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Casos de estudio/ Construcción
Mejorando las propiedades mecánicas del hormigón
La finalidad es la de mejorar las propiedades mecánicas del hormigón

El Código Estructural (RD 470/2021, reemplazando la derogada EHE-08), es el nombre que recibe la normativa española sobre el cálculo y seguridad en estructuras de hormigón. Es de obligado cumplimiento para todas las estructuras donde sea empleado hormigón en España. El Anejo 7 recoge la parte relativa a los hormigones reforzados con fibras.

A los efectos de este Anejo, los hormigones reforzados con fibras (HRF) se definen como aquellos hormigones que incluyen en su composición fibras cortas y aleatoriamente distribuidas en su masa. El planteamiento es general para todo tipo de fibras. Aunque se va avanzando en ampliar los conocimientos sobre fibras de otros materiales, la base más amplia del conocimiento y la experiencia práctica de que se dispone es para fibras de acero, que se usan desde hace ya muchas décadas.

El empleo de fibras en el hormigón tiene finalidad estructural cuando se utiliza su contribución en los cálculos relativos a alguno de los estados límite últimos o de servicio y su empleo puede implicar la sustitución parcial o total de armadura en algunas aplicaciones

Se considerará que las fibras no tienen función estructural cuando se incluya fibras con otros objetivos como la mejora de la resistencia al fuego o el control de la fisuración

La incorporación de fibras modifica el comportamiento no lineal del hormigón estructural, especialmente en tracción, impidiendo la abertura y propagación de fisuras

Por ello, la aplicación del análisis no lineal puede ser especialmente recomendable en los casos en que las fibras constituyan una parte importante del refuerzo del hormigón

Asimismo, dada la ductilidad que introduce la presencia de fibras, se consideran válidos los principios para la aplicación del método de análisis lineal con redistribución limitada y de los métodos de cálculo plástico

La combinación de armadura convencional y fibras puede suponer una alternativa para reducir la cuantía de armadura convencional en regiones donde se presente una alta densidad de armadura que dificulte el correcto hormigonado del elemento

La geometría de la fibra tiene una incidencia importante en las características adherentes de la fibra con el hormigón

Las fibras de acero  deberán ser conformes con la UNE 83500-1 y, según el proceso de fabricación se clasifican en: 

  1. Trefiladas (Tipo I)
  2. Cortadas en láminas (Tipo II)
  3. Extraídas por rascado en caliente (virutas de acero) (Tipo III)
  4. Otras (por ejemplo, fibras de acero fundidas) (Tipo IV)

 

 

El hormigón reforzado con fibras se puede considerar un material compuesto de matriz cerámica.

Como en todo material compuesto, la eficacia de la fibra para mejorar el rendimiento mecánico de la matriz frágil depende en gran medida de la interacción fibra-matriz. En este caso, cuanto mayor es la superficie de contacto entre la fibra y la matriz de hormigón, mejor es el reparto de la carga a través de la interfaz. En esencia, la mejora en las propiedades de fractura resulta de las interacciones entre las grietas que avanzan y las fibras, o partículas de fase dispersa. La iniciación de grietas normalmente ocurre con la fase de la matriz, mientras que la propagación de grietas es impedida u obstaculizada por las fibras.

De ahí que a igualdad de longitud, fibras de diámetro reducido aumentan la superficie de contacto entre la matriz y la fibra, lo que redunda en un aumento de las prestaciones, siendo más eficiente y permitiendo una mejor redistribución de la carga ó de los esfuerzos. . Además, a nivel macro, fibras de menor diámetro implican el aumento del 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.

En general, en el sector este efecto se suele expresar en términos de esbeltez, que es el parámetro que relaciona la longitud con el diámetro de la sección transversal de la fibra, lo que ha llevado a la expresión de que fibras con “mayor esbeltez” tienden a dar mejores prestaciones. Esto no es estrictamente cierto.

Aunque un diámetro pequeño de la fibra normalmente implica una mejora de prestaciones en el hormigón, existen una serie de parámetros tecnológicos que permiten entender el porqué de las soluciones existentes hoy en día. Estos parámetros afectan tanto a la producción de las fibras (el proceso de reducción del diámetro implica siempre un descenso de productividad y por tanto un incremento de precio); como a la puesta en obra (fibras más finas presentan mayor superficie y por tanto mayor fuerza de rozamiento con la matriz de hormigón fresco, lo que dificulta su dispersión). Además, la longitud de la fibra se recomienda sea, como mínimo, 2 veces el tamaño del árido mayor, y es usual el empleo de longitudes de 2,5 a 3 veces el tamaño máximo de árido. Y en aplicaciones proyectadas, el diámetro de la tubería de bombeo exige que la longitud de la fibra sea inferior a 2/3 del diámetro del tubo. La longitud de la fibra debe ser suficiente para dar una adherencia necesaria a la matriz y evitar desprendimientos con demasiada facilidad.

Todos estos condicionantes son los que van a hacer evolucionar la industria en el futuro. Nuevos procesos productivos y nuevos procesos de mezclado y dosificación, además de nuevos materiales, pueden hacer evolucionar cómo se alcanzan las prestaciones deseadas en la aplicación, o incluso pueden ampliar el espectro de aplicaciones para el hormigón reforzado con fibras. Es importante entender cada proyecto y en base sólidas herramientas de cálculo y a la mayor variedad de fibras disponibles, realizar la selección que mejor se adecue al proyecto. Cada proyecto tiene su fibra.

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