Concreto Con Fibras

Introducción El uso de las fibras en materiales de construcción se remonta hasta antes de la aparición del cemento Portland y del concreto. Fibras naturales como pasto, fique, junco y pelo animal han sido tradicionalmente agregadas al adobe para disminuir su tendencia a la figuración y mejorar el desempeño del material a esfuerzos de tensión. La introducción de “agregados” de forma específica y una resistencia a la tracción superior a la matriz en la que están embebidos, ha conferido cualidades adicionales que no alcanzarían, sin dicho refuerzo, el adobe, el yeso, el estuco, la cerámica o el concreto. Durante los últimos cincuenta años el empleo y estudio de las fibras en la construcción ha llevado al desarrollo y fabricación de tipos específicos de fibras que responden a diferentes necesidades. Hoy, existen, y se usan dentro de la composición del concreto, fibras de vidrio (especialmente resistentes a los álcalis), polipropileno, polivinilos, polietilenos, acero, carbono, entre otros. Cabe decir que las fibras tienen dos usos específicos en función de su trabajo dentro de la mezcla de concreto y de sus características físicas:

Ing. REINOSO TORRES JORGE JEREMEY. J

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-Microfibras. Son fibras de plástico, polipropileno, polietileno o nylon, que ayudan a reducir la segregación de la mezcla de concreto y previenen la formación de fisuras durante las primeras horas de la colocación del concreto o mientras la mezcla permanece en estado plástico. Los mejores resultados se obtienen con fibras multifilamento, cuyas longitudes oscilan entre los 12 y 75 mm y se dosifican en el concreto entre 0.6 kg/m3 y 1 kg/m3.

Mientras que las micro fibras son una solución interesante para algunas aplicaciones, no son una alternativa a los refuerzos secundarios de acero. Avances en la industria textil en los 90 resultaron ser claves para el desarrollo de los primeros macro fibras para el uso en la construcción. Macro fibras son similares en tamaño y aspecto a los de acero y prestan al concreto una similar tenacidad y resistencia a la fisuración que fibras de acero, la malla electrosoladada o incluso en algunos casos las varillas de refuerzo. Es importante mencionar aquí que las macro fibras sintéticas no pueden remplazar el acero en el concreto solo pueden usarse como complemento al acero y al refuerzo tradicional.

-Macrofibras: Son de materiales como acero, vidrio, sintéticos o naturales fique y otros, los cuales se usan como refuerzo distribuido en todo el espesor del elemento y orientado en cualquier dirección. Las fibras actúan como la malla electro soldada y las varillas de refuerzo, incrementando la tenacidad del concreto y agregando al material capacidad de carga posterior al agrietamiento. Otro beneficio del concreto reforzado con fibras (CRF) es el incremento de resistencia al impacto. Adicionalmente, controlan la fisuración durante la vida útil del elemento y brindan mayor resistencia a la fatiga. Su diámetro oscila entre 0.25 mm y 1.5 mm, con longitudes variables entre 13 mm y 70 mm. La más importante propiedad del CRF es la tenacidad, descrita como la capacidad de absorción de energía de un material, que se refleja en el concreto una vez se han presentado fisuras, momento en que las fibras trabajan como refuerzo.

Las mejores en el mercado son de fibras a base de poliolefina como el Fibramix macro fibra sintética de Cofisa. Las macro fibras están diseñadas para mejorar las características mecánicas del concreto en particular la tenacidad o capacidad de absorción de energía. Adicionalmente, controlan la fisuración durante la vida útil del elemento y brindan mayor resistencia a la fatiga.


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I.

Clasificación de las fibras:

a) Fibras de polipropileno, vidrio y nylon: Estos materiales se usan como microfibras destinadas a prevenir la figuración del concreto en estado fresco o durante edades tempranas debido a la retracción plástica. Están diseñados para ser compatibles con el ambiente altamente alcalino de la matriz del concreto; sin embargo, en su caso particular, las fibras de vidrio deben ser resistentes a los álcalis. Algunas fibras existentes en el mercado pueden contener aditivos destinados a combatir bacterias o aumentar el asentamiento. Normalmente se usan bajas dosificaciones en masa, de alrededor de 1 kg/m3.

Micro fibras son monofilamentos de plástico, polipropileno, polietileno, nylon o vidrio que actúan como un refuerzo tridimensional en el concreto. En consecuencia ayudan a reducir la segregación de la mezcla de concreto y previenen la formación de fisuras durante las primeras horas de la colocación del concreto debido a la retracción plástica. En primera línea están diseñados para actuar como refuerzo por temperatura no como refuerzo estructural, ser compatibles con el ambiente altamente alcalino del concreto y no afectar o interfieren en absoluto con la utilización de aditivos químicos. El resultado es un producto que es particularmente exitoso en proteger el concreto contra el resquebrajamiento por fuego y temperaturas altas.

b) Fibras de acero: Dependiendo del sistema de fabricación, hay fibras de diferentes tamaños, secciones, rugosidad superficial y formas. Pueden ser trefiladas en frío, cortadas o maquinadas. Su forma puede ser variable, recta, ondulada o con aplastamientos. Normalmente tienen deformaciones a lo largo de la fibra o en sus extremos. Esta última modalidad es más eficaz para aumentar la adherencia en el concreto. Para comparar una fibra con otra se utilizan tres conceptos: relación de esbeltez, anclaje y resistencia a la tracción del alambre. Una forma fácil de comparar el desempeño de dos fibras, es revisando la relación de esbeltez (longitud/diámetro). Las dosificaciones de fibras de acero oscilan normalmente entre 15 y 25 kg/m3 para pisos convencionales. En pisos sin juntas, normalmente se emplean dosificaciones mayores de 30 kg /m3 y para aplicaciones en concretos lanzados como los utilizados en túneles la dosificación es de 40 kg/m3.


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Al principio las fibras de acero parecían ser el remplazo más viable, pero resultaron tener similares problemas que el acero tradicional y además las cantidades requeridos – que requieren un cambio en la mezcla de concreto - y su difícil manejo hicieron que las nuevas investigaciones se concentraban más y más en las fibras sintéticas. La solución más interesante hasta hoy resulto ser las micro y macro fibras, compuestos de fibras de vidrio - especialmente resistentes a los álcalis -, polipropileno, polivinilos, polietilenos, acero, carbono, entre otros. Además de proteger el concreto de la fisuración en los estados tempranos de la mezcla, las fibras mejoran su impermeabilidad, su resistencia al fuego, al impacto y son más fáciles de distribuir en el concreto y de manejar que las fibras de acero. Haciendo los particularmente aptos para las aplicaciones de concreto proyectado.

c) Fibras sintéticas: Investigaciones realizadas en Estados Unidos, Canadá y Australia han comprobado que las fibras sintéticas (polietilenos y polipropilenos densos, entre otras) debidamente diseñadas, pueden usarse exitosamente como alternativa tradicional a la malla eletrosoldada. En este caso, las fibras sintéticas se clasifican dentro del grupo de las macrofibras, cuyo efecto principal dentro del concreto es asegurar una tenacidad acorde con las necesidades del diseño estructural. Al igual que las fibras metálicas, las macrofibras están diseñadas para mejorar las características mecánicas del concreto y se suministran en longitudes y diámetros distintos. La proporción de la mezcla depende de la longitud y el diámetro, pero las dosificaciones usualmente empleadas están comprendidas entre 1 y 2% en volumen (9 a 18 kg/m3), si bien existen aplicaciones con contenidos

mínimos del 0,1%, o máximos del 8%, en volumen.

Además de fibras de polipropileno, la empresa Cofrisa de Monterey con sus productos Fibramix ofrece interesantes alternativas si el concreto requiere además una protección contra la formación de hongos, microbios, bacterias y hasta termitas. Al igual que sus las micro fibras, están elaboradas de polipropileno 100% virgen, con un aditivo especial que forma parte integral de su composición, el cual altera la función metabólica de los microorganismos impidiendo su crecimiento y reproducción o mata las termitas a contacto.


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II.

Propiedades y ensayos aplicables a las fibras:

El rol principal de las fibras está ligado a dos aspectos principales: el control de la propagación de una fisura en un material en estado de servicio, reduciendo la abertura de las fisuras, y la transformación del comportamiento de frágil a dúctil de un material. El aspecto más importante del desempeño mecánico para el CRF es el comportamiento a la tensión. Sin embargo, es complicado realizar ensayos uniaxiales de resistencia a la tensión, especialmente si se busca conocer la respuesta del material después de la carga máxima. Las propiedades en estado fresco tienen influencia de la geometría de las fibras y la dosificación de las mismas. La manejabilidad del CRF depende de la dosificación en volumen de las fibras, la geometría, el estado superficial y el enlace entre ellas, las dimensiones de los agregados y su c antidad relativa. El ensayo de asentamiento con el cono de Abrams en el CRF presenta ciertas dificultades, ya que la matriz del concreto en la mayor parte de los casos es cohesiva y no fluye libremente. Por su parte, para determinar la resistencia al impacto del concreto en el ICONTEC se realizaron dos tipos de ensayo: Método de Placa Impactada y Drop-weight test (ACI –544.2R-89). Cabe decir que el ensayo adecuado para medir la fluidez en este tipo de concreto es por medio del cono invertido, en el cual se utiliza una vibración interna.

III.

Tenacidad:

La tenacidad es la propiedad que tiene en cuenta de manera simultánea la capacidad de un material tanto para resistir una carga como para deformarse. Es una medida de absorción de energía que se expresa en unidades de fuerza por distancia (N x mm). Esta propiedad se determina en ensayos de flexión sobre vigas o placas donde se registran la carga y la deflexión.

IV.

Resistencia al impacto:

La resistencia al impacto es la energía de rotura sobre una carga impulsiva. Normalmente se obtiene de un ensayo que incluye una tableta, simplemente apoyada en su perímetro, al centro de la cual se deja caer varias veces una esfera desde una altura estándar. V.

Parámetros de diseño para losas en CRF Losas de contra piso:

Para el diseño de las losas de concreto reforzadas con fibras hay que tener en cuenta diversos parámetros como: la resistencia del suelo que está por debajo de la losa, la magnitud y tipo de cargas que actúan sobre la losa y las características del concreto, en donde está intrínseca la calidad de la fibra que se esté colocando. Naturalmente, se tienen en cuenta características como la relación de esbeltez y dosificación de las fibras que le aportan cualidades al concreto.

VI.

Capacidad del terreno de fundación:

Se puede obtener por medio del Módulo de Resiliencia (k) donde se mide la compresibilidad del suelo, también es conocido como Módulo de Reacción de la Subrasante


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o Módulo de Elasticidad Equivalente del Suelo (Eg), el CBR (California Bearing Ratio) y con la Prueba de Penetración con Cono (CPT).

VII.

Características de las cargas:

Las condiciones de carga a las que va a estar sometida una losa de contrapiso deben evaluarse cuidadosamente. Algunas de ellas se relacionan a continuación: 1. Cargas únicas concentradas (cercanas o alejadas de esquinas y/o juntas). 2. Cargas múltiples concentradas (dos en fila, tres en fila, cuatro en fila, cuatro en rectángulo) y cada una de las posibilidades de carga que puedan estar localizadas cerca o lejos de esquinas o juntas.

3. Cargas uniformemente distribuidas. 4. Línea de carga (lejos o cerca de juntas y/o esquinas) 5. Esfuerzos por retracción de fraguado de concreto (lejos o cerca de esquinas o juntas). 6. Esfuerzos por temperatura (lejos o cerca de juntas o esquinas) que pueden producir alabeos de la losa. 7. Consideraciones de juntas (consideraciones de dovelas, juntas de contracción, unión de dos juntas de contracción y juntas libres).


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Conclusiones: • La incorporación de fibras de polipropileno, tiene una serie de repercusiones sobre las propiedades del concreto en estado fresco, destacando entre ellas la reducción de la trabajabilidad. A medida que aumenta el porcentaje de fibra de polipropileno adicionado al concreto la docilidad de la mezcla disminuye. (En nuestro caso particular la dosis de la fibra Fibermesh 300, comprendió una dosificación establecida de 900 gramos por m3 de concreto, la cual es un rango aceptable para no tener inconvenientes con la trabajabilidad del concreto). En algunos casos obras de mayor envergadura establecen dosis de 2 a 2.5 kilos por m3 de concreto, lo cual si afectan sustancialmente a la trabajabilidad del concreto. • Aplicamos a nuestra investigación de la mezcla del co ncreto con fibras de polipropileno dosis variadas de aditivo superplastificante Rheobuild 100 0, dependiendo del asentamiento que se requiera, a fin de mejorar la trabajabilidad del concreto sin adición de agua. • En cuanto a las propiedades mecánicas del c oncreto endurecido, se aprecia que la resistencia a la compresión en promedio del concreto con fibras de polipropileno aumenta en comparación al del concreto sin fibra. A los 7 días las resistencias en muchos casos no son mayores comparados con las del concreto normal, pero a los 28 días si se aprecia un relativo aumento de las resistencias a la compresión comparados con las del concreto normal. • Este aumento es muy pequeño, teniendo un máximo de variación con respecto al concreto sin fibras del orden del 4,19%. Se puede decir, que la adición de fibra de polipropileno no tiene mayor influencia en el aumento de la resistencia a la compresión del concreto. • El aporte de las fibras a la resistencia a la compresión del concreto es que evita que este tenga una falla frágil y explosiva, dándole ductilidad al compuesto. • En base a la bibliografía estudiada, se encuentra que existe acuerdo en cuanto a que el concreto reforzado con fibras de polipropileno mejora en forma notable la resistencia a los impactos y la fisuración por contracción plástica, además de mejorar, en algún grado, la capacidad de deformación del concreto otorgándole mayor tenacidad y ductilidad. • En la pruebas de paneles de contracción plástica o por secado, se observa que en el panel que contiene fibras de polipropileno disminuye considerablemente la anchura y la longitud de fisuras en un 50%. • Si se forman las fisuras por contracción, las fibras unen estas fisuras, ayudando a reducir su longitud y anchura. Los efectos de las fibras sobre el comportamiento del concreto en estado plástico y endurecido varían dependiendo de los materiales del concreto, proporciones de la mezcla, tipo y longitud de la fibra, y cantidad de fibra agregada. • Basado en el libro de concreto reforzado del ingeniero mexicano Gonzáles Cuevas, en el capítulo “Anchos permisibles”, se establecen límites en los anchos de grietas que son en el orden de 0,1 a 0,2 mm. Para ambientes agresivos, y de 0,2 a 0,4 mm. Para ambientes normales, observándose que el concreto simple cumple este requisito y aún más el concreto con fibras de polipropileno Fibermesh 300. • El simple hecho de añadir las fibras de polipropileno, crea un sistema avanzado de soporte interno que inhibe el agrietamiento por asentamiento en estado plástico, evitando la segregación y asentamiento de los ingredientes más pesados del concreto resultando además una exudación uniforme. • Al introducir las fibras de polipropileno, se incrementa la capacidad tensil del concreto en estado plástico. Conforme el concreto se endurece y retrae, el punto donde las micro


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grietas tienen mayor tendencia a desarrollarse, minimizando de esta forma el comienzo de planos débiles que se convierten en grietas. • La reducción o eliminación de grietas plásticas permite al concreto desarrollar su integridad óptima a largo plazo. Cuando se utilizan según las especificaciones del fabricante, las fibras inhiben de 80 a 100% la fisuración por contracción plástica o por secado. • Con las familias de fibras de polipropileno, de distintos fabricantes, la industria de la construcción tiene ahora una herramienta poderosa para inhibir la formación de agrietamiento en estado plástico. Al introducirse millones de fibras en la mezcla se le da al concreto un esfuerzo secundario multidimensional. El resultado es un sistema de refuerzo distribuido de manera uniforme que siempre está posicionado correctamente para combatir el agrietamiento en estado plástico.


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Recomendaciones: Las fisuras plásticas son la respuesta del concreto a los esfuerzos de tracción, debido a ello el concreto experimenta movimientos que se manifiestan mediante deformaciones (intrínsecas y extrínsecas), que pueden desarrollar microfisuras, fisuras y grietas. En el proceso constructivo de Edificios con Muros de Ductilidad Limitada ( MDL ) es posible minimizar significativamente las fisuras. Las fisuras que presenta el concreto están en función a muchos factores, antes de pensar en la manera de prevenirlas deberíamos primero identificar su causa. Por otro lado, es muy común la presencia de fisuras por contracción plástica y fisuras por contracción por secado. -La contracción plástica se debe a que al proceso de construcción acelerado impide la:

"libre" contracción de fragua y de secado, por ello origina esfuerzos internos a edad temprana, siendo los de tracción los que producen la fisuración de los elementos estructurales cuando éstos superan la capacidad del material, en especial en losas de concreto. Las fisuras por contracción plástica, aparecen en losas y placas de concreto armado, las causas principales son: el secado rápido a horas tempranas y la baja velocidad de exudación. La contracción por secado puede permanecer durante muchos meses aunque a ritmo decreciente, dependiendo de la forma del elemento. Con una contracción de 0,05% el concreto se acorta aproximadamente 1,5 mm en 3,0 m lineales y, si se restringe este fenómeno, inevitablemente se agrietará. -A continuación presento algunas recomendaciones a tomar en cuenta:

• En el caso de las losas, se deben de cont rolar las fisuras por contracción plástica mejorando el curado a primeras horas. La edad en que aparecen es de 30 min. a 6 horas. Se deben curar 3 horas después de finalizado el vaciado, con la aplicación de curador químico a fin que el shock térmico generen microgrietas por esfuerzos internos y cambios de temperatura a primeras horas. • En el caso de los muros, se deben curar con la aplicación de curador químico, inmediatamente después del desencofrado de los mismos. • Colocación de juntas de contracción cortadas o formadas en muros largos, hasta 6,00 m.: 1 Junta, mayores a 6,00m: 2 juntas simétricas. • Al aplicarse sellador de silicona, cinta y pasta para drywall se protegen para cuidar la durabilidad y se mimetizan las fisuras. • Separar alféizares con juntas francas. • Se debe interpretar la continuidad del movimiento del concreto debido a que la contracción por secado es mayor a 100 kg/cm2 en tracción. ¡No hay concreto convencional que la resista!. Esto produce efectos colaterales. • No usar dinteles, o independizarlos. • Después de curar la losa del 5° piso, se deben iniciar los trabajos de colocaci ón del pastelero a fin de reducir las fisuras por contracción por secado, ya que la losa está en contacto directo con el medio ambiente de manera permanente.


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Otras Recomendaciones: .- Fisuraciones por causa de Instalaciones Eléctricas y Sanitarias • Concentrar las instalaciones de desagüe en la losa de 0.20 m. • Tuberías plásticas deben estar centradas dentro del encofrado. • Tuberías de ventilación de 11/2”, por montantes exteriores o por ductos. • Reforzar esquinas en vanos indirectos. • Evitar que la tubería pegue contra el encofrado de techo. • Tableros eléctricos superpuestos o reforzados en esquinas.


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Anexos


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-Fibra de polipropileno:


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-Fibra de vidrio:


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-Fibra de nylon:


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-Fibra de acero:


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-Fibras sintética:


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Concreto Con Fibras

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