Evaluación de los problemas con la dosificación 3

En la prueba de la dosificación número 3, que incorporaba fibras de polipropileno, se constató baja trabajabilidad además de la segregación del hormigón. Teniendo esto en cuenta, se realizaran cambios en la dosificación aumentando el contenido de cemento, de agua y de fluidificante. Los resultados de dichoss cambios no fueron satisfactorios de modo que los problemas citados volvieron a manifestarse prácticamente con la misma intensidad. Por ello, se hace necesario estudiar las posibles causas de la baja trabajabilidad y la segregación observados en las pruebas del HAC con fibras de polipropileno.

Características de las fibras de polipropileno

Las citadas fibras de polipropileno son fabricadas por la empresa Anglo-Danish Fibre Industries bajo el nombre comercial Firbin 23. Como consta en la hoja técnica dada en el Apéndice B, las fibras presentan 12 mm de longitud, 18 mm de diámetro y superficie específica igual a 250m²/kg.

En la misma hoja técnica, se muestran algunas pruebas realizadas en dos dosificaciones con adición de 0,91 kg de fibras por metro cúbico de hormigón. Esos resultados fueron comparados con los obtenidos para las mismas dosificaciones pero sin la adición de fibra. En los ensayos realizados cabe destacar la reducción de la trabajabilidad en función de la adición de fibras. Así, en el caso de la dosificación sin fibras, la extensión de flujo medida de acuerdo con la normativa BS 1881-102 fue de 430 mm; mientas que la

extensión de flujo fue de 335 mm en el caso de la dosificación con fibras. Se trata de una reducción bastante significativa que sería todavía mayor caso se empleara una cantidad mayor fibras. De hecho, en todas las instrucciones consultadas no se encontró ninguna que recomienda una incorporación superior a 0,91 kg de fibra del tipo Fibrin 23 por metro cúbico de hormigón.

En este contexto, la adición empleada en las pruebas de Prefabricados DELTA con 2,00 kg de fibra por metro cúbico de hormigón puede claramente generar problemas en cuanto a la trabajabilidad dependiendo de las características de la dosificación propuesta. En otras palabras, debería haber una importante reducción en la trabajabilidad del hormigón con fibras en comparación a la misma dosificación sin fibras, tal como se observó en las pruebas realizadas.

Evaluación de la influencia superficie específica

La hipótesis inicialmente propuesta fue que la superficie específica aportada a la mezcla por las fibras era la principal responsable por la pérdida de trabajabilidad del hormigón. Para evaluar tal hipótesis se buscó en la literatura los valores aproximados para la superficie específica de los distintos materiales empleados en la amasada. En la tabla 3.6 se muestra la superficie total de cada material por metro cúbico de

hormigón además del porcentaje respecto a la superficie total del cemento (67)_.

En ella se observa que la superficie total aportada a la mezcla por la fibra de polipropileno es como mínimo 8,8 veces inferior a la de los demás materiales. En valores relativos, la superficie total de las fibras corresponde tan solo a un 0,3 % de la superficie total del cemento, mientras que la arena y el filler corresponden a 23,1 % y 31,8 %, respectivamente. Así pues, un aporte tan reducido en la superficie total por parte de las fibras de polipropileno no parece ser el motivo de las grandes variaciones halladas en la trabajabilidad del hormigón, lo que prácticamente invalida la hipótesis inicial.

Tabla 3.6 - Superficie total por metro cúbico de hormigón para los distintos materiales

Material Superficie total (m²) superficie total del (%) respecto

cemento Filler 49500 31,8 Arena 0-6 mm 36050 23,1 Gravín 4-8 mm 12500 8,0 Grava 5-12 mm 4400 2,8 Cemento 155800 100,0

Fibra tipo Fibrin 23 500 0,3

Una vez que la superficie total de contacto no es el elemento principal, quizá sea determinante la distribución de las fibras en el hormigón. Por eso, la segunda hipótesis considerada es que la perdida de trabajabilidad se debe al mecanismo de contacto y a la distribución de las fibras en el hormigón fresco. A continuación se muestra un cálculo simplificado de la distribución de las fibras que podría explicar los resultados observados en las pruebas.

Cálculo simplificado de la distribución de las fibras

La trabajabilidad medida en el ensayo de extensión de flujo se caracteriza por la capacidad del mortero en fluir bajo su propio peso. Para que haya un movimiento relativo entre las partículas del hormigón es necesario que la acción debida al propio peso sea superior a la respuesta de rozamiento estático límite entre las partículas en contacto. Dentro de este concepto, las fibras presentan un comportamiento especial debido a sus características geometría, en especial, su elevada esbeltez. En función de la cantidad de fibras incorporadas, se puede formar una red cuya estructuración es suficientemente densa para introducir rozamiento interno capaz de impedir el desplazamiento relativo de las partículas.

En la figura 3.20 se muestra el desplazamiento relativo entre las partículas de un hormigón con un contenido de fibras suficiente para generar ese efecto de red densa. Como se puede observar, el

rozamiento entre las partículas y las fibras impide el desplazamiento relativo de acuerdo con la tendencia de movimiento. Por consiguiente, se notaría una reducción considerable de la trabajabilidad del hormigón.

Figura 3.20 - Desplazamiento relativo en un hormigón con elevado contenido de fibras

Teniendo eso en cuenta, cabe señalar que un contenido de 2 kg de las fibras tipo Fibrin 23 está compuesto por aproximadamente 880 millones de unidades con las dimensiones dadas en el apartado 3.4. Teóricamente, esa cantidad de fibras está distribuida en un metro cúbico de hormigón, lo que equivale a un espaciamiento medio de 1,0 mm entre el centro de gravedad de las fibras adyacentes. Considerando una orientación aleatoria y teniendo en cuenta que la fibra posee 12,0 mm de longitud, se forma una red bastante densa en el hormigón fresco. Una red con esas características podría claramente generar la pérdida de trabajabilidad observada en los ensayos.

Cabe señalar que el fenómeno de la formación de las redes densas en función de las características de las fibras y de la dosificación del hormigón, parece ser un tema relevante en el cual se debe ahondar. Si bien la causa fundamental del no éxito con las fibras plásticas ha sido la elevada cantidad aportada a la dosificación. Cara al futuro se podría comprobar esta dosificación con 0,9 gr /m³ en vez de los 2 kg/m3 empleados en la dosificación 3.