentadas, cuando el concreto va a ser bombeado, la longitud de la fibra no debe superar 2/3 del diámetro interior del tubo. Otro factor limitante de la longitud de las fibras es la separación entre las barras de armado cuando éstas están presentes (en estos casos la longitud de las fibras no debe superar la separación mínima entre barras a no ser que se demuestre con ensayos previos que no presentan inconvenientes). La sección transversal de las fibras depende principalmente del material usado en la fabricación (proceso de fabricación). El grupo I suele tener diámetros de 0.25 a 1mm, en función de la sección del cable del que son obtenidas (generalmente secciones circulares). El grupo II (por lo general planas y rectas) tienen secciones transversales con espesores de 0.15 a 0.64 mm y anchos de 0.25 a 2 mm. Independientemente del tipo de fibras, la gran mayoría tiene diámetros entre 0.4 y 0.8 mm y longitudes de 25 a 60 mm. Su índice de esbeltez por lo general es menor que 100, generalmente entre 40 y 8. El contenido de fibras de un SFRC tradicional oscila entre el 0.25 y el 2%. El límite inferior es utilizado para losas con bajas solicitaciones y el límite superior para aplicaciones de seguridad o militares. En algunos casos extraordinarios con HPFRC se llega a utilizar entre un 2 y un 15 %. Con volúmenes de fibras inferiores al 0.5 % y fibras de esbeltez inferior a 50, el incremento de la resistencia a rotura a flexotracción puede ser despreciable (ACI 544, 4R-88, 2009). Por lo tanto, se requiere de un contenido mínimo de fibras, que resultara menor a medida que aumente la capacidad adherente y la esbeltez de las fibras. Para las fibras de igual longitud, la reducción en el diámetro aumenta el número de ellas por unidad de peso y hacen más denso el entramado o red de fibras. El espaciamiento entre fibras se reduce cuando la fibra es más fina, siendo más eficiente y permitiendo una mejor redistribución de la carga o de los esfuerzos.

21 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 21 El efecto de las fibras en las diferentes etapas del proceso de fisuración del concreto se refleja a dos escalas: material y estructural. Así, en la fase de fisuración aleatoria, las fibras cosen las fisuras activas y retardan el desarrollo, incrementando la resistencia y la ductilidad a escala del material, mientras que en la etapa en que las macrofisuras se propagan, las fibras también cosen las fisuras y así aportan mayor capacidad resistente y ductilidad a escala estructural. Cuando se requiere que las fibras actúen en las microfisuras, se debe adicionar un gran número de fibras y su diámetro debe ser pequeño. La trabajabilidad del material, conduce a preferir fibras cortas. Por otro lado, para controlar las macrofisuras las fibras deben ser lo suficientemente largas para estar adecuadamente andadas en la matriz, si bien por requerimientos de trabajabilidad las fibras largas deben ser usadas en menores proporciones que las cortas. En definitiva, la resistencia a tracción y la ductilidad del material pueden ser incrementadas empleando una alta proporción de fibras cortas y, para mejorar la capacidad resistente y la ductilidad de la estructura, se debe añadir una cierta cantidad más baja de fibras largas Longitud crítica de la fibra.- Al aplicar un esfuerzo de tracción, en los extremos de la fibra no hay transmisión de carga desde la matriz, se genera un patrón de deformación. Existe una longitud de fibra crítica para aumentar la resistencia y rigidez del compuesto. Esta longitud crítica Ic depende del diámetro d de la fibra, de la resistencia a la tracción αf y de la resitencia de la unión matriz- fibra( o resistencia al cizallamiento de la matriz), Tc, de acuerdo con:

22 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 22 Los perfiles esfuerzo- deformación dependen si la longitud de la fibra es mayor o menor que la longitud crítica: Si I=Ic : la carga máxima se consigue en el centro de la fibra. Si I>Ic: el reforzamiento es más efectivo. Si I<Ic :el reforzamiento es insignificante (la matriz se deforma alrededor de la fibra, casi no existe transferencia del esfuerzo). Si I>Ic (normalmente I>15 Ic) fibras continuas. Si I<Ic : fibras cortas o discontinuas.

23 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero COMPORTAMIENTO MECANICO DEL SFRC El concreto reforzado con fibras de acero puede ser considerado una variante del principio de refuerzo con barras de acero. En este caso, el refuerzo se realiza con un gran número de pequeñas fibras, distribuidas de forma aleatoria en la mezcla. Las fibras de acero son las que tienen la función de soportar las tracciones tras la fisuración del concreto. Sin embargo, es necesario precisar que la manera de trabajar de las fibras es diferente a la del armado convencional. En el caso del armado convencional, las barras están ancladas de forma que se alcanza el límite elástico del acero y su capacidad última se desarrolla cuando tiene lugar la rotura del acero. A diferencia de las barras, las fibras de acero se diseñan para que no alcancen el límite elástico del acero, antes de alcanzarlo deben deslizar para desarrollar su máxima eficiencia. La razón es que todas las fibras que cosen una fisura tienen diferente longitud de anclaje y orientación. Esto significa que las deformaciones en las diversas fibras durante la apertura de la fisura son muy distintas, existiendo la posibilidad de que algunas de ellas rompan mientras que otras aún están sometidas a tracciones bajas (ver figura 5). Figura 5 Relación carga-desplazamiento Figura 6. Relación carga-desplazamiento para rotura de fibras (tracción). para deslizamiento de fibras (tracción).

24 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 24 No obstante, si las fibras deslizan en lugar de romperse, su resistencia total a tracción será muy importante, consiguiendo además una gran ductilidad (ver figura 6). De esto se deduce que la longitud de anclaje debe ser suficientemente grande para garantizar la adherencia y suficientemente pequeña para permitir el deslizamiento de las fibras. Se procederá a continuación a un análisis más detallado del comportamiento mecánico del hormigón (concreto) reforzado con fibras de acero (HRFA) frente a diversos esfuerzos estáticos y esfuerzos dinámicos Comportamiento frente a Esfuerzos Estáticos Comportamiento a compresión.- La resistencia a compresión del concreto no se ve afectada de manera significativa por el contenido de fibras, y el agotamiento por compresión se anuncia por la formación de fisuras en la dirección de la tensión de compresión, como en el concreto convencional. La presencia de fibras no varía el patrón de fisuración del concreto, por esta razón la pequeña variación de resistencia a compresión es ignorada. Sin embargo, una vez alcanzada la tensión de rotura, la ductilidad se ve influenciada significativamente por la adición de fibras.

25 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 25 Figura 7. Diagrama tensión de compresión Figura 8. Diagrama tensión de deformación Tracción deformación (Rodríguez López et al., España 1984). (Rodríguez López et al., España 1984). La figura 7 corresponde a ensayos efectuados sobre probetas cilíndricas de 76mm de diámetro y 152 mm de longitud, de acuerdo con la especificación C de las normas ASTM y a una temperatura de 75ºF. Las fibras utilizadas son de 0,40 mm de diámetro y 30 mm de longitud, con anclajes en los extremos. En concretos jóvenes (antes de los 28 días) la capacidad de mantener la carga máxima a compresión se incrementa significativamente con la adición de fibras, a medida que madura el concreto este incremento se reduce y la capacidad de absorción de energía y la ductilidad se concentran principalmente en la región post-fisura. Cuanto menor es el tamaño de las probetas se obtienen mayores resistencias a compresión, debido a que se acentúa un alineamiento preferente de las fibras. El efecto se hace mucho más sensible a medida que se aumenta la longitud de la fibra (ACI 544.3R-08, 2008). Probetas con mayor esbeltez soportan tensiones sensiblemente mayores, pero presentan respuestas menos dúctiles a

26 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 26 compresión. Se debe tener especial cuidado con estas situaciones para no generar falsos panoramas con resultados excesivamente optimistas Comportamiento a tracción.- La adición de fibras de acero en el concreto produce un aumento de la resistencia a tracción. Este incremento es mayor cuanto mayor es el contenido de fibras (ver figura 8). Alcanzada la tensión de rotura, el SFRC muestra una resistencia prácticamente constante dependiendo del volumen de las fibras. Este fenómeno permite la transmisión de tensiones de tracción después de la fisuración. El efecto más importante en el comportamiento mecánico del concreto, debido a la presencia de las fibras, se manifiesta en la resistencia a tracción post-fisura. La resistencia a tracción post-fisura a su vez, afecta a muchas otras propiedades mecánicas como la adherencia de armaduras, la resistencia a la cortante, la fatiga, etc. Adicionando fibras en un 1.5% en volumen en concretos o morteros se obtienen incrementos en la resistencia a tracción directa del orden del 30%- 40% (ACI 544.1R-96, 2009) Comportamiento a flexión.- La adición de fibras de acero en un elemento estructural sometido a flexión es más efectiva que en uno sometido a tracción. La causa de esta efectividad es que en la flexión se aprovecha la capacidad de redistribución del concreto reforzado con fibras. En la figura 9 se muestra el aumento de la resistencia a flexión según el porcentaje de fibras de acero.

27 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 27 Figura 9. Diagrama tensión de flexión -deformación (Rodríguez López et al., España 1984). El incremento de la resistencia a flexotracción al adicionar fibras de acero al concreto es considerablemente mayor que el de la resistencia a la compresión y a tracción. Esto se debe al comportamiento dúctil del SFRC en la zona fisurada por tracción, desarrollando resistencias residuales. Los ensayos de flexotracción en SFRC se realizan principalmente sobre probetas prismáticas. Normalmente, se determina la resistencia a primera fisura, la resistencia a rotura por flexotracción y la resistencia residual a flexotracción. El incremento de la resistencia a primera fisura contenido con la adición de fibras de acero es mínimo, lo cual indica que esta propiedad depende básicamente de la matriz y muy poco del contenido de fibras, del tamaño y de la forma de éstas, por lo que resulta más rentable mejorar las características de la matriz con el uso de por ejemplo: aditivos, humo de sílice, entre otros. La resistencia a rotura depende principalmente del volumen de fibras y de la esbeltez de éstas, logrando incrementos de hasta el 100% respecto de la resistencia de la matriz, si se utiliza fibras de extremos conformados.

28 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 28 El empleo de mayores volúmenes de fibras, ensayos con sistemas de carga en el centro de la luz, probetas de menores dimensiones, fibras de mayores longitudes con orientación preferencial (cuando el ancho y/o altura es menor que tres veces la longitud de las fibras) en la dirección longitudinal el elemento, da lugar a mayores incrementos en la resistencia, llegando hasta valores del 150%. Con contenidos de fibras bajas y fibras de esbeltez baja, no es de esperar incrementos significativos de resistencia. Los ensayos con orientación preferencial son representativos cuando se experimenta una orientación similar en el elemento en el que se empleará el concreto Comportamiento frente a Esfuerzos Dinámicos.-El concreto reforzado con fibras tiene una importante capacidad de absorción de energía durante la fractura bajo cargas dinámicas. Las principales causas son: - La adherencia fibra-matriz, la cual se describirá en el capítulo siguiente - La fluencia y fractura de las fibras - La apertura de las grietas Otras Caracteristicas mecá- nicas Resistencia al Impactos.- El comportamiento del SFRC ante impactos ha sido estudiado por Almansa y Canova, Wang y Mohammadi. Una de las principales características del SFRC es su resistencia a los impactos por absorción de energía, siendo en este caso sus resistencia de 3 a 10 veces la resistencia del concreto en masa (ACI R-88, 2009). Además, el SFRC presenta una menor tendencia a la desfragmentación y el desprendimiento.

29 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 29 Todo lo anterior se debe a la sensibilidad de la matriz, a la resistencia de las fibras al arrancamiento y a la deformación Tenacidad.- La variable que más influye en la tenacidad es la capacidad adherente de las fibras. La tenacidad es tradicionalmente cuantificada como el área bajo la curva carga-flecha obtenida experimentalmente. El ensayo de tracción directa, por la dificultad que implica realizarlo, no es muy empleado para evaluar esta propiedad. El ensayo de flexotracción, además de ser más simple que el de tracción directa, simula las condiciones de carga para muchas aplicaciones prácticas. La curva carga-flecha dependen principalmente de las dimensiones del elemento (ancho, alto y longitud), de la configuración de carga (punto medio o a tercios), del criterio de control del ensayo (carga, flecha, abertura de fisura, carrera de la prensa, etc.) y de la velocidad de carga. Los métodos de ensayo más utilizados evalúan la tenacidad mediante una flecha máxima establecida o con unos índices de tenacidad (It) en función de diferentes valores de flecha obtenidos como múltiplos de la flecha a primera fisura. El valor de los It depende principalmente del contenido de fibras, del tipo y de la esbeltez de éstas y poco o nada de que la matriz sea concreto o mortero, es decir, los índices reflejan principalmente el incremento de tenacidad debido a las fibras y no a cualquier otro mecanismo como por ejemplo el incremento de la resistencia a primera fisura ( ACI R-88, 2009) Cortante y Torsión.- Las fibras de acero en el concreto generalmente aumentan la resistencia a cortante y a torsión, aunque la gran mayoría de investigaciones se han centrado en evaluar estas propiedades mecánicas en elementos de SFRC armados. El comportamiento del SFRC a cortante ha sido estudiado por Serna, Barragán, Meda y Minelly y Pizarri. Barragán, de ensayos experimentales de vigas SFRC armadas, concluye que las fibras propician una fisuración más distribuida y además, incrementan la capacidad de carga última a cortante.

30 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 30 El empleo de sistemas combinados de refuerzo (fibras y estribos) conduce a notables incrementos en la ductilidad, aunque con aumentos resistentes a cortante poco significativos (del 0 % al 15 % para concretos ordinarios y de alta resistencia, respectivamente) respecto de las vigas con solo estribos como armadura de cortante Módulo de Deformación.- El módulo de deformación para los SFRC con contenidos habituales de fibras ( V f < 1% en volumen) no presenta modificaciones significativas respecto al de los concretos tradicionales. Generalmente se adopta un módulo de deformación igual al de la matriz o se efectúa una estimación de su valor mediante el uso de formulaciones que relacionan la resistencia a compresión con el módulo de deformación. Aplicando la teoría de los materiales multifase y dado que se trata de fibras cortas aleatoriamente distribuidas en una masa, se establece que: Donde: Ecf: módulo de deformación del SFRC. Ec: módulo de deformación del concreto sin fibras. Ef: módulo de deformación de las fibras. Vf: volumen de fibras. n 1 : factor de eficiencia de las fibras en función de su longitud. n 0 : factor de orientación de las fibras Punzonamientos.- Al emplear volúmenes de fibras superiores al 0.5 % se han experimentado roturas por punzonamiento más graduales y dúctiles, con un incremento considerable de la fisuración previa al agotamiento y de la resistencia después de la fisuración, en función del contenido de fibras, la esbeltez y la capacidad adherente de éstas. Las fibras permiten aumentar la resistencia a la rotura por punzonamiento, habiéndose obtenido incrementos de hasta un 42 % (ACI 544.4R-88, 2009).

31 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero Adherencia Fibra- Matriz.- La adherencia fibras-matriz es el fenómeno que gobierna el comportamiento del SFRC después de la fisuración, cuando las fibras cosen las fisuras, retrasando y haciendo más dúctil el fenómeno de agotamiento del material compuesto. Para elevar la absorción de la energía se deben propiciar fenómenos de arrancamiento y evitar la rotura de las fibras, hecho que no debe producirse porque daría lugar a una nueva rotura frágil (caída vertical), en vez de una rotura dúctil. La adherencia aumenta con la esbeltez de las fibras. Se ha comprobado que utilizando fibras de extremos conformados, la resistencia al arrancamiento de tres fibras de esbeltez igual a 100 es un 50% mayor que la obtenida al ensayar una sola fibra de esbeltez igual a 75 y con el mismo volumen que el conjunto de las tres fibras anteriores. Se ha comprobado tres tipos de fibras elaboradas del mismo material y con la misma área, una circular recta, otra circular con extremos conformados y una tercera triangular retorcida. Realizando ensayos de tracción a una sola fibra, se encontró que la fibra triangular retorcida dio una resistencia de adherencia un 400% y 200% mayor que la fibra recta y que la de extremos conformados, respectivamente. Además, la energía de arrancamiento fue 2.5 veces mayor en el caso de la fibra triangular respecto de la conformada. (Naaman, 2000) Adherencia SFRC- Armadura.- Las fibras confinan (resistencia extra frente a dilatación o expansión) el concreto aumentando la resistencia al inicio y en la propagación de las fisuras principales y de las microfisuras internas de adherencia. Con ello se mantiene la integridad del concreto en un entorno próximo de las armaduras después de haberse alcanzado la tensión máxima de adherencia. Por consiguiente, se experimentan incrementos en la capacidad adherente de las armaduras pasivas y una menor degradación de la capacidad de respuesta

32 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 32 tras alcanzarse la tensión máxima, lo que se traduce en cierta resistencia residual, en mayores deslizamientos y en mayor absorción de energía, es decir, un comportamiento más dúctil y con menor tendencia al agotamiento del concreto. Las fibras influyen más si las barras son corrugadas ( pues son mayores la fisuración interna y las presiones radiales), cuanto mayor es el diámetro de las barras, con barras hormigonadas en vertical ( por la favorable orientación de las fibras) y si las fibras son de adherencia mejorada. La adherencia de armaduras pretensas en SFRC ha sido estudiada por Martí (2008). Los resultados obtenidos en ensayos realizados con cordones de pretensado de siete alambres han puesto de manifiesto que, respecto de los concretos tradicionales, en SFRC resultan longitudes de transmisión menores y longitudes de anclaje mayores. También han constatado que el efecto de reducción de la longitud de transmisión con el aumento de la edad de destesado(8) es más acusado en el caso del SFRC y que, como era de esperar, se consigue una mejor transmisión del pretensado en SFRC cuando se produce fisuración durante el destesado. Finalmente apuntan que es necesario realizar más estudios para generalizar las conclusiones obtenidas Durabilidad del SFRC.- Como se sabe la adición de fibras de acero en el concreto genera comportamientos mecánicos caracterizados por presentar un mayor número de fisuras con menores valores de abertura de fisura, factor importante en los requerimientos de durabilidad. Uno de los aspectos más preocupantes es la corrosión. En concretos sin fisuras se ha constatado que la corrosión de las fibras se limita a la superficie del concreto. Una vez que la superficie está corroída, el efecto de la corrosión no se propaga más de 2mm a partir de la superficie. Las fibras muestran una buena resistencia a la corrosión en elementos se encuentren expuestos a agua de mar. (ACI R-96, 2009). Mediante análisis de rayos X y microscopía electrónica, se ha observado que las reacciones entre el SFRC y el agua de mar se limitan a unos pocos

33 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 33 milímetros bajo la superficie del concreto. Estos cambios microquímicos aparentemente no tienen ningún efecto negativo en la durabilidad y el comportamiento del concreto bajo cargas sostenidas en ambiente marino. Cuando se emplean fibras con recubrimientos de zinc (galvamizadas), se han experimentado efectos positivos frente a la corrosión, tanto desde el punto de vista estético como mecánico. En el capítulo siguiente se ahonda más en la durabilidad del SFRC.

34 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 34 CAPITULO III DURABILIDAD DEL SFRC 3.1 ANTECEDENTES La durabilidad de una estructura de concreto se basa en su capacidad de resistir, durante su vida útil, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían provocar su degradación por causas diferentes a las de las solicitaciones previstas en el análisis estructural. La durabilidad del concreto depende de tres factores: la calidad del concreto, la densidad del concreto y los acabados de la estructura. De entre ellos cabe destacar como de gran importancia la densidad del concreto. Los procesos de carbonatación, penetración de iones de cloruro y el ataque de sulfatos están en proporción directa con la permeabilidad de la matriz. Es decir, una buena densidad reduce la porosidad y la continuidad entre estos poros. La adición de fibras, según los métodos recomendados por los fabricantes, no disminuye la densidad del concreto y, por tanto, no incrementa la penetración de sustancias agresivas. De hecho, se puede asegurar que la mejora que aporta la incorporación de fibras en la durabilidad del concreto es un hecho que por lo general es aceptado.

35 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 35 A continuación se presenta la durabilidad del concreto reforzado con fibras de acero en diferentes momentos de aplicación donde, efectivamente, la adición de fibras de acero mejora notablemente la durabilidad de las estructuras Durabilidad del HRFA(9) frente al impacto.- El concreto convencional es un material frágil que frente a cargas de impacto se fisura extensivamente y tiene una rotura frágil. Fruto de numerosas investigaciones se puede afirmar que la adición de fibras mejora el comportamiento del concreto frente al impacto, siendo las fibras de acero (o metálicas en general) las que aportan mayores beneficios en este sentido. Físicamente, la fibra proporciona ductilidad al concreto, cosa que permite absorber energía del impacto. Además, la resistencia del concreto con fibras, después de la fisuración, llega a ser un 50 % mayor que en concreto convencional. Según Wang, en lo que al comportamiento frente al impacto se refiere existe un contenido crítico de fibras que se sitúa entorno al 0,5% respecto al volumen. En el caso de adiciones inferiores al valor crítico, las propiedades del concreto se ven mejoradas ligeramente. Sin embargo, para adiciones mayores, la energía de fractura salta rápidamente a valores superiores. Este fenómeno se presenta en la figura 9 en la que se muestra una gráfica de la evolución de la energía de fractura del concreto con fibras de acero en función del porcentaje de fibras.

36 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 36 Figura 9 Influencia del contenido de fibra (en %) sobre la energía de fractura (Wang et al. 1996). En la gráfica se observa el salto en el valor de la energía para el valor crítico de 0,5% de fibras. Esto es debido al diferente comportamiento de las fibras en ambos casos. Por debajo del 0,5% de fibras se puede producir la rotura de la fibra (aunque no siempre es así) y el aumento de energía de fractura es modesto. Para valores superiores al 0,75% de fibras, se produce el deslizamiento de las fibras ( pull-out ) siendo el incremento de energía de fractura notable Durabilidad del HRFA en ambientes marinos.- Los ambientes marinos se caracterizan por contar con agentes químicos especialmente agresivos para el concreto, como pueden ser los cloruros o los sulfatos,

37 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 37 además del CO2 que se encuentra en todos los ambientes expuestos al aire libre Corrosión.- La corrosión de la armadura en el concreto armado, ya sea con fibras o con barras de acero, es un proceso químico de oxidación-reducción. En condiciones normales el concreto provee al acero de un ambiente protector, ya que el hidróxido cálcico disuelto en el agua intersticial le confiere una elevada alcalinidad, con un Ph cercano a 13. Este hecho confiere al acero la propiedad de estar pasivado, siendo así su velocidad de corrosión despreciable. Sin embargo ciertos agentes agresivos como el dióxido de carbono (CO2), los sulfatos (SO4-) y los cloruros (Cl-) en la superficie de las armaduras pueden provocar condiciones propicias para el inicio de la corrosión. La corrosión en las estructuras son manchas de óxido, grietas de los recubrimientos de concreto y desprendimientos de los mismos. Estos desprendimientos o delaminaciones del recubrimiento del concreto se deben al incremento de volumen que sufre la armadura al oxidarse. Este aumento de volumen causa unas tensiones radiales en el concreto y éste acaba agrietándose por tracción. Otras consecuencias importantes de la corrosión son la pérdida de sección en el acero provocando una pérdida de capacidad mecánica y también una pérdida importante de la adherencia concreto-acero, impidiendo así una transmisión correcta de esfuerzos entre ambos Agentes agresivos.- La corrosión iniciada por iones cloruro es causada por una concentración de iones superior a la crítica en la superficie del acero. Estos iones se encuentran básicamente en ambientes marinos o en zonas donde se aplican sales de deshielo, aunque también pueden ser introducidos en el concreto por contaminación de alguno de los elementos de la mezcla, como el agua o el árido. Los iones provocan una despasivación (10) de la armadura y por lo tanto el inicio de la corrosión, que se produce de forma localizada. En la figura 10 se presenta la secuencia de ataque de los cloruros en tres etapas: estado inicial, estado a corto plazo y estado a largo plazo.

38 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 38 Figura 10 Secuencia de ataque de los cloruros. En el caso del concreto reforzado con fibras cabría esperar que la disminución de ph facilitara la corrosión de la fibra. Sin embargo, la corrosión por iones de cloruro se disminuye por la presencia de una capa rica en hidróxido de calcio que envuelve la fibra. La carbonatación es otro proceso que puede provocar la corrosión de la armadura. Este fenómeno consiste en la disolución del CO2 del aire en la disolución intersticial que combina con el hidróxido cálcico disuelto formando carbonato cálcico y reduciendo el ph del concreto. Esta disminución del ph altera la estabilidad de la capa pasivada permitiendo la entrada al oxígeno y provocando ataques generalizados en la armadura. En la figura 11 se muestra la secuencia de ataque de la carbonatación desde el momento inicial hasta un periodo de larga exposición.

39 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 39 Figura 11 Secuencia de ataque de la carbonatación. En el caso del concreto reforzado con fibras de acero, en la práctica se ha demostrado que el frente de carbonatación se detiene cuando llega a la fibra de acero debido a la gran cantidad de hidróxido de calcio alrededor de la fibra. Esta fibra puede llegar a perder su capa pasivada a largo plazo, pero las fibras situadas más alejadas de la superficie permanecen a salvo de la corrosión. Se ha establecido por experimentación que a largo plazo, la corrosión de la fibra de acero está limitada a una profundidad de 5 milímetros en el caso de concretos de alta calidad. Se puede concluir que la corrosión del concreto con fibras, una vez se ha figurado el concreto, es menos severa que en el caso del concreto armado convencionalmente Durabilidad del HRFA frente al hielo-deshielo.- El hielodeshielo supone un problema importante para las estructuras de concreto. El verdadero problema de durabilidad ocurre cuando el concreto, además de sufrir estos ciclos de agresividad ambiental, está sometido a tensiones importantes por efecto de las cargas aplicadas. Entonces el proceso de deterioro de la estructura se acelera y se acentúa con cada ciclo de hielo-deshielo, modificando el módulo dinámico en cada ciclo. Para minimizar los daños, existen diversas soluciones en el mercado entre las cuales está la adición de fibras en la matriz o el uso de algún tipo de aireante.

40 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero Comportamiento del concreto convencional.- Bajo temperaturas inferiores a 0ºC, el agua intersticial y la humedad presentes en el concreto pueden congelarse. En ese momento se produce un aumento de volumen del agua que provoca un incremento en la presión en el interior del concreto que genera una microfisuración. Cuando se descongela, el agua se mueve por efecto de la gravedad y se coloca en las fisuras que se han producido, de forma que al congelarse de nuevo se vuelven a producir daños en el concreto. Con cada ciclo que pasa, el concreto va perdiendo módulo de elasticidad dinámico y al cabo de muchos ciclos puede llegar a la rotura. La humedad es quizás el parámetro más importante en estas condiciones ambientales ya que regula parte del agua en el interior de la matriz. También es muy importante la tensión a la que esté sometido el concreto en relación con su tensión de rotura. La tensión acelera el proceso de degradación del concreto y la extensión de los daños con cada ciclo Comportamiento del concreto con fibras.- En un estudio de W. Sun, se determinó el efecto que tienen las fibras si se añaden al concreto en ambientes fríos donde se den condiciones de hielo y deshielo. Se usaron 4 probetas de distintas resistencias a compresión. Dos de ellas tenían aireante, concretamente las de más resistencia. La comparación se realiza entre las probetas sin fibras y con fibras, y se analiza con la variación del módulo de elasticidad en función de los ciclos de hielo-deshielo. Además de cada tipo de probeta se hacen 4 iguales, de tal forma que cada una de ellas se somete a un porcentaje constante de la tensión de rotura a flexión de ese concreto. De esta manera se puede ver la diferencia de comportamiento por la actuación de las fibras y del aireante en relación a la tensión a la que trabaja el concreto.

41 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 41 Finalmente, se obtiene el número de ciclos que cada probeta resiste en función de sus características. En las figuras 12 y 13 se presentan dos gráficas de resistencia del concreto con y sin fibras al hielo-deshielo. Figura 12 Resistencia del concreto sin Figura 13 Resistencia del concreto con fibras sometido a ciclos hielo-deshielo. fibras sometido a ciclos hielodeshielo. (Sun et al. 1999). (Sun et al. 1999). En la figura 12 se muestran los ciclos que resiste el concreto convencional en relación al porcentaje de tensión a la que están sometidos durante todo el proceso con su resistencia. Se observa que los que más resisten son los menos cargados y los que más resistencia ofrecen, 60 y 80 MPa. Las dos clases más resistentes también coinciden con las probetas a las cuales se les ha añadido aireante. En la figura 13, en cambio, vemos el comportamiento de las probetas de concreto con fibras de acero. La densidad de fibras es la misma en todas las muestras, 1,5% en volumen. Tal y como se observa en la gráfica hay un

42 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 42 aumento del número de ciclos en todas las muestras. La mejora es más significativa en los concretos de menor resistencia, de 50 y 40 MPa. Finalmente, se puede concluir que para resistir el deterioro del concreto debido a ciclos hielo-deshielo existen dos sistemas. El primero es utilizar un concreto con una matriz de más resistencia que a su vez incorporará menos agua, por tener una relación agua-cemento menor. El segundo, y muy importante para aumentar la durabilidad, es que el concreto trabaje a un régimen bajo de tensión. La adición de fibras, como se ha visto en este estudio, retarda la formación y propagación de fisuras en la matriz de cemento de forma que se mejora la durabilidad del concreto y se disminuyen los daños al mismo con cada ciclo, siendo especialmente eficaces para rangos bajos de tensión.

43 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 43 CAPITULO IV FISURACIÓN 4.1 ANTECEDENTES Uno de los aspectos clave en la durabilidad del concreto es la fisuración. El concreto no fisurado es un material de alta durabilidad ya que la matriz es poco porosa, del orden del 5%, con lo cual la continuidad de los poros es escasa evitando la penetración de agentes externos. Sin embargo, la fisuración en estructuras de concreto suele ser inevitable, no suponiendo ningún inconveniente a nivel estructural ni en servicio para determinados valores del ancho de la fisura. Estableciendo un ancho máximo de fisura garantiza la durabilidad, funcionalidad, estanquidad y apariencia del concreto. Aún así, es cierto que, cuando el concreto se fisura disminuye su protección frente la corrosión, facilitando la entrada de agentes agresivos en el concreto. La adición de fibras de acero en el concreto contribuye a un mejor control de la fisuración, ya que mejora la resistencia residual, la ductilidad y aumenta también las características mecánicas del mismo. No obstante, en la mayoría de casos es necesaria también la presencia de armadura convencional, por lo que nos encontramos ante concretos con una armadura formada por la combinación de barras y fibras de acero Causas de la fisuración.- Las causas que originan la fisuración del concreto son diversas. Se pueden

44 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 44 distinguir aquellas que tienen lugar antes del endurecimiento del concreto y aquellas que, por el contrario, tienen lugar después. Antes del endurecimiento del concreto En este caso las causas de la fisuración del concreto son: - Heladas tempranas - Plásticas: por retracción plástica o asentamiento plástico. - Movimiento durante la ejecución: movimientos del encofrado o de la sub-base. Después del endurecimiento del concreto Si se trata de concreto endurecido, las causas de la fisuración son las siguientes: - Físicas: por áridos con retracción, retracción por secado. - Químicas: por corrosión del acero, reacción árido-alcali o carbonatación. - Térmicas: por ciclos hielo-deshielo o contracción térmica temprana. - Estructurales: por cargas exteriores o deformaciones impuestas Fisuras en concreto armado.- Tal y como se ha explicado, las causas de la aparición de fisuras en el concreto son diversas, en este punto se centra en las fisuras debidas a la acción directa de una carga o deformación impuesta ya que son el objeto de estudio en la campaña experimental realizada. En este caso, el ancho de las fisuras que aparecen en el concreto depende principalmente de los siguientes factores, tal y como se indica en : - La resistencia a tracción del concreto - El tipo de carga - El recubrimiento - El diámetro de la barras de acero - El canto de la estructura - La sección de acero

45 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 45 Asumiendo un elemento sujeto a una deformación impuesta, se pueden distinguir dos fases en el proceso de fisuración. En la fase inicial (ver figura 14), suponiendo un elemento sometido a una deformación impuesta, la primera fisura aparece en el punto donde la resistencia a tracción del concreto es menor. Figura 14 Fase inicial de fisuración (Vitt,G. 2003). En la fisura, la tensión sólo es absorbida por la armadura, sin que el concreto contribuya de ningún modo. Así, el acero alcanza su tensión máxima mientras que la del concreto es nula. Seguidamente, las tensiones del acero son transmitidas al concreto a través de la longitud de anclaje. De esta manera, la tensión en el acero se reduce y la del concreto aumenta. En el momento en que la tensión en el anclaje del acero y el concreto tienen el mismo valor, no hay más deslizamiento entre las barras y el concreto. En la siguiente figura, se pueden producir más fisuras si el acero ha transmitido suficiente tensión (por adherencia) como para superar la resistencia a tracción del concreto. A medida que aumenta el número de fisuras, la longitud de anclaje entre dos fisuras disminuye. Cuando la longitud de anclaje es insuficiente, no se generan más fisuras y la resistencia a tracción del concreto ya no puede ser superada. A partir de ese momento, las fisuras existentes aumentarán su tamaño hasta alcanzar el estado de fisuración final. La distancia

46 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 46 mínima entre fisuras es la longitud de anclaje (Les, ver figuras 14 y 15) y la distancia máxima corresponde al doble de la longitud de anclaje. Figura 15 Fase final de fisuración (Vitt,G. 2003) En la práctica, las estructuras de concreto se encuentran entre estas dos fases y nunca se alcanza el estado de fisuración final Efecto de las fibras en combinación con el armado convencional.- De todo lo explicado en el apartado anterior, se deduce que sólo hay una posibilidad para reducir el ancho de fisura: reducir la longitud de anclaje necesaria (es decir, reducir la separación media entre fisuras) para obtener más fisuras siendo, en consecuencia, más pequeñas. Las maneras de conseguirlo son diversas: - Aumentar la adherencia disminuyendo el diámetro de las barras. - Aumentando la cantidad de acero. - Reduciendo la carga liberada en la fisuración.

47 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 47 Las posibilidades de disminuir el diámetro de las barras y aumentar la cantidad de acero en la práctica son limitadas. Otra posibilidad de conseguir más fisuras más pequeñas es el uso de fibras de acero. En la figura 16 se presenta un esquema de la diferencia en el proceso de fisuración entre un concreto armado y un concreto armado reforzado con fibras. Figura 16 Diferencia entre la fisuración de un concreto con armado convencional (arriba) y un concreto con armado convencional y fibras de acero (abajo). (Lambrechts, A. 2007). En la figura 16 se observa el resultado que se busca con la adición de fibras (esquema inferior) con más fisuras de menor ancho. Antes de explicar el mecanismo de trabajo de las fibras en el control de la fisuración, es necesario repasar algunos principios sobre el concreto reforzado con fibras. Las fibras de acero proporcionan una resistencia post-pico. Después de la fisuración, las fibras cosen las fisuras y transfieren las cargas de un lado a otro. En la figura 17 se muestra el diagrama de tensión-deformación de un elemento de concreto reforzado con fibras.

48 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 48 Figura 17 Elemento de concreto reforzado con fibras sometido a tracción o flexotracción (Coto Roquet, L.A; 2007) En el caso del concreto reforzado con fibras, al iniciarse el proceso de carga es el concreto el que absorbe dicha carga, siendo el trabajo de la fibra mínimo o nulo durante esta fase. Una vez el concreto comienza a fisurar, las fibras absorben gradualmente la carga aplicada. Es decir, la tensión del concreto reforzado con fibras es, como se observa en la figura 17, la suma de la contribución del concreto con la contribución de las fibras. Cuando se alcanza un determinado valor de la deformación, se inicia una fase de descarga en la que el elemento estudiado aumenta su deformación a una tensión cada vez menor. Esta fase de descarga representa la pérdida de anclaje entre las fibras y el concreto, que acaba produciendo un deslizamiento de la fibra hasta que finalmente se produce la rotura final del elemento. Además del efecto sobre el ancho de fisura, las fibras de acero también influyen en la geometría de la fisura de una manera positiva. Habitualmente, las fibras de acero cosen una fisura en un ángulo no perpendicular. En consecuencia, la fibra se flexionará con anchos de fisura pequeños. El incremento de fricción local producido induce tensiones de compresión

49 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 49 paralelas a la superficie de la fisura y, por tanto, las tensiones perpendiculares asociadas pueden conducir a una fisura secundaria (ver figura 18). Figura 18 Fisuras secundarias inducidas por la fibra de acero (Vitt,G.2003) Este fenómeno hace que las fisuras sean más curvas, pudiendo detectar en algunos casos la fragmentación y ramificación de las mismas. Ante esta situación, se produce un aumento de la resistencia a la penetración de sustancias, especialmente líquidos, que puedan ser agresivas.

50 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA FISURACIÓN Según lo visto en los apartados anteriores, la separación entre fisuras está determinada por la longitud de transferencia del sistema concreto-acero. Existen distintos modelos propuestos en normativas y artículos para determinar la longitud de transferencia, así como la separación entre fisuras. Este apartado tiene por objetivo presentar algunos de los modelos existentes para el cálculo de la separación entre fisuras para concreto armado y las modificaciones y parámetros introducidos en modelos posteriores para incluir el efecto de la adición de fibras Modelos existentes para el concreto Armado Modelo de Ferry-Borges Y Jaccoud.- El modelo de Ferry-Borges es un modelo relativamente antiguo, si bien es la base de los métodos posteriores, donde se utilizan los principales parámetros involucrados en separación media de fisuras. La expresión empleada para el cálculo de la separación media de fisuras es la siguiente: Donde c es el recubrimiento, es el diámetro de la armadura y ef es la cuantía de armadura en la zona efectiva de concreto, siendo k1 y k2 unos coeficientes. Esta expresión fue utilizada posteriormente por Jaccoud, teniendo en cuenta valores medios de los parámetros, con el fin de obtener una fórmula sencilla que permitiera calcular la longitud de transferencia, considerando únicamente la separación entre barras: (1)

51 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 51 (2) Donde k es un coeficiente que vale 1,0 para tracción pura y 0,5 para flexión y s el espaciamiento entre barras. Tal y como se indica en la expresión, aunque correcta para una primera estimación de la longitud de transferencia, especialmente para cuantías bajas de armadura, es excesivamente grosera al no incluir en la misma la relación entre el diámetro de la armadura y la cuantía de armadura traccionada (dos de los principales parámetros) lo que puede originar diferencias sensibles con los valores obtenidos mediante la aplicación de otros modelos Modelo de la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE).- La Instrucción de Hormigón Estructural en su modelo determina la separación media a partir de una serie de parámetros sobre los cuales la experimentación ha demostrado que influyen en la misma. La expresión empleada es la siguiente: (3) Siendo m s la separación media, c el recubrimiento, s la distancia entre armaduras, k1 un coeficiente según el tipo de carga, el diámetro de las barras y el coeficiente entre áreas, la cuantía de armadura traccionada en la zona eficaz. En la EHE, esta separación media se incluye en la expresión (4) para el cálculo de la abertura de fisura: (4)

52 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 52 Donde es el coeficiente que relaciona la abertura media de fisura con el valor característico y vale 1,3 para fisuración producida por acciones indirectas solamente y 1,7 para el resto de casos; y sm es el alargamiento medio de las armaduras, teniendo en cuenta la colaboración del concreto entre fisuras Modelos existentes para el concreto reforzado con fibras de acero Modelo de RILEM.- Para el caso del concreto reforzado con fibras de acero, RILEM propone una expresión con un término que incluye el efecto de la adición de fibras. La expresión es la siguiente: (5) Donde: b es el diámetro de la barra (o la media si hay de varios diámetros), k1 es un coeficiente que depende de las condiciones de adherencia de la barra, k2 es un coeficiente que tiene en cuenta la forma del diagrama de tensiones y ef es la cuantía de armadura traccionada en la zona eficaz. Los parámetros que incluyen el efecto de la fibra son L (longitud de la fibra de acero) y (diámetro de la fibra). Del mismo modo que el modelo de la Instrucción de Hormigón Estructural para el caso de concreto armado, RILEM propone la misma expresión (4) para el cálculo de la abertura característica de fisura Modelo de Bekaert.- El modelo que presenta Bekaert para el cálculo de la separación máxima entre fisuras es el siguiente:

53 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 53 (6) Donde f es el cociente entre fctr,s y fctm, s d es el diámetro mayor de las barras de acero utilizadas, eff es el cociente entre el área mínima de acero del armado por metro de ancho en la zona traccionada y el canto eficaz de concreto alrededor del armado, s es la tensión del acero en la sección fisurada sin tener en cuenta el efecto de las fibras y ct eff f, es el valor medio de la resistencia a tracción del concreto cuando se espera la aparición de las primeras fisuras. Del mismo modo que hacen RILEM y la EHE, Bekaert propone una fórmula para el cálculo de la abertura de fisura característica muy parecida a la expresión (4).

54 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 54 CAPITULO V METODOLOGIA DE DISEÑO DEL SFRC 5.1 ANTECEDENTES Se requiere de una metodología de diseño para elementos de SFRC que reconozca las ventajas que se obtienen de conocer el comportamiento mecánico específico de este material, y que brinde una solución integral al diseño de este y sus aplicaciones en el ámbito comercial. Se conoce que la mayor aplicación del concreto reforzado con fibras como elemento estructural se presenta en la construcción de contrapisos para uso industrial, esto debido al gran ahorro que se obtiene en el plazo de construcción y en los costos de mano de obra de este tipo de estructuras, pues se logran colar paños que cubren áreas hasta cinco veces mayores en comparación con los de concreto convencional y además, se obtienen mejoras en características de resistencia y desempeño durante el periodo de vida útil del proyecto. El estudio del concreto reforzado con fibras metálicas (SFRC) ha sido desarrollado por distintos entes internacionales, entre los cuales se destaca el American Concrete Institute (ACI por sus siglas en inglés), especialmente el Comité 544, del cual existen distintas investigaciones en cuanto a propiedades de resistencia, deformación, condiciones de servicio y durabilidad de concreto reforzado con fibras, tanto metálicas como sintéticas (ACI, 1988; 1996). Además, se cuenta con publicaciones de la Sociedad del Concreto (The Concrete Society, 2003; 2007) y de la Unión Internacional de Laboratorios y Expertos en Materiales de Construcción, Sistemas y Estructuras (RILEM,

55 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero ), entes europeos que también han desarrollado numerosas investigaciones en cuanto a este tema y se han encargado de tratar de unificar la normativa de diseño de SFRC bajo un mismo concepto. En lo referente al SFRC, existe información limitada sobre metodologías de diseño. Koss (2001) realizó una investigación donde se presenta un estudio comparativo de la influencia de fibras de propileno en el comportamiento del concreto y se enfoca en realizar un estudio de las propiedades del concreto reforzado con estas fibras, utilizando un concreto con resistencia f c = 21 MPa y sin especificar el tipo de fibra de propileno por utilizar. Avendaño (2005) desarrolló una investigación que consistió en determinar los parámetros de diseño de mezcla para concreto lanzado con fibra (shotcrete), mediante un análisis de resistencia a compresión simple y comportamiento cargadeformación. Este capitulo se enfoca al estudio ante esfuerzos de flexión del concreto lanzado con fibras como material, utilizado en el sostenimiento y revestimiento del túnel del Proyecto Hidroeléctrico Cariblanco. El análisis se realizó usando dos valores de resistencia a la compresión simple de concreto (f c= 21 MPa y f c= 28 MPa) y cinco tipos diferentes de fibras de refuerzo. El propósito del estudio consistió en establecer cuáles son las fibras adecuadas para la posible sustitución del acero de refuerzo convencional (malla electrosoldada) por fibras como material único de refuerzo para concreto lanzado, en el revestimiento de túneles en tierra. Por último, la investigación realizada por Álvarez (2009) se enfoca en analizar la factibilidad económica de sustituir un diseño convencional (utilizando varillas de acero) por un diseño con fibra que posea características semejantes: misma solicitud de cargas y mismas condiciones de construcción (resistencia de concreto, calidad de la base y suelo soportante, espaciamiento de juntas, mecanismos de transferencia en juntas, entre otros). En este caso se desarrolló una investigación experimental para la comprobación y el análisis del comportamiento a flexión de elementos de SFRC, y se realizó una investigación bibliográfica para determinar las ventajas y desventajas del uso de las distintas metodologías de diseño de losas de

56 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 56 contrapiso para uso industrial (dado que esta es la aplicación más factible para el SFRC) con el objetivo de proveer una guía de diseño segura y funcional que pueda ser utilizada por distintos profesionales y de esta manera, contribuir con la implantación de nuevas tecnologías en el mercado para mejorar la productividad y la competitividad en la construcción de este tipo de estructuras. La siguiente investigación procuró analizar las diferentes metodologías que existen para el diseño de elementos de concreto reforzado con fibras metálicas aplicado a losas de contrapiso para uso industrial, con el objetivo de poder establecer, mediante investigación bibliográfica y experimental, un mejor entendimiento del comportamiento de este material para mejorar la eficiencia en el uso del SFRC y lograr una reducción de costos, tanto de implementación como de construcción de estos elementos. 5.2 METODOLOGÍA DE LA INVES- TIGACIÓN El propósito de este capítulo fue desarrollar una guía de diseño de elementos de SFRC aplicado a contrapisos de uso industrial, debido a las ventajas que se obtienen en la construcción y operación de estas estructuras por el uso de este material. Para ello, se dividió en dos fases: una investigación bibliográfica que determinó la metodología de diseño y una investigación experimental para corroborar los conceptos inherentes al uso del SFRC y a su vez, comprobar los parámetros de diseño existentes en diferentes especificaciones técnicas de fibras metálicas. En el caso de la investigación bibliográfica, se procedió a realizar un análisis de los códigos de diseño existentes para el diseño de contrapisos, específicamente la guía de diseño ACI 360R-06 (ACI, 2006) y los códigos TR34 (The Concrete Society, 2003) y TR63 CCIP-017 (The Concrete Society, 2007), normas europeas para diseño de losas apoyadas en suelo y para el uso de SFRC, respectivamente. Estos códigos se basan en la teoría de Westergaard y se refieren a una metodología que se expone a través de los métodos de la Portland Cement Association (1995), Wire Reinforced Institute y el Corp of Engineers (Boyd y Anderson, 1996), entre otros. El propósito de esta sección

57 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 57 fue unificar los conceptos inherentes a la mecánica de agrietamiento del SFRC, así como las ecuaciones referentes a la capacidad de carga que poseen las losas de SFRC apoyadas en suelo. El diseño de losas apoyadas en suelo utilizando SFRC se basa en la teoría de líneas de fluencia de Meyerhoff (enfoque plástico), en donde la adición de fibras al concreto le permite al elemento redistribuir los esfuerzos de tensión en su sección y por ende se considera una capacidad de carga residual posterior al agrietamiento. Esto modifica los supuestos definidos en la teoría de diseño convencional (teoría elástica según Westergaard) y hace obsoletos los métodos convencionales para diseño de contrapisos. La capacidad residual del SFRC se reconoce en las ecuaciones de diseño mediante la utilización del parámetro Re,3, el cual es determinado mediante ensayos experimentales en vigas, de acuerdo con la norma JCI-SF4 (Japan Concrete Institute, 1984) o la norma BS EN (BSI, 2005), y es señalado por los fabricantes de este material en las distintas especificaciones técnicas para diseño. Este valor se relaciona directamente con la resistencia del concreto y la dosificación de fibras utilizada, por lo que el diseño de este tipo de elementos presenta como resultado la dosificación necesaria para alcanzar una capacidad residual requerida. La investigación experimental desarrollada se basó en determinar este parámetro utilizando una resistencia de concreto específica (f c = 28 MPa) con tamaño máximo nominal de agregado de 19 mm y un tipo de fibra (Wirand FF1) en especímenes tipo viga, con el objetivo de comprobar el comportamiento mecánico de estos elementos y determinar si los datos de las especificaciones técnicas tienen validez. Para la investigación experimental se utilizó la metodología del ensayo ASTM C 1018 (ASTM, 1997) para la confección de especímenes, el desarrollo del ensayo experimental y la recopilación de datos; sin embargo, el cálculo de los valores de referencia se realizó con base en la metodología del JCI-SF4 (Japan Concrete Institute, 1984), ya que esta es la utilizada por las metodologías de diseño de SFRC citadas en ACI 360R-06 (ACI, 2006), TR 34 (The Concrete Society, 2003) y TR63 CCIP-017 (The Concrete Society, 2007).

58 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 58 Los ensayos se realizaron en vigas moldeadas de 15 cm x 15 cm x 55 cm y falladas a flexión de acuerdo con la configuración de las Figura 25 y 26. Como se puede observar en la Figura 25, se utilizó un LVDT (linear voltage differential transducer) para la medición de la deflexión central del elemento, este dispositivo tiene una precisión de 10-6 mm. La carga se aplicó mediante un gato hidráulico el cual se controla por deformación, aplicando deformaciones a razón de 0,075 mm/min, según ASTM C1018 (ASTM, 1997). A través de estos ensayos se obtuvieron la tenacidad y la carga de agrietamiento de la matriz de concreto, utilizados para el cálculo de la resistencia residual o equivalente del SFRC, que a su vez se calcula mediante la energía absorbida hasta una deflexión de 3,0 mm. La tenacidad TJCI, corresponde a la energía absorbida por la Ingeniería 20 (1 y 2): 67-80, ISSN: ; San José, 70 Costa Rica viga y se calcula midiendo el área bajo la curva del diagrama carga-desplazamiento hasta una deflexión correspondiente al claro entre apoyos dividido entre 150, δ150. Se utiliza la ecuación (1) (1) Donde: L es la longitud del claro entre apoyos del ensayo (mm) B es el ancho de viga de ensayo (mm) H es el peralte de viga de ensayo (mm) TJCI es el área bajo la curva P-δ hasta una deflexión de 3,0 mm δ150 es la deflexión correspondiente al claro entre apoyos dividido entre 150 (L/150) Con respecto a las ecuaciones de diseño, el valor de Re,3, obtenido en este ensayo está dado por la ecuación (2).

59 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 59 (2) donde: fctm,fl es la resistencia a flexión del concreto, que se calcula mediante la carga máxima del ensayo, P, antes del inicio del agrietamiento. (3) El diseño de mezcla de concreto se realizó para una resistencia a la compresión simple a 28 d de 28,0 MPa. Se utilizó un solo tipo de fibra (Figura 3), variando la dosificación en el concreto (15, 20, 25, y 40) kg/m3 para comprobar su efecto sobre las propiedades del SFRC. 5.3 RESULTADOS Los resultados obtenidos para el comportamiento P-δ y para el parámetro Re,3 presentaron una muy buena correlación con lo señalado teóricamente y con las especificaciones técnicas de este material.

60 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 60 Figura 25. Montaje para el ensayo a flexión ASTM C Los resultados obtenidos para el comportamiento P-δ de cada dosificación se muestran en las Figuras 27, 28, 29 y 30. Con base en el análisis de estas curvas y en la metodología experimental comentada anteriormente se obtuvieron los resultados para los parámetros de diseño, los cuales se muestran en los Cuadros del 1 al 4. Posteriormente se procedió a realizar el diseño de un contrapiso para uso industrial utilizando concreto reforzado convencional y SFRC. En este caso se pudo observar cómo el uso de fibras permitió disminuir en un 27,2 % el espesor de concreto necesario para este contrapiso, comprobando la ventaja competitiva que supone el uso de fibras en el concreto.

61 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 61 Figura 26. Equipo utilizado para el ensayo a flexión en vigas según ASTM C Figura 27. Fibras Wirand FF1 utilizadas en esta investigación.

62 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 62 Figura 28. Curvas P-δ para los ensayos a flexión realizados para la dosificación 15 kg/m3. Figura 29. Curvas P-δ para los ensayos a flexión realizados para la dosificación 20 kg/m3.

63 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 63 Figura 30.Curvas P-δ para los ensayos a flexión realizados para la dosificación 25 kg/m3. Figura 31. Curvas P-δ para los ensayos a flexión realizados para la dosificación 40 kg/m3.

64 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 64 Cuadro 1. Resultados promedio obtenidos para el valor de resistencia última de flexión equivalente, fc tfl, eq3. Cuadro 2. Resultados promedio obtenidos para el valor de resistencia a flexión del concreto, fc tm, fl. Cuadro 3. Resultados promedio del índice de flexión equivalente (o residual) en función de la dosificación en el concreto.

65 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 65 Figura 32. Ejemplos de elementos de ensayos a flexión. Cuadro 4. Comparación de resultados para el diseño del caso de estudio según las metodologías de diseño analizadas.

66 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero ANÁLISIS DE RESULTADOS Como se puede observar en las Figuras 27,28, 29 y 30, el comportamiento de elementos de concreto reforzado con este tipo de fibra corresponde a un comportamiento suavizado (ablandamiento de tensión) (strain softening), en el cual es claro que con aumentos en la dosificación de fibra se aumenta la capacidad de resistir carga, hecho que se muestra en los valores del índice de flexión residual (Re,3) y resistencia última a flexión equivalente (fctfl,eq3). En investigaciones desarrolladas a nivel mundial (Barros, Cunha, Ribeiro y Antunes, 2004; Fernández, 2004; Meda y Plizarri, 2004) con fibras de una relación l/d=60 se ha obtenido este tipo de comportamiento hasta dosificaciones de 40 kg, las cuales se convierten en un límite del comportamiento suavizado y a partir del cual se observa el comportamiento endurecido. A su vez, estas figuras permiten apreciar los miniciclos de carga y descarga que ocurren durante el desarrollo de estos ensayos, lo cual se atribuye a la mecánica propia del concreto fibroreforzado, ya que estas disminuciones de carga son producto de la extracción de fibras de la matriz del concreto, hecho que produce una reducción de la carga resistida y un aumento en la deformación, pero que es rápidamente compensado por la redistribución interna de esfuerzos que se produce en la sección y que permite que la carga vuelva a restituirse inmediatamente. Las dosificaciones de 25 kg/m3 y 40 kg/m3 presentaron este fenómeno de forma menos acentuada en comparación con las otras dos dosificaciones. Con respecto a los datos obtenidos en los Cuadros 1, 2 y 3 para los parámetros de diseño, estos se comparan con datos de especificaciones técnicas existentes en el mercado (Bekaert, 2009; Maccaferri, 2007), de los cuales se considera la fibra Dramix 45/50 que posee una relación l/ d=48 y que por sus características es similar al material utilizado en esta investigación. El valor de Re,3 de un concreto reforzado con este tipo de fibra y para una dosificación de 40 kg/m3 es del 63 %, el cual comparado con el resultado de esta investigación (55 %), muestra ser un resultado similar. En estas especificaciones no se

67 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 67 presentan valores para dosificaciones menores a 20 kg/m3, pues se considera que esta cantidad solo produce beneficios para agrietamiento temprano (o por temperatura) y no como refuerzo estructural; sin embargo, se puede observar que la dosificación de 20 kg/m3 de acuerdo con estas especificaciones posee un índice de resistencia residual (Re,3) del 38 %, y los resultados de este trabajo muestran una Re,3 del 33 %. Este tipo de argumentos parecen fundamentar la recomendación de la mayoría de especificaciones de diseño, en las cuales se expone que si las fibras han de ser utilizadas como refuerzo estructural se deben dosificar en cantidades superiores a 20 kg/m3 ya que el valor de Re,3 debe ser mayor al 30 %. En cuanto al momento nominal calculado a partir de los resultados experimentales y las diferentes metodologías, como era de esperar, la metodología para cálculo de momento por el TR63 CCIP-017 (The Concrete Society, 2007) obtuvo los resultados más conservadores, debido a que se aplica un factor de seguridad tanto al bloque en compresión como al bloque en tensión, donde los valores de resistencia se dividen entre 1,5. Es importante resaltar que los momentos nominales o capacidades de los elementos de SFRC se presentan en función de una deformación máxima permisible (o abertura de grieta máxima) que puede sufrir un elemento al ser sometido a cargas de flexión. En el caso de las recomendaciones y normas de diseño, se establece que esta deformación corresponde a 3,0 mm, ya que ante deformaciones mayores, el elemento aunque pueda ser capaz de resistir cargas (tal como se observó en los resultados de los ensayos), se vuelve poco seguro, inestable, y poco funcional; por lo que este límite se presenta como un estado de falla, tal y como lo es el agrietamiento para el concreto normal y la deformación unitaria en compresión del concreto (ε =0,003) y en tensión del acero (εb=0,002) en concreto reforzado convencional. Es por ello que los resultados experimentales de carga a los 3,0 mm se comparan con la carga teórica necesaria para alcanzar el momento nominal de cada metodología, obtenida mediante análisis elástico de equilibrio de fuerzas. Dentro del análisis metodológico se observa que todas las metodologías reconocen la presencia de las fibras mediante la utilización de la resistencia de flexión equivalente o el índice de flexión equivalente Re,3, y la resistencia de primer agrietamiento del concreto. En la comparación directa de las

68 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 68 metodologías se observa que las correspondientes a los manuales son menos conservadoras, ya que los valores teóricos de carga máxima se aproximan a los obtenidos experimentalmente con diferencias de entre 25 % a 35 % mayores; en comparación con las obtenidas para el TR34 (The Concrete Society, 2003) con diferencias del 85 % al 100 % y el TR63 CCIP-017 (The Concrete Society, 2007) donde la carga máxima teórica es 1,5 ó 2,0 veces menor que la experimental. Este resultado se debe a que en la metodología del TR34 (The Concrete Society, 2003) se multiplica la carga por un factor de seguridad del material, hecho que no se aplica en la metodología Wirand o Dramix ya que estas exponen que se están aprovechando las características últimas del material observadas en ensayos de laboratorio y por ende, para el cálculo de momento no se debe aplicar ningún factor de reducción. Las metodologías del TR34 (The Concrete Society, 2003) y el manual Wirand hacen uso de la teoría de líneas de fluencia (investigaciones de Meyerhoff y Losberg) para el cálculo de una carga última resistente de la losa y en función de su posición sobre la losa se obtienen ecuaciones para cada caso. Esta carga deberá ser mayor que la resultante de fuerzas de la carga aplicada, multiplicada por un factor de amplificación. Con base en el análisis de los resultados experimentales y la investigación bibliográfica, se concluye que la metodología de cálculo del TR34 (The Concrete Society, 2003) es eficiente, funcional y segura, por lo que el cálculo del caso de estudio se procedió a realizar bajo estos conceptos. En conclusión, los resultados de los ensayos experimentales demuestran la capacidad que posee el SFRC para mantener cierta solicitud de carga y deformarse ante esta, comprobando la capacidad de la sección para redistribuir esfuerzos y por ende, presentar un comportamiento de ductilidad moderada. Este comportamiento implica una modificación en los conceptos básicos para el diseño de elementos de concreto, en el tanto se reconoce la existencia de cierta capacidad a tensión en el concreto y así, tener una mayor capacidad de momento flector. Como se analizó, las metodologías existentes para el diseño de este material requieren de parámetros obtenidos a nivel experimental; en la investigación desarrollada se encontraron especificaciones que indican estos valores, los cuales fueron comprobados

69 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 69 mediante los ensayos realizados, en el tanto los valores obtenidos muestran una buena aproximación con los valores especificados. A su vez se logró comprobar que las ecuaciones de diseño para capacidad de momento proveen de una buena estimación para la carga máxima, obteniendo resultados de carga última teóricas menores a las experimentales, que demuestran que estas ecuaciones se encuentran del lado de la seguridad y proporcionan un buen uso de las capacidades últimas del material, al estar basadas en parámetros de laboratorio que se obtienen de llevar el material hasta estados de falla o de límite funcional. 5.5 CONCLUSIONES DE METODOLO- GIA Se comprobó que el concreto reforzado con fibras metálicas SFRC presenta una alta capacidad de absorber energía (tenacidad), lo cual demuestra la distribución interna de esfuerzos que se presenta en la sección, producto de la mecánica matriz-fibra existente. Se comprobó la dependencia existente entre la capacidad residual a flexión del SFRC y la dosificación de fibras utilizada en su elaboración, ya que se observó que para los resultados experimentales, la capacidad de carga residual aumentó según aumentó la dosificación. Se logró comprobar que los valores del índice residual de resistencia a flexión, Re,3, definidos en diferentes especificaciones de fibras pueden ser utilizados en el diseño, ya que la investigación experimental mostró una buena correlación con estas indicaciones. Dentro del procedimiento experimental no se logró observar un comportamiento tipo plástico absoluto o de strain hardening para la dosificación de 40 kg/m3, hecho que se describe como típico para dosificaciones iguales o mayores a esta, pero que para el tipo de fibra utilizado no se logró comprobar.

70 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 70 La metodología expuesta por el TR34 (The Concrete Society, 2003) presenta los resultados más precisos y confiables para la determinación de la capacidad de carga máxima que puede soportar la losa de SFRC. Las metodologías de la PCA, WRI y COE deben ser utilizadas como metodologías para un diseño preliminar; ya que estas poseen muchas restricciones en cuanto a los datos de entrada y además sus nomogramas fueron confeccionados para cargas internas, por lo que las condiciones de borde y esquina no se revisan confiablemente. Para el diseño convencional, la metodología de las ecuaciones de Westergaard es adecuada y funcional pues en ella sí se consideran los diferentes estados de cargas concentradas a los que se puede someter la losa y se puede determinar la solicitud de cargas por retracción y temperatura, de manera que se logra determinar con buena exactitud y confiabilidad el espesor necesario para evitar agrietamiento en la losa. El uso de fibras de acero en el concreto y el comportamiento dúctil inherente a este material supone que el diseño del concreto pueda ser realizado mediante enfoques plásticos, en los cuales se logre llevar el material a estados últimos de resistencia y por ende se obtengan espesores menores que los necesarios para una losa de concreto con refuerzo convencional. En el diseño de losas apoyadas en suelo, la hiperestaticidad del elemento es primordial para que la mecánica de agrietamiento del SFRC llegue a presentarse y así el diseño, mediante la metodología del TR34 (The Concrete Society, 2003) y el ACI 360R-06 (ACI, 2006) tenga validez. Esto implica que la base de apoyo sobre la cual reside la losa debe construirse mediante un estricto control de calidad con el objetivo de evitar imperfecciones en su superficie que puedan generar esfuerzos sobre la losa o modificar esta condición de apoyo.

71 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero NOMENCLATURA SFRC: Concreto reforzado con fibras metálicas, por sus siglas en inglés. f c: Resistencia a compresión del concreto a los 28 d. fctk,005: resistencia a tensión mínima del concreto. fctm,fl: resistencia a flexión experimental. fctk,fl: resistencia mínima a flexión, utilizada en los códigos de diseño. fctfl,eq3: resistencia residual a flexión del concreto reforzado con fibras. Re,3: índice de resistencia residual o equivalente a flexión, derivado de ensayos experimentales. TJCI,3 = área bajo la curva P-δ hasta una deflexión de 3,0 mm. δ150 = deflexión correspondiente al claro entre apoyos dividido entre 150 (L/150).

72 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 72 CAPITULO VI PROCESAMIENTO DE VACIADO DEL SFRC EN LOSAS 6.1 ANTECEDENTES Las fibras de acero actúan en la masa de concreto como elementos rígidos, de gran área superficial y geometría muy esbelta, mejorando algunas propiedades en estado endurecido y exigiendo modificaciones en los procesos tradicionales de dosificación, fabricación, transporte, vertido, compactación y acabado. El hecho de adicionar fibras al concreto tiene un peso importante en el costo total del SFRC, por lo que se hace necesaria la optimización de la dosificación para emplear la cantidad estrictamente necesaria de fibras y así obtener un material que sea más atractivo comercialmente. Cuando la cantidad de fibras a adicionar es baja (20-30 kg/m3), los SFRC (11) pueden ser trabajados sin realizar ninguna modificación sobre las exigencias establecidas para un concreto tradicional. A medida que aumenta la cantidad de fibras a utilizar se debe de ajustar más la dosificación de los componentes del concreto.

73 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero AMASADO Se debe evitar a toda costa la formación de pelotas de fibras en la mezcla, también conocidas como erizos. Para evitar la formación de pelotas y lograr una buena dispersión de las fibras se recomienda adicionarlas a una mezcla ya fluida (ACI 544, 3R-08, 2008), dosificar los concretos con suficiente contenido de árido fino, no emplear fibras muy esbeltas y evitar tiempos de transporte excesivamente largos. Cuando se prevea un transporte largo, puede plantearse la adición de las fibras en obra. El vertido de las fibras se debe realizar lentamente, entre 20 y 60 kg por minuto, con la amasadora girando a su máxima velocidad hasta garantizar la distribución homogénea de las fibras en la masa de concreto. Pueden emplearse diferentes metodologías para fabricar los SFRC, la elección depende principalmente del tipo de aplicación que se va a realizar, del tipo y contenido de las adiciones, de los recursos disponibles y/o del sistema de colocación. Una opción consiste en fabricar el concreto como se realiza tradicionalmente sin adicionarle las fibras: en ACI 544, 3R-08 (2008) se recomienda que el asiento en Cono de Abrams sea entre 50 y 75 mm mayor que el cono final deseado, mientras que ACHE(2000) propone que sea entre 20 y 40 mm mayor. La experiencia ha mostrado que para lograr una dispersión adecuada de las fibras en un SFRC con un contenido en fibras hasta de un 1% por volumen, es necesario un cono de por lo menos 180 mm antes de adicionar las fibras. Con la amasadora funcionando a su máxima velocidad se le adicionan las fibras al concreto, poniendo especial cuidado en que se dé una distribución homogénea. Es recomendable emplear una malla de 100 mm de luz para que las fibras pasen por ella y se dispersen antes de incorporarse a la mezcla del concreto. Después de que todas las fibras han sido introducidas, la amasadora debe girar a su velocidad normal de amasado. El método anterior es usualmente para trabajos menores. Sin embrago, si se van a emplear cantidades de concreto considerables se recomienda adicionar las fibras a la amasadora a medida que se adicionan lo áridos y luego continuar con el proceso tradicional de fabricación del concreto.

74 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 74 Este método no requiere de tanto cuidado como el anterior, pero igualmente se debe garantizar que se dé una distribución homogénea. 6.3 CONSISTENCIA Mediante ensayos experimentales se ha constatado que la consistencia del SFRC resulta restringida con la adición de fibras en función del volumen de fibras adicionado y su esbeltez. La consistencia se puede evaluar con los siguientes métodos: Cono de Abrams (UNE-EN :2006), ASTM C143/C143M-09), Tiempo de flujo en el Cono Invertido (UNE 83503:2004), Consistómetro Vebe (UNE- EN :2009) y Manejabilímetro (NF P18-455:2003) Partiendo de que la presencia de las fibras restringe la fluidez de la matriz, es importante evaluar la consistencia de los SFRC con métodos dinámicos como el Cono Invertido, el Consistómetro VeBe y el Manejabilímetro. En la figura 19 puede observarse que para un mismo asiento en el Cono de Abrams, el tiempo necesario de vibrado en el Cono Invertido de un SFRC es menor que el de un concreto tradicional.

75 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 75 Figura 19 Correspondencia de valores de Cono de Abrams y Cono Invertido Las figuras 19.1, 19.2 muestran la influencia de la esbeltez de las fibras, del tamaño máximo de árido y del contenido de fibras sobre la consistencia medida con el Consistómetro VeBe. Así, se define como volumen crítico de fibras aquel valor que hace imposible la correcta compactación de los SFRC. Figura 19.1 Efecto de la esbeltez de las fibras sobre consistencia del concreto evaluada con el consistómetro VeBe (Hannant, 1978)

76 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 76 Figura 19.2 Influencia del tamaño máximo de agregado sobre la consistencia del concreto evaluada con el consistómetro VeBe (Hannant, 1978) 6.4 PUESTA EN OBRA Generalmente los SFRC son menos dóciles que los concretos tradicionales y demandan mayor energía en la compactación. Es necesario utilizar vibrador y no se debe emplear barra para picar el SFRC. Cuando se emplean vibradores internos, las fibras tienden a orientarse alrededor del vibrador, lo que puede provocar distribuciones circulares y dan lugar a contenidos de fibras y orientaciones heterogéneas entre puntos próximos del elemento. Los vibradores externos son más recomendados, principalmente cuando se trabaja con piezas de pequeñas dimensiones.

77 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero COMPACTACION Una adecuada compactación debe realizarse de manera que se reduzcan los huecos y se obtenga un correcto cerrado de la masa, sin que se llegue a producir segregación. Una buena compactación de lugar a superficies continuas y a una mayor calidad de los acabados, eliminando la casi totalidad de las fibras presentes en la superficie. En general, Las mezclas de SFRC tienden a ser de consistencia más seca, el uso de fibras de acero disminuye la docilidad del concreto, por lo que se requiere una mayor energía para compactar el material. En este sentido, y dada la resistencia a la penetración que presentan las fibras, es necesario utilizar el vibrador como medio de compactación, no siendo recomendable el picado con barra. Ahora bien, tal y como se aprecia en la Figura 20, para un mismo asiento en el cono de Abrams, la docilidad de un SFRC es mayor que la de un concreto convencional, por lo que se requiere un menor tiempo de vibrado. Figura 20 Disposición de las fibras en el borde de la pieza (F. Cánovas, ACHE, 2000)

78 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 78 En definitiva, mezclas que aparentemente son secas, si se las vibra, se transforman en una masa fluida que se compacta perfectamente. Es decir, la rigidez adicional que aportan las fibras, según el cono de Abrams, se reduce en gran medida por vibrado. Otro aspecto importante a tener en cuenta es que a partir de determinados valores del asiento, la adición de agua no mejora la trabajabilidad del concreto y, por tanto, no reduce los tiempos de vibrado. Al igual que sucede con los concretos convencionales, un aumento de la relación a/c se traduce en un aumento de porosidad y en una pérdida de resistencia. Durante el proceso de puesta en obra y compactación se produce una distribución anisotrópica de las fibras, que modifica las propiedades mecánicas del concreto, especialmente cuando se trabaja con piezas de poca sección y fibras muy largas. En este sentido, cabe destacar el denominado efecto pared por el cual las fibras más próximas al encofrado tienden a orientarse paralelamente a las del molde, disminuyendo además su número en esa zona. El alineamiento de estas fibras siguiendo la dirección de las paredes del molde es tanto mayor cuanto más elevada resulta la relación entre la longitud de la fibra y el lado del encofrado. Por otro lado, las fibras tienden también a orientarse a lo largo del vibrador, cuando éste es interno, En efecto, este sistema de compactación puede provocar distribuciones circulares de las fibras alrededor del vibrador y dar lugar a contenidos de fibras distintos entre puntos próximos de la mesa. La distribución y alineamiento de las fibras dependen de su geometría, del tipo de vibrado y de la consistencia de la mezcla. Así, para consistencias secas la distribución de las fibras tiende a mantenerse uniforme tras el vibrado y, sin embargo, para consistencias fluidas éstas tienden a agruparse.

79 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 79 En general, hay que señalar que los vibradores externos, especialmente las reglas vibrantes, son más recomendables, ya que producen una distribución más uniforme de las fibras según planos horizontales. El uso de vibradores internos resulta menos aconsejable, sobre todo cuando se trabaja con piezas de pequeña dimensión. 6.6 CURADO Los cuidados en el curado son esencialmente los mismos que en el caso de un concreto tradicional, con el agravante de que las principales ventajas que se obtienen con la adición de fibras al concreto están directamente relacionadas con el incremento de la tenacidad. 6.7 ACABADO DE LA SUPERFICIE El acabado de los HRFA o SFRC se puede realizar aplicando las mismas técnicas empleados con los concretos convencionales. Las caras, tanto de acabado como de contacto con los encofrados, presentan superficies bastante regulares, con pocas o ninguna fibra visible. Las zonas más conflictivas son las aristas y las esquinas, debiéndose, si es factible, achaflanarlas o redondearlas. De esta forma, se reduce el número de fibras que tienden a aflorar a la superficie y que resultan antiestéticas y potencialmente peligrosas. Para obtener un buen acabado liso basta con pasar una llana y dejar endurecer el concreto. Durante el proceso, la llana debe mantenerse plana, pues, de lo contrario, se pueden extraer parcialmente las fibras. En el caso de grandes superficies, se obtienen igualmente buenos resultados utilizando regla metálicas, tubos flotantes en pavimentadoras o helicópteros. No obstante, los mejores acabados en elementos superficiales se obtienen con el uso de reglas vibrantes, las cuales deben ser preferiblemente metálicas y tener los bordes ligeramente redondeados.

80 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 80 En cualquier caso, hay que tener en cuenta que una acción de acabado muy prolongada puede dar lugar a un exceso de finos en la superficie y, por tanto, a una fisuración superficial, o afogarado, tras el proceso de curado. Si, por el contrario, se desea conseguir una textura de acabado superficialmente rugosa se pueden emplear cepillos, pero cuidando que el concreto esté lo suficientemente endurecido, de forma que no afloren las puntas de las fibras. En ningún caso el cepillado debe ser enérgico.

81 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 81 CAPITULO VII APLICACIONES DE LOSAS CON SFRC 7.1 PAVIMENTOS Los concretos empleados en la construcción de pavimentos requieren unas características particulares para dar respuesta a las exigencias estructurales: - Resistencia a flexotracción: Un pavimento es un elemento estructural que por su forma de trabajar, transmitiendo las cargas de tráfico a la base o terreno, requiere de elevada resistencia a flexotracción. - Resistencia a fatiga: Necesaria debido a la forma repetida de actuación de las cargas de tráfico. - Trabajabilidad: El concreto debe ser fácilmente trabajable con los equipos de construcción y que posean gran cohesión y tixotropía. - Mínima retracción: La retracción es un problema característico de los pavimentos, donde predomina la superficie sobre el espesor, provocando la aparición de fisuras no deseables. Además, en pavimentos de carreteras la necesidad de resistencias iniciales altas conlleva habitualmente una fisuración considerable. El SFRC responde a las exigencias mencionadas y es por esta razón que su aplicación en este ámbito ha tenido un gran éxito. Su aplicación está en:

82 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 82 - Pavimentos industriales - Pavimentos para contenedores. - Pavimentos de tableros de puentes. - Pavimentos de aeropuertos. - Pavimentos especiales. A continuación se mencionan algunos ejemplos de aplicación del HRFA en pavimentos: - Ikea La Maxe (Metz, Francia 2000): pavimento de m2 y de espesor variable entre 15 y 25 cm (con juntas de retracción) Figura 21. Pavimento Ikea La Maxe. (Bekaert, 2000). - Factoría de Mercedes Benz (Vitoria, 2001): pavimento de m2 y 18 cm de espesor (con juntas de retracción). - Centro de distribución de alimentación de Tengelman (Sevilla, 2001): Pavimento de m2 y 20 cm de espesor y sin juntas de retracción.

83 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 83 - Centro de distribución de la compañía de transporte Fercam (Milán, 2004): pavimento de m2 y 18 cm de espesor y sin juntas de retracción. Figura 22. Pavimento Fercam sin juntasde retracción (Bekaert, 2004). Además de en pavimentos industriales, las fibras de acero se han aplicado también en otro tipo de pavimentos especiales (pavimento para puertos, aeropuertos ). La razón principal es la resistencia del HRFA a las fuertes cargas e impactos que se producen en los pavimentos en la zona de manejo de contenedores de carga y descarga de buques. Seguidamente se presentan dos ejemplos: - Pavimento del muelle del Navío, Puerto de Algeciras (Algeciras, 1986): Pavimento de m2 y 25 cm de espesor. - Pavimento de la terminal de contenedores del puerto de Astakos (Astakos, Grecia 2003): pavimento de m2 y espesor variable entre 22 y 35 cm, finalizado en 2007.

84 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 84 Figura 23. Pavimento de la terminal de contenedores en el puerto de Astakos (Bekaert, 2003). En el ámbito militar los concretos reforzados con fibras de acero también se han utilizado para la construcción de pavimentos, es el caso de Estados Unidos donde se ha construido pavimentos de bases de carros de combate y en pistas de aeropuerto. En España también se ha utilizado esta tipología de concreto para la construcción de pavimentos de bases de helicópteros y bases de carros de combate. Un ejemplo de este tipo de construcción en España: - Base de Carros de Combate de Cerro Muriano (Córdoba, 1991): Pavimento de m2 reforzado con fibras de acero y resistente a los efectos de la acción de las orugas de los carros y a los esfuerzos producidos por el giro de los mismos. Otra aplicación, dentro del ámbito militar, es la de la protección contra el efecto de explosiones y penetración de proyectiles y de metralla, debido al aumento de resistencia al impacto y al choque que produce la presencia de fibras de acero. En este ámbito cabe destacar el estudio realizado por Eduardo

85 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 85 Moreno Almansa y Manuel Fernández Cánovas sobre el comportamiento del concreto convencional y el HRFA bajo el impacto de pequeños proyectiles. 7.2 OTRAS APLICACIONES DEL SFRC Aqui tenemos: - Revestimiento de túneles. - Prefabricación: tubos, arquetas, paneles de fachada. - Obras hidráulicas, revestimientos de canales, aliviadero de presa. - Instalaciones y edificios militares y civiles que deban tener mayor resistencia a impacto de proyectiles, metralla. - Obras de concreto refractario: revestimiento de cucharas en fundición, intercambiadores de calor, etc.

86 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 86 CAPITULO VIII ENSAYO EXPERIMENTAL En los capítulos anteriores se tiene como finalidad de realizar un estado de conocimiento sobre el concreto reforzado con fibras de acero, sus componentes, su comportamiento mecánico y procesamiento en campo, este capítulo introduce el análisis experimental respecto a la Resistencia a la Compresión de la losa de concreto con fibras de acero en la obra Nueva Sede Volvo en Lurín, y a un Comparativo de costos y tiempo con una losa con refuerzo convencional. 8.1 INTRODUCCION Proyecto Nueva Sede Volvo Lurin: Procedo con una breve reseña del Como propuesta funcional y arquitectónica, se busca desarrollar un complejo de oficinas y atención al público que dé respuesta a las necesidades actuales de VOLVO de acuerdo al programa proporcionado por el cliente Ubicación.- El terreno se encuentra ubicado en la Av. Panamericana Sur km , Fundo parte del Fundo Villa, en el distrito de Lurín, provincia y departamento de Lima. El área del terreno es de 56,505.80m2. El terreno cuenta con tres frentes, uno a la Panamericana Sur, a la Vía Malecón y otro por calle de s/n, por el otro lados colinda con terceros. La zonificación es Industria Elemental y Complementaria, por lo tanto predominan en esta parte las instalaciones de estos tipos.

87 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero Descripción del proyecto.- El sistema estructural empleado es mediante pórticos metálicos, formados por columnas tubulares de 300x300mm. Y vigas conformadas por perfiles laminados. La estructura de techo esta conformada por viguetas simplemente apoyadas sobre dichas vigas que soportan la losa colaborante o cobertura ligera, según sea el caso.

88 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 88 Arquitectónicamente, el proyecto se divide en 3 edificios principales y bloques pequeños donde se encuentran las subestaciones y otros ambientes de respaldo técnico. Los edificios a pesar de estar separados físicamente se encuentran integrados por el diseño exterior. A su vez el proyecto se subdivide en 7 sectores para una mejor según los usos de estas áreas. El proyecto está contemplado para su ejecución de obra en 2 etapas: 1era Etapa y 2da Etapa: 1era Etapa, comprende todo el expediente técnico a excepción de la 2da etapa. 2da Etapa, comprende el segundo piso del sector A desde el eje F al eje L y desde el eje 1 al eje 6, que vendrían a ser parte de área administrativa, esta área se ejecutara solo a nivel de casco, no debiendo incluir los acabados. Sector A.- Consta de 2 pisos de oficinas y almacén, en el primer piso se encuentra el área de ventas y postventa, atención al cliente, venta de repuestos, almacén general, servicios higiénicos para los clientes y para el personal, zonas de impresión, kitchenette, archivos y depósitos; en el segundo piso se encuentran las oficinas de administración, gerencia general y un área para una futura expansión, además de servicios higiénicos, zona de impresión, kitchenette, depósitos, salas de reuniones. Las columnas serán metálicas, y la losa será una losa colaborante, los muros serán de drywall y en las zonas húmedas se usará drywall sanitario. Sector B, Sector C, Sector D- En estos talleres se realizaran reparaciones de camiones, de acuerdo a en que situación se encuentre el vehículo y el tiempo que tomara su reparación, se repartirán entre los 3 diferentes talleres.

89 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 89 Sector E Sector F Sector G Se usaran paneles metálicos en las paredes, las columnas serán metálicas, con un base de concreto. Consta de 2 pisos, en el primero se encuentra el comedor principal, comedor de invitados, cocina, servicios higiénicos del personal de los talleres, taller de entrenamiento, aulas teóricas, depósitos, en el segundo piso se encuentran las oficinas de los entrenadores, y 2 aulas teóricas. Las columnas serán metálicas, y la losa será una losa colaborante, los muros serán de drywall y en las zonas húmedas serán de drywall sanitario. En este sector encontramos las cisternas, subestación eléctrica, cuarto de tableros, así como espacios destinados a la recolección de diferentes residuos sólidos. En este sector se encuentran los grupos electrógenos, la subestación 2, y cuartos de tableros. A lo largo de todo el proyecto se encuentran ubicadas torres y casetas de vigilancia. CUADRO DE AREAS POR SECTORES SECTORES A B C D E F G VIGIL. TOTAL (M2) 1er nivel do nivel ,724.69

90 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero Especificación técnica de la Losa.-

91 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero Presupuesto del Pavimento PAVIMENTOS 2,075, PISO DE GRAVILLA m2 8, , CONCRETO EN RAMPA f'c=140 Kg/cm2 E=0.15M m , ADOQUINES DE CONCRETO (20x10x8cm) m2 13, , CONCRETO EN PAVIMENTOS f'c=210 Kg/cm2 (INC. FIBRA DE REFUERZO) m3 2, ,036, ENCOFRADO Y DESENCOFRADO DE PAVIMENTOS m2 2, , ACERO DE REFUERZO FY=4200 KG/CM2, GRADO 60 kg 7, , IMPRIMACION ASFALTICA m2 3, , PAVIMENTO ASFALTICO EN CALIENTE DE 3" m2 3, , JUNTAS 93, JUNTA CON TECKNOPORT Y SELLO ELASTICO m , JUNTA CORTADAY SELLO EPOXICO SEMI RIGIDO m 9, ,271.46

92 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero PROCEDIMIENTO ANALÍTICO Y EXPERIMENTAL Objetivo.- Este capitulo tiene como primer objetivo analizar y comprobar que la Resistencia a la Compresión del concreto con fibra o sin fibra se mantiene o sufre un ligero cambio sin que afecte al comportamiento estructural del concreto. Como segundo objetivo es realizar un comparativo de costos y determinar la ventaja que se tiene en cuanto a mano de obra y tiempo para un contratista y por ende al cliente utilizar fibra de acero en losas Ensayo de resistencia a la Compresión.- Para realizar los ensayos se utilizaron probetas cilíndricas de concreto con fibra y sin fibra, cumpliendo con la norma ASTM C31,con medidas 6 x12, el concreto utilizado es de f c= 210 Kg/cm2, las fibras utilizadas es del tipo RC-80/60- BN con la dosificación de 15 Kg/m3., el equipo de Compresión, el neopreno. Materiales del concreto: Cemento El cemento en la preparación del concreto que estará en contacto con el suelo deberá cumplir con las Especificaciones y Normas para Cemento Portland Tipo I del Perú, debiendo cumplir con las especificaciones ITINTEC El cemento utilizado en la obra, deberá ser del mismo tipo y marca que el empleado para la selección de las proporciones de la mezcla de concreto. Bajo ninguna circunstancia se permitirá el empleo de cemento parcialmente endurecido ó que contenga terrones. Las condiciones de muestreo serán las especificaciones en la Norma INTINC El cemento a utilizar será el especificado en los planos, que cumpla con las Normas del ASTM-C150 e INDECOPI Normalmente este cemento se expende en bolsas de 42.5 Kg (94 lbs/bolsa) el que podrá tener una variación de +- 1% del peso indicado.

93 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 93 Agregados Las especificaciones concretas están dadas por las Normas ASTM-C33 tanto para los agregados finos como para los agregados gruesos, además, se tendrá en cuenta la Norma ASTM - D448 para evaluar la dureza de los mismos. Agregado Fino: Arena Debe ser limpia, silicosa, lavada, de granos duros, resistentes a la abrasión, lustrosa, libre de cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas suaves y escamosas, esquistos, pizarras, álcalis y materias orgánicas. Se controlará la materia orgánica por lo indicado en ASTM-C40 y la granulometría por ASTM-C136, ASMT-C17 y ASMT-C117. Los porcentajes de sustancias deletéreas en la arena no excederán los valores siguientes: La arena utilizada para la mezcla del concreto será bien graduada y al probarse por medio de mallas standard (ASTM desig. C-136), deberá cumplir con los siguientes límites: MALLA % QUE PASA 3/8 100 # # # # # # # El módulo de fineza de la arena variará entre 2.50 a Sin embargo, la variación entre los valores obtenidos con pruebas del mismo agregado no debe ser mayor a 0.30.

94 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 94 Agregado Grueso: Piedra Deberá ser de piedra o grava, rota o chancada, de grano duro y compacto. Deberá estar limpia de polvo, materia orgánica o barro, marga u otra sustancia de carácter deletérea. En general, deberá estar de acuerdo con las Normas ASTM-C33. La forma de las partículas del agregado deberá ser dentro de lo posible angular. Los agregados gruesos deberán cumplir los requisitos de las pruebas siguientes que pueden ser efectuadas por La Supervisión cuando lo considere necesario: ASTM- C131, ASTM-C88 y ASTM-C127, cumpliendo además, con los siguientes límites: MALLA % QUE PASA 1½ / # 4 10 máx. # 8 5 máx. Agua Debe ser potable, fresca, limpia, libre de sustancias perjudiciales como aceites, ácidos, álcalis, sales minerales, materias orgánicas, partículas de humus, fibras vegetales, etc. La calidad del acero de refuerzo se comprobará como mínimo en cada lote adquirido. Las pruebas de los materiales y del concreto se realizarán de acuerdo a las Normas ITINTEC y en caso éstas no existan, se realizarán de acuerdo a la Norma ASTM. Interesará comprobar la calidad de los materiales de acuerdo a distintas propiedades. En el caso del cemento: composición química, resistencia y

95 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 95 fineza. En el caso de los agregados: granulometría, contenido de finos, contenido de humedad, absorción, módulo de fineza y resistencia al desgaste. En el caso del acero: resistencia a la tracción, punto de fluencia, deformación y/o ductilidad. Aditivos Se permitirá el uso de aditivos tales como acelerantes de fragua, reductores de agua, densificadores, plastificantes, etc.,en cuanto se requiera, siempre y cuando sean de calidad reconocida y comprobada. No se permitirá el uso de productos que contengan cloruros de calcio o nitratos. Fibras de acero: Dramix RC-80/60-BN Elementos empleados para el Ensayo de Compresión

96 Losas de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 96 Tabla 4.1. Propiedades de las fibras empleadas Procedimiento del ensayo El ensayo de rotura a compresión se ha realizado para las edades de 7 y 28 días de las probetas de concreto con fibra y sin fibra. Se ha tomado para cada ensayo dos probetas y el resultado sería el promedio de los datos obtenidos. De los resultados obtenidos, tomamos 8 probetas y los datos resultantes están en los cuadros siguientes :

97 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 97 RESISTENCIA A COMPRESIÓN PROBETA - 7 dias Tensión de rotura, Kp/cm 2 Con Fibra, Sector E, Con Fibra, Sector E, Sin Fibra, Sector E, Sin Fibra, Sector E, RESISTENCIA A COMPRESIÓN PROBETA - 28 dias Tensión de rotura, Kp/cm 2 Con Fibra, Sector E, Con Fibra, Sector E, Sin Fibra, Sector E, Sin Fibra, Sector E,

98 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 98 Resultado del ensayo Al realizar los ensayos, tomé estos resultados que representa la variación del valor del f c (Resistencia a la Compresión), se observa que a los 7 días las probetas con fibra de acero está por encima de la resistencia especificada f c: 210 Kg/cm2 con un ligero aumento al igual que la probeta sin fibra. A los 28 días también se puede ver resultados por encima también con un ligero aumento la probeta con fibra de la probeta sin fibra. Entonces se puede decir y llegar a la conclusión que no afecta al comportamiento estructural el anexar fibras a la mezcla de concreto de la losa, al contrario se suele adquirir más resistencia a la compresión.

99 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero Comparativo del análisis de costos unitarios.- Fibra = RC-80/60- BN Dosificación = 15 kg/m³ Solución Convencional: Solución con fibra de Acero: Características del diseño: Características del diseño: f'c = 210 kg/cm² f'c = 210 kg/cm² Espesor de losa = 0.20 m Espesor de losa = 0.20 m Tipo de Refuerzo: Convencional Tipo de Refuerzo: Ninguno N Capas = 2 N Capas = 0 Diámetro 3/8 in Diámetro in Espaciamiento 0.25 m Espaciamiento 0 m Juntas de Si Juntas de Si Contracción? Contracción? a 4.00 m a 5.20 m b 4.00 m b 5.20 m Juntas de Si Juntas de Si Construcción? Construcción? A 8.00 m A m B m B m Características de los dowels: Dowel Listo : Diámetro = 1" Diámetro = 1" Longitud = 0.41 m Longitud = 0.41 m Espaciamiento = 0.30 m Espaciamiento = 0.30 m

100 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 100 Análisis de costos por metro cuadrado Costo Concreto $16.43 Costo Concreto $16.43 Materiales $15.81 Materiales $15.81 Precio del Precio del $/m³ concreto = concreto = $/m³ Volumen = 0.20 m³ Volumen = 0.20 m³ Mano de Obra $0.59 Mano de Obra $0.59 Costo = $/hh Costo = $/hh Productividad = 0.08 hh/m³ Productividad = 0.08 hh/m³ Herramientas $0.03 Herramientas $0.03 Costo Encofrado $1.01 Costo Encofrado $0.78 Materiales $0.68 Materiales $0.52 Precio Encofrado Precio Encofrado 6.30 $/m² = = 6.30 $/m² Cantidad = 0.11 m² Cantidad = 0.08 m² Mano de Obra $0.30 Mano de Obra $0.23 Costo = $/hh Costo = $/hh Productividad = 0.27 hh/m² Productividad = 0.27 hh/m² Herramientas $0.03 Herramientas $0.02 Costo Acero $13.48 Costo Fibra de Acero $10.22 Materiales $10.18 Materiales $10.22 Precio = 1.08 $/kg Precio = $/kg Cantidad = 9.41 kg Cantidad = 3.00 kg Mano de Obra $3.14 Mano de Obra $0.00 Costo = $/hh Costo = 0.00 $/hh Productividad = hh/kg Productividad = 0.00 hh/kg Herramientas $0.16 Herramientas $0.00 Costo Junta Costo Junta $5.58 Dilatación Dilatación $5.15 Materiales $5.05 Materiales $5.02 Precio = $/m Precio = $/m Cantidad = 0.33 m Cantidad = 0.26 m Mano de Obra $0.52 Mano de Obra $0.13 Costo = $/hh Costo = $/hh Productividad = 0.08 hh/m Productividad = 0.03 hh/m Herramientas $0.02 Herramientas $0.00

101 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 101 Costo Junta Costo Junta $4.50 Contracción Contracción $0.77 Materiales $4.05 Materiales $0.42 Precio = $/m Precio = 1.63 $/m Cantidad = 0.33 m Cantidad = 0.26 m Mano de Obra $0.43 Mano de Obra $0.33 Costo = $/hh Costo = $/hh Productividad = 0.07 hh/m Productividad = 0.07 hh/m Herramientas $0.02 Herramientas $0.01 Costo Sol. Convencional $41.01 /m2 Costo Sol. con Fibra de Acero $33.35 /m2 Análisis de Resultados Diferencia de costos ($/m²) Porcentaje de Ahorro $7.66 Area Estimada 13,834 m² 19% Total Ahorro $105, Total Fibra de Acero Requerido Costo Fibra de Acero 41,502 kg $141, IGV Resultado del Anàlisis Al realizar el comparativo del costo total de vaciado de Losa con Fibras de acero se refleja un ahorro del 19%, llegando a la conclusión que es una propuesta y/o alternativa que cumple con las especificaciones requeridas al igual que una losa con fierro convencional con un ahorro para el cliente y el contratista en mano de obra y tiempo.

102 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 102 CONCLUSIONES En base al trabajo de conocimiento realizado anteriormente se exponen las siguientes conclusiones: 1. En función del tipo de fibras se mejoran en general las características mecánicas del concreto y la adherencia fibra matriz influye en la ductilidad de la rotura, por lo que debe evitarse que la fibra rompa antes de que deslice. 2. El incremento de la resistencia a compresión es prácticamente despreciable en comparación con los concreto en masa e incluso en algunos casos, puede llegar a ser negativo. A compresión, la presencia de fibras en los concretos, cambia el comportamiento de una rotura frágil a una dúctil. 3. En flexotracción la adición de fibras de acero al concreto aumenta su resistencia y cambia el comportamiento de rotura frágil a una rotura dúctil. Los concretos con fibras de acero, al tener una rotura a flexotracción dúctil, aumentan mucho la tenacidad e igualmente mejoran de manera considerable la resistencia a la fatiga. 4. Finalmente podemos concluir que los concretos con fibras de acero pueden trabajar estructuralmente, pero no sustituyen al acero convencional en la mayoría de sus aplicaciones por ello el hablar de concretos reforzados con fibras de acero es hablar de losas con concreto reforzado con fibras de acero valga la redundancia porque es la aplicación generalmente más utilizada hoy en día debido a las ventajas que ofrece en su aplicación.

103 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 103 RECOMENDACIONES 1. Para la elaboración del SFRC es conveniente aumentar la proporción de arena con relación al agregado grueso y utilizar plastificantes. 2. En caso de posibilidades de corrosión se pueden utilizar fibras galvanizadas y cuando estamos sometidos a altas temperaturas (unos 1,200 C) es necesario el uso de fibras de acero inoxidable. 3. En obra el proceso de mezcla de concreto debe ser constante para evitar la formación de erizos de fibras, en el caso que fuera una mezcladora subcontratada hacer control del mismo y constatar que sea un vaciado con una mezcla homogéneo y se recomienda utilizar un plástico debajo de la losa para un libre desplazamiento al vaciar el concreto y evitar fisuras considerables y por ende la filtración. 4. En el proceso de vaciado se debe tener control de la cantidad de fibras de acero que será introducida en la mezcla ya que se debe respetar la dosificación establecida para una mejor trabajabilidad del concreto y llegar a las consideraciones solicitadas.

104 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 104 NOTAS 1.- Concreto de Alta Resistencia.- Son concretos de resistencias superiores a 400 Kg/cm2 (5.000 PSI). 2.- Concreto autocompactables.- Se puede definir como aquel hormigón que es capaz de fluir en el interior del encofrado, rellenándolo de forma natural, pasando entre las barras de armadura y consolidándose únicamente bajo la acción de su propio peso. 3.- Concreto reciclable.- Reutilización del concreto. Adición de cenizas volátiles. Influencia de altas proporciones de ceniza volátil. Uso de ceniza de alta fineza. 4.- FRC.- Significa Fiber Reinforced Concrete, en castellano Concreto Reforzado con Fibra. 5.- Módulo de Elasticidad.- Es un tipo de constante elástica que relaciona una medida relacionada con la tensión y una medida relacionada con la deformación. 6.- Asbesto.- también llamado amianto, 1 es un grupo de minerales metamórficos fibrosos. Están compuestos de silicatos de cadena doble. 7.- Anejo.- Unido o agregado a una cosa del que depende.

105 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero Destesado.- Es la operación mediante la cual se transmite el esfuerzo de pretensado de las armaduras al hormigón, en el caso de armaduras pretesas, y se efectúa soltándolas de sus anclajes provisionales extremos. 9.- HRFA.- Hormigón reforzado con fibra de acero Despasivación.- Aumento de la velocidad de corrosión de un metal pasivo por hecho de una eliminación total o parcial de su capa de pasivación SFRC.- Steel Fiber Reinforced Concrete, es decir Concreto reforzado con fibra de acero Carbonatación del concreto.- Es un proceso por el cual el dióxido (bióxido) de carbono del aire penetra en el concreto y reacciona con los hidróxidos, la carbonatación reduce considerablemente la alcalinidad (ph) del concreto. La alta alcalinidad es necesaria para la protección de la armadura contra la corrosión

106 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 106 ANEXOS EJEMPLO DE APLICACIÓN Para concreto elaborado con mezcladora de obra. La forma de trabajo, es agregar la fibra de acero, al momento de realizar la mezcla de concreto. Esto depende de la capacidad de su mezcladora de concreto y de qué volumen de concreto obtendrá en cada mezcla de concreto. Le pongo un ejemplo para mayor claridad. Las proporciones son solamente para efectos del ejemplo. Usted colocará sus proporciones en función al tipo de concreto que usaría. Ejemplo: En cada tanda de mezclado de concreto, agregaría: 1 pie3 de cemento (1 bolsa) 2 pie3 de arena 3 pie3 de piedra 2 pie3 de agua Total en volumen = = 8 pies3. Conversión de unidades: 1 pie3 = m3 8 pie3 x m3/pie3 = m3 Sea para el ejemplo, que la dosificación de fibra de acero XXX recomendada: 15 kg/m3 Por lo tanto, en cada tanda, se requiere agregar: Dosificación x Volumen de concreto en cada tanda = 15 kg/m3 x0.226 m3 = 3.4 kg de fibra XXX en cada tanda. La fibra se incluye en la mezcladora, luego de los agregados, y se mezcla el tiempo suficiente para que la mezcla sea homogénea y se distribuya en toda la masa de concreto.

107 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 107 Se recalca, que esto es un ejemplo. Usted puede usar el mismo procedimiento basado en sus propias proporciones. Para el caso de concreto Premezclado. A la llegada del camión mezclador, indagar cuántos metros cúbicos de concreto contiene. Multiplicar este volumen por la dosificación. Por ejemplo: Para un camión de 8m3 de concreto, y una dosificación de 15 kg de fibra /m3 de concreto, se deberá agregar: El procedimiento de agregado de la fibra es subir una persona a la plataforma posterior del camión y que otra persona le alcance las bolsas o cajas de fibra a una velocidad de 40 kg / minuto, mientras el camión está girando su tambor a velocidad máxima de mezclado. La consistencia del concreto se mide mediante un ensayo de asentamiento del Cono de Abrams. Siendo obligatorio que la relación agua /cemento sea menor o igual a 0.55, cualquier incremento del asentamiento deberá obtenerse mediante un plastificante ó fluidificante. Antes de aplicar el plastificante el concreto debe tener un asentamiento de 7 cm. El plastificante del concreto debe incrementar el descenso a: - 15 a 20 cm. para concreto extendido manualmente sin ningún tipo de compactación dinámica. - 7 a 10 cm. para concreto extendido usando equipo mecánico, como por ejemplo regla vibrante. En los casos de mezclado en obra, el slump mínimo recomendado antes de la adición de la fibra es de 12cm. Luego de agregada la última bolsa de fibra, seguir mezclando por espacio de 4 o 5 minutos. En casos de concreto bombeado, Un hormigón con un mínimo contenido en finos, (< mm), de 400 kg/m3 es apropiado para el bombeo. Además se recomienda lo siguiente: - Utilizar árido rodado, mejor que de machaqueo y de forma cúbica más que plana, (menor rozamiento). - El uso de tubos flexibles sólo al final de la línea de bombeo (aumentan el rozamiento). - Evitar en lo posible paradas en El proceso de bombeo del hormigón, dado que pueden causar obstrucciones. Nota: Todas las recomendaciones indicadas en el presente documento, son válidas únicamente para Fibras de Acero producidas y/o comercializadas por nuestro grupo xxx

108 Losa de Concreto Reforzado con Fibras de Acero 108 NORMATIVA PERUANA