Linings proyectados permanentes para túneles: fibras que refuerzan el cálculo estructural

Es fundamental evaluar el comportamiento del HRF mediante ensayos específicos que verifiquen sus propiedades, tanto en fase de pruebas como durante la ejecución. Estos ensayos deben realizarse con materiales definitivos, incluyendo un hormigón patrón (sin aditivos) para contrastar resultados.

Los ensayos preliminares ayudan a comprobar cómo influye la adición de fibras en la resistencia a compresión, flexotracción y tenacidad, comparando siempre con un material sin fibras. En túneles, la capacidad de absorción de energía y la resistencia residual son parámetros clave, ya que el comportamiento del HRF viene determinado por el efecto post-fisuración del compuesto.

Existen diferentes métodos de ensayo para evaluar la absorción de energía (o tenacidad) del HRF, clasificados principalmente en dos grupos: ensayos directos (vigas y paneles) y ensayos indirectos.

Ensayos directos

Estos ensayos se realizan sobre probetas testigo de dimensiones adecuadas, extraídas del hormigón proyectado in situ o de artesas de ensayo.

• Ensayos de vigas: Son los más utilizados para caracterizar el comportamiento post-fisuración del HRF. Sin embargo, en la práctica, son difícilmente aplicables al hormigón proyectado reforzado con fibras debido a la dificultad de obtener vigas o elementos prismáticos de paneles de hormigón proyectado.
  • Ensayo de flexión en cuatro puntos – EN 14488-3: Este procedimiento estándar consiste en ensayar a flexión una viga aplicando carga a los tercios del vano entre apoyos. Se controla por desplazamiento y se registra la carga y el desplazamiento. La resistencia residual y la absorción de energía se obtienen de la curva carga-desplazamiento.
  • Ensayo de flexión en tres puntos – EN 14651: Este ensayo se realiza en una viga de 150 × 150 × 600 mm con una entalla central de 25 mm de profundidad. La viga debe tener un ancho y profundidad nominal de 150 mm y una longitud L de 550 ≤ L ≤ 700 mm. La viga se somete a flexión en tres puntos, aplicando carga en el centro del vano. El ensayo se controla por abertura de fisura (CMOD). Del ensayo, se determina la resistencia a tracción por flexión y resistencias residuales para CMOD de 0.5, 1.5, 2.5 y 3.5 mm.
• Ensayos de Panel: Originalmente desarrollados para evaluar las propiedades del hormigón proyectado.
  • Panel de sección cuadrada – EN 14488-5: El ensayo consiste en aplicar una carga puntual en el centro de un panel apoyado en cuatro lados. Las dimensiones del panel son 100 × 600 × 600 mm, y las líneas de apoyo forman una base cuadrada de 500 × 500 mm. El comportamiento se evalúa mediante la carga máxima y la absorción de energía para un desplazamiento de 25 mm, calculada como el área bajo la curva carga-desplazamiento.
  • Panel de sección circular – ASTM C1550: Este ensayo implica aplicar una carga puntual al centro de un panel apoyado en tres puntos. Las dimensiones del panel son 75 mm de espesor y 800 mm de diámetro. El uso de tres puntos de apoyo asegura una distribución uniforme de carga y planos de agrietamiento bien definidos, facilitando la predicción de la distribución de carga. El comportamiento se obtiene de la curva carga-desplazamiento. La capacidad residual y la absorción de energía se calculan para desplazamientos de 5 a 40 mm.
• Otros:
  • Ensayo Barcelona de doble punzonamiento – UNE-EN 83515: Este ensayo consiste en aplicar una carga de compresión a un cilindro mediante dos punzones de acero colocados en el centro de las superficies superior e inferior del cilindro. La altura y diámetro del cilindro son de 150 mm, y los punzones tienen 24 mm de altura y 37.5 mm de diámetro. Se realiza por control de desplazamiento. Se obtiene la curva carga-abertura circunferencial, para lo cual se coloca un extensómetro a media altura del cilindro. Los parámetros de carga residual y absorción de energía se determinan para aberturas circunferenciales de 2, 2.5, 4 y 6 mm.

Ensayos indirectos

Estos métodos permiten efectuar mediciones en cualquier lugar sin preparación previa, aunque requieren curvas de calibrado para el tipo específico de hormigón a ensayar.

• Método A: Determinación de la resistencia a la penetración de aguja: Mide la fuerza requerida para empujar una aguja de dimensiones definidas hasta una profundidad determinada dentro de la masa de hormigón proyectado (Norma UNE-EN 14488-2).
• Método B: Hincado y extracción de clavos: Se introducen clavos con cabeza de rosca en el hormigón proyectado con una pistola de pistones de seguridad, y luego se arrancan midiendo la fuerza necesaria. El parámetro para determinar la resistencia a la compresión es la relación entre la fuerza de arranque y la profundidad de penetración.