GUÍA PARA EL USO DE FIBRAS SINTÉTICAS DE TOXEMENTEN EL CONCRETOVERSIÓN 2018

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GUÍA PARA EL USO DE FIBRAS SINTÉTICAS DETOXEMENT EN EL CONCRETO.

Evolución de las fibras en la tecnología de concreto

Desde tiempos antiguos se ha utilizado fibras para reforzar materiales frágiles, por ejemplo, la paja se utilizó en el refuerzo de ladrillos de barro (adobe) y en muchos muros que hoy adornan nuestros paisajes. En la década de los cincuentas se desarrollaron los primeros estudios con fibras de acero y fibras de vidrio, en tanto que en los años sesenta se empezaron a utilizar las fibras sintéticas.

En 1.965 se integró el comité ACI 544 (Concreto reforzado con fibras), con el fin de proponer recomenda-ciones para el uso de las fibras y desde esa época hay avances muy importantes en la tecnología de las fibras para proveer mejores propiedades mecánicas al concreto.

Las fibras sintéticas han estado presentes en el mercado colombiano por muchos años. De hecho, las microfibras sintéticas se han comercializado en el país desde los años ochenta y las macrofibrassintéticas se han especificado o aplicado desde principios del dos mil. Los dos tipos de fibras han sido utilizados exitosamente en diversidad de proyectos y aplicaciones.

Tipos de fibras sintéticas

Las fibras para el refuerzo del concreto se producen a partir de diferentes materiales, tamaños y geometrías. ACI 544 y ASTM C 1116 clasifican las fibras en base a su composición (acero, vidrio, sintéticas y naturales). Actualmente las fibras de mayor aplicación en la construcción son las fibras de acero y las sintéticas. Por su funcionalidad, las fibras se clasifican en: Microfibras y Macrofibras.

La norma ASTM C1116 define el Concreto Reforzado con Fibras o Concreto Lazando, Tipo III, como aquel que contiene microfibras y/o macrofibras sintéticas para los cuales se puede generar evidenciadocumental confirmando su resistencia a la deterioración a largo plazo cuando están en contacto con la humedad y los álcalis presentes en la pasta de cemento o las sustancias presentes en el aire incluido, así como en los aditivos químicos.

Ladrillos de adobe reforzados con fibras naturales. Concreto reforzado con fibras sintéticas.

TIPO DE FIBRASTIPOS DE FIBRAS SINTÉTICAS TOXEMENT

MICROFIBRAS

APLICACIÓN

Retracciónplástica

PRODUCTO

FIBERSTRAND 150

DOSIFICACIÓN

0.4 a0.6 kg/m3

DESCRIPCIÓNMicrofibra sintética monofilamento, de polipropileno, para reforzamiento de concreto. Cumple

con la norma ASTM C-1116, especificación

estándar paraconcreto y concreto

lanzado.

MACROFIBRAS

Reemplazode malla

electrosoldadapor temperatura

en proyectos domésticos

MAXTEN 1,8 a 3,0 Kg / m3

Mezcla 100% virgen de copolímeros de

macro fibra sintética usada como

alternativa de fibras metálicas, malla electrosoldada y

barras de refuerzo convencional y una

gama de aplicaciones de refuerzo

secundario en el concreto.

Reemplazo de refuerzo metálico por temperatura

Refuerzoestructural en

pisos y placas de concreto

TUF STRANDSF 1.8 - 12 kg/m3

Fibras sintéticas estructurales mezcla

de polipropileno / polietileno, monofila-mento, las cuales se auto fibrilan cuando se incorporan en la

mezcla de concreto, utilizadas exitosa-

mente parareemplazar la malla electrosoldada y las fibras metálicas en

una amplia variedad de aplicaciones.

FIBERSTRANDN 0.6 kg/m3

Microfibra monofila-mento de Nylon para

reforzamiento de concreto. Cumple

con la norma ASTM C-1116, especificación

estándar paraconcreto y concreto lanzado reforzado

con fibra.

Microfibras Sintéticas

Se utilizan regularmente para el control del agrietamiento por retracción plástica, y en general NOaportan capacidad estructural al concreto. Las microfibras en el mercado en general tienen un diámetro entre 0.02 mm y 0.05 mm, y regularmente se ofrecen en longitudes desde 6 mm (1/4 in) hasta 25,4 mm (1 in). Actualmente la mayoría de proveedores de microfibras recomiendan dosificaciones de 0,6 Kg/m3. Para facilitar su dosificación se están usando bolsas hidrosolubles de 0,6 Kg.

Las microfibras sintéticas son aplicables en la mayoría de las estructuras de concreto, especialmente en aquellas que tienen grandes superficies, que durante su proceso constructivo están expuestas a las condiciones ambientales, en las que con frecuencia hay diferenciales de humedad, detemperatura e incluso corrientes de aire. Este tipo de situaciones son muy comunes en placas deconcreto, grandes superficies recubiertas con morteros de bajo espesor especialmente en muros.También son aplicables en la construcción de tanques y estructuras enterradas, con refuerzoconvencional.

Macrofibras Sintéticas

Se utilizan para controlar grietas por temperatura, así como para mejorar el desempeño post agrieta-miento de los elementos de concreto sometidos a flexión y tensión, lo cual les permitereemplazar la malla electrosoldada y las barras de acero en un buen número de aplicaciones. Lasmacrofibras sintéticas son relativamente gruesas, regularmente se consiguen en diámetros entre0,5 mm y 0,7 mm, con longitudes típicas entre 19 mm y 50 mm.

Microfibras sintéticas de Nylon.

Macro Fibras Sintéticas en elementos de concreto.

Como el concreto es fuerte a la compresión y relativamente débil a la tensión, se necesita unmecanismo para soportar los esfuerzos de tensión y flexión causados por las cargas últimas, las decontracción o de temperatura, después del agrietamiento. Las macrofibras sintéticas puedenproporcionar la capacidad de tensión y flexión después del agrietamiento del concreto al igual que el acero de refuerzo o la malla electrosoldada.

El acero de refuerzo es continuo y se coloca específicamente en el concreto para un rendimientooptimizado. Las macrofibras sintéticas son discontinuas y se distribuyen homogéneamente en toda la masa de concreto. El acero proporciona un refuerzo en dos dimensiones y requiere mano de obra para la colocación y posicionamiento. Las macrofibras sintéticas proporcionan un refuerzo tridimensional y se introducen directamente al concreto, en la planta de mezclado o en el camión mezclador.

El refuerzo para concreto en general se puede clasificar en varios niveles basados en la aplicación y las cuantías de acero (ρ=As / Ac) en la medida que As es el área del acero y Ac es el área del concreto para un metro de sección transversal. La dosificación exacta de macrofibras sintéticas se calcula con base en el desempeño del concreto reforzado con fibras como un material compuesto en comparación con varillas de refuerzo o malla electrosoldada. Esto se puede hacer mediante la realización de pruebasnormalizadas en vigas de concreto reforzado. Se podrían definir varios niveles de refuerzo para una sección de concreto como:

La Malla Electrosoldada y varillas de refuerzo proporcionan un control de fisuración en dos dimensiones, mientras que las Macrofibras sintéticas generan un refuerzo tridimensional

en el concreto, que da como resultado mayor efectividad y grietas más delgadas.

TIPO DEREFUERZO

ACERO DEREFUERZORANGO

MICROFIBRADOSIFICACIÓN

ESTÁNDAR

MACROFIBRADOSIFICACIÓN

BAJA DOSIFICACIÓN

MEDIAALTA

DOSIFICACIÓN

Refuerzo para el control de grietas por contracción plástica

(ρ <0,05%)

Refuerzo parael control de

agrietamiento por temperatura y

contracción

(ρ 0,05% < ρ <0,1%)

Refuerzo para el control de

agrietamiento, con niveles bajos de

momento

(ρ 0,10% < ρ <0,35%)

Refuerzo parael control de

agrietamiento, con niveles medios de

momento

(ρ0,35% < ρ <0,70%)

Refuerzo parael control de

agrietamiento, con niveles altos de

momento

(ρ >0,70%)

Es importante tener en cuenta que las dosis bajas de fibras no aumentan la resistencia a la flexión delconcreto, como tampoco lo hacen las varillas de acero de refuerzo o la malla electrosoldada. La resis-tencia a la flexión es fundamentalmente función del diseño de la mezcla de concreto y del proceso de curado. La función principal de cualquier tipo de refuerzo está en la etapa posterior al agrietamiento, proporcionando la capacidad para soportar cargas y momentos finales.

Usos de macrofibras sintéticas

Una de las aplicaciones prácticas más importantes de las macrofibras sintéticas es la sustitución de la malla electrosoldada por temperatura en placas de concreto. En este caso se trata de sustituir la cuantía de acero de refuerzo por temperatura, que regularmente se calcula mediante la expresión:

*mes = malla electrosoldada

Por una cantidad equivalente de macro fibras TUF STRAND SF, caso en el que la expresión:

*crf = concreto reforzado con fibra

Representa el esfuerzo que deben aportar las fibras sintéticas para proporcionar el mismo nivel de resis-tencia residual posterior al agrietamiento que el acero de refuerzo. Bajo esta condición:

En el caso de las Macrofibras Sintéticas TUF STRAND SF el valor del Re3, ha sido calculado a partir de ensayos hechos siguiendo el método de prueba ASTM C 1609.

Esta información ha sido convertida en una herramienta sencilla (consulte con su asesor Toxement), que permite a través de una hoja de cálculo simple, determinar fácilmente la cantidad de fibra TUF STRAND SF para reemplazar una malla electrosoldada por temperatura en una placa deconcreto.

Las Macrofibras Sintéticas TUF STRAND SF tienen grandes oportunidades de aplicación en lasustitución del acero de refuerzo por temperatura en las siguientes aplicaciones:

Sobre placas (placas de nivelación, placas de entrepisos, sobre placas en cubiertas, parqueaderos y tableros de puentes).

Placas de entrepiso con estructura aligerada (Reemplazo de refuerzo malla electrosoldada) portemperatura.

Sistemas de Steel Deck.

Losas sobre rasante (pisos residenciales, estacionamientos, concretos estampados, pisos industriales).

Concreto lanzado

Las macrofibras sintéticas no pueden sustituir acero de refuerzo estructural en las siguientescondiciones:

• Losas de entrepisos.• Vigas suspendidas.• Columnas estructurales.• Muros de carga.• Muros de cortante.

Los grandes beneficios de usar la fibra TUF STRAND SF en reemplazo de la malla electrosoldada portemperatura se reflejan en diferentes aspectos:

1. Se asegura la efectividad del refuerzo a través de su adecuada colocación y por consiguiente eldesempeño apropiado del refuerzo, eliminando los riesgos que ocasiona la mala colocación de la malla electrosoldada durante los procesos constructivos.

Colocación incorrecta de la malla electrosoldada.

Colocación incorrecta de la malla electrosoldada

2. Se aumenta la eficiencia en obra, eliminando los procesos engorrosos como la colocación de la malla electrosoldada, los desperdicios ocasionados por traslapos, procesos de corte y figuración. 3. Reducción al mínimo en los tiempos de instalación del refuerzo, teniendo en cuenta que la fibra TUF STRAND SF, se agrega directamente al concreto.4. Las fibras TUF STRAND SF son auto fibrilantes, razón por la que no se requiere el uso adicional de microfibras, reduciendo de esta manera la retracción del concreto en el estado fresco, y mejorando su comportamiento post agrietamiento en el estado endurecido.5. Facilita el transporte y almacenamiento de material en la obra, reduciendo los tiempos y costos de transporte horizontal y vertical. 6. Con el uso de las fibras TUF STRAND SF no hay riesgos de corrosión. 7. Los riesgos de seguridad industrial se reducen al mínimo cuando se utilizan las fibras TUF STRAND SF.8. La mayoría de los concretos con fibras TUF STRAND SF se pueden bombear, sin afectar los equipos.

Desde el punto de vista económico, además de los beneficios en eficiencia y efectividad, el uso de las fibras TUF STRAND SF pueden llegar a representar ahorros entre el 10% y el 15% con respecto al uso de la malla electrosoldada, dependiendo de las características y condiciones de cada proyecto.

En conclusión, el uso de las fibras TUF STRAND SF como reemplazo de la malla electrosoldada por temperatura, está ampliamente sustentado desde el punto de vista de ingeniería. TOXEMENT dispone de la herramienta para hacer los cálculos correspondientes. Adicionalmente los beneficios del uso delas fibras TUF STRAND SF aumentan la efectividad y la eficiencia del refuerzo con respecto al uso delas mallas, permitiendo alcanzar ahorros económicos en obra hasta del 15%, dependiendo de lascaracterísticas del proyecto.

Evaluación de desempeño y normas de las fibras sintéticas

A nivel internacional existen diferentes normas para evaluar el desempeño del concreto reforzado con fibras sintéticas, entre ellos están:

ASTM C 1609: Método estándar para evaluar el desempeño de concreto reforzado con fibras a laflexión.

ASTM C 1399: Método estándar para obtener la resistencia residual promedio del concreto reforzado con fibras.

ASTM C 1550: Método estándar de prueba para evaluar la resistencia a la flexión del concreto reforzado con fibras, utilizando un panel redondo cargado en el centro.

ASTM 820: Especificación estándar para fibras de acero para concreto reforzado con fibra.

ASTM C-1116: Especificación estándar para concreto y concreto lanzado reforzado con fibra.

A nivel Colombia existe la siguiente normativa en fibra para concreto:

NTC 3696: Método de ensayo para determinar el tiempo de fluidez del concreto reforzados con fibras.

NTC 5214: Fibras de Acero para refuerzo de Construcción. ASTM C 820

NTC 5541: Concretos Reforzados con fibras. ASTM C 1116

NTC 5721: Método de ensayo para la determinación Absorción de Energía Efnarc.

NTC 5981: Método de ensayo para determinar el esfuerzo residual del concreto reforzado con fibras. ASTM 1399.

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