Fibras para hormigón: Productividad desde la mezcla

Gentileza CAVE
Gentileza CAVE

La velocidad en el avance de la construcción de túneles es un factor de importancia a la hora de ejecutar un proyecto.

Las fibras para hormigón entregan una serie de ventajas relacionadas con los tiempos de construcción, logística, transporte, seguridad, entre otros.

Expertos consideran que las fibras plásticas destacan por su resistencia a la corrosión, a los álcalis y ácidos en ambientes agresivos.

Fabiola García S.
Periodista Construcción Minera

La construcción ha avanzado para incorporar mejores técnicas que permitan hacer un trabajo más seguro y eficiente. Las fibras para hormigón, una aplicación que reemplaza a las mallas electrosoldadas, apuntan en esa dirección.

Según la “Guía de materiales y productos para túneles y espacios subterráneos del CTES Chile, las fibras son elementos de corta longitud y pequeña sección que se incorporan al hormigón como un material más dentro de la dosificación, las cuales quedan distribuidas en la masa de forma aleatoria y tridimensional, para conferirle ciertas propiedades específicas (como la ductilidad y tenacidad). No se trata de un elemento nuevo, sin embargo, su aplicación en Chile, no sería la más frecuente.

De acuerdo con el documento de Sika, “Concrete Hormigón reforzado con fibras, el uso de hormigón proyectado o shotcrete para el reforzamiento de un túnel se constituye en parte de la ruta crítica de un ciclo de excavación. “Los tiempos de ahorro que representan eliminar la colocación y fijación de la malla justificarían la diferencia en costo por metro cuadro del material colocado. Sin embargo, más allá del aumento en el rendimiento de excavación, el uso de las fibras como refuerzo permite un ahorro muy importante en la cantidad de hormigón lanzado debido a que pueden seguirse estrictamente los espesores del hormigón colocado”, se explica en el texto, agregando además que “la condición de seguir estrictamente el perfil de la excavación sin preocuparse por cubrir (sepultar) la malla, no solo se convierte en un ahorro evidente de material, sino que al mismo tiempo en un ahorro de tiempo”.

Asimismo, se precisa que el interés de cualquier constructor de túneles es disminuir la excavación al máximo y el control de espesores es un capítulo de vital interés en la concepción y construcción de estas obras subterráneas.

Otro aspecto a considerar es la seguridad, ya que al sustituir la malla, se evita su instalación sobre roca suelta, con lo que se reduce la exposición al riesgo del personal que ejecuta las obras.

Las fibras para hormigón también favorecen la logística al eliminarse los espacios de acopio y distribución al suplir el transporte de mallas de acero en los proyectos. No obstante, según detalla José María Espinosa, gerente de Ventas en Bekaert-Maccaferri, las fibras remplazan el uso de mallas en ciertas condiciones geológicas y no son aptas para zonas con grandes deformaciones del macizo rocoso.

A continuación un repaso de algunas fibras disponibles en el mercado.

Fibras sintéticas estructurales
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En Cave presentan la fibra TUF STRAND SF la cual se puede utilizar en túneles, construcción de piscinas, estabilización de taludes, pisos de bodegas y muros.
Esta fibra reemplaza el uso de malla reforzada, reduciendo el costo operacional. “Nuestra fibra está certificada en Chile, pues la pusimos a disposición del Ministerio de Obras Públicas y su departamento de Vialidad para que verificaran sus cualidades in situ, en un ensayo de flexotracción de hormigón con fibra”, indican.
“Su base de polipropileno y polietileno haría que tenga mayor flexibilidad y que se esconda por completo en el hormigón, a diferencia de otras más rígidas y que se dejan ver una vez terminado el fraguado”, explican desde la empresa. Según su promotor, posee la norma ASTM C-1116 que es la especificación para el hormigón y shotcrete reforzado con fibra, diseñada específicamente para proveer una resistencia a la tensión equivalente a la de los refuerzos convencionales.

La meta final es que la fibra refuerce estructuralmente el hormigón en contra de las grietas. “Una nueva tecnología que poco a poco va tomando fuerza en proyectos de nuestro país”, señalan.

TUF STRAND SF puede ser adicionado a la mezcla en un rango de 1,8 – 12 Kg/m3 dependiendo de la aplicación y requerimientos del diseño del hormigón. Su resistencia a la tensión es de 600 – 650 MPa (87 – 94 Ksi) y la longitud de fibra, de 50 mm (2”). Sus características serían: controla y mitiga la retracción y fisuración por retracción plástica, reduce la segregación y la exudación, da un control tridimensional de la contracción plástica, reduce el contenido de fibra y optimiza el espesor comparado con las fibras metálicas para aplicación de concreto lanzado, reduce el deterioro de equipos, reduce el rebote del concreto lanzado cuando se compara con fibras de acero y otras fibras sintéticas, resistente a corrosión, no es magnética y no es un refuerzo estructural conductible, entre otros.

Polímeros durables
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Elasto Plastic Concrete (EPC) ofrece las macro fibras sintéticas estructurales BarChip, como resultado de su programa de investigación y desarrollo “Fibra Futura”. El objetivo de este programa es desarrollar una variedad de fibras que lograrían los mejores niveles de rendimiento en distintas aplicaciones. Incorporaría la última tecnología de polímeros, ingeniería de diseño y procesos en la fabricación para una mejor durabilidad y rendimiento.
Sus productos Barchip 48, R50, 54, MQ58, 60 y 65 son fabricados con resinas de olefina modificada, con presentaciones en largos de 48-50-58-60-65 mm y tendrían una resistencia a la tracción sobre 6.500 kilogramos por centímetro cuadrado.

Los beneficios de utilizar fibras serían: aumenta la ductilidad a la flexión del hormigón, aumenta la resistencia y capacidad de carga de la matriz frágil del hormigón, aumenta la resistencia a la abrasión e impacto del hormigón, mejora el control de la fisuración del hormigón, material inerte, no se corroe, durabilidad a largo plazo, entre otros.

Las fibras BarChip están certificadas por la norma europea CE bajo los requerimientos de desempeño de la norma británica BS EN 14889 y por la norma ASTM C-1116-03, normas de especificación para hormigón reforzado con fibras y shotcrete, como Fibra Tipo 3.

Metales y plásticos que añaden resistencia
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Emaresa trabaja fibras metálicas y plásticas, cuyos principales usos son como soporte primario de roca en túneles civiles y mineros, soporte final en el mismo tipo de túneles, dovelas para tuneladoras TBM, pavimentos y proyectos especiales.
En el caso de fibras de plástico cuenta con NTH Macronita 55, compuesta en un 100% de polipropileno virgen. Cumpliría con la norma ASTM C1.116/C1.116M Tipo III y ASTM D7508/D7508M. Su largo es de 55 mm, tenacidad de 500 MPa, mientras que su dosificación para 1 MPa (resistencia residual) es de 2,5 Kg/m3 según el tipo de hormigón y sus requisitos.

Por otra parte, ofrece las fibras metálicas Bekaert LH 35/0,7 y Bekaert GH 65/35, de acero trefilado en frío, con extremos conformados y cortadas en longitudes que garantizarían un anclaje óptimo. Al ser incorporadas al hormigón mejorarían sus propiedades, disminuirían la fisuración, aumentarían la absorción de energía y resistencia al impacto, entre otros.

La dosificación de la primera, para 700 Joules (energía absorbida) es de 30 Kg/m3 y de la segunda de 20 kilogramos por metro cúbico.

Los ensayos regularmente utilizados para determinar resistencia residual y absorción de energía de estos productos son: EN 14651, EN 14488-5 (panel EFNARC), EN 14889 y ASTM 1609.

Desde Bekaert-Maccaferri, José María Espinosa, gerente de Ventas, destaca las fibras de acero Dramix® para uso en los túneles permanentes en la faena minera, que controlan el ancho de fisura dentro del hormigón de manera más eficiente, lo que hace que las estructuras como túneles de acceso, zonas de seguridad, barrios cívicos y otros, sean más seguras.

Estas fibras consisten en alambres de acero al carbono de alta resistencia a la tracción con bordes deformados que proporcionan capacidad de carga luego de formada la fisura en el hormigón. Al ser mezcladas con este aportan refuerzo en el espesor total de la capa de hormigón proyectado. “En casos particulares pueden ser galvanizadas para ser usadas en zonas de muy altas concentraciones de aguas ácidas”, explica.

Innovación para la construcción
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Desde Sika, Carlos Muñoz, gerente de Negocios Concrete, explica que las fibras que representan el mayor avance tecnológico en el mercado, son las plásticas, ya que su diseño le otorga a los hormigones propiedades tales como: resistencia a la corrosión, a los álcalis y ácidos, incremento de su ductilidad, reducción de la fisuración de fraguado, etc.
Muñoz explica que las fibras plásticas pertenecen al tipo termo-plásticas, orgánicas fabricadas fundamentalmente a partir del polipropileno.
Las fibras macro-sintéticas, se identifican químicamente como poliolefinas (polipropileno y/o polietileno). El polipropileno es un polímero del propileno y el polietileno es un polímero de la resina de etileno. “El futuro se presenta alentador para este tipo de fibras, ya que mejoran las propiedades del hormigón como: su durabilidad, resistencia al fuego, su tenacidad con una mayor ductilidad, y a un costo bastante razonable”, comenta Muñoz.

Las fibras plásticas están representadas como mono filamento, de longitud 30-65 mm, diámetro 0,7 mm, relación de esbeltez 71. Se usan en dosis normales de 5 a 7 kg por m3 de hormigón dependiendo de la absorción de energía especificada por proyecto.

Desde la compañía destacan las fibras de acero para reforzamiento de hormigón Sika®Fiber CHO/65/35-NB, las que estarían especialmente encoladas para facilitar la homogenización en el hormigón, evitando la aglomeración de las fibras individuales. Su relación largo/diámetro permitiría un alto rendimiento con menor cantidad de fibra.

Sus ventajas serían: incrementar la resistencia del hormigón al impacto y a la fisuración, incrementar la ductilidad y absorción de energía, reducir la fisuración por retracción, no afectar los tiempos de fraguado, su condición de encolada asegura una distribución uniforme en el hormigón, relación largo/diámetro igual a 65 para un máximo rendimiento y extremos conformados para obtener máximo anclaje en el hormigón.

Por otra parte, las macro-fibras sintéticas de poliolefina para hormigón SikaFiber® Force PP-48 ofrecerían un rendimiento óptimo en ambientes altamente corrosivos.

Ventajas del uso de hormigón con fibras

En cuanto a su resistencia En cuanto a su comportamiento tensión-deformación En cuanto a su durabilidad
· Resistencia a compresión simple.· Resistencia a tracción.

· Resistencia a flexión.

· Tenacidad a esfuerzos de compresión.· Tenacidad a esfuerzos de tracción.

· Tenacidad a esfuerzo de flexión.

· Ductilidad.

· Resistencia a la corrosión.· Resistencia a los álcalis.

· Resistencia a los ácidos.

· Resistencia a la fisuración.

· Impermeabilidad.

· Resistencia a los sismos y/o vibraciones.

· Resistencia al fuego.

· Resistencia a las explosiones.

“Con 7 kg/m3 de fibra de polipropileno se puede reemplazar unos 40 kg/m3 de fibra de acero”, informa Carlos Muñoz de Sika.

Post Author: Fabiola Garcia Sanders