Antonio Aguado. Formigó armat amb fibres metàl liques: disseny, càlcul i aplicació. Col legi Enginyers Industrials. Catedrático Universidad

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Col·legi Enginyers Industrials

Barcelona 16.02.2010

Antonio Aguado

Catedrático Universidad

Formigó armat amb fibres metàl·liques:

disseny, càlcul i aplicació

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El hormigón con fibras en el contexto del H. estructural

Fibras: No estructurales y estructurales Acierto del título: formigó armat

Visión estructural H. Masa (P = 0 ) (A_s = 0) (A_f = 0) H. Pretensado (P

≠

0) (A_s = o ≠ 0) (A_f = o ≠ 0) (A_p

≠

0) H. Armado (P = 0) (A_s ≠ 0) (A_f = 0) H. con fibras (P = 0) (A_s = o ≠ 0) (A_f ≠ 0)

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Objetivo – EHE 08

Objetivo

• Profundizar en visión estructural de la contribución de las fibras • Enfatizar en estructuras industriales

• Pavimentos armados vs pavimentos de hormigón con fibras

Impulso EHE: Anejo 14

Confianza al usuario

Visión global (material-estructura) Sinergias Puesta (HAC con fibras)

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Fase 1: Hormigón sin fibras P P ε_cf σ_c σ_{máx =} A P

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Fase 2: Contribución fibras: Anclaje perfecto P P ε_cf σ_c σ_{máx =} A P Función cantidad de fibras y f_y

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Fase 3: Contribución fibras: Pérdida de anclaje P P ε_cf σ_c σ_{máx =} A P Función cantidad de fibras y f_y

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P P ε_cf σ_c σ_{máx =} A P

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Hormigón con fibras vs hormigón armado P P ε_cf σ_c P P ε_cf σ_c Futuro:

Elementos mixtos de hormigón con armaduras pasivas (activas) y fibras

Hormigón con fibras:

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Ecuación constitutiva (1)

σ _cf = σ _c + σ _f + Δσ _cf

donde:

σ_cf es la contribución del hormigón en masa.

σ_f es la contribución de la fibra

donde: B = f (cuantía de fibra y características)

C, k y n son variables asociadas al punto de inflexión

Δσ_cf es la pérdida de tensión por la rotura del anclaje

a partir de una cierta deformación (A).

)

1 (

*

* (* ) n c B k fibra

B

e

ε

σ

=

−

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Factor orientación (η_θ) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Resultados experientales Previsión modelo Factores considerados • Amasado (HC o HAC) • Método de colocación • Efectos dinámicos • Geometría encofrado

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Sistema medición cantidad de fibras (1)

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Sistema inductivo (PROMSA 15x15x15 cm) -0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0 15 30 45 60 dosificación fibras (kg/m3) Δ L (mH )

1 día 7 días 28 días

Lineal (1 día) Lineal (7 días) Lineal (28 días)

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Orientación de las fibras en probeta 30 kg/m3

23,7%

38,7% 37,6%

Orientación de las fibras en probeta 40 kg/m3

39,7%

37,9% 22,5%

Orientación de las fibras en probeta 20 kg/m3

22,5%

39,6% 37,8%

Sistema medición cantidad de fibras (3)

Indirectamente: orientación de la fibra Importancia del tema

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ε _lim ε (%0)

σ

f _ctR,d f ctR,d = 0,33 f R3,d ε ₁ ε ₂ ε _lim ε (%0) A B C _D E

σ

f _ct,d f _ctR1,d f _ctR3,d

ε l_im = 20 ‰ para secciones sometidas a flexión y 10 ‰ para secciones sometidas a tracción

Ecuación constitutiva (2)

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Modelización continua de secciones hasta rotura C T1 EN MS C

Fisura con fibras prácticamente agotadas T1 T2 EN MS MM T3 T4 Fibras trabajando a

“pull out” en la fisura C T1 T2 EN MS MM T3 C T1 T2 EN MS MM Formación Microfisura NA Fc Ft Fc Ft NA FZ Fc Ft NA FZ Fc Ft NA FZ

Lineal Fisurado Pre y Post rotura

w M_f M M_u M_p Lineal Fisurado

Pre y post-pico • Modelo general para cualquier tipo de fibras

(estructurales)

• Reproduce el comportamiento hasta rotura de secciones con refuerzo mixto fibras + armadura pasiva tradicional

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 Curvature (1/km) Be nd ing ( m kN /m ) 5 10 15 20 25 30 10 15 20 25 20 kg/m3 Sin refuerzo 3Ф12+20kg/m3 6Ф12 42 Configuración de Refuerzo M_f (mkN/m) M_p (mkN/m) M_u (mkN/m) Sin armado 18,4 - 0 6Ф12 18,6 44,7 45,8 20 kg/m3 _18,4 _22,8 _22,6 3Ф12+20 kg/m3 _18,5 _43,1 _43,5 1 m 3Φ12/m+20kg/m2 1 m 0,20 m 6Φ12/m HA-35 Ejemplo

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φ

c

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Vigas rectangulares Vigas en T 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Flecha (mm) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 C arga ( k N ) T de hormig. simple h= 50 cm, _bw= 20 cm hf= 15 cm, bf= 100 cm T de HRFA h= 50 cm, _bw= 20 cm hf= 15 cm, bf= 100 cm V_u = V_c + V_w+ V_f

V_c= contribución del hormigón

V_w= armadura de corte, p.e.: estribos

V_f= contribución de las fibras de

acero, mejorando el

engranamiento de los áridos

0 2 4 6 8 10 12 14 16 Flecha (mm) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Ca rg a ( k N) 20x30 sin fibras 20x60 sin fibras 20x60 HRFA 20x30-HRFA

Contribución frente a esfuerzos cortantes

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y 44,6 0 24,60 5,1 0,3 0,4 1,9 13,5

Pontonas, cajones flotantes (1)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Crack Width (mm) B endi ng ( m kN /m ) 126 mkN/m 0 kg/m3 10 kg/m3 20 kg/m3 30 kg/m3 40 kg/m3 50 kg/m3 9 Muros Exteriores 40 cms

9 Losa Superior Compuesta (9 cms

Prefabricados y 31cms in situ)

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Losa Superior Losa Inferior Muro Perimetral Muro Interior Armadura Tradicional Ф16/33 Ф16/33 Ф16/33 Ф16/33 Fibras 15 30 15 20 Ahorro Tradicional (%) 25,3 52,2 47,3 40,0 Ahorro Total (%) 5,1 32,3 30,7 20,9

Reducción media del 25% de la armadura +

Reducción de tiempos de construcción

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Vibrocompactación (1.200mm<Φ_int<2.500mm)

Acabados excelentes Vibración + Compactación + Mayores espesores de pared

Excelente Orientación de las fibras

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Tubos de hormigón con fibras (2)

Riesgos de manipulación, con fibras metálicas

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I V FIBRAS + ARMADURA ARMADURA FIBRAS Clase ASTM II III IV Φ (mm) 600 1200 A_int A_ext

Φ_int< 600mm: Eliminación barras A_ext y A_int

600 < Φ_int<1.200: Eliminación A_ext + Reducción del 40% - 60% A_int

Φ_int > 1.200mm: Reducción de 25% - 40% Armadura total

Cuantías entre: 25 y 40 kg/m3

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Forjados de HAC con fibras (3)

Alavedra et al.

Ojo: Empujes sobre el encofrado

(30)

LKS Cooperativa Mondragón

Proyecto piloto Su propia sede

(31)

(32)

Prueba de carga Modelo numérico

Ensayos

(33)

Otras posibilidades en forjados de HAC con fibras (7)

(34)

Pavimentos como estructura

Fuente fotos: Densiphalt

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¿Por qué juntas en pavimentos de hormigón?

Razón de ser

Retracción: Δε y gradiente (importancia primeras edades) Temperatura: ΔT y gradiente (diferencia interior-exterior) Construcción

Importancia de factores concomitantes:

Cargas de tráfico, uso, etc.

Condiciones de la base de apoyo

Alabeo por temperaturas y por humedad

Día Noche Húmedo Seco

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¿Cuáles son los parámetros principales del espesor? Causas Cargas tráfico Cargas puntuales Esfuerzos principales: Flexiones Punzonamiento Fatiga

Interacción con acciones indirectas

Día _Noche

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Equivalencias: Razón de ser

Recubrimiento: ~35 mm No precisa

Armadura: Si, por razones mecánicas y No precisa Condiciones termohigrométricas Si fibras Construcción: Dificultad capa superior No precisa

Riesgos pérdida de posición

Orientación: Muy buena de la armadura Preferente de la fibra

En E.L.U.: Hormigón no contribuye Fibra si contribuye En E.L.S.: Mayor apertura fisuras Menor apertura fisuras

Hormigón armado vs Hormigón con fibras

Alternativas de armado (1 o 2 capas)

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(39)

Formas de abordar el cálculo

• Métodos numéricos (MEF u otros). Complejo. Sólo en estudios de casos singulares

• Programas empresas de fibras: Cajas negras. Cierta desconfianza

• Códigos nacionales o internacionales: p.ej.: ROM, AASTHO • Métodos empíricos

Pavimentos: ………

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Construcción (1)

• Sistemas conocidos. No diferenciación por la fibra • Cierta orientación de la fibra en plano horizontal

(Ventaja añadida)

• Riesgo formación erizos

• Racionalidad en la configuración de juntas. Similar a otros casos.

Posibilidad aumentar distancias

Efecto borde Efecto compactación

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Largo ≤ 1,5 a 2 * ancho Fisuras

Incorrecta disposición juntas

Correcta disposición juntas

Construcción (2)

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Hormigones utilizados (1)

• Hormigones en el entorno 20 a 35 MPa a compresión

• Recomendaciones usuales a otras aplicaciones con fibras • Inclusión de aireantes

• Posibilidad de vertido y/o bombeado

• Las fibras, preferible incorporar en la amasadora, si bien existen experiencias de otro tipo.

• Modos de incorporación: manual, dosificadores

• Ver la fibra como un árido grueso de bajo coeficiente de forma.

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Hormigones utilizados (2)

No deben pelearse entre fibras Definir muy bien el fin para el que se incorporan las mismas

En las estructurales: Importancia de la tensión

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Conclusiones

9 Elementos mixtos de hormigón con fibras y armaduras (pasivas) y/o activas Una oportunidad de futuro

9 Necesidad de desarrollar:

- Herramientas de apoyo (entornos empresas o externos) - Experiencia en los técnicos participantes

- Métodos de control

9 Voluntad política y técnica de cambio

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