Hormigón reforzado con Fibra de Vidrio

U.M.R.P.S.F.X.CH. Facultad de Ingeniería Civil

Tecnología del Hormigón

HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRA DE VIDRIO INTRODUCCIÓN Los materiales aglomerantes, en la forma de hormigones o morteros, son atractivos para su uso como materiales de construcción, dado su bajo costo, su durabilidad y su adecuada resistencia a la compresión para un uso estructural. Adicionalmente, en el estado fresco ellos son fácilmente moldeables a las formas más complejas que sean requeridas. Su defecto radica en sus características de baja resistencia a la tracción y a los impactos, y a su susceptibilidad a los cambios de humedad. Un reforzamiento mediante fibras puede ofrecer un conveniente, práctico y económico método para superar estas deficiencias. La adición de fibras como refuerzo de hormigones, morteros y pasta de cemento pueden incrementar muchas de las propiedades de éstos, destacando entre ellas, la resistencia a la flexión, tenacidad, fatiga, impacto, permeabilidad y resistencia resistencia a la abrasión En el caso específico del refuerzo del hormigón con fibra de vidrio se han obtenido buenos resultados cuando se trata de morteros de áridos finos [2], utilizándose en distintas aplicaciones, tales como, paneles antirruido y paneles de fachadas de edificaciones, dadas su fácil instalación y su poco peso. El material utilizado para la fabricación de dichos paneles es conocido como GRC (Glass Reinforced Concrete).

ANTECEDENTES TEÓRICOS Materiales Compuestos Materiales Materiales Compuestos Compuestos Reforzados Reforzados con con Fibras Fibras Tecnológicamente, Tecnológicamente, los materiales compuestos con fases dispersas en forma de fibras son los más importantes. A menudo se diseñan materiales compuestos reforzados con fibras con la finalidad de conseguir elevada resistencia y rigidez a baja densidad. Estas características se expresan mediante los parámetros resistencia específica y módulo específico, que corresponden, respectivamente, a las relaciones entre la resistencia a la tracción y el peso específico y entre el módulo de elasticidad y el peso específico. Utilizando materiales de baja densidad, tanto para la matriz como para las fibras, se fabrican compuestos reforzados con fibras que tienen resistencias y módulos específicos excepcionalmente elevados.

Conceptos Generales del Comportamiento Mecánico de Materiales Reforzados con Fibras Influencia Influencia de la la Longitud Longitud de de la Fibra Fibra Las características mecánicas de los compuestos reforzados con fibras dependen no sólo de las propiedades de la fibra, sino también del grado en que una carga aplicada se transmite a la fibra por medio de la fase matriz. En este proceso de transmisión de carga es muy importante la magnitud de la unión en la interfaz de las fases matriz y fibra. Al aplicar un esfuerzo de tracción, la unión fibra-matriz cesa en los extremos de la fibra y en la matriz se genera un patrón de deformación como el que se muestra en la Figura 1-3; en otras palabras, en los extremos de la la fibra no hay transmisión de carga desde desde la matriz.

1



Figura 1-3. Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de tracción.

Influencia Influencia de la la Orientación Orientación y de la Concentr Concentración ación de la Fibra Fibra La disposición u orientación relativa de las fibras y su concentración y distribución influyen radicalmente en la resistencia y en otras propiedades de los materiales compuestos reforzados con fibras. Con respecto a la orientación existen dos situaciones extremas: (1) alineación paralela de los ejes longitudinales de las fibras y (2) alineación al azar. Las fibras continuas normalmente se alinean (Figura 1-4a), mientras que las fibras discontinuas se pueden alinear (Figura 1-4 b) o bien se pueden orientar al azar (Figura 1-4c) o alinearse parcialmente.

Figura 1-4. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras (a) continuas y alineadas, (b) discontinuas y alineadas y (c) discontinuas y orientadas al azar

Fase Fibrosa Una import Una important antee caract caracterí erísti stica ca de muchos muchos materi materiale ales, s, especi especialm almen ente te los frágil frágiles, es, es que las fibras fibras con diámetros pequeños son mucho más resistentes que el material macizo. Los materiales clasificados como fibras son policristalinos o amorfos y tienen diámetros pequeños; los materiales fibrosos son generalmente polímeros o cerámicas (p.ej., aramida, vidrio, carbono, boro, óxido de aluminio y carburo de silicio). La Tabla 1-3 también indica algunos datos de varios materiales utilizados como fibras.

Fase Matriz La fase matriz de un material compuesto con fibras ejerce varias funciones. En primer lugar, une las fibras y actúa como un medio que distribuye y transmite a las fibras los esfuerzos externos aplicados; sólo una pequeña fracción del esfuerzo aplicado es es resistido por la matriz. Además, la matriz debe ser dúctil y, por otra otra parte, el módulo elástico de la fibra debe ser mucho mayor que el de la matriz. En segundo lugar, la matriz protege las fibras del deterioro superficial que puede resultar de la abrasión mecánica o de reacciones 2



qu quím ímic icas as con con el medi medioo ambi ambien ente te.. Esta Estass inte intera racci ccion ones es intr introd oduc ucen en defe defect ctos os superficiales capaces de originar grietas, que podrían p odrían producir fallos con esfuerzos de tracción relativamente bajos. Finalmente, Finalmente, la matriz separa las fibras y, en virtud de su relativa blandura y plasticidad, impide la propagación de grietas de una fibra a otra, que originaría fallos catastróficos; en otras palabras, la matriz actúa como una barrera que evita la propagación de grietas. Aunque algunas fibras individuales se rompan, la rotura total del material compuesto no ocurrirá hasta que se hayan roto gran número de fibras adyacentes, que forman un agregado de tamaño crítico.

Fibra de Vidrio La fibra fibra de vidrio vidrio es un materi material al compue compuesto sto con consis sisten tente te en fibras fibras con contin tinuas uas o discontinuas de vidrio embebidas en una matriz plástica [13]; este compuesto se produce en gran cantidad. El vidrio se utiliza como material de refuerzo debido a las siguientes razones: a. Es fácilmente hilable en fibras de alta resistencia. b. Es fácilmente disponible y se puede aplicar económicamente para producir plástico reforzado con vidrio utilizando una gran variedad de técnicas de fabricación de materiales compuestos. c. Cuando está embebida en una matriz plástica produce un compuesto con muy alta resistencia específica. d. Cuando está unido a varios plásticos se obtienen materiales compuestos químicamente inertes muy útiles en una gran variedad de ambientes corrosivos.

TIPOS DE VIDRIO Vidrio E: un pionero Desde 1930, la fibra de vidrio 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. Usado solo o en asociación con barniz o resinas sintéticas, fue su primera aplicación industrial en gran escala. La fibra de vidrio E es el tipo más comúnmente usado, tanto en la industria textil, como en compuestos donde responde por el 90% de los refuerzos usados.

Vidrio R: alto desempeño mecánico Este tipo de filamento fue creado a pedido de sectores como aviación, espacio y armamentos. Satisface las exigen exigencia ciass de ellos ellos en términ términos os de compo comport rtamie amiento nto de materi materiale aless en relaci relación ón a fatiga fatiga,, tempe temperat ratura ura y humedad. Debido a su alto desempeño técnico puede ser utilizado para reforzar láminas de rotor de helicópteros, pisos de aviones, tanques de combustible de aviones, proyectiles y lanzadores de proyectiles. Desarrollado principalmente para estas aplicaciones, también encontró otras salidas, por ejemplo, en la industria de deportes y recreación, transporte y blindaje balístico.

Vidrio D: características dieléctricas muy buenas 3



Compuestos a partir de vidrio D tiene muy bajas pérdidas eléctricas y son entonces usados como un material que es permeable a ondas electromagnéticas, con beneficios muy importantes en términos de características eléctricas. La fibra de vidrio D es usada en la fabricación de ventanas electromagnéticas, y superficies de circuitos impresos de alto desempeño.

Vidrio AR: resistente a álcali El vidrio AR fue desarrollado especialmente para reforzar cemento. Su alto contenido de óxido de zirconio ofrece resistencia excelente para los compuestos alcalinos durante el secado. El refuerzo de cemento con filamentos de vidrio AR da módulos mejorados de ruptura con buena durabilidad. Esto significa que el modelado hecho en cemento con refuerzo de vidrio puede ser mucho más leve. Aplicaciones principales son: sustitución de asbesto en tejados y coberturas, paneles de revestimiento y componentes de construcción.

Vidrio C: El vidrio C es usado para la producción de mats 4 de vidrio para las cuales son requeridas propiedades de resistencia a la corrosión (como capa externa anticorrosivo de tubos y para superficies de tubos compuestos). Una comparación entre las propiedades mecánicas de los distintos tipos de vidrio puede ser apreciada en la Tabla 1- 4, que se muestra a continuación. Tabla 1-4. Propiedades Mecánicas de los distintos tipos de Fibra de Vidrio

Propiedades

Vidrio E

Vidrio D

Vidrio R

Vidrio AR

Densidad (g/cm3)

2.60

2.14

2.53

2.68

Resistencia a la Tensión 3400 (MPa)

2500

4400

3000

Módulo 72 Elástico (GPa)

55

86

72

Resistencia a la ruptura 4.5 (%)

4.5

5.2

4.3

La Fibra de Vidrio A. R. Historia .- Las fibras de vidrio AR (álcali-resistentes) presentan altas prestaciones para el refuerzo de morteros de cemento, hormigones y, en general, piezas que puedan verse sometidas al ataque de tipo alcalino. El hormigón presenta muy buenas características ante la compresión, pero ofrece muy escasa resistencia a la tracción, por lo que resulta inadecuado para piezas que tengan que trabajar a flexión o tracción. Esta característica ha conducido a numerosas investigaciones y desarrollos para mejorar las resistencias ante estos sometimientos, intentando lograr dentro del mundo de los materiales compuestos la solución a esta carencia. El desarrollo más conocido es el refuerzo del hormigón con barras de acero en las zonas de tracción, dando un material compuesto llamado Hormigón Armado. Su inconveniente es conducir a mayores dimensiones y pesos, así como a una menor rapidez de construcción y puesta en obra, lo que, de forma directa, conduce a un encarecimiento de las piezas por la utilización de abundante mano de obra y manipulación de las mismas. 4



Ante esta desventaja numerosos trabajos e investigaciones se pusieron en marcha y fruto de ellas fueron los intentos de aligeramiento y reducción de espesores mediante la adición de fibras de refuerzo. Los primeros desarrollos se lograron con la utilización de fibras de asbesto. El material resultante, llamado "asbestocemento", presentaba grandes ventajas de costo y trabajabilidad. En 1967 el Dr. A.J. Majundar, del Building Research Establishment (BRE) del Reino Unido, empezó a investigar los vidrios que contenían circonio, logrando convertir en fibra alguno de ellos y demostrando la resistencia que presentaban estas fibras ante el ataque alcalino en un medio agresivo como el que suponía el refuerzo de los cementos Pórtland. Tras 4 años de continuas investigaciones, el refuerzo para los cementos se logró y la patente de esta investigación fue solicitada por el National Research Development Corporation (NRDC).

Figura 1-5. Resistencia al ataque alcalino de distintos tipos de fibra de vidrio en cemento Pórtland. A la izquierda Vidrio E, luego de 8 días a 50°C (2.2 años naturales), al centro, Vidrio E + polímero acrílico tras 8 días a 50°C, y a la derecha, Cem-FIL luego de 3 meses a 50°C (25 años naturales) [17.]

FABRICACION Como principal materia prima en la fabricación de un GRC 6 (Glass Fibre Reinforced Cement), se emplean las fibras de vidrio Álcali-Resistente, mediante las cuales el GRC logra las características que se van a detallar en este estudio. Los principales componentes de este vidrio AR, se muestran en la Tabla 1-5. l proceso de fabricación de la fibra de vidrio AR-Cem-FIL sigue las siguientes etapas: • Composición - Fusión: Las materias primas, finamente molidas, se dosifican con precisión y se mezclan de forma homogénea. A continuación la mezcla, llamada vitrificable, es introducida en un horno de fusión directa y calentada a una temperatura determinada. Las temperaturas de fusión rondan los 1550 °C y éstas dependerán de los elementos constituyentes del vidrio (fundentes, formadores de red, etc.). • Fibrado: El vidrio en estado fundido, al salir del horno, es conducido por unos canales (Feeders) alimentando las hileras de fabricación de fibras. Estas hileras son elementos fabricados con aleaciones de platino, de forma prismática y con la base trabajada con un número determinado de agujeros de dimensiones controladas. El vidrio fundido se mantiene en la hilera a unos 1250 °C, temperatura que permite su colada por gravedad, dando origen a barras de vidrio de algunas décimas de milímetro de diámetro. A la salida de la hilera, el vidrio se estira a gran velocidad, entre 10 y 60 m/s según el micraje de fibra a fabricar (diámetro a obtener). Para la obtención del vidrio como tal y tras el estado fundido, tal y como se encuentra en las hileras, se procede a un rápido enfriamiento del vidrio fibrado. El enfriamiento se realiza en una primera fase por 5



radiación y en una segunda por pulverización de agua fría. De esta forma se logra la no orientación de las partículas en el espacio y por tanto la formación de ese sólido amorfo que es el vidrio, en este caso AlcaliResistente. El vidrio obtenido tras este proceso tiene forma de filamento de varias micras de diámetro. Para el vidrio AR los diámetros normales de filamentos oscilan entre las 14 y las 20μ (micras) según el producto y la aplicación a la que se dirija. • Ensimado: El conjunto de filamentos desnudos, tal y como salen de la hilera, son inutilizables directamente, ya que no hay cohesión entre ellos, no resisten la abrasión, carecen de flexibilidad y trabajabilidad. Para corregir estos defectos y dar nuevas propiedades a la fibra en función de su aplicación, así como para poder transformarla y trabajarla en su fabricación y presentación comercial, es necesario revestir los filamentos con una fina película (ensimaje) que está constituida en general por una dispersión acuosa de diversos compuestos químicos que presentan una función bien definida. El ensimaje se deposita sobre los filamentos a la salida de la hilera cuando la temperatura del vidrio está todavía comprendida entre los 60 y 120°C, según las condiciones de fibrado. La cantidad de ensimaje que se deposita sobre el vidrio es relativamente baja (entre el 0.5 y el 5%). Inmediatamente después del ensimaje se procede a la unión de los filamentos para formar los hilos o conjunto de filamentos dispuestos en formato comercial. La unión de los filamentos se realiza mediante unos "peines" con gargantas especiales en los cuales se produce la unión facilitada por el ensimaje. Es este proceso el que otorgará al filamento y al hilo las características especiales que: a. Le hará apto ante una aplicación específica. b. Dará cohesión entre filamentos. c. Dará resistencia frente a la abrasión que el filamento pueda sufrir consigo mismo, con otros filamentos o con otras superficies. d . Elimina cargas electrostáticas en los filamentos o unión de los mismos. e. Facilita la trabajabilidad del filamento y su transformación. f. Rigidiza en mayor o menor medida la unión de los filamentos ó hilos. En la actualidad existe una familia de ensimajes que unidos a la fibra de vidrio Álcali-Resistente Cem-FIL, le confieren características específicas para la aplicación determinada a la que vaya destinada. De esta forma existen ensimajes especiales para: a. Resistir la abrasión que supone el amasado de la fibra en un medio extremadamente agresivo como es el de la mezcla con arena, cemento, agua y aditivos químicos. b. Facilitar su corte y proyección en una pistola especialmente diseñada para estos procesos de transformación de la fibra. c. Facilitar la dispersión de los filamentos, esto es, facilitar la desunión entre filamentos. Este ensimaje fue expresamente desarrollado para la sustitución del amianto. 6



• Bobinado: Los hilos obtenidos de la unión de los filamentos son bobinados para dar lugar a productos finales (roving directo) o productos intermedios (ovillos), que se bobinan según diferentes formas y geometrías. Será en el proceso de bobinado donde se controlará la velocidad de rotación de la bobinadora y por tanto la velocidad de estirado de la fibra de vidrio. • Secado: Los productos procedentes del bobinado se pasan por diferentes dispositivos de secado con objeto de eliminar el exceso de agua en el que había disuelto el ensimaje y otorgar al ensimaje un tratamiento térmico necesario para consolidar sus propiedades frente a las aplicaciones a las que será sometido. • Transformación final: En la transformación final se realizarán las operaciones necesarias para conferir al hilo el formato adecuado para la correcta utilización por parte de los Fabricantes de GRC. Destacan entre las presentaciones comerciales actuales del vidrio Á1ca1i-Resistente Cem-FIL el roving ensamblado y los hilos cortados, que serán los que se utilizarán en esta investigación:

Roving Ensamblado: El roving ensamblado se obtiene de la unión de un número determinado de hilos, procedentes de ovillos, formando una "mecha". Esta mecha es bobinada en forma de Roving o gran carrete de dimensiones, peso y densidad controladas. Los rovings van destinados a aplicaciones de proyección simultánea (ya sea manual o automatizada) y a procesos de refuerzo con hilos continuos y/o cortados.

Hilos Cortados: Los hilos procedentes de los ovillos son, en este caso, cortados en longitudes determinadas, según lo exija la aplicación a la que vayan destinados. Los hilos cortados van destinados a los procesos de amasado y aplicación por medio del colado-vibrado tradicional o por el de proyección de la mezcla realizada. Un esquema del proceso de fabricación de la fibra de vidrio junto a sus productos finales puede ser apreciado en la figura 1-6

7



.

FABRICACIÓN DE UN GRC

Elementos Constituyentes Los componentes más usuales de un GRC son: 

Cemento.



Arena.



Agua.



Fibra de Vidrio A. R.



Aditivos. 8 7



Entre los aditivos destacan los plastificantes, fluidificantes, superplastificantes, pigmentos, impermeabilizantes, hidrófugos, polímeros, elementos puzolánicos especiales, etc. Estos aditivos serán agregados, o no, dependiendo de las propiedades y diseño a otorgar al GRC en cada obra y en base a los requerimientos exigidos en las prescripciones correspondientes. Bajo la descripción general de GRC hay numerosas posibilidades de variar las mezclas dependiendo del uso del producto final o del método de fabricación elegido para producir una familia de compuestos. La estandarización está más arraigada en las mezclas empleadas sobre GRC para aplicaciones arquitectónicas y en las mezclas usadas en el proceso de fabricación por proyección simultánea. Por su parte, la cantidad de fibra de vidrio dependerá: a. Del proceso de fabricación del GRC: Dependiendo del proceso de fabricación del GRC se tendrán variaciones en la cantidad de fibra añadida. Esto es, si el proceso es el de proyección simultánea (uso de la fibra en forma de roving) la cantidad de fibra de vidrio Álcali-Resistente Cem-FIL será del 5% en peso del total de la mezcla realizada para la fabricación del GRC. Por el contrario, si en el proceso de fabricación se ha de incorporar la fibra de vidrio durante el amasado del mortero (premezcla o premix) la proporción será del 3% del total de la mezcla realizada. b. De la Aplicación: Las fibras de vidrio AR pueden ser incorporadas entre el 0.1 % y el 5% en peso. Cuando la proporción es baja, las fibras AR minimizan la segregación de materiales y evitan las microfisuraciones de las piezas fabricadas con cemento, aumentando la dureza y la resistencia a los choques. Cuando las proporciones se presentan entre el 1 % y el 2%, las fibras AR son ideales para mezclas armadas, reduciendo la densidad de productos de hormigón. Cuando la proporción está entre el 2% y el 3.5% las fibras AR sirven de refuerzo primario en productos realizados por moldeo y vibración de bajo coste. Cuando la proporción es de un 5% se utilizan las fibras AR para las aplicaciones que exigen una gran resistencia, tales como los paneles de fachada arquitectónicos. c. La Resistencia a otorgar a GRC: La cantidad de vidrio Álcali-Resistente en forma de fibras es muy importante desde el punto de vista de la resistencia que presenta el elemento compuesto GRC, pero también es importante tener en cuenta la longitud de las fibras para la consecución de unos adecuados niveles de resistencia. Otro parámetro a controlar durante el proceso de fabricación del GRC, es la longitud de la fibra7, la cual dependerá en gran medida del proceso de fabricación, ya que, por ejemplo, en procesos de premezcla una fibra muy larga puede dar problemas de amasado y de destrucción de la fibra por abrasión en su superficie. Para estos procesos las longitudes ideales (aquéllas con las que se tiene la mayor resistencia con una perfecta trabajabilidad) oscilan entre los 6 y 24 mm, presentando sus mayores prestaciones a los 12 mm. Para procesos de proyección simultánea (utilización de roving) las longitudes ideales oscilan entre los 30 y los 45 mm [19].

Procesos de fabricación de un grc. Dentro de este apartado se presentan los diferentes procesos actuales de fabricación de un GRC. Hay que tener en cuenta que procesos distintos y/o híbridos a los presentados pueden utilizarse para la fabricación de piezas específicas.

Procesos de Proyección Simultánea La proyección simultánea es un proceso de fabricación mediante el cual se obtienen piezas de GRC reforzadas de forma bidireccional (en el plano). La fabricación consistirá en la proyección de capas que posteriormente se irán compactando entre sí hasta formar el espesor total de la lámina o panel de GRC (normalmente 9



entre 10 y 15 mm). Dentro de este proceso de fabricación del GRC se incluye [20]: a. Proyección Simultánea Manual: Un operario es el encargado de proyectar las capas, mediante una pistola de proyección (ver figura 1-7). Se utiliza para la fabricación de paneles de cerramiento de gran tamaño o de otro tipo de elementos de construcción que requieren una elevada resistencia.

pistola de proyección realiza un b. Proyección Simultánea Automática: La movimiento de vaivén transversal sobre unos moldes que van pasando por debajo Este método se emplea con productos planos como los encofradosperdido de puentes, o para componentes que pueden posformarse con una técnica de molde plegado, tales como conductos de cables.

c. Proyección Simultánea Robotizada: Las máquinas son controladas por computador, basándose en el principio de proyección concéntrica8, siendo capaces de proyectar a intensidades de hasta 35 kg/min. Se pueden memorizar los perfiles para repetirlos con exactitud. El computador controla la velocidad de la cinta transportadora, la velocidad de bombeo de mortero y los dispositivos de control de circulación del agua.

Procesos de Premezcla En el proceso de premezcla, el refuerzo de la fibra de vidrio actúa de forma tridimensional, pues las fibras se orientan en las tres direcciones. 10



Todos los procesos de premezcla tienen en común el acto del mezclado, que normalmente se efectúa en una hormigonera o en un amasador simple de paletas. Las fibras de vidrio Cem-FIL, a diferencia de algunas otras de refuerzo, presentan una perfecta incorporación y se pueden mezclar hasta un % elevado dentro de un mortero sin que se produzcan apelotonamientos o problemas de homogeneización. El proceso de premezcla consta, normalmente, de dos etapas. En la primera se mezclan y amasan los componentes del mortero y se adicionan las de vidrio, y en la segunda se aplica la mezcla al molde (o en su caso a la realización de la obra in-situ, como por ejemplo, en la realización de revocos, soleras, etc.). Por lo general, las resistencias obtenidas con los procesos de premezcla son inferiores a las obtenidas por proceso de Proyección Simultánea. Por otra parte, dada la extremada simplicidad, la fácil trabajabilidad y la sencilla puesta en obra, el proceso de colado-vibrado se convierte en la aplicación más rápida y sencilla de realización de todas las de fabricación de piezas en GRC. Dentro de este proceso de fabricación del GRC se destaca [21]: a. Proceso de Colado-Vibrado: Es el proceso más difundido de aplicación de premezcla. Las fases de realización de un colado vibrado son: Realización de la premezcla, colado en un molde, vibrado, fraguado, desmoldeo y curado. Este proceso se emplea para la fabricación de gran número de piezas tanto ornamentales como arquitectónicas (ver figura 1-9). Dentro de este proceso se destacan dos variantes: •

Colado-Vibrado en Molde Abierto.

•

Colado-Vibrado en Molde y Contramolde.

b. Proyección de Premezcla: Esta aplicación ha tenido gran aceptación en los últimos años pues el nivel de resistencia que las piezas de GRC adquieren con él está entre las grandes resistencias del GRC procedente de Proyección Simultánea y las de un GRC procedente del Colado-Vibrado

11 1



Características Mecánicas, Físicas y Químicas de un GRC En la que se muestra a continuación, se aprecian los niveles de resistencia adquiridos por un GRC a los 28 días, fabricado tanto por el método de proyección como por el de premezcla, además se compara con un mortero que no contiene fibra de vidrio. Todos los valores corresponden a placas de espesor de 10 mm. Tabla 1-6. Resistencias Mecánicas a los 28 días de un GRC.

Propiedades

Proyección

Premezcla

Mortero Común

Fibra Cem-FIL (% en peso)

5

3

0

Módulo de Rotura (MPa)

20 – 30

10 – 14

5 – 12

Límite Elástico (MPa)

7 – 11

5–8

3–6

Módulo de Rotura (MPa)

8 – 11

4–7

3 –5

Límite Elástico (MPa) Resistencia a la Compresión (MPa)

5–7 50 – 80

4–6 40 – 60

3–5 20 – 50

Resistencia al Choque (Kj/m2)

10 – 25

10 – 15

5 – 10

Módulo de Elasticidad (GPa)

10 – 20

10 – 20

9 – 15

Deformación a la Rotura (%)

0.6 – 1.2

0.1 – 0.2

0.1 – 0.2

Densidad del Material (g/cm3)

1.9 – 2.1

1.8 – 2.0

1.7 – 2.1

Tracción

Tanto la resistencia como la durabilidad del GRC pueden verse mejoradas notablemente gracias a la adición de un tipo de metacaolín específico, y también con la adición de polímeros acrílicos. Los datos expuestos se aplican a formulaciones de GRC con una relación arena/cemento entre el 0.5 y 1. Las propiedades físicas y químicas del GRC se muestran en la Tabla 1-7. Tabla 1-7. Propiedades Física y Químicas típicas de un GRC

Propiedad

Valor

Pesos Aproximados Lámina simple 8 mm de espesor (kg/m2)

16

Lámina simple 12 mm de espesor (kg/m2)

24

Panel Sándwich9 (kg/m2)

44

Retracción irreversible (%)

0.05 12



Retracción final (%)

0.2

Coeficiente de Dilatación Térmica (mm/°C)

10 – 20 x 10-6

Coeficiente de Conductividad Térmica (W/m °C)

0.5 – 1

Resistencia Química

Buena

Resistencia a los Sulfatos

Se usan cementos especiales

Ambiente Marino

No afecta propiedades mecánicas

Hielo – Deshielo

Ningún cambio

Luz ultravioleta

No lo degrada

Acústica – Reducción de dB Lámina de GRC de 10 mm de espesor (dB)

30

Lámina de GRC de 20 mm de espesor (dB)

35

Sándwich de 10 cm (dB)

47

Aislamiento Térmico Lámina simple 8 mm de espesor (W/m °C)

5.3

Lámina simple 12 mm de espesor (W/m °C)

5.2

Panel Sándwich (W/m °C)

0.4

El panel sándwich en este caso se compone de una lámina de GRC de 10 mm de espesor, una capa de poliestireno expandido de 110 mm y otra capa de GRC de 10 mm de espesor.

Ventajas competitivas del GRC La mayor de las ventajas que presenta el GRC es su reducido peso (del orden de entre 1/3 y 1/10 del peso de elementos equivalentes en hormigón convencional) guardando las mismas o superiores prestaciones. Esta ventaja de ligereza va a repercutir, positivamente, sobre diferentes factores de diseño e instalación de las piezas y/o estructuras que soporten el GRC y de las mismas instalaciones (puesta en obra) de las piezas realizadas en este material. Una pequeña lista de factores que pueden verse modificados frente a la utilización del GRC, es la siguiente: a. Transporte de las piezas a obra. Por su característica de ligereza se pueden transportar del orden de 3 a 5 veces más piezas de GRC que de hormigón convencional, lo cual abarata una partida importante como es la del transporte de los elementos prefabricados a obra. b. Estructura y cimentaciones del edificio que sustentan las piezas del GRC . Se ha de tener en cuenta el ligero peso que presentan las piezas de GRC a la hora del diseño de la estructura y sus cimentaciones, lográndose grandes ahorros de material. El poco peso lo hace ideal para su uso en edificios de gran altura. c. Maquinaria de instalación y puesta en obra. Ya que las piezas de GRC son poco pesadas, la maquinaria necesaria para su instalación en obra es mucho más ligera (de menor capacidad). 13



d. Cuadrillas de montaje. Debido a la ligereza y características del GRC el montaje se simplifica, reduciéndose el número total de montadores necesarios. e. Anclajes y herrajes de unión a los entramados de la estructura son mucho más ligeros, lo cual repercute sobre el ahorro de materiales. f. El montaje es mucho más rápido. Debido al poco peso de las piezas de GRC las grúas emplean menos tiempo de montaje y por tanto de construcción. El reducir el tiempo de construcción, permitirá anticipar la entrada en el edificio de otros oficios y un ahorro en los costos de financiación. Todos estos factores de ahorro, estudiados en su conjunto, suponen una grandísima ventaja competitiva del GRC y lo convierten en líder frente a otros materiales alternativos.

Cualidades del GRC Las fibras de vidrio tienen excelentes propiedades, que hacen de ellas el refuerzo ideal para los materiales compuestos de matriz inorgánica. AR es la fibra idónea, por resistencia alcalina, por su alto rendimiento y por sus altas prestaciones, para el refuerzo de los composites (materiales compuestos) de cemento. Las principales cualidades que las fibras AR confieren al GRC son:

a. Durabilidad, ya que la fibra utilizada es inmune a la acción de los álcalis del cemento. b. Gran resistencia al impacto, debido a la absorción de energía por los haces de fibra. c. Im ermeabilidad, aún en e ueños es esores. d. Resistencia a los agentes atmosféricos. e. El GRC no se corroe ni se deteriora en condiciones atmosféricas. f. Incombustibilidad, derivada de las características de sus componentes. g. Aptitud de reproducción de detalles de superficie (ideal para imitar piedra

o

pizarra).

h. Ligero, lo que reduce los costos de transporte, puesta en obra e instalación. i. Aptitud a ser moldeado en formas complejas. (Especialmente útil para

la

renovación y restauración de inmuebles).

. Gran resistencia contra la ro agación de fisuras. k. Reduce la carga en los edificios, lo que conduce a una reducción de los costes de estructura y cimentación. l. Reduce los cuidados de mantenimiento. m. Excelente resistencia frente al vandalismo. n. Enorme catálogo de texturas y acabados de superficie realizables. o. Ilimitadas posibilidades de diseños arquitectónicos. Principales Aplicaciones del GRC Todas las características anteriormente citadas hacen del GRC un material ampliamente utilizado10. 14



Sus aplicaciones presentan un campo muy extenso en la Arquitectura e Ingeniería. A continuación se detallan las aplicaciones más usuales del GRC:

a. En la Industria de la Construcción: •

Paneles de Fachada y cerramientos en general

•

Sistemas modulares de vivienda

•

Elementos para cubiertas

•

Decoración de interiores

•

Piscinas

•

Pavimentos

•

Revestimiento de Túneles

b. En la protección contra el fuego: •

Puertas y pantallas antifuego

•

Conductos antifuego

c. En el aislamiento térmico: •

Paneles para aislamiento térmico de edificios

•

Cámaras Frigoríficas

d. En el control del ruido: •

Barreras antirruido en autopistas, carreteras y ferrocarril

•

Protección de maquinarias ruidosas.

e. En la industria marítima: •

Pontones, canales y boyas

•

Tanques para piscifactorías

f.

En la agricultura: •

Comederos para animales

•

Elementos de drenajes

•

Suelo de granjas

•

Bebederos

g. En el diseño: 15 1


•

Mobiliario urbano de todas clases

•

Escudos y adornos

•

Moldes

•

Elementos decorativos

•

Imitaciones a rocas en parques artificiales.


16 1



DESCRIPCIÓN DE LOS ENSAYOS Trabajabilidad Durante la etapa en que el hormigón se mantiene en estado fresco es de gran importancia poder otorgarle una docilidad adecuada, para el uso que se desea darle. Debido a que las fibras reducen la trabajabilidad del hormigón fresco, se hace necesario determinar en qué proporción lo hacen. Para cuantificar la trabajabilidad del hormigón se medirá el asentamiento de cono. Este ensayo fue ideado por el investigador norteamericano Abrams. Su ejecución está regulada por la NCh 1019 y consiste básicamente en rellenar un molde metálico troncocónico de dimensiones normalizadas, en tres capas apisonadas con 25 golpes de varilla-pisón y, luego de retirar el molde, medir el asentamiento que experimenta la masa de hormigón colocada en su interior. Esta medición se complementa con la observación de la forma de derrumbamiento del cono de hormigón, mediante golpes laterales con la varilla-pisón.

Compresión La resistencia a la compresión es una de las propiedades más importantes del hormigón, siendo también el factor que se emplea frecuentemente para definir su calidad. El procedimiento de ensayo para la determinación de la resistencia a la compresión del hormigón está establecido en la norma chilena NCh 1037 – 77 [26]. El valor de la resistencia obtenido en el ensayo no es absoluto, puesto que depende de las condiciones en que ha sido realizado. Entre estas condiciones, las de mayor influencia son analizadas a continuación:

a. Forma y dimensiones de la probeta: •

Las probetas empleadas normalmente para determinar la resistencia a la compresión son de forma cúbica o cilíndrica. De las primeras, se emplean de preferencia las de 15 y 20 cm de arista, y para las segundas las de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura.

b. Condiciones de ejecución del ensayo: 17


•

Velocidad de aplicación de la carga de ensayo.

•

Estado de las superficies de aplicación de la carga.

•

Centrado de la carga de ensayo.


c. Características del hormigón: •

Tipo de cemento.

•

Relación agua / cemento.

•

Edad del hormigón.

d. Condiciones ambientales: •

Temperatura.

•

Humedad

18 1



DESARROLLO DE LA ETAPA EXPERIMENTAL

MATERIALES

Áridos Los áridos empleados son una arena y una gravilla de tamaño máximo 8 mm. Para determinar las propiedades de los áridos, tales como densidad aparente compactada, densidad neta y absorción, tanto de la arena como de la gravilla, se siguieron los procedimientos establecidos por las normas chilenas. Tabla 3-1. Propiedades de los Áridos.

Propiedad

Densidad Aparente Densidad Neta

Unidad

Arena

Gravilla

3

1,74

1,68

3

2,60

2,61

2,77

1,87

[g/cm ] [g/cm ] [%]

Absorción

Áridos

Para determinar la granulometría de los áridos se procedió a tamizar los áridos. Tabla 3-2. Granulometría de Áridos.

Tamices Empleados ASTM

Porcentaje que pasa en peso

Arena

Gravilla

8 mm

100

100

N° 4

91

72

N° 8

84

51

N° 16

73

30

N° 30

58

20

N° 50

21

7

N° 100

6

3

M. F.

2,67

4,17

Determinación de Impurezas en las Arenas para Hormigones Según norma, se establece como requisito general para las arenas que serán utilizadas en la 19



confección de morteros y hormigones, no presentar impurezas orgánicas. Siguiendo la norma se procedió a determinar colorimétricamente la presencia de impurezas orgánicas. Al someter la arena a la acción del hidróxido de sodio al 3% durante un período de 24 horas se obtuvo una disolución de color más débil al patrón. Esto indica un contenido despreciable por lo que resulta una arena recomendable para ser utilizada en la fabricación de hormigones y morteros. La medición de impurezas orgánicas fue realizada en el laboratorio de Materiales Poliméricos del IDIEM de la Universidad de Chile.

Cemento El cemento utilizado es fabricado por CEMENTO MELON S.A. y su denominación comercial es cemento Melón especial, que corresponde a un cemento tipo Portland puzolánico de grado corriente.

Fibras de Vidrio Álcali-Resistentes La fibra de vidrio utilizada, es un monofilamento resultante de la dispersión de haces de fibra al entrar en contacto con la humedad del hormigón. Su nombre comercial es Cem-FIL Anti-Crack HD (High Dispersión), y es fabricado por el grupo SAINT GOBAIN- VETROTEX. El diámetro del filamento corresponde a 14 micras y su longitud a 12 mm, por lo cual su relación de aspecto (cociente entre el largo de la fibra y su diámetro) equivale a 857. La Tabla 3-3 muestra un resumen con las características físicas y mecánicas más importantes de este tipo de fibra.

Tabla 3-3. Principales Propiedades Mecánicas y Físicas de la Fibra de Vidrio Cem- FIL Anti-Crack HD.

Propiedad

Resistencia a la Tracción del Filamento

Valor 1,7 GPa 20



Módulo Elástico de Young

72 Gpa

Gravedad Específica

3

Alargamiento a la Rotura

2 68 /cm 2,4%

Diámetro del Filamento

14 µm

Longitud

12 mm

Relación Longitud-Diámetro

857:1

Número de fibras por kilo

212 millones

Agua Para la confección de los hormigones se utiliza agua potable tomada directamente desde la red de suministro de la ciudad de Santiago.

Aditivo Al adicionar fibra de vidrio, disminuye la trabajabilidad del hormigón. Por este motivo se utiliza un aditivo plastificante. Considerando que los hormigones sujetos de este estudio pueden ser producidos y comercializados por empresas de hormigón premezclado, se decide usar un aditivo que además tenga características de retardador de fraguado, para así facilitar su eventual traslado a grandes distancias en camiones revolvedores. El aditivo usado es Plastiment H.E.R. fabricado por SIKA S.A. La dosificación utilizada es la recomendada por el fabricante, que equivale al 1% en peso de cemento.

DOSIFICACIÓN Y CONFECCIÓN DEL HORMIGÓN

Dosificación del Hormigón Patrón En primer lugar se procede a dosificar el hormigón H-25 (resistencia a la compresión de 250 kg./cm2 a los 28 días y medida en probetas cúbicas de arista 20 cm). Para ello se sigue la metodología indicada por el ACI (American Concrete Institute), tomando como puntos de partida un tamaño máximo del árido de 8 mm y un asentamiento de cono entre 5 y 10 cm. Para evaluar la dosificación obtenida, se hace una colada de prueba en la cual se mide la trabajabilidad y se toman muestras para ensayar a compresión a los 7 días. En base a los resultados de esta colada de prueba se procede a ajustar la dosificación calculada, obteniéndose las cantidades definitivas de materiales a usar para el hormigón. Dicha dosificación se indica en la Tabla 3-4. Las probetas de prueba fueron confeccionadas en Obra, y curadas y ensayadas en la sección aglomerantes del IDIEM de la Universidad de Chile. 3

Tabla 3-4. Dosificación en peso seco para 1 m de hormigón H-25.

Material

Peso [kg] 21



Cemento

460

Gravilla

645

Arena

900

Agua de Amasado

245

Agua de Absorción

37

Aditivo Plastiment H.E.R.

4,6

Peso Total

2292

Relación agua / cemento

0,53

Confección del Hormigón Con el objeto de establecer una comparación más efectiva entre el comportamiento de hormigones con y sin fibra, se planifica la preparación conjunta de todos los tipos de hormigones a partir de una sola colada de origen. Para lo anterior se procede a separar el hormigón fresco, inmediatamente después de amasado, en 5 fracciones correspondientes a cada tipo de hormigón (un hormigón patrón y 4 hormigones con fibras). El procedimiento detallado de la confección de los hormigones se describe a continuación: a) Pesar los áridos separadamente (gravilla y arena) en estado húmedo. b) Homogeneizar separadamente los dos áridos mediante una revoltura a pala, para que así ellos

presenten un estado de humedad uniforme. c) Tomar muestras de los áridos pesados y determinar su contenido de humedad. d) Corregir por humedad el peso de los áridos y del agua. e) Pesar el cemento, agua total (agua de amasado y de absorción corregida por humedad),

aditivo y fibras. f) Preparar la betonera, humedeciéndola antes de cargar los materiales. g) Preparar

el aditivo, aproximadamente).

mezclándolo

con

una

fracción

del

agua

total

(10

a

15%

h) Cargar la gravilla y la arena en la betonera, agregando una fracción del agua total (un 20%

aproximadamente). i) Revolver los áridos durante 30 segundos para humedecerlos completamente. j) Cargar el cemento en la betonera. k) Amasar los materiales durante 2 minutos, agregando el agua y aditivo restante. l) Revolver manualmente la mezcla verificando su estado (asegurándose de que no quede

material sin mezclar adherido al fondo y en las paredes de la betonera). 22



m) Amasar durante otros 2 minutos. n) Determinar la densidad aparente del hormigón fresco. o) Descargar

en pailas plásticas, previamente humedecidas, la cantidad de hormigón correspondiente a la fracción de cada tipo (ello se hace pesando el material equivalente a un cierto volumen). El hormigón en las pailas es cubierto con láminas de polietileno para evitar la evaporación del agua.

p) Cargar la betonera con la fracción de hormigón correspondiente a un cierto porcentaje de

fibra. q) Iniciar un amasado de 2 minutos, durante el cual se va incorporando paulatinamente la fibra

mediante una “lluvia continua” de los filamentos sobre el hormigón. r) Revolver manualmente la mezcla verificando su estado (asegurándose de que la fibra se haya

mezclado uniformemente y que no hayan grumos de fibras). s) Amasar durante otros 3 minutos. t) Descargar el hormigón con fibra en una paila, cubriéndolo para evitar evaporación. Cargar

nuevamente la betonera con otra fracción de hormigón y repetir los puntos q, r y s, hasta haber confeccionado todos los tipos de hormigones. u) Una vez amasados todos los hormigones, medir la docilidad de cada uno de ellos mediante el

cono de Abrams. v) Moldear las probetas correspondientes para los ensayos planificados de la colada.

Todo el proceso de mezclado de los distintos hormigones requiere un tiempo aproximado de 45 minutos. La medición de la docilidad y el moldeo de las probetas requiere a su vez de otros 30 minutos, La faena de confección del hormigón requiere la participación de a lo menos 3 personas.

TIPOLOGÍA DE PROBETAS FABRICADAS EN OBRA

La fabricación de probetas se realizó según los procedimientos establecidos por la norma chilena NCh 1017. Dada la docilidad de estos hormigones, comprendida entre 5 y 10 cm de asentamiento de cono, se escogió como procedimiento de compactación de la mezcla al interior de los moldes, el apisonado.

Fabricación de Probetas Cúbicas para Ensayos de Compresión Una vez obtenida la docilidad requerida para la mezcla de hormigón reforzado con fibra de vidrio se procedió a la confección de los cubos. La mezcla de material se añadió en dos capas de espesor similar dentro de los moldes de 150 mm de arista, debidamente engrasados. Luego de depositar una capa ésta era apisonada distribuyendo los golpes en toda la sección del molde. Al terminar el apisonado de la segunda capa se procedió al alisado superficial. En total se fabricaron 20 probetas cúbicas.

Fabricación de Probetas Prismáticas para Ensayos de Flexotracción Al igual que el caso anterior, la mezcla fue adicionada a los moldes, previamente engrasados, en dos capas de espesor similar, procediendo a apisonarlas. Terminado el apisonado se procedió al alisado 23



superficial. Las dimensiones de éstos moldes prismáticos corresponden a 15 cm de ancho, 15 cm de alto y 53 cm de largo. El número total de probetas prismáticas es 20.

Curado Inicial y Desmolde de las Probetas Una vez concluido el proceso de llenado de los moldes, se cubrió la superficie de éstos con polietileno para evitar la evaporación del agua superficial y se protegió el conjunto probeta-molde por todos sus lados con arena húmeda. Las probetas cúbicas fueron desmoldadas a las 24 horas en el laboratorio de hormigones de IDIEM, en el mismo lugar.

Identificación de las Probetas Tabla 3-6. Nomenclatura de las Probetas

1° Identificador C = Cubo

2° Identificador 07 = Ensayo a los 7

3° Identificador 000 = 0% de

4° Identificador

Ejemplo

1= probeta n°1

C284002

2 = probeta n°2

V070001

050 = 0,05% de V = Vigueta

28 = Ensayo a los

100 = 0,1% de 200 = 0,2% de 400 = 0,4% de

Curado de las Probetas en el Laboratorio Las probetas cúbicas fueron colocadas en la cámara de curado a una temperatura de 20°C ±1°C y a una humedad relativa de 95 ±1%. Las probetas estuvieron 7 ó 28 días en la mencionada cámara.

Las probetas prismáticas fueron sumergidas en agua tranquila y saturada con cal a la misma temperatura que la anterior. Dependiendo de la edad de hormigón requerida para los ensayos de flexo tracción, dichas probetas prismáticas estuvieron 7 ó 28 días sumergidas en las piscinas del laboratorio de hormigones de IDIEM.

24 2



DESARROLLO DE LOS ENSAYOS

Ensayo de Trabajabilidad El hormigón cumple con el requisito de tener un tamaño máximo del árido menor que 50 mm y su trabajabilidad está dentro de los límites establecidos para la aplicabilidad del método, entre 2 y 18 cm. Al realizar los ensayos no se observan inclinaciones o disgregaciones del cono de hormigón, por el contrario, se observa una gran cohesión y plasticidad de la mezcla. Para el caso de los distintos hormigones con fibras de observa una mayor cohesión en relación al hormigón patrón. Esto se nota al llenar el cono y al disgregar el cono con la varilla pisón posteriormente a la medición.

Ensayo de Compresión Se ensayan dos cubos por cada tipo de hormigón (distintos porcentajes de fibra de vidrio adicionado) a 7 y a 28 días.

25 2



Ensayo de Flexo tracción Según la norma, para las dimensiones de esta probeta prismática se debe realizar el ensayo con dos cargas puntuales del mismo valor, aplicadas en los límites del tercio central de la luz de ensayo. Se ha escogido una luz de ensayo de 45 cm, de esta manera se respeta la distancia mínima de 2,5 cm que debe quedar entre las líneas de apoyo y los extremos de la probeta.

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Ensayo de Trabajabilidad Con el ensayo de trabajabilidad se logra apreciar una clara influencia de la presencia de las fibras en el hormigón fresco, observándose una disminución de la docilidad de la mezcla a medida que aumentaba el porcentaje de fibra de vidrio adicionado. Tabla 4-1. Resultados Ensayo de Trabajabilidad.

26 2



Tipo de Hormigón

Promedio Asentamiento de

Desviación Variación c/r a Estándar Hormigón Patrón

Cono [cm]

[%]

H0

7,8

1,0

-

H1

7,7

0,8

1,3

H2

7,3

0,8

6,8

H3

6,9

0,8

13,0

H4

6,3

0,7

23,8

A medida que aumenta la cantidad de fibra adicionada a la mezcla de hormigón el asentamiento de cono es menor. Es decir, a mayor porcentaje de fibra adicionado menor será el asentamiento de cono. El mayor asentamiento de cono correspondió al hormigón patrón con 7,8 cm, mientras que el menor alcanzó a los 6,3 cm, es decir, un centímetro y medio de diferencia, respecto del mayor. Este último valor correspondió al hormigón H4 que contiene 0,4% de peso en fibra de vidrio.

El menor porcentaje de variación entre un hormigón con fibra y el hormigón patrón lo obtuvo el hormigón H1, que tiene un porcentaje de fibra adicionado de 0,05% en peso de la mezcla. Esta variación con respecto al hormigón patrón alcanzó al 1,3%, tal como puede ser apreciado en el Gráfico 4-2. Por su parte la máxima variación con respecto al hormigón patrón correspondió al hornigón H4. Dicha variación correspondió al 23,8%. Los hormigones H2 (0,1% de fibra de vidrio en peso) y H3 (0,2% de fibra de vidrio en peso), ocuparon valores intermedio, obteniendo variaciones de 6,8% y 13,0% con respecto al hormigón patrón, respectivamente.

27



Ensayo de Compresión Al realizar el ensayo de compresión se obtienen los valores que se indican: Tabla 4-2. Resultados Ensayo a Compresión a 7 Días.

Tipo de Promedio de Resistencia a Desviación Variación c/r a Hormigón la Compresión Estándar Hormigón Patrón [%]

2

[kgf/cm ]

H0

187

4,2

-

H1

189

5,7

1,1

H2

190

3,5

1,3

H3

192

2,1

2,6

H4

195

2,8

4,1

Tabla 4-3. Resultados Ensayo de Compresión a 28 Días.

Tipo de Promedio de Resistencia Desviación Variación c/r a Hormigón a la Compresión Estándar Hormigón Patrón [%]

2

[kgf/cm ]

H0

257

4,2

-

H1

262

3,5

1,7

H2

262

1,4

1,9

H3

263

2,1

2,1

H4

267

3,5

3,7

Los resultados obtenidos indican, que si bien al aumentar la cantidad de fibra adicionada aumenta la resistencia a la compresión, este aumento es muy pequeño. 28



En el siguiente gráfico se puede apreciar que si bien hay un efecto en el aumento de la resistencia a la compresión a medida que se adiciona mayor porcentaje de fibra de vidrio, porcentualmente este aumento es muy poco, variando entre el 1,1% y el 4,1%, respecto al hormigón patrón

Ensayo de Flexotracción Tabla 4-5. Resultados Ensayo de Flexotracción a 7 Días.

Tipo de Promedio de Resistencia Desviación Variación c/r a Hormigón a la Flexotracción Estándar Hormigón Patrón [%] 2 [kgf/cm ]

H0

26,4

0,8

-

H1

27,4

2,0

3,6

H2

28,7

0,6

8,0

H3

30,4

0,9

13,0

H4

33,0

1,4

20,0

Tabla 4-6. Resultados Ensayo de Flexotracción a 28 Días.

29



Tipo de Promedio de Resistencia Hormigón a la Compresión

Desviación Estándar

Variación c/r a Hormigón Patrón [%]

2

[kgf/cm ]

H0

37,7

0,8

-

H1

39,0

0,6

3,2

H2

41,3

1,0

8,7

H3

44,0

1,1

14,2

H4

46,8

0,5

19,4

Al realizar el ensayo de flexo tracción se observa un importante aumento de la resistencia del hormigón, tanto a los 7 como a los 28 días, a medida que aumenta el porcentaje de fibra presente en la mezcla de hormigón,.

Porcentualmente hablando, el incremento más alto de resistencia a la flexotracción, con respecto al hormigón patrón, lo mostró el hormigón que contenía mayor cantidad de fibra de vidrio. Es decir, mientras mayor fue la cantidad de fibra de vidrio adicionada, mayor fue el aumento porcentual de resistencia a la flexotracción.

30



CONCLUSIONES

El Hormigón en Estado Fresco La incorporación de fibras de vidrio, tiene una serie de repercusiones sobre las propiedades del hormigón en estado fresco, destacando entre ellas la reducción de la trabajabilidad. A medida que aumenta el porcentaje de fibra de vidrio adicionado al hormigón la docilidad de la mezcla disminuye. La trabajabilidad seleccionada para los hormigones patrones de esta investigación fue de 7,5 cm de asentamiento de cono, con lo que se cubre un rango muy amplio de estructuras que requieren dicho valor para una óptima colocación de la mezcla. Producto de la adición de fibras la trabajabilidad disminuye hasta un asentamiento de cono de 6 cm, es decir, la reducción de la docilidad alcanza a un máximo de 20%. Este aspecto es de mucho interés, dado que se hace necesario conocer esta reducción de trabajabilidad para poder tomar las precauciones del caso, al momento de diseñar la dosificación del hormigón con fibras. Para dosis mayores de fibras a las usadas en esta investigación, la reducción de trabajabilidad es aún mayor [45], lo cual incide directamente en el costo del hormigón, puesto que se hace necesario el uso adicional de aditivos plastificantes o bien aumentar el agua de amasado en conjunto con la dosis de cemento (para mantener constante la relación agua/cemento), a la vez que se obliga un mayor control en el proceso de producción de hormigón. La pérdida de trabajabilidad en el hormigón con fibras está acompañada de un efecto que puede ser beneficioso, ya que se aumenta la cohesión del hormigón. Lo anterior ofrece algunas ventajas constructivas en algunas obras particulares, tales como EL Hormigonado de taludes, vaciado del hormigón desde cierta altura y hormigón proyectado [46].

El Hormigón Endurecido En cuanto a las propiedades mecánicas del hormigón endurecido, se aprecia que la resistencia a la compresión si bien aumenta a medida que la mezcla de hormigón contiene mayor porcentaje de fibra de vidrio; este aumento es muy pequeño, teniendo un máximo de variación con respecto al hormigón patrón del orden del 4%. Se puede decir, que la adición de fibra de vidrio no tiene mayor influencia en el aumento de la resistencia a la compresión del hormigón. En cuanto a la resistencia a la flexotracción, se aprecia claramente el aumento de este valor a medida que 31



se aumenta el porcentaje de fibra de vidrio presente en la mezcla de hormigón. Es así como se alcanza un máximo de 20% de aumento de la resistencia de la flexotracción respecto del hormigón patrón a los 7 días y un 19,4% de aumento a los 28 días. Como ya se ha señalado estos valores correspondieron al hormigón que contenía mayor cantidad de fibra de vidrio. Se concluye entonces que la adición de fibra de vidrio es un factor relevante en el aumento de la resistencia a la flexotracción de los hormigones.

Posibles Usos del Hormigón Reforzado con Fibra de Vidrio El uso de fibras de vidrio como parte integrante del hormigón, es capaz de producir cambios favorables en su comportamiento. De los ensayos realizados se advierte que los mayores beneficios se obtienen en el aumento de la resistencia a la flexotracción de los hormigones. En base a la bibliografía estudiada [47,48], se encuentra que existe acuerdo en cuanto a que el hormigón reforzado con fibras de vidrio mejora en forma notable la resistencia a los impactos y la fisuración por retracción plástica, además de mejorar, en algún grado, la capacidad de deformación del hormigón otorgándole mayor tenacidad y ductilidad. Como consecuencia del análisis de los resultados de la presente investigación, se puede señalar que las aplicaciones en las cuales el hormigón reforzado con fibra de vidrio puede brindar excelentes resultados, son las siguientes: •

Losas

•

Sobrelosas

•

Pavimentos Industriales

•

Pavimentos para Contenedores

•

Hormigón Proyectado

•

Revestimientos de Túneles

•

Prefabricados

Comparación con Otras Fibras de Refuerzo Dos de las fibras más usada en el refuerzo del hormigón además de la de vidrio, son la fibra de polipropileno y la fibra de acero. La fibra de polipropileno presenta la mayoría de los atributos en el hormigón que presenta la fibra de vidrio, sin embargo, no tiene influencia en el aumento de la resistencia a la flexotracción en el hormigón [49], como sí lo hace la fibra de vidrio. Desde este punto de vista la fibra de vidrio es superior. La fibra de acero presenta propiedades similares en el hormigón a las que presenta la fibra de vidrio, sin embargo, la cantidad de acero que se necesita para resistir una misma carga máxima, es el doble que la de vidrio [50]. Dado el precio de la fibra de acero que alcanza los 0,1 U.F./kg y el precio de la fibra de vidrio que alcanza los 0,2 U.F./kg, ambas fibras son perfectamente comparables en cuanto a costos.

32

Hormigón reforzado con Fibra de Vidrio

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