Hormigón Reforzado con Fibra de Vidrio Influencia del Porcentaje de Fibra Adicionado”.pdf

UNIVERSIDAD DE CHILE

Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas

Departamento de Ingeniera de los Materiales

Comportamiento Mecnico del Hormign Reforzado con

Fibra de Vidrio: Influencia del Porcentaje de Fibra

Adicionado

Alumno: Jos Patricio Bravo Celis

Profesor Gua: Sr. Patricio Jorquera E.

Profesor Co-Gua: Sr. Gerardo Daz R.

Profesor Integrante: Sr. Eduardo Donoso C.

Fecha: Martes 09 de diciembre de 2003.

ID69F Comportamiento Mecnico del Hormign Reforzado con Fibra de Vidrio

Hormign Reforzado con Fibra de Vidrio: Influencia del Porcentaje de Fibra

Adicionado

El presente trabajo de ttulo tuvo como objetivo estudiar la influencia de la

incorporacin de fibra de vidrio en hormigones de uso general, en las propiedades

mecnicas del hormign.

En la investigacin se realizaron ensayos comparativos entre un hormign patrn,

que no contena fibras y hormigones con distinto porcentaje de fibra adicionado. La fibra

adicionada oscil entre el 0,05% y el 0,4% en peso del hormign. El hormign patrn tena

una calidad nominal, expresada como resistencia a la compresin a los 28 das, de 250

kgf/cm2. Las propiedades del hormign que se estudiaron fueron la trabajabilidad, la

resistencia a la compresin y la resistencia a la flexotraccin.

En el hormign en estado fresco se determin que, con la incorporacin de fibras, la

trabajabilidad disminuye entre un 20% y un 1%, con respecto al hormign patrn,

dependiendo de la cantidad de fibra adicionada. A mayor cantidad de fibra adicionada

menor es la trabajabilidad del hormign.

En el hormign endurecido se logr determinar que la adicin de fibras de vidrio no

tiene mayor influencia en el aumento de la resistencia a la compresin del hormign, y que

por el contrario, el aumento de la cantidad de fibra de vidrio presente en la mezcla de

hormign incide directamente en el aumento de la resistencia a la flexotraccin de ste,

cumplindose que a mayor porcentaje de fibra de vidrio adicionado, mayor es el aumento

de la resistencia a la flexotraccin.

Del anlisis de los resultados de la presente investigacin unido a la investigacin

bibliogrfica, se desprende que algunas de las aplicaciones prcticas del hormign

reforzado con fibras de vidrio seran las losas, los pavimentos industriales y el

revestimiento de tneles.

2


INDICE pgina

INTRODUCCIN ________________________________________________________ 6

Captulo 1 _______________________________________________________________ 7

ANTECEDENTES TERICOS______________________________________________ 7

1.1 Materiales Compuestos________________________________________________ 7

1.1.1 Introduccin_____________________________________________________ 7

1.1.2 Materiales Compuestos Reforzados con Partculas_______________________ 9

1.1.3 Materiales Compuestos Estructurales ________________________________ 10

1.1.4 Materiales Compuestos Reforzados con Fibras_________________________ 11

1.2 Conceptos Generales del Comportamiento Mecnico de Materiales Reforzados con

Fibras _______________________________________________________________ 12

1.2.1 Influencia de la Longitud de la Fibra_________________________________ 12

1.2.2 Influencia de la Orientacin y de la Concentracin de la Fibra ____________ 13

1.2.2.1 Materiales Compuestos con Fibras Discontinuas y Orientadas al Azar___ 14

1.2.3 Fase Fibrosa____________________________________________________ 16

1.2.4 Fase Matriz ____________________________________________________ 18

1.3 Fibra de Vidrio _____________________________________________________ 19

1.3.1 Tipos de Vidrio _________________________________________________ 19

1.4 La Fibra de Vidrio A. R.______________________________________________ 22

1.4.1 Historia _______________________________________________________ 22

1.4.2 Fabricacin ____________________________________________________ 24

1.5 Fabricacin de un GRC ______________________________________________ 31

1.5.1 Elementos Constituyentes _________________________________________ 31

1.5.2 Procesos de Fabricacin de un GRC. ________________________________ 33

1.5.2.1 Procesos de Proyeccin Simultnea ______________________________ 33

1.5.2.2 Procesos de Premezcla ________________________________________ 34

1.5 Caractersticas Mecnicas, Fsicas y Qumicas de un GRC ___________________ 36

1.7 Ventajas competitivas del GRC ________________________________________ 39

3


1.8 Cualidades del GRC _________________________________________________ 40

1.9 Principales Aplicaciones del GRC ______________________________________ 41

Captulo 2 ______________________________________________________________ 44

PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIN Y PROGRAMA DE ENSAYOS ____ 44

2.1 Introduccin _______________________________________________________ 44

2.2 Objetivos__________________________________________________________ 44

2.2.1 Objetivo General ________________________________________________ 44

2.2.2 Objetivos Especficos ____________________________________________ 45

2.2 Variable a Estudiar en el Desarrollo Experimental _________________________ 45

2.3 Programa de Ensayos ________________________________________________ 45

2.4 Descripcin de los Ensayos ___________________________________________ 47

2.4.1 Trabajabilidad __________________________________________________ 47

2.4.3 Compresin ____________________________________________________ 48

2.4.4 Flexotraccin ___________________________________________________ 50

Captulo 3 ______________________________________________________________ 52

DESARROLLO DE LA ETAPA EXPERIMENTAL ____________________________ 52

3.1 Materiales _________________________________________________________ 52

3.1.1 ridos ________________________________________________________ 52

3.1.1.1 Determinacin de Impurezas en las Arenas para Hormigones__________ 53

3.1.2 Cemento_______________________________________________________ 54

3.1.3 Fibras de Vidrio lcali-Resistentes__________________________________ 54

3.1.4 Agua _________________________________________________________ 55

3.1.5 Aditivo _______________________________________________________ 56

3.2 Dosificacin y Confeccin del Hormign ________________________________ 56

3.2.1 Dosificacin del Hormign Patrn __________________________________ 56

3.2.2 Confeccin del Hormign _________________________________________ 57

3.2.3 Programacin de las Coladas_______________________________________ 59

3.3 Tipologa de Probetas Fabricadas en Obra________________________________ 60

4


3.3.1 Fabricacin de Probetas Cbicas para Ensayos de Compresin ____________ 61

3.3.2 Fabricacin de Probetas Prismticas para Ensayos de Flexotraccin ________ 61

3.3.3 Curado Inicial y Desmolde de las Probetas____________________________ 61

3.3.4 Identificacin de las Probetas ______________________________________ 62

3.3.5 Curado de las Probetas en el Laboratorio _____________________________ 62

3.4 Desarrollo de los Ensayos ____________________________________________ 64

3.4.1 Ensayo de Trabajabilidad _________________________________________ 64

4.3.2 Ensayo de Compresin ___________________________________________ 65

4.3.3 Ensayo de Flexotraccin __________________________________________ 65

Captulo 4 ______________________________________________________________ 67

ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS _________________________ 67

4.1 Ensayo de Trabajabilidad _____________________________________________ 67

4.2 Ensayo de Compresin _______________________________________________ 69

4.3 Ensayo de Flexotraccin______________________________________________ 74

Captulo 5 ______________________________________________________________ 77

CONCLUSIONES _______________________________________________________ 77

5.1 El Hormign en Estado Fresco_________________________________________ 77

5.2 El Hormign Endurecido _____________________________________________ 78

5.3 Posibles Usos del Hormign Reforzado con Fibra de Vidrio _________________ 78

5.4 Comparacin con Otras Fibras de Refuerzo_______________________________ 79

5.5 Propuesta de Trabajos Futuros _________________________________________ 80

BIBLIOGRAFA ________________________________________________________ 81

ANEXOS ______________________________________________________________ 87

5


INTRODUCCIN

Los materiales aglomerantes, en la forma de hormigones o morteros, son

atractivos para su uso como materiales de construccin, dado su bajo costo, su durabilidad

y su adecuada resistencia a la compresin para un uso estructural. Adicionalmente, en el

estado fresco ellos son fcilmente moldeables a las formas ms complejas que sean

requeridas. Su defecto radica en sus caractersticas de baja resistencia a la traccin y a los

impactos, y a su susceptibilidad a los cambios de humedad. Un reforzamiento mediante

fibras puede ofrecer un conveniente, prctico y econmico mtodo para superar estas

deficiencias.

La adicin de fibras como refuerzo de hormigones, morteros y pasta de cemento

pueden incrementar muchas de las propiedades de stos, destacando entre ellas, la

resistencia a la flexin, tenacidad, fatiga, impacto, permeabilidad y resistencia a la abrasin

[1].

En el caso especfico del refuerzo del hormign con fibra de vidrio se han

obtenido buenos resultados cuando se trata de morteros de ridos finos [2], utilizndose en

distintas aplicaciones, tales como, paneles antirruido y paneles de fachadas de

edificaciones, dadas su fcil instalacin y su poco peso. El material utilizado para la

fabricacin de dichos paneles es conocido como GRC (Glass Reinforced Concrete).

Las fibras de vidrio utilizadas para el refuerzo del hormign son del tipo lcali-

resistente; de esta forma se evita la formacin del gel lcali-silicato con los consiguientes

efectos negativos de durabilidad de la fibra.

En el presente trabajo se estudiar la influencia del porcentaje de fibra de vidrio

en las propiedades mecnicas del hormign.

6


Captulo 1

ANTECEDENTES TERICOS

1.1 Materiales Compuestos

1.1.1 Introduccin

La mayora de las tecnologas modernas requiere materiales con una combinacin

inusual de propiedades, imposible de conseguir con los metales, las cermicas y los

polmeros convencionales.

Las combinaciones de propiedades de los materiales y la gama de sus valores se

han ampliado, y se siguen ampliando, mediante el desarrollo de materiales compuestos

(composites). En trminos generales, se considera que un material compuesto es un

material multifase que conserva una proporcin significativa de las propiedades de las fases

constituyentes [3]de manera que presente la mejor combinacin posible. De acuerdo con

este principio de accin combinada, las mejores propiedades se obtienen por la

combinacin razonada de dos o ms materiales diferentes.

Existen materiales compuestos naturales, como por ejemplo, la madera, que

consiste en fibras de celulosa flexibles embebidas en un material rgido llamado lignina. El

hueso es un material compuesto formado por colgeno, una protena resistente pero blanda,

y por apatito, un mineral frgil.

En el presente contexto, un material compuesto es un material multifase obtenido

artificialmente, en oposicin a los que se encuentran en la naturaleza. Adems, las fases

constituyentes deben ser qumicamente distintas y separadas por una interfaz.

7


La mayora de los materiales compuestos se han creado para mejorar la

combinacin de propiedades mecnicas tales como rigidez, tenacidad y resistencia a la

traccin a temperatura ambiente y a elevadas temperaturas.

La mayor parte de los materiales compuestos estn formados por dos fases; una,

llamada matriz, es continua y rodea a la otra fase, denominada fase dispersa. Las

propiedades de los compuestos son funcin de las propiedades de las fases constituyentes,

de sus proporciones relativas y de la geometra de las fases dispersas1.

Un esquema simple para clasificar los materiales compuestos consta de tres

divisiones (Fig. 1.1): compuestos reforzados con partculas, compuestos reforzados con

fibras y compuestos estructurales; adems, existen dos subdivisiones para cada una. Se

debe mencionar que la fase dispersa de los materiales compuestos reforzados con fibras

tienen una relacin longitud-dimetro2 muy alta.

Figura 1-1. Clasificacin de los Materiales Compuestos (Callister, 1996).

1 Se refiere a la forma, tamao, distribucin y orientacin de la fase dispersa. 2 Tambin conocida como Relacin de Aspecto o Factor de Forma, definido matemticamente como la longitud de la fibra divida por su dimetro equivalente (dimetro de un crculo de rea igual al rea de la seccin transversal de la fibra).

8


1.1.2 Materiales Compuestos Reforzados con Partculas

Los materiales compuestos reforzados con partculas se subdividen en reforzados

con partculas grandes y consolidados por dispersin (Figura 1-1). Esta distincin se

fundamenta en el mecanismo de consolidacin o de reforzamiento. El trmino" grande" se

utiliza para indicar que las interacciones matriz-partcula no se pueden describir a nivel

atmico o molecular, sino mediante la mecnica continua. En la mayora de los materiales

compuestos la fase dispersa es ms dura y resistente que la matriz y las partculas de

refuerzo tienden a restringir el movimiento de la matriz en las proximidades de cada

partcula. En esencia, la matriz transfiere parte del esfuerzo aplicado a las partculas, las

cuales soportan una parte de la carga. El grado de reforzamiento o de mejora del

comportamiento mecnico depende de la fuerza de cohesin en la interfaz matriz-partcula.

Un material compuesto con partculas grandes es el hormign, formado por

cemento (matriz) y arena o grava (partculas).

El reforzamiento es tanto ms efectivo cuanto ms pequeas sean las partculas y

cuanto mejor distribuidas estn en la matriz. Adems, la fraccin de volumen de las dos

fases influye en el comportamiento; las propiedades mecnicas aumentan al incrementarse

el contenido de partculas. Se formulan dos expresiones matemticas para relacionar el

mdulo elstico con la fraccin de volumen de las fases constituyentes de un material

compuesto de dos fases [4]. Las ecuaciones de la regla de las mezclas predice que el valor

del mdulo elstico estar comprendido entre un mximo

c m m pE E V E Vp= + (1.1) y un mnimo

m pcm p p m

E EE

V E V E= + (1.2)

9


En estas expresiones, E y V representan el mdulo elstico y la fraccin de

volumen, respectivamente, mientras los subndices c, m y p significan material compuesto,

matriz y fase-partcula.

Las partculas de los materiales compuestos consolidados por dispersin

normalmente son mucho ms pequeas: los dimetros tienen de 10 a 100 nm. Las

interacciones matriz-partcula que conducen a la consolidacin ocurren a nivel atmico o

molecular. Mientras la matriz soporta la mayor parte de la carga aplicada, las pequeas

partculas dispersas dificultan o impiden el desplazamiento de dislocaciones. De este modo

se restringe la deformacin plstica de tal manera que aumenta el lmite elstico, la

resistencia a la traccin y la dureza.

1.1.3 Materiales Compuestos Estructurales

Un material compuesto estructural est formado tanto por materiales compuestos

como por materiales homogneos y sus propiedades no slo dependen de los materiales

constituyentes sino de la geometra del diseo de los elementos estructurales. Los

compuestos laminares, los cuales poseen una direccin preferente con elevada resistencia

(tal como ocurre en la madera), y los paneles sndwich, que poseen caras externas fuertes

separadas por una capa de material menos denso, o ncleo (ver figura 1-2), son dos de los

compuestos estructurales ms comunes.

10


Figura 1-2. Diagrama esquemtico de la fabricacin de un panel sndwich con un ncleo en panal [5].

1.1.4 Materiales Compuestos Reforzados con Fibras

Tecnolgicamente, los materiales compuestos con fases dispersas en forma de

fibras son los ms importantes. A menudo se disean materiales compuestos reforzados con

fibras con la finalidad de conseguir elevada resistencia y rigidez a baja densidad. Estas

caractersticas se expresan mediante los parmetros resistencia especfica y mdulo

especfico, que corresponden, respectivamente, a las relaciones entre la resistencia a la

traccin y el peso especfico y entre el mdulo de elasticidad y el peso especfico.

Utilizando materiales de baja densidad, tanto para la matriz como para las fibras, se

fabrican compuestos reforzados con fibras que tienen resistencias y mdulos especficos

excepcionalmente elevados.

Los materiales compuestos reforzados con fibras se subclasifican por la longitud

de la fibra. Una descripcin detallada de este tipo de materiales se muestra a continuacin

en el apartado 1.2 de esta Memoria.

11


1.2 Conceptos Generales del Comportamiento Mecnico de Materiales Reforzados

con Fibras

1.2.1 Influencia de la Longitud de la Fibra

Las caractersticas mecnicas de los compuestos reforzados con fibras dependen

no slo de las propiedades de la fibra, sino tambin del grado en que una carga aplicada se

transmite a la fibra por medio de la fase matriz. En este proceso de transmisin de carga es

muy importante la magnitud de la unin en la interfaz de las fases matriz y fibra. Al aplicar

un esfuerzo de traccin, la unin fibra-matriz cesa en los extremos de la fibra y en la matriz

se genera un patrn de deformacin como el que se muestra en la Figura 1-3; en otras

palabras, en los extremos de la fibra no hay transmisin de carga desde la matriz.

Figura 1-3. Patrn de deformacin en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de traccin.

Existe una longitud de fibra crtica para aumentar la resistencia y la rigidez del

material compuesto. Esta longitud crtica lc depende del dimetro d de la fibra, de la

resistencia a la traccin f y de la resistencia de la unin matriz-fibra (o resistencia al cizalle de la matriz), c , de acuerdo con

fcc

dl

= (1.3)

12


La longitud crtica de algunas combinaciones de matriz-fibra de vidrio y de

carbono es del orden de 1 mm, equivalente a unas de 20 a 150 veces el dimetro de la fibra

[6].

En la presente investigacin, el dimetro de fibra que se utilizara corresponde a 14

m y su largo ser de 12 mm [7], la resistencia a la traccin de la fibra de vidrio corresponde a 1,7 GPa [8] y la resistencia al cizalle de la matriz corresponde a 125 Kgf/cm2

(1,25 x 10-2 GPa) [9]. Utilizando la ecuacin 1.3, se obtiene que la longitud crtica para esta

investigacin corresponde a lc = 1,9 mm.

Las fibras con l lc (normalmente l >15 lc) se denominan continuas; y las fibras

de menor longitud se denominan discontinuas o fibras cortas. En las fibras discontinuas de

longitud significativamente menor que lc, la matriz se deforma alrededor de la fibra de

modo que apenas existe transferencia del esfuerzo y el efecto del reforzamiento de la fibra

es insignificante.

1.2.2 Influencia de la Orientacin y de la Concentracin de la Fibra

La disposicin u orientacin relativa de las fibras y su concentracin y

distribucin influyen radicalmente en la resistencia y en otras propiedades de los materiales

compuestos reforzados con fibras. Con respecto a la orientacin existen dos situaciones

extremas: (1) alineacin paralela de los ejes longitudinales de las fibras y (2) alineacin al

azar. Las fibras continuas normalmente se alinean (Figura 1-4a), mientras que las fibras

discontinuas se pueden alinear (Figura 1-4b) o bien se pueden orientar al azar (Figura 1-4c)

o alinearse parcialmente.

En el caso de esta investigacin, dado el largo de la fibra de vidrio l, equivalente a

12 mm, se tiene que l 6 lc, con lc longitud crtica de la fibra. Es decir, se tiene una fibra discontinua o fibra corta. Adems esta fibra estar orientada al azar [10].

13


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

1.2.2.1 Materiales Compuestos con Fibras Discontinuas y Orientadas al Azar

Normalmente, cuando los materiales compuestos tienen fibras orientadas al azar,

stas suelen ser discontinuas y cortas; un reforzamiento de este tipo est representado en la

Figura 1-4c. En estas circunstancias, el mdulo elstico se expresa mediante una regla de

las mezclas:

c f f mE KE V E Vm= + (1.4) donde: K = Parmetro de eficiencia de la fibra (tpicamente comprendido entre 0,1 y 0,6).

E = Mdulo elstico (f se refiere a la fibra y m a la matriz).

V = Fraccin de volumen.

El mdulo elstico de los materiales reforzados, tanto si las fibras estn alineadas

como si estn orientadas al azar, aumenta al incrementarse la fraccin de volumen de la

fibra. En la Tabla 1-1 se indican algunas propiedades mecnicas de los policarbonatos no

14


reforzado y reforzado con fibras de vidrio discontinuas y orientadas al azar. Esta tabla da

una idea de las magnitudes que se pueden obtener mediante reforzamiento.

Tabla 1-1. Propiedades del policarbonato sin refuerzo y reforzado con fibra de vidrio orientada al azar.

Reforzado con fibra (% volumen)Propiedades No Reforzado

20 30 40

Gravedad Especfica 1.19 1.22 1.35 1.43 1.52

Resistencia a la Traccin (MPa) 59 62 110 131 159

Mdulo de Elasticidad (MPa) 2240 2345 5930 8620 11590

Elongacin (%) 90 115 4 6 3 5 3 5

Fuente: Adaptado de Materials Engineerings Materials Selector. Copyright/IPC, 1988.

En la Tabla 1-2 se indican las eficiencias del reforzamiento con fibras en varias

situaciones; la eficiencia se toma arbitrariamente como la unidad en la direccin paralela a

la alineacin y cero en la direccin perpendicular.

Tabla 1-2. Eficiencia del reforzamiento de compuestos reforzados con fibra orientado

en varias direcciones y esfuerzos aplicados en varias direcciones.

Orientacin de la fibra Direccin del esfuerzo Eficiencia del reforzamientoParalela a las fibras 1 Todas las fibras paralelas Perpendicular a las fibras 0

Fibras orientadas al azar y uniformemente distribuidas en un plano especfico

Cualquier direccin en el plano de las fibras 3/8

Fibras orientadas al azar y uniformemente distribuidas en el espacio de tres dimensiones

Cualquier direccin 1/5

Fuente: H. Krenchel, Fibre Reinforcement, Copenhague: Akademisk Forlag, 1964, pg 64.

En las aplicaciones en las que las fibras estn sometidas a esfuerzos totalmente

multidireccionales normalmente se utilizan fibras discontinuas orientadas al azar en la

15


matriz. La Tabla 1-2 muestra que la eficiencia del reforzamiento de estos compuestos es

slo la quinta parte de la eficacia correspondiente a los compuestos cuyas fibras estn

alineadas en la direccin longitudinal; sin embargo, las propiedades mecnicas son

isotrpicas [11].

Las consideraciones sobre la orientacin y la longitud de las fibras de un

compuesto particular dependen del nivel y de la naturaleza del esfuerzo aplicado y del costo

de fabricacin. Las velocidades de produccin de compuestos con fibras cortas (alineadas y

orientadas al azar) son rpidas y se pueden conformar piezas de formas intrincadas que no

son posibles con refuerzos de fibras continuas. Adems, los costos de fabricacin son

mucho ms bajos que en el caso de compuestos reforzados con fibras continuas y alineadas.

1.2.3 Fase Fibrosa

Una importante caracterstica de muchos materiales, especialmente los frgiles, es

que las fibras con dimetros pequeos son mucho ms resistentes que el material macizo.

Como es sabido, la probabilidad de la presencia de una imperfeccin superficial crtica que

conduzca a la rotura disminuye cuando aumenta el volumen especfico [12]. Este fenmeno

se utiliza con ventaja en los compuestos reforzados con fibras. El material utilizado como

fibra de refuerzo debe tener alta resistencia a la traccin.

En funcin de sus dimetros y caractersticas, las fibras se agrupan en tres

categoras diferentes: whiskers, fibras y alambres. Los whiskers son monocristales muy

delgados que tienen una relacin longitud-dimetro muy grande. Como consecuencia de su

pequeo dimetro, tienen alto grado de perfeccin cristalina y estn prcticamente libres de

defectos, y por ello tienen resistencias excepcionalmente elevadas. Los whiskers pueden ser

de grafito, carburo de silicio, nitruro de silicio y xido de aluminio. En la Tabla 1-3 se dan

algunas caractersticas mecnicas de estos materiales.

16


Tabla 1-3. Caractersticas de materiales reforzados con fibras.

Material

Peso

especfico

(g/cm3)

Resistencia

a la traccin

(GPa)

Resistencia

especfica

(GPa)

Mdulo

elstico

(GPa)

Mdulo

especfico

(GPa)

Whiskers

Grafito 2.2 20 9.1 690 314

Carburo de silicio 3.2 20 6.3 480 150

Nitruro de silicio 3.2 14 4.4 380 119

xido de aluminio 3.9 14 28 3.6 7.2 415 550 106 141

Fibras

Aramida (Kevlar 49) 1.4 3.5 2.5 124 89

Vidrio E 2.5 3.5 1.4 72 29

Carbono3 1.8 1.5 5.5 0.8 3.1 150 500 83 278

xido de aluminio 3.2 2.1 0.7 170 53

Carburo de silicio 3.0 3.9 1.3 425 142

Alambres Metlicos

Acero alto en

carbono 7.8 4.1 0.5 210 27

Molibdeno 10.2 1.4 0.14 360 35.3

Tungsteno 19.3 4.3 0.22 400 20.7

Fuente: Adapatado de Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de los Materiales, W. Callister, 1996.

Los materiales clasificados como fibras son policristalinos o amorfos y tienen

dimetros pequeos; los materiales fibrosos son generalmente polmeros o cermicas (p.ej.,

aramida, vidrio, carbono, boro, xido de aluminio y carburo de silicio). La Tabla 1-3

tambin indica algunos datos de varios materiales utilizados como fibras.

3 Para designar estas fibras se utiliza el trmino carbono en vez de grafito, ya que estn compuestas de regiones de grafito cristalino y tambin de material no cristalino y de reas con cristales defectuosos.

17


Los alambres tienen dimetros relativamente grandes; los materiales tpicos son el

acero, el molibdeno y el tungsteno. Los alambres se utilizan como refuerzos radicales de

acero en los neumticos de automvil, filamentos internos de los recubrimientos de cohetes

espaciales y paredes de mangueras de alta presin.

1.2.4 Fase Matriz

La fase matriz de un material compuesto con fibras ejerce varias funciones. En

primer lugar, une las fibras y acta como un medio que distribuye y transmite a las fibras

los esfuerzos externos aplicados; slo una pequea fraccin del esfuerzo aplicado es

resistido por la matriz. Adems, la matriz debe ser dctil y, por otra parte, el mdulo

elstico 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 abrasin mecnica o de

reacciones qumicas con el medio ambiente. Estas interacciones introducen defectos

superficiales capaces de originar grietas, que podran producir fallos con esfuerzos de

traccin relativamente bajos. Finalmente, la matriz separa las fibras y, en virtud de su

relativa blandura y plasticidad, impide la propagacin de grietas de una fibra a otra, que

originara fallos catastrficos; en otras palabras, la matriz acta como una barrera que evita

la propagacin de grietas. Aunque algunas fibras individuales se rompan, la rotura total del

material compuesto no ocurrir hasta que se hayan roto gran nmero de fibras adyacentes,

que forman un agregado de tamao crtico.

Es esencial que la adherencia de la unin entre fibra y matriz sea elevada para

minimizar el arrancado de fibras. En efecto, la resistencia de la unin tiene gran

importancia en el momento de seleccionar la combinacin matriz-fibra. La resistencia a la

traccin final del compuesto depende, en gran parte, de la magnitud de esta unin; una

unin adecuada es esencial para optimizar la transmisin de esfuerzos desde la matriz a las

fibras.

18


1.3 Fibra de Vidrio

La fibra de vidrio es un material compuesto consistente en fibras continuas o

discontinuas de vidrio embebidas en una matriz plstica [13]; este compuesto se produce en

gran cantidad. El vidrio se utiliza como material de refuerzo debido a las siguientes

razones:

a. Es fcilmente hilable en fibras de alta resistencia.

b. Es fcilmente disponible y se puede aplicar econmicamente para producir plstico

reforzado con vidrio utilizando una gran variedad de tcnicas de fabricacin de

materiales compuestos.

c. Cuando est embebida en una matriz plstica produce un compuesto con muy alta

resistencia especfica.

d. Cuando est unido a varios plsticos se obtienen materiales compuestos

qumicamente inertes muy tiles en una gran variedad de ambientes corrosivos.

1.3.1 Tipos de Vidrio [14]

Vidrio E: un pionero

Desde 1930, la fibra de vidrio ha sido considerada uno de los materiales del futuro debido a

sus cualidades dielctricas: el aislamiento de conductores elctricos sometidos a

temperaturas altas era ofrecido por los filamentos de vidrio E. Usado solo o en asociacin

con barniz o resinas sintticas, fue su primera aplicacin industrial en gran escala. La fibra

de vidrio E es el tipo ms comnmente usado, tanto en la industria textil, como en

compuestos donde responde por el 90% de los refuerzos usados.

19


Vidrio R: alto desempeo mecnico

Este tipo de filamento fue creado a pedido de sectores como aviacin, espacio y

armamentos. Satisface las exigencias de ellos en trminos de comportamiento de materiales

en relacin a fatiga, temperatura y humedad. Debido a su alto desempeo tcnico puede ser

utilizado para reforzar lminas de rotor de helicpteros, pisos de aviones, tanques de

combustible de aviones, proyectiles y lanzadores de proyectiles. Desarrollado

principalmente para estas aplicaciones, tambin encontr otras salidas, por ejemplo, en la

industria de deportes y recreacin, transporte y blindaje balstico.

Vidrio D: caractersticas dielctricas muy buenas

Compuestos a partir de vidrio D tiene muy bajas prdidas elctricas y son entonces usados

como un material que es permeable a ondas electromagnticas, con beneficios muy

importantes en trminos de caractersticas elctricas. La fibra de vidrio D es usada en la

fabricacin de ventanas electromagnticas, y superficies de circuitos impresos de alto

desempeo.

Vidrio AR: resistente a lcali

El vidrio AR fue desarrollado especialmente para reforzar cemento. Su alto contenido de

xido de zirconio ofrece resistencia excelente para los compuestos alcalinos durante el

secado. El refuerzo de cemento con filamentos de vidrio AR da mdulos mejorados de

ruptura con buena durabilidad. Esto significa que el modelado hecho en cemento con

refuerzo de vidrio puede ser mucho ms leve. Aplicaciones principales son: sustitucin de

asbesto en tejados y coberturas, paneles de revestimiento y componentes de construccin.

20


Vidrio C:

El vidrio C es usado para la produccin de mats4 de vidrio para las cuales son requeridas

propiedades de resistencia a la corrosin (como capa externa anticorrosivo de tubos y para

superficies de tubos compuestos).

Una comparacin entre las propiedades mecnicas de los distintos tipos de vidrio

puede ser apreciada en la Tabla 1- 4, que se muestra a continuacin.

Tabla 1-4. Propiedades Mecnicas 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 Tensin (MPa) 3400 2500 4400 3000

Mdulo Elstico (GPa) 72 55 86 72

Resistencia a la ruptura (%) 4.5 4.5 5.2 4.3 Fuente: Pgina web de Saint Gobain Vetrotex de Brasil.http:// www.saint-gobain-vetrotex.com.br

4 El mat es una presentacin especial de la fibra de vidrio en forma de fieltro, en la que los hilos cortados a

una longitud determinada son aglomerados entre s mediante un ligante qumico.

21


1.4 La Fibra de Vidrio A. R.

1.4.1 Historia

Las fibras de vidrio AR (lcali-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.

La llegada de los aglomerantes hidrulicos5 marca el comienzo de una era de altas

prestaciones en las piezas para la construccin [15], siendo los cementos el material ms

importante de esta categora. Dichos cementos permiten el surgimiento de los hormigones.

El hormign presenta muy buenas caractersticas ante la compresin, pero ofrece

muy escasa resistencia a la traccin, por lo que resulta inadecuado para piezas que tengan

que trabajar a flexin o traccin. Esta caracterstica ha conducido a numerosas

investigaciones y desarrollos para mejorar las resistencias ante estos sometimientos,

intentando lograr dentro del mundo de los materiales compuestos la solucin a esta

carencia. El desarrollo ms conocido es el refuerzo del hormign con barras de acero en las

zonas de traccin, dando un material compuesto llamado Hormign Armado. Su

inconveniente es conducir a mayores dimensiones y pesos, as como a una menor rapidez

de construccin y puesta en obra, lo que, de forma directa, conduce a un encarecimiento de

las piezas por la utilizacin de abundante mano de obra y manipulacin de las mismas.

Ante esta desventaja numerosos trabajos e investigaciones se pusieron en marcha y fruto de

ellas fueron los intentos de aligeramiento y reduccin de espesores mediante la adicin de

fibras de refuerzo.

Los primeros desarrollos se lograron con la utilizacin de fibras de asbesto. El

material resultante, llamado "asbestocemento", presentaba grandes ventajas de costo y

trabajabilidad.

5 Materiales que amasados con el agua, fraguan y endurecen tanto expuestos al aire como sumergidos en el agua.

22


En bsqueda de un refuerzo que permitiera la consecucin de un material

compuesto, con excelentes prestaciones, se han desarrollado numerosas experiencias con

otras fibras de refuerzo, tales como, las de origen orgnico (aramidas, nylon, rayon,

polipropileno), inorgnico ( vidrio, boro, carbono) y metlicas ( hierro, fundicin dctil,

acero, Ni, Ti, Al). De entre todas ellas la mejor relacin costo-propiedades mecnicas la

ostentan las fibras de vidrio. Los primeros ensayos y experiencias para el refuerzo de los

cementos y sus morteros se realizaron con fibras de vidrio tipo "E", dada la alta resistencia

inherente de las mismas. Sin embargo, dichas tentativas fracasaron debido a que, este tipo

de fibra de vidrio, al ser incorporada al mortero, estaba sujeto al ataque qumico de los

cristales alcalinos (lcalis) producidos en el proceso de hidratacin del cemento, lo cual

produca un deterioro de la fibra (ver figura 1-5), afectando las propiedades mecnicas del

mortero reforzado, sin poderse remediar este problema [16].

En 1967 el Dr. A.J. Majundar, del Building Research Establishment (BRE) del

Reino Unido, empez a investigar los vidrios que contenan 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 supona el refuerzo de los cementos

Prtland. Tras 4 aos de continuas investigaciones, el refuerzo para los cementos se logr y

la patente de esta investigacin fue solicitada por el National Research Development

Corporation (NRDC).

Para la produccin a escala comercial, el NRDC y BRE contactaron con la empresa

inglesa Pilkington Brothers (PCL), quien con su Compaa subsidiaria Fibreglass Limited

desarroll la explotacin, industrial y comercial del producto al que llamaron Fibras Cem-

FIL. En 1989 la actividad de la fibra de vidrio lcali-Resistente Cem-FIL fue adquirida por

el grupo Saint Gobain por medio de su Delegacin en Espaa, Cristalera Espaola S.A., y

fabricada y comercializada por la empresa Vetrotex Espaa S.A. que forma parte de este

Grupo.

23


Figura 1-5. Resistencia al ataque alcalino de distintos tipos de fibra de vidrio en cemento Prtland. A la izquierda Vidrio E, luego de 8 das a 50C (2.2 aos naturales), al centro, Vidrio E + polmero acrlico

tras 8 das a 50C, y a la derecha, Cem-FIL luego de 3 meses a 50C (25 aos naturales) [17.]

1.4.2 Fabricacin

Como principal materia prima en la fabricacin de un GRC6 (Glass Fibre

Reinforced Cement), se emplean las fibras de vidrio lcali-Resistente, mediante las cuales

el GRC logra las caractersticas que se van a detallar en este estudio. Los principales

componentes de este vidrio AR, se muestran en la Tabla 1-5.

Tabla 1-5. Componentes del Vidrio lcali-Resistente.

Componente Frmula Qumica Porcentaje

Slice SiO2 71

xido de Circonio ZrO2 16

xido de Sodio Na2O 11

Almina Al2O 1

xido de Litio Li2O 1 Fuente: Adaptado de El GRC, P. Comino, 2003.

6 Es el nombre comercial con que se conoce a los hormigones reforzados con fibras de vidrio lcali-resistentes.

24


En el vidrio lcali-Resistente el componente estrella que otorga a la fibra su

poder de lcali-Resistencia es el Zirconio (Zr).

El proceso de fabricacin de la fibra de vidrio AR-Cem-FIL sigue las siguientes etapas:

Composicin - Fusin:

Las materias primas, finamente molidas, se dosifican con precisin y se mezclan

de forma homognea.

A continuacin la mezcla, llamada vitrificable, es introducida en un horno de

fusin directa y calentada a una temperatura determinada. Las temperaturas de fusin

rondan los 1550 C y stas dependern 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 fabricacin de fibras. Estas hileras son elementos

fabricados con aleaciones de platino, de forma prismtica y con la base trabajada con un

nmero 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 dcimas de

milmetro de dimetro.

A la salida de la hilera, el vidrio se estira a gran velocidad, entre 10 y 60 m/s

segn el micraje de fibra a fabricar (dimetro a obtener).

Para la obtencin del vidrio como tal y tras el estado fundido, tal y como se

encuentra en las hileras, se procede a un rpido enfriamiento del vidrio fibrado. El

enfriamiento se realiza en una primera fase por radiacin y en una segunda por

25


pulverizacin de agua fra. De esta forma se logra la no orientacin de las partculas en el

espacio y por tanto la formacin de ese slido amorfo que es el vidrio, en este caso Alcali-

Resistente.

El vidrio obtenido tras este proceso tiene forma de filamento de varias micras de

dimetro. Para el vidrio AR los dimetros normales de filamentos oscilan entre las 14 y las

20 (micras) segn el producto y la aplicacin 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 cohesin entre ellos, no resisten la abrasin,

carecen de flexibilidad y trabajabilidad.

Para corregir estos defectos y dar nuevas propiedades a la fibra en funcin de su

aplicacin, as como para poder transformarla y trabajarla en su fabricacin y presentacin

comercial, es necesario revestir los filamentos con una fina pelcula (ensimaje) que est

constituida en general por una dispersin acuosa de diversos compuestos qumicos que

presentan una funcin bien definida.

El ensimaje se deposita sobre los filamentos a la salida de la hilera cuando la

temperatura del vidrio est todava comprendida entre los 60 y 120C, segn 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 despus del ensimaje se procede a la unin de los filamentos para

formar los hilos o conjunto de filamentos dispuestos en formato comercial. La unin de los

filamentos se realiza mediante unos "peines" con gargantas especiales en los cuales se

produce la unin facilitada por el ensimaje.

26


Es este proceso el que otorgar al filamento y al hilo las caractersticas especiales

que:

a. Le har apto ante una aplicacin especfica.

b. Dar cohesin entre filamentos.

c. Dar resistencia frente a la abrasin que el filamento pueda sufrir consigo mismo,

con otros filamentos o con otras superficies.

d. Elimina cargas electrostticas en los filamentos o unin de los mismos.

e. Facilita la trabajabilidad del filamento y su transformacin.

f. Rigidiza en mayor o menor medida la unin de los filamentos hilos.

En la actualidad existe una familia de ensimajes que unidos a la fibra de vidrio

lcali-Resistente Cem-FIL, le confieren caractersticas especficas para la aplicacin

determinada a la que vaya destinada. De esta forma existen ensimajes especiales para:

a. Resistir la abrasin que supone el amasado de la fibra en un medio extremadamente

agresivo como es el de la mezcla con arena, cemento, agua y aditivos qumicos.

b. Facilitar su corte y proyeccin en una pistola especialmente diseada para estos

procesos de transformacin de la fibra.

c. Facilitar la dispersin de los filamentos, esto es, facilitar la desunin entre

filamentos. Este ensimaje fue expresamente desarrollado para la sustitucin del

amianto.

Bobinado: Los hilos obtenidos de la unin de los filamentos son bobinados para dar lugar a

productos finales (roving directo) o productos intermedios (ovillos), que se bobinan segn

diferentes formas y geometras.

Ser en el proceso de bobinado donde se controlar la velocidad de rotacin de la

bobinadora y por tanto la velocidad de estirado de la fibra de vidrio.

27


Secado:

Los productos procedentes del bobinado se pasan por diferentes dispositivos de

secado con objeto de eliminar el exceso de agua en el que haba disuelto el ensimaje y

otorgar al ensimaje un tratamiento trmico necesario para consolidar sus propiedades frente

a las aplicaciones a las que ser sometido.

Transformacin final: En la transformacin final se realizarn las operaciones necesarias para conferir al

hilo el formato adecuado para la correcta utilizacin por parte de los Fabricantes de GRC.

Destacan entre las presentaciones comerciales actuales del vidrio 1ca1i-Resistente Cem-

FIL el roving ensamblado y los hilos cortados, que sern los que se utilizarn en esta

investigacin:

Roving Ensamblado:

El roving ensamblado se obtiene de la unin de un nmero 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.

La medida fisica de un hilo, y por extensin de una mecha, viene reflejada por el

llamado "Ttulo" con unidades denominadas TEX. As TEX = gr/km que presenta un hilo o

una mecha.

El ttulo de una mecha depender pues del nmero de hilos que la compongan y a

su vez el ttulo de un hilo depender del nmero y del dimetro de los filamentos que lo

componen. Para los Roving Ensamblados Cem-FIL la unidad TEX habitual de la mecha es

de 2450 TEX, estando formada, en algunos productos, y a modo de ejemplo, por 32 hilos

de 76,5 TEX/hilo o por 64 hilos de 38 TEX/hilo. Pueden realizarse otras configuraciones

que dependern de las prestaciones exigidas a las fibras en el material compuesto.

28


Los diferentes rovings tendrn todos en comn el mismo vidrio Alcali- Resistente

Cem-FIL y como elemento diferenciador, entre uno y otro, el ensimaje.

Los rovings van destinados a aplicaciones de proyeccin simultnea (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, segn lo exija la aplicacin a la que vayan destinados. La medida fsica del

hilo es el TEX.

Los hilos cortados van destinados a los procesos de amasado y aplicacin por

medio del colado-vibrado tradicional o por el de proyeccin de la mezcla realizada.

Dentro de la gama de los hilos cortados tenemos dos grandes e importantes

familias:

* Los Hilos Cortados ntegros: Hilos que son capaces de aguantar grandes

abrasiones durante el amasado con aglomerantes hidrulicos, arenas, gravas, agua y

aditivos qumicos, mantenindose en forma ntegra (con todos los filamentos unidos)

durante y tras el amasado realizado.

* Los Hilos Cortados Dispersables en Agua: Hilos que son capaces de dispersarse

o, lo que es lo mismo, dividirse en los filamentos individuales que lo forman, durante el

proceso de amasado o en contacto con agua o disolucin acuosa.

Un esquema del proceso de fabricacin de la fibra de vidrio junto a sus

productos finales puede ser apreciado en la figura 1-6.

29


Figura 1-6. Proceso de Fabricacin de la Fibra de Vidrio, y sus productos Finales [18].

30


1.5 Fabricacin de un GRC

1.5.1 Elementos Constituyentes

Los componentes ms usuales de un GRC son:

Cemento. Arena. Agua. Fibra de Vidrio A. R. Aditivos.

Entre los aditivos destacan los plastificantes, fluidificantes, superplastificantes,

pigmentos, impermeabilizantes, hidrfugos, polmeros, elementos puzolnicos especiales,

etc. Estos aditivos sern agregados, o no, dependiendo de las propiedades y diseo a

otorgar al GRC en cada obra y en base a los requerimientos exigidos en las prescripciones

correspondientes.

Bajo la descripcin general de GRC hay numerosas posibilidades de variar las

mezclas dependiendo del uso del producto final o del mtodo de fabricacin elegido para

producir una familia de compuestos. La estandarizacin est ms arraigada en las mezclas

empleadas sobre GRC para aplicaciones arquitectnicas y en las mezclas usadas en el

proceso de fabricacin por proyeccin simultnea.

Por su parte, la cantidad de fibra de vidrio depender:

a. Del proceso de fabricacin del GRC: Dependiendo del proceso de fabricacin del

GRC se tendrn variaciones en la cantidad de fibra aadida. Esto es, si el proceso es

el de proyeccin simultnea (uso de la fibra en forma de roving) la cantidad de fibra

de vidrio lcali-Resistente Cem-FIL ser del 5% en peso del total de la mezcla

realizada para la fabricacin del GRC. Por el contrario, si en el proceso de

fabricacin se ha de incorporar la fibra de vidrio durante el amasado del mortero

(premezcla o premix) la proporcin ser del 3% del total de la mezcla realizada.

31


b. De la Aplicacin: Las fibras de vidrio AR pueden ser incorporadas entre el 0.1 % y

el 5% en peso. Cuando la proporcin es baja, las fibras AR minimizan la

segregacin 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 hormign. Cuando la

proporcin est entre el 2% y el 3.5% las fibras AR sirven de refuerzo primario en

productos realizados por moldeo y vibracin de bajo coste. Cuando la proporcin es

de un 5% se utilizan las fibras AR para las aplicaciones que exigen una gran

resistencia, tales como los paneles de fachada arquitectnicos.

c. La Resistencia a otorgar a GRC: La cantidad de vidrio lcali-Resistente en forma

de fibras es muy importante desde el punto de vista de la resistencia que presenta el

elemento compuesto GRC, pero tambin es importante tener en cuenta la longitud

de las fibras para la consecucin de unos adecuados niveles de resistencia.

Otro parmetro a controlar durante el proceso de fabricacin del GRC, es la

longitud de la fibra7, la cual depender en gran medida del proceso de fabricacin, ya que,

por ejemplo, en procesos de premezcla una fibra muy larga puede dar problemas de

amasado y de destruccin de la fibra por abrasin en su superficie. Para estos procesos las

longitudes ideales (aqullas 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 proyeccin simultnea (utilizacin de roving) las longitudes ideales

oscilan entre los 30 y los 45 mm [19].

7 Ya se ha considerado la longitud crtica de la fibra, descrita en el punto 1.2.1 de esta Memoria, y que en el caso de este estudio es cercana a los 2 mm.

32


1.5.2 Procesos de Fabricacin de un GRC.

Dentro de este apartado se presentan los diferentes procesos actuales de

fabricacin de un GRC. Hay que tener en cuenta que procesos distintos y/o hbridos a los

presentados pueden utilizarse para la fabricacin de piezas especficas.

1.5.2.1 Procesos de Proyeccin Simultnea

La proyeccin simultnea es un proceso de fabricacin mediante el cual se obtienen

piezas de GRC reforzadas de forma bidireccional (en el plano). La fabricacin consistir en

la proyeccin de capas que posteriormente se irn compactando entre s hasta formar el

espesor total de la lmina o panel de GRC (normalmente entre 10 y 15 mm).

Dentro de este proceso de fabricacin del GRC se incluye [20]:

a. Proyeccin Simultnea Manual: Un operario es el encargado de proyectar las capas,

mediante una pistola de proyeccin (ver figura 1-7). Se utiliza para la fabricacin

de paneles de cerramiento de gran tamao o de otro tipo de elementos de

construccin que requieren una elevada resistencia.

Figura 1-7. Proyeccin Simultnea Manual de GRC.

b. Proyeccin Simultnea Automtica: La pistola de proyeccin realiza un

movimiento de vaivn transversal sobre unos moldes que van pasando por debajo

(ver figura 1-8). Este mtodo se emplea con productos planos como los encofrados

33


perdido de puentes, o para componentes que pueden posformarse con una tcnica de

molde plegado, tales como conductos de cables.

Figura 1-8. Proyeccin simultnea automtica de GRC.

c. Proyeccin Simultnea Robotizada: Las mquinas son controladas por computador,

basndose en el principio de proyeccin concntrica8, 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 circulacin del

agua.

1.5.2.2 Procesos de Premezcla

En el proceso de premezcla, el refuerzo de la fibra de vidrio acta de forma

tridimensional, pues las fibras se orientan en las tres direcciones.

Todos los procesos de premezcla tienen en comn el acto del mezclado, que

normalmente se efecta 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

incorporacin y se pueden mezclar hasta un % elevado dentro de un mortero sin que se

produzcan apelotonamientos o problemas de homogeneizacin. 8 Consiste en proporcionar tanto hormign como hilo de vidrio cortado a partir de un nico punto de salida. Con esto se logra reducir las prdidas de hilo de vidrio.

34


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 realizacin de la obra in-situ, como

por ejemplo, en la realizacin de revocos, soleras, etc.).

Por lo general, las resistencias obtenidas con los procesos de premezcla son

inferiores a las obtenidas por proceso de Proyeccin Simultnea. Por otra parte, dada la

extremada simplicidad, la fcil trabajabilidad y la sencilla puesta en obra, el proceso de

colado-vibrado se convierte en la aplicacin ms rpida y sencilla de realizacin de todas

las de fabricacin de piezas en GRC. Dentro de este proceso de fabricacin del GRC se

destaca [21]:

a. Proceso de Colado-Vibrado: Es el proceso ms difundido de aplicacin de

premezcla. Las fases de realizacin de un colado vibrado son: Realizacin de la

premezcla, colado en un molde, vibrado, fraguado, desmoldeo y curado. Este

proceso se emplea para la fabricacin de gran nmero de piezas tanto ornamentales

como arquitectnicas (ver figura 1-9). Dentro de este proceso se destacan dos

variantes:

Colado-Vibrado en Molde Abierto.

Colado-Vibrado en Molde y Contramolde.

Figura 1-9. Colado-Vibrado de Premezcla.

35


b. Proyeccin de Premezcla: Esta aplicacin ha tenido gran aceptacin en los ltimos

aos pues el nivel de resistencia que las piezas de GRC adquieren con l est entre

las grandes resistencias del GRC procedente de Proyeccin Simultnea y las de un

GRC procedente del Colado-Vibrado (ver figura 1-10).

Figura 1-10. Premezcla proyectada.

1.5 Caractersticas Mecnicas, Fsicas y Qumicas de un GRC

En la Tabla 1-6, que se muestra a continuacin, se aprecian los niveles de

resistencia adquiridos por un GRC a los 28 das, fabricado tanto por el mtodo de

proyeccin como por el de premezcla, adems se compara con un mortero que no contiene

fibra de vidrio. Todos los valores corresponden a placas de espesor de 10 mm.

36


Tabla 1-6. Resistencias Mecnicas a los 28 das de un GRC.

Propiedades Proyeccin Premezcla Mortero Comn

Fibra Cem-FIL (% en peso) 5 3 0

Flexin Mdulo de Rotura (MPa) 20 30 10 14 5 12

Lmite Elstico (MPa) 7 11 5 8 3 6

Traccin

Mdulo de Rotura (MPa) 8 11 4 7 3 5

Lmite Elstico (MPa) 5 7 4 6 3 5

Resistencia a la Compresin (MPa) 50 80 40 60 20 50

Resistencia al Choque (Kj/m2) 10 25 10 15 5 10

Mdulo de Elasticidad (GPa) 10 20 10 20 9 15

Deformacin 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 Fuente: P. Comino, El GRC, 2003.

Tanto la resistencia como la durabilidad del GRC pueden verse mejoradas

notablemente gracias a la adicin de un tipo de metacaoln especfico, y tambin con la

adicin de polmeros acrlicos. Los datos expuestos se aplican a formulaciones de GRC con

una relacin arena/cemento entre el 0.5 y 1.

Las propiedades fsicas y qumicas del GRC se muestran en la Tabla 1-7.

37


Tabla 1-7. Propiedades Fsica y Qumicas tpicas de un GRC.

Propiedad Valor

Pesos Aproximados

Lmina simple 8 mm de espesor (kg/m2) 16

Lmina simple 12 mm de espesor (kg/m2) 24

Panel Sndwich9 (kg/m2) 44

Retraccin irreversible (%) 0.05

Retraccin final (%) 0.2

Coeficiente de Dilatacin Trmica (mm/C) 10 20 x 10-6

Coeficiente de Conductividad Trmica (W/m C) 0.5 1

Resistencia Qumica Buena

Resistencia a los Sulfatos Se usan cementos especiales

Ambiente Marino No afecta propiedades mecnicas

Hielo Deshielo Ningn cambio

Luz ultravioleta No lo degrada

Acstica Reduccin de dB

Lmina de GRC de 10 mm de espesor (dB) 30

Lmina de GRC de 20 mm de espesor (dB) 35

Sndwich de 10 cm (dB) 47

Aislamiento Trmico

Lmina simple 8 mm de espesor (W/m C) 5.3

Lmina simple 12 mm de espesor (W/m C) 5.2

Panel Sndwich (W/m C) 0.4 Fuente: P. Comino, El GRC, 2003.

9 El panel sndwich en este caso se compone de una lmina 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.

38


1.7 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 hormign convencional) guardando

las mismas o superiores prestaciones.

Esta ventaja de ligereza va a repercutir, positivamente, sobre diferentes factores

de diseo e instalacin 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 pequea lista de factores que pueden verse modificados frente a la utilizacin

del GRC, es la siguiente:

a. Transporte de las piezas a obra. Por su caracterstica de ligereza se pueden

transportar del orden de 3 a 5 veces ms piezas de GRC que de hormign

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 diseo

de la estructura y sus cimentaciones, logrndose grandes ahorros de material. El

poco peso lo hace ideal para su uso en edificios de gran altura.

c. Maquinaria de instalacin y puesta en obra. Ya que las piezas de GRC son poco

pesadas, la maquinaria necesaria para su instalacin en obra es mucho ms ligera

(de menor capacidad).

d. Cuadrillas de montaje. Debido a la ligereza y caractersticas del GRC el montaje se

simplifica, reducindose el nmero total de montadores necesarios.

e. Anclajes y herrajes de unin a los entramados de la estructura son mucho ms

ligeros, lo cual repercute sobre el ahorro de materiales.

39


f. El montaje es mucho ms rpido. Debido al poco peso de las piezas de GRC las

gras emplean menos tiempo de montaje y por tanto de construccin. El reducir el

tiempo de construccin, permitir anticipar la entrada en el edificio de otros oficios

y un ahorro en los costos de financiacin.

Todos estos factores de ahorro, estudiados en su conjunto, suponen una

grandsima ventaja competitiva del GRC y lo convierten en lder frente a otros materiales

alternativos.

1.8 Cualidades del GRC

Las fibras de vidrio tienen excelentes propiedades, que hacen de ellas el refuerzo

ideal para los materiales compuestos de matriz inorgnica. AR es la fibra idnea, 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 accin de los lcalis del

cemento.

b. Gran resistencia al impacto, debido a la absorcin de energa por los haces de fibra.

c. Impermeabilidad, an en pequeos espesores.

d. Resistencia a los agentes atmosfricos.

e. El GRC no se corroe ni se deteriora en condiciones atmosfricas.

f. Incombustibilidad, derivada de las caractersticas de sus componentes.

g. Aptitud de reproduccin de detalles de superficie (ideal para imitar piedra o

pizarra).

h. Ligero, lo que reduce los costos de transporte, puesta en obra e instalacin.

i. Aptitud a ser moldeado en formas complejas. (Especialmente til para la

renovacin y restauracin de inmuebles).

j. Gran resistencia contra la propagacin de fisuras.

40


k. Reduce la carga en los edificios, lo que conduce a una reduccin de los costes de

estructura y cimentacin.

l. Reduce los cuidados de mantenimiento.

m. Excelente resistencia frente al vandalismo.

n. Enorme catlogo de texturas y acabados de superficie realizables.

o. Ilimitadas posibilidades de diseos arquitectnicos.

1.9 Principales Aplicaciones del GRC

Todas las caractersticas anteriormente citadas hacen del GRC un material

ampliamente utilizado10. Sus aplicaciones presentan un campo muy extenso en la

Arquitectura e Ingeniera. A continuacin se detallan las aplicaciones ms usuales del

GRC:

a. En la Industria de la Construccin:

Paneles de Fachada y cerramientos en general Sistemas modulares de vivienda Elementos para cubiertas Decoracin de interiores Piscinas Pavimentos Revestimiento de Tneles

b. En la proteccin contra el fuego:

Puertas y pantallas antifuego Conductos antifuego

10 Incluso en Chile ya hay algunas empresas dedicadas a la produccin de algunos artculos de GRC, tales como canaletas y reas verdes transitables.

41


c. En el aislamiento trmico:

Paneles para aislamiento trmico de edificios Cmaras Frigorficas

d. En el control del ruido:

Barreras antirruido en autopistas, carreteras y ferrocarril Proteccin de maquinarias ruidosas.

e. En la industria martima:

Pontones, canales y boyas Tanques para piscifactoras

f. En la agricultura:

Comederos para animales Elementos de drenajes Suelo de granjas Bebederos

g. En el diseo:

Mobiliario urbano de todas clases Escudos y adornos Moldes Elementos decorativos Imitaciones a rocas en parques artificiales.

En la figura 1-11 se aprecian algunas aplicaciones del GRC.

42


Figura 1-11. Aplicaciones del GRC.

43


Captulo 2

PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIN Y PROGRAMA DE ENSAYOS

2.1 Introduccin

En la actualidad, para el refuerzo de fibras de los hormigones, se utilizan fibras

metlicas, plsticas y en algunos casos vegetales. Las fibras de vidrio se utilizan,

generalmente, mezcladas en pastas de cemento o morteros de granulometra muy fina, en el

GRC (Glass Reinforced Concrete), pero no en la aplicacin con hormigones compuestos

por ridos mayores a 5 mm.

En esta memoria se estudia el comportamiento mecnico de los hormigones

reforzados con fibra de vidrio, caracterizando su resistencia a la compresin y a la

flexotraccin como funcin del porcentaje de fibra de vidrio lcali-resistente adicionado.

Adems se estudian los cambios en la trabajabilidad en el hormign dada la incorporacin

de la fibra de vidrio.

Utilizando un rido de tamao mximo de 8 mm se establece un plan de ensayos a

realizar en los laboratorios de la seccin de Hormigones del Instituto de Investigacin y

Ensaye de Materiales (IDIEM) de la Universidad de Chile.

2.2 Objetivos

2.2.1 Objetivo General

El objetivo general de esta memoria es determinar cmo varan las propiedades

mecnicas del hormign al adicionarle distintos porcentajes de fibra de vidrio.

44


2.2.2 Objetivos Especficos

Los objetivos especficos a conseguir con esta memoria se pueden clasificar en

dos grupos. El primero referido al hormign en estado fresco, y el segundo referido al

hormign ya endurecido.

Para el Hormign Reforzado con fibra de vidrio en estado fresco se quiere:

Determinar la trabajabilidad. Para el hormign reforzado con fibra de vidrio ya endurecido se quiere:

Determinar la resistencia a la compresin. Determinar la resistencia a la flexotraccin.

2.2 Variable a Estudiar en el Desarrollo Experimental

La variable a estudiar ser el porcentaje de fibra de vidrio AR adicionada al

hormign, y su incidencia en la trabajabilidad, resistencia a la compresin y resistencia a la

flexotraccin de ste..

Dado lo anterior, se establecen dosificaciones ptimas para el hormign reforzado

con fibra de vidrio.

2.3 Programa de Ensayos

Para cuantificar el efecto de la incorporacin de fibras de vidrio AR al hormign, se

efectuarn ensayos comparativos entre un hormign patrn (sin fibras) y hormigones con

distinto porcentaje de fibra adicionado. La fibra usada ser Cem-FIL Anti-Crack HD, de la

casa Vetrotex, en un largo de 12 mm. ste es el largo estndar, en que este tipo de fibra de

vidrio AR, especialmente diseada para hormigones, es confeccionada. Dicho largo

condicionar el tamao mximo de rido grueso, que para un refuerzo eficiente no debe

45


sobrepasar los 2/3 de longitud de la fibra [22]. Dado lo anterior el tamao mximo del rido

grueso, para esta investigacin, es de 8 mm.

Se utilizar un hormign de una calidad nominal, medida como resistencia a la

compresin, de 250 kgf/cm2, a los 28 das. Se ha considerado este tipo de hormign, ya que

se piensa que aplicaciones del hormign reforzado con fibra de vidrio pueden ser losas,

radieres o algn otro que no requiera de mayores resistencias.

Los porcentajes adicionados de fibra de vidrio estarn comprendidos entre el 0,05%

y el 0,4% en peso del hormign duplicando el porcentaje de fibra adicionada en cada

ensayo. Dado lo anterior se tendrn 5 medidas a ensayar tal como se indica en la Tabla 2-1.

Dichas dosificaciones fueron obtenidas luego de realizar una serie de un ensayos de

prueba11, tomando como lmite inferior la cantidad mnima de fibra a adicionar

recomendada por el fabricante [23] equivalente a 0,03% en peso del hormign, y como

lmite superior el 4% sealado en la literatura [24].

Tabla 2-1. Tipos de Hormigones a Ensayar.

Identificador % de Fibra de Vidrio AR adicionado

H0 0,00

H1 0,05

H2 0,10

H3 0,20

H4 0,40 Fuente propia.

Los ensayos a realizar son los de trabajabilidad, resistencia a la compresin y

resistencia a la flexotraccin. El primer ensayo se realizar con el hormign en estado

fresco, para cada uno de los tipos de hormigones. Los dos ltimos ensayos se realizarn con 11 Los resultados de dichos ensayos pueden ser consultados en la seccin Anexos, del presente trabajo.

46


el hormign ya endurecido, en dos etapas: la primera cuando el hormign cuenta con 7 das

de edad y la segunda cuando el hormign cuenta con 28 das. Estos ensayos tambin

comprenden los 5 tipos de hormigones. Un resumen de los ensayos a realizar puede ser

apreciado en la Tabla 2-2.

Tabla 2-2. Resumen de los Ensayos a Realizar.

Ensayo Estado del

Hormign

Tipo de Hormign Edad del Hormign

Trabajabilidad Fresco H0, H1, H2, H3, H4 Menos de media hora

7 das Resistencia a la

Compresin

Endurecido H0, H1, H2, H3, H4

28 das

7 das Resistencia a la

Flexotraccin

Endurecido H0, H1, H2, H3, H4

28 das

Fuente propia.

2.4 Descripcin de los Ensayos

2.4.1 Trabajabilidad [25]

Durante la etapa en que el hormign 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 hormign fresco, se hace necesario determinar

en qu proporcin lo hacen.

Para cuantificar la trabajabilidad del hormign se medir el asentamiento de cono.

Este ensayo fue ideado por el investigador norteamericano Abrams. Su ejecucin est

regulada por la NCh 1019 y consiste bsicamente en rellenar un molde metlico

troncocnico de dimensiones normalizadas, en tres capas apisonadas con 25 golpes de

47


varilla-pisn y, luego de retirar el molde, medir el asentamiento que experimenta la masa

de hormign colocada en su interior. Esta medicin se complementa con la observacin de

la forma de derrumbamiento del cono de hormign, mediante golpes laterales con la

varilla-pisn. De esta manera, la medida del asentamiento permite determinar,

principalmente, la fluidez, y la forma de derrumbamiento permite apreciar la consistencia

del hormign.

donde: 2.4.3 Compresin

La resistencia a la compresin es una de las propiedades ms importantes del

hormign, siendo tambin el factor que se emplea frecuentemente para definir su calidad.

El procedimiento de ensayo para la determinacin de la resistencia a la

compresin del hormign est 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 continuacin:

a. Forma y dimensiones de la probeta:

Las probetas empleadas normalmente para determinar la resistencia a la compresin son de forma cbica o cilndrica. De las primeras, se emplean de

preferencia las de 15 y 20 cm de arista, y para las segundas las de 15 cm de

dimetro y 30 cm de altura.

b. Condiciones de ejecucin del ensayo:

Velocidad de aplicacin de la carga de ensayo. Estado de las superficies de aplicacin de la carga. Centrado de la carga de ensayo.

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c. Caractersticas del hormign:

Tipo de cemento. Relacin agua / cemento. Edad del hormign.

d. Condiciones ambientales:

Temperatura. Humedad.

El procedimiento de ensayo, descrito en la norma chilena NCh 1037, se resume a

continuacin:

a. Medicin de las Probetas.

Probetas cbicas: Se coloca el cubo con la cara de llenado verticalmente. Se miden los anchos de las 4 caras laterales del cubo aproximadamente a media

altura, y las alturas de las caras laterales, aproximando a 1mm. Se debe

determinar la masa del cubo, aproximando a 50 gr.

Probetas cilndricas: Se miden dos dimetros perpendiculares entre s aproximadamente a media altura, y la altura de la probeta en 2 generatrices

opuestas antes de refrentar, aproximando a 1 mm. Se determina la masa del

cilindro antes de refrentar, aproximando a 50 gr.

b. Ensayo.

Se debe limpiar las superficies de contacto de las placas de carga y de la probeta, colocando la probeta en la mquina de ensayo alineada y centrada. Las

probetas cbicas se colocan con la cara de llenado verticalmente y las

cilndricas asentadas en una de sus caras planas refrentadas. Al acercar la placa

superior de la mquina de ensayo se debe asentarla sobre la probeta de modo de

49


obtener un apoyo lo ms uniforme posible. La carga debe aplicarse en forma

continua y sin choques a velocidad uniforme, de forma tal que la rotura se

alcance en un tiempo igual o superior a 100 segundos y que la velocidad de

aplicacin de carga no sea superior a 3,5 kgf/cm2/seg. Finalmente se registra la

carga mxima expresada en kgf.

c. Resultados.

Se calcula la resistencia a la compresin del hormign mediante la siguiente frmula:

CPRS

= (2.1)

donde: S = Superficie de carga

P = Carga Mxima

2.4.4 Flexotraccin

Se ha considerado de inters el caracterizar los hormigones del presente estudio en

cuanto a su resistencia a la flexotraccin, ello principalmente, debido a que una posible

aplicacin de estos hormigones sera la de pavimentos industriales, y en ese caso un

aumento de la resistencia a flexotraccin por efecto de las fibras sera muy beneficioso.

El procedimiento de ensayo se basa en la norma chilena NCh 1038 [27] y consiste

en someter a una vigueta de hormign simplemente apoyada, a una solicitacin de flexin

mediante la accin de dos cargas concentradas en los lmites del tercio central de la luz de

ensayo.

50


Si la fractura de la probeta de produce en el tercio central de la luz de ensayo, se

calcula la resistencia a la traccin por flexin como la tensin de rotura segn la frmula

siguiente:

2*

*P LRb h

= (2.2)

donde: R = Tensin de rotura, N/mm2 (kgf/cm2);

P = Carga mxima aplicada, N (kgf);

L = Luz de ensayo de la probeta, mm (cm)

I = Ancho promedio de la probeta en la seccin de rotura, mm (cm);

h = Altura promedio de la probeta en la seccin de rotura, mm (cm).

Si la fractura se produce fuera del tercio central de la luz de la probeta, en la zona

comprendida entre la lnea de aplicacin de carga y una distancia de 0,05 L de esa lnea, se

calcula la resistencia a la traccin por flexin como la tensin de rotura, segn la frmula

siguiente:

23* *

*P aR

b h= (2.3)

en que:

a = Distancia entre la seccin de rotura y el apoyo ms prximo, medida a lo

largo de la lnea central de la superficie inferior de la probeta, cm.

51


Captulo 3

DESARROLLO DE LA ETAPA EXPERIMENTAL

3.1 Materiales

3.1.1 ridos

Los ridos empleados son una arena y una gravilla de tamao mximo 8 mm, cuya

procedencia es la planta de ridos PTREOS S.A. Las propiedades de los ridos se

muestran en la Tabla 3-1. La granulometra de la arena y la gravilla se indican en la Tabla

3-2.

Para determinar las propiedades de los ridos, tales como densidad aparente

compactada, ensidad neta y absorcin, tanto de la arena como de la gravilla, se siguieron

los procedimientos establecidos por las normas chilenas NCh 1116 [28], NCh 1117 [29] y

NCh 1239 [30], todas ellas del ao 1977, referidas a dichos temas.

Tabla 3-1. Propiedades de los ridos.

ridos Propiedad Unidad

Arena Gravilla

Densidad Aparente

Compactada

[g/cm3] 1,74 1,68

Densidad Neta [g/cm3] 2,60 2,61

Absorcin [%] 2,77 1,87 Fuente propia.

Para determinar la granulometra de los ridos se procedi a tamizar los ridos, de

acuerdo con la norma chilena NCh 165 Of. 177 [31].

52


Tabla 3-2. Granulometra de ridos.

Porcentaje que pasa en peso Tamices Empleados ASTM

Arena Gravilla

812 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 Fuente propia.

3.1.1.1 Determinacin de Impurezas en las Arenas para Hormigones

La norma chilena NCh 163 Of.79 [32], establece como requisito general para las

arenas que sern utilizadas en la confeccin de morteros y hormigones, no presentar

impurezas orgnicas.

Siguiendo la norma chilena NCh 166 Of.52 [33] se procedi a determinar

calorimtricamente la presencia de impurezas orgnicas.

Al someter la arena a la accin del hidrxido de sodio al 3% durante un perodo de

24 horas se obtuvo una disolucin de color ms dbil al patrn (ver figura 3-1). Esto indica

un contenido despreciable por lo que resulta una arena recomendable para ser utilizada en

la fabricacin de hormigones y morteros.

La medicin de impurezas orgnicas fue realizada en el laboratorio de Materiales

Polimricos del IDIEM de la Universidad de Chile. 12 Esta apertura de tamiz no corresponde a la serie ASTM, sino que a la serie complementaria indicada en NCh 165 Of77.

53


Figura 3-1. Determinacin calorimtrica de impurezas.

3.1.2 Cemento

El cemento utilizado es fabricado por CEMENTO MELON S.A. y su

denominacin comercial es cemento Meln especial, que corresponde a un cemento tipo

Prtland pozolnico de grado corriente.

Cabe sealar que este cemento, cumple con todas las especificaciones establecidas

por la norma chilena NCh 148 referente a cementos [34], por lo cual ha recibido

certificacin de calidad IDIEM.

3.1.3 Fibras de Vidrio lcali-Resistentes

La fibra de vidrio utilizada, es un monofilamento resultante de la dispersin de

haces de fibra al entrar en contacto con la humedad del hormign. Su nombre comercial es

Cem-FIL Anti-Crack HD (High Dispersin), y es fabricado por el grupo SAINT GOBAIN-

VETROTEX. El dimetro del filamento corresponde a 14 micras y su longitud a 12 mm,

por lo cual su relacin de aspecto (cuociente entre el largo de la fibra y su dimetro)

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equivale a 857. La Tabla 3-3 muestra un resumen con las caractersticas fsicas y mecnicas

ms importantes de este tipo de fibra.

Tabla 3-3. Principales Propiedades Mecnicas y Fsicas de la Fibra de Vidrio Cem-

FIL Anti-Crack HD.

Propiedad Valor

Resistencia a la Traccin del Filamento 1,7 GPa

Mdulo Elstico de Young 72 Gpa

Gravedad Especfica 2,68 g/cm3

Alargamiento a la Rotura 2,4%

Dimetro del Filamento 14 m Longitud 12 mm

Relacin Longitud-Dimetro 857:1

Nmero de fibras por kilo 212 millones Fuente: Saint Gobain-Vetrotex, Fibras Cem-FIL.

3.1.4 Agua

Para la confeccin de los hormigones se utiliza agua potable tomada directamente

desde la red de suministro de la ciudad de Santiago. Esta agua cumple con la norma NCh

40913 [35], referida a los requisitos del agua potable.

La norma NCh 1492 Of.82 [36] establece que el agua potable puede ser utilizada

como agua de amasado para hormigones.

13 Este dato fue corroborado por el departamento tcnico de la Empresa Aguas Andinas.

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3.1.5 Aditivo [37]

Al adicionar fibra de vidrio, disminuye la trabajabilidad del hormign [38]. Por

este motivo se utiliza un aditivo plastificante. Considerando que los hormigones sujetos de

este estudio pueden ser producidos y comercializados por empresas de hormign

premezclado, se decide usar un aditivo que adems tenga caractersticas de retardador de

fraguado, para as facilitar su eventual traslado a grandes distancias en camiones

revolvedores. El aditivo usado es Plastiment H.E.R. [39] fabricado por SIKA S.A.

La dosificacin utilizada es la recomendada por el fabricante, que equivale al 1%

en peso de cemento.

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