FIBRAS SINTÉTICAS ESTRUCTURALES EN EL HORMIGÓN

(1)

FIBRAS SINTÉTICAS ESTRUCTURALES

EN EL HORMIGÓN

IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(2)

HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS

Fiber reinforced concrete Fiber reinforced concrete is a concrete which shows improved fresh and hardened properties due to the addition of fibers. Fibers in concrete can lead to the following advantages:

 Improved resistance against

early age shrinkage cracks

 Better cohesion of the fresh

concrete

 Highly improved fire

resistance

 Increased crack resistance

 Higher Impact resistance

 Crack bridging capacity of

fibers leads to large increase of energy absorption

2

HRF : es un hormigón al

cual se han incorporado

fibras durante el

proceso de elaboración

para mejorar sus

propiedades tanto en

estado fresco, como

endurecido.

(3)



Es la forma más antigua de reforzar

morteros y pastas.



Fibras de origen vegetal se han utilizado

hace ya 2.000 años.



Cabello animal se ha utilizado tambien

para reforzar pastas y morteros.

3 ING . PA B LO M A INONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(4)

FIBRAS SINTÉTICAS EN EL HORMIGÓN

CARACTERÍSTICAS, NORMATIVA, ENSAYOS

Y APLICACIONES

(5)

GAMA DE FIBRAS

5 IN G . PA B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TU TR A LES EN EL HO R M IG ÓN

(6)

GAMA DE FIBRAS – NORMATIVA EUROPEA – EN 14889



EN 14889 Fibres for Concrete - Part 1: Steel Fibres



EN 14889 Fibres for Concrete - Part 2: Polymer Fibres

6 IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(7)

Clasificación de Fibras Poliméricas



Clase Ia:

Micro Fibras: < 0.30 mm diámetro;

Monofilamento



Clase Ib:

Micro Fibras: < 0.30 mm diámetro; Fibriladas



Clase II:

Macro Fibras: > 0.30 mm diámetro

(8)

GAMA DE FIBRAS – NORMAS ASTM

Standard Specification for Fiber-Reinforced Concrete ASTM C1116/C1116M – 10a

 Type I Steel Fiber-Reinforced Concrete

ASTM A820/A820M

 Type III Synthetic Fiber-Reinforced Concrete

ASTM D7508/D7508M 8 IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(9)

9

PP Micro Fibras (d<0.30mm) PP Macro Fibras Fibras Metalicas

Control de fisuración por retracción a edades tempranas Dosificacion: ~600g/m3 Absorción de Energía en hormigón proyectado Dosificacion: 5-8kg/m3 Absorción de Energía en hormigón proyectado Dosificacion: 25-40kg/m3

Protección Pasiva Contra el Fuego Dosificación: ~2kg/m3 Puenteo de fisuras en pavimentos ,soleras y revestimientos de hormigón Proyectado Dosificación: 4-6kg/m3 Puenteo de fisuras en pavimentos ,soleras y revestimientos de hormigón proyectado. Dosificación: 20-30kg/m3 IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(10)

QUÉ FIBRA EMPLEAR SEGÚN LA EDAD DEL HORMIGÓN?

10 Resistencia ~10hrs 1-2 dias 28dias SikaFiber®_PPM-18 Microfibra Fiber®_PPM Fiber®_Force Temprana edad: Reducción de la fisuración por contracción Protección contra el fuego con Microfibras Incremento de la ductilidad estructural y en la absorción de energía IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(11)

Propiedades adicionales

:



Químicamente inertes.



Reduce el desgaste de bombas y tuberías



Se almacenan por tiempo indefinido protegida de la

humedad. Ocupan poco espacio



No se oxidan (sintéticas )

Características de las Macro Fibras

(12)

MACRO FIBRAS POLIMÉRICAS

GEOMETRÍA DE LAS FIBRAS



Para conseguir un buen comportamiento:

Relación: Longitud / Diámetro



Geometría óptima para el anclaje.

d = 0,5/0,7mm, l/d = 65/70 con l = 35 mm

12 f f

d

l

ratio

Aspect



:

Relacion óptima entre 40 y 80.

80

40 



f f

d

l

f

l

f

d

(13)

La adherencia (fricción) entre la fibra y la matriz depende

también de las características del hormigón.



Con un hormigón pobre , la mejor fibra funcionará mal.



Un concreto con A/C baja ofrece mejor anclaje a las fibras

que uno con A/C alta.

13 w/c~0.55 w/c~0.42 IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(14)

CANTIDAD DE FIBRAS SEGÚN EL TIPO

14

Tipo de fibra Dosis Cantidad de fibras

6mm PP fibers 2kg 3’848’000 12mm PP fibers 600g 577’000 35mm steel fibers 25kg 182’500 50mm PP fibers 6kg 170’000 IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(15)

APORTE DE LAS MICRO Y MACRO FIBRAS

(16)

APLICACIONES DE LAS FIBRAS

MICRO FIBRAS

-

REDUCCIÓN DE LA FISURACIÓN TEMPRANA

(17)

MICRO FIBRAS

–

PROTECCIÓN PASIVA CONTRA EL FUEGO

17 Full-format picture IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(18)

APLICACIONES DE LAS FIBRAS

MICRO FIBRAS

–

PROTECCIÓN PASIVA CONTRA EL FUEGO

(19)

COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN CON

MACRO FIBRAS



Recordemos:



Los sistemas a base de cemento presentan, generalmente, un

comportamiento

frágil

de rotura.



El hormigón trabaja bien a compresión pero no a flexión, tracción o

cortante.



Incluso con fibra

la matriz cementicea

define la carga máxima

(20)

APLICACIONES DE LAS FIBRAS

REDISTRIBUCIÓN DE TENSIONES

Las fisuras aparecen como consecuencia de:



Retracción



Dilataciones/Contracciones térmicas



Cargas mecánicas

► La fisuración, a unas determinadas dimensiones, compromete la

Durabilidad de la Estructura

Al aportar Macrofibras

la fisuración se distribuye en micro fisuras

que no

afectan a la Durabilidad, al tiempo que mejoran el aspecto del concreto.

20 Macrofibras IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(21)

Características del hormigón con fibras

Objetivo:



Incremento de la tenacidad y resistencia residual del

hormigón.



Control de la fisuración.



Mayor resistencia al impacto.



Mayor durabilidad



Reduce el rebote en hormigón Proyectado

(22)

ENSAYOS DE EVALUACIÓN DE DESEMPEÑO:

MACRO FIBRAS

(23)

AUMENTO DE LA DUCTILIDAD

23 carga o resistencia Deflexión [mm]

1

2

3

4

2

3

4

(24)

CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS EN SOLERAS Y PAVIMENTOS

CARACTERIZACIÓN Y ENSAYO SEGÚN NORMA EN 14651

24 Full-format picture IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(25)

 De acuerdo con CEN (European Committee for Standardization), para que

una fibra sea considerada como estructural la Resistencia residual del

Sistema debe alcanzar al menos 1,5 MPa a 0,5 mm (R1) y 1,0 MPa a 3,5 mm (R4).

PROPUESTA TÉCNICA

(26)

CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS EN SOLERAS Y PAVIMENTOS

CARACTERIZACIÓN Y ENSAYO

26

0.00 0.05 0.50 1.50 2.50 3.50 Fiber Dosage [kg/m3] 0.00 LOP f,R1 f,R2 f,R3 f,R4

2.00 0.00 6.00 0.70 0.80 0.95 1.10 4.00 0.00 6.00 1.10 1.40 1.70 1.90 6.00 0.00 6.00 1.70 2.10 2.60 3.00 8.00 0.00 6.00 2.00 3.00 3.60 4.20 IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(27)

Hormigón proyectado

(28)

Construcc

ión

Concreto Lanzado Concreto Acelerante Aire

O las condiciones de colocación

ING . P A BLO MA INONIS FIBRA S S INTÉ TICA S E S TRU CTU TRA LE S E N E L HORMIG Ó N

(29)

HORMIGÓN PROYECTADO



El hormigón proyectado se diseña como

una capa delgada , que se adapta a las

paredes del túnel ,

con capacidad de

carga, resistencia al peso y tenacidad

.



Esto se puede lograr mediante dos

formas;



Malla metálica o mediante Macro fibras

para reforzar a los morteros y

hormigones Proyectados.



Se diseña utilizando los resultados de

pruebas de placas para definir la

resistencia

post fisuración y tenacidad

(30)

ENSAYO DE PLACA, EFNARC

• Esta propuesta tiende a simular el

comportamiento real

del revestimiento.

• El ensayo de placa es apropiado para comparar diferentes tipos de

fibras y

dosificaciones

• Mide la energía absorbida a partir de

la curva carga - deflexión.

Da una idea de :

• Capacidad soporte de carga

• Absorción de energía del revestimiento ( gunita).

• Resistencia

residual

para una deflexión 25mm.

(31)

ENERGÍA DE ABSORCIÓN

31

Clases de Energia de Absorción

Joules hasta w=25mm

E 500

500 E 700

700 E 1000

1000

Clases de Absorción de Energía segun EN 14487-1

(32)

HORMIGÓN PROYECTADO REFORZADO CON FIBRAS

ENSAYO DE PANEL CUADRADO SEGUN EN 14488-5

32 100mm 500mm 600mm IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(33)

HORMIGÓN PROYECTADO REFORZADO CON FIBRAS

ENSAYO EN 14488-5 DISTRIBUCIÓN DE FISURAS CARA

INFERIOR

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

K (constante instrumento) 0,01 mm 1051,94474 J

Tiempo entre medidas 15 segundos

Energía acumulada

Tiempo Lectura deflector Deflexión Carga Energía Energía Energía acumulada segundos - mm kg kgf.mm Joule Joule

0 0 0 0 0 0 0 15 48 0,48 1680 403,2 3,95136 3,95136 30 74 0,74 2605 557,05 5,45909 9,41045 45 98 0,98 3685 754,8 7,39704 16,80749 60 120 1,2 4685 920,7 9,02286 25,83035 75 200 2 2385 2828 27,7144 53,54475 90 241 2,41 2505 1002,45 9,82401 63,36876 105 276 2,76 2975 959 9,3982 72,76696 120 308 3,08 4150 1140 11,172 83,93896 135 338 3,38 5200 1402,5 13,7445 97,68346 150 405 4,05 4360 3202,6 31,38548 129,06894 165 470 4,7 5035 3053,375 29,923075 158,992015 180 525 5,25 5490 2894,375 28,364875 187,35689 195 582 5,82 5820 3223,35 31,58883 218,94572 210 650 6,5 6110 4056,2 39,75076 258,69648 225 710 7,1 6380 3747 36,7206 295,41708 240 780 7,8 6500 4508 44,1784 339,59548 255 862 8,62 5960 5108,6 50,06428 389,65976 ING . PA B LO M A INONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(40)

CARGA DE FLEXION Y ENERGIA ACUMULADA

(41)

ENSAYO DE PANEL CUADRADO SEGUN EN 14488-5

41 0 5 10 15 20 25 30 Deformation in mm 0 5 10 15 20 25 30 Deformation in mm 200 0 400 600 800 1000 En er gy in Jo u le 20 0 40 60 80 100 Fo rc e in k N Ca. 850 Joules

1 Joule =

0,0098Kg. mm

(42)

HORMIGÓN PROYECTADO REFORZADO CON FIBRAS

ENSAYO DE PANEL CIRCULAR ASTM C-1550

(43)

ENSAYO DE PANEL CIRCULAR ASTM C-1550

43 75mm 800mm IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(44)

HORMIGÓN PROYECTADO REFORZADO CON FIBRAS

ENSAYO PANEL CIRCULAR ASTM C-1550

44 800mm 75mm IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(45)

EFNARC VS ASTM

45 EFNARC/ASTM = 2,5 veces IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(46)

ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE MALLA DE

ACERO Y MACROFIBRAS EN HORMIGÓN

PROYECTADO

(47)

May 21, 2015 47 Fiber Training

Mesh

Fibers

(48)

October 16, 2017

CÓMO SUSTITUIR MALLA METÁLICA POR FIBRAS EN HORMIGÓN

PROYECTADO

VENTAJAS – APLICACION

Colocación de la malla metálica

• El armado metálico es dificil de colocar y en

general requiere de mayores volumenes de hormigón proyectado para recubrir los elementos metálicos.

• Elevado riesgo de huecos detras de las barras

metálicas.

• Vibracion durante el proyectado aumenta el

rebote y en consecuencia en costo final.

(49)

October 16, 2017

PROYECTADO

VENTAJAS – APLICACIÓN

Aplicación con Macrofibras:

•Las fibras reducen los descuelgues y el rebote al

tiempo que son seguras en el uso y manejo

•Se emplea menos proyectado/menor costo

•Menos tiempo colocando el hormigón.

•Las fibras se pueden adicionar en la planta de elaboración del hormigón.

(50)

Sika Fiber permite al hormigón proyectado seguir mejor las irregularidades del terreno.

El hormigón proyectado queda reforzado homogéneamente con excelente densidad e impermeabilidad previniendo el paso de agua.

Sika Fiber otorga resistencia a tracción en todo punto de la capa de hormigón proyectado

Malla de Acero

- Rebote de hormigón

- Sombras detrás de la malla - Sobre espesor de hormigón - Dificultad de instalación - Puntos en contacto con el terreno

Fibra de Acero Sika Fiber

Ventajas

▲Mayor ductilidad

▲Mayor absorción de energía ▲Control de fisuras IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(51)

HORMIGÓN PROYECTADO REFORZADO CON FIBRAS

PROBLEMAS AL PROYECTAR CONTRA MALLAS DE ACERO

(52)

PROBLEMAS CON LA MALLA DE ACERO

May 21, 2015 52 Fiber Training

Acero

(53)

APLICACIONES DE MACROFIBRAS:

SOLERAS Y PAVIMENTOS

(54)

B

U

CO

N

TR

A

C

T

O

R

S

Local Version: Training Name Version: Month / Year Corporate Source: CSE Cem Flooring Version: May 2011

PROBLEMAS EN PISOS DE

HORMIGÓN:

 ALABEO

 CONTRACCIÓN

ING . P A BLO MA INONIS FIBRA S S INTÉ TICA S E S TRU CTU TRA LE S E N E L HORMIG Ó N

(55)

Corporate Source: CSE Cem Flooring Version: May 2011

Traditional Practice can lead too :-

Poorly placed

Dis-functional

Reinforcement

(56)

Malla electrosoldada mal colocada,

SOLUCIÓN ???

(57)

B

U

CO

N

TR

A

C

T

O

R

S

Local Version: Training Name Version: Month / Year Corporate Source: CSE Cem Flooring Version: May 2011

- Mayor espaciamiento de juntas

- Facilidad de colocación/stock

- No corrosivas , inertes

- Distribución homogénea en la masa de hormigón.

- Evitan fisuración plástica y aportan ductibilidad.

Sikaflex®_{- PRO 3 WF or SL} Sika®_Rod ING . P A BLO MA INONIS FIBRA S S INTÉ TICA S E S TRU CTU TRA LE S E N E L HORMIG Ó

(58)

October 16, 2017

58 Title of Presentation / Meeting Name

INGRESO DE DATOS: MALLA ELECTROSOLDADA

Equivalent Structural Synthetic Fibre Concentration for Slab Thickness Equivalent Structural Synthetic Fibre Concentration for Slab Thickness

2 3

1 Rebar Diameter Steel Area Table check (mm) (mm2₎

In case of usi ng Sika Force PP 48, pl ease check your resul ts and proposed dosi ng 4 12,57 wi th the tabl e shown i n the tabl e shown at the end of thi s Excel Sheet enteri ng wi th 5 19,64

the area of steel val ue (mm2): 6 28,27

137,48 7 38,48

8 50,27 6

10 78,54 Rebar Diameter (mm) 5,00

12 113,10 Area of Steel / rebar (mm2

) 19,64

16 201,06 Mesh spacing 15,00

18 254,47 Number of rebars per meter 7

20 314,16

4 5 Area of Steel / meter (mm2) 137,48 Mesh spacing Rebars 7

(square apertures) per meter Wire tensile strength (MPa) 500

6 17

6,75 15 7,6 13 8,55 12

Reinforcement comparison chart for Slabs on ground only. 9,5 11

10 10

Table indicates Sika Fiber Force PP 48 equivalent dose in kg/m3

15 7

to the standard reinforcement shown (single steel mesh). 20 5

25 4

Shaded areas are not recommended fibre doses or reinforcement for slab thickness shown.

Disclaimer

The information, and, in particular, the recommendations relating to the application and end-use of Sika products, are given in good faith based on Sika's current knowledge and experience of the products when properly stored, handled and applied under normal conditions in accordance with Sika’s recommendations. In practice, the differences in materials, substrates and actual site conditions are such that no warranty in respect of merchantability or of fitness for a particular purpose, nor any liability arising out of any legal relationship whatsoever, can be inferred either from this information, or from any written recommendations, or from any other advice offered. The user of the product must test the product’s suitability for the intended application and purpose. Sika reserves the right to change the properties of its products. The proprietary rights of third parties must be observed. All orders are accepted subject to our current terms of sale and delivery. Users must always refer to the most recent issue of the local Product Data Sheet for the product concerned, copies of which will be supplied on request.

It may be necessary to adapt the above disclaimer to specific local laws and regulations. Any changes to this disclaimer may only be implemented with permission of Sika® Corporate Legal in Baar.

(59)

October 16, 2017

FIBRAS – ESTIMACIÓN DE DOSIS PARA ENSAYOS

Equivalent Structural Synthetic Fibre Concentration for Slab ThicknessEquivalent Structural Synthetic Fibre Concentration for Slab Thickness

Residual Capacity fr,3,k (MPa) 10

In case you have tested the l ocal raw materi al s obtai ni ng a Re,3 and f’cf pl ease enter the val ues i n the tabl e bel ow:

Re,3 (%) 52,00

f’cf (MPa) 5,50

fe,3(MPa) 2,86 2,38 8 Steel mesh data

Wi re di ameter (mm) 5,00 Mesh square apertures (cm) 15,00 Wi re tensi l e strenght (MPa) 500,00

Tensile capacity (kN/m) 65,45 Val ue after SF of Model Code 2010 27,27

Any other Safety Factor 2,00

Val ue after proposed Safety Factor 32,73

Mu (kNm) 4,12

PFRC data

PFRC resi dual capaci ty (MPa) 1,50

Sl ab thi ckness (cm) 14,00

Tensi l e capaci ty (kN/m) 210,00 Check

Val ue after SF of Model Code 2010 46,20 OK

Any other Safety Factor 3,00

Val ue after proposed Safety Factor 70,00 OK

Mu (kNm) 4,90 OK 9

Double mesh 333,67 Check

Tensi l e capaci ty (kN/m) 130,90 Check 73,41 OK

Val ue after SF of Model Code 2010 54,54 Not enough 3,00

Val ue after proposed Safety Factor 65,45 OK 111,22 OK

7,79 OK

Note: fr,3,k i s the resi dual strength obtai ned accordi ng to

EN 14651 at 2,5 mm open crack wi th concrete mi x based

on EN 14485

EN 14651 (Europe) / RILEM TDF 165 (North America) ASTM C 1399 / C 1609 (C 1018 is no longer active)

Tensile capacity (kN/m)

Value after SF of Model Code 2010 Any other Safety Factor

Value after proposed Safety Factor

Mu (kNm)

PFRC data

Estimated residual capacity (MPa)

Re,3= Residual stress to 3mm

Re,3= fe,3/f’cf

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Deflection [mm]

f’cf

fe,3

Tb = Total area under l oad / defl ecti on graph to 3,0 mm

dtb

Sika Fiber Type ₂ ₄ ₅ ₆ ₈

SikaFiber T-60.2 1,00 1,80 2,30 2,80 3,80 SikaFiber R-60.2 0,95 1,70 2,15 2,60 3,60 SikaFiber PP52/540 1,10 2,50 2,80 3,30 Fiber Dosage (kg/m3) IN G . P A B LO M A IN ONIS FIB R A S SIN TÉT IC A S ES TR UC TUT R A LE S EN EL HO R M IG ÓN

(60)

APLICACIONES DE MACROFIBRAS:

PREFABRICADOS Y NUEVOS PROYECTOS

(61)

October 16, 2017

INDUSTRIA DEL PREFABRICADO: DOVELAS

(62)

INDUSTRIA DEL PREFABRICADO

VENTAJAS DEL PFRC

Ventajas:

• Optimizar los costes de materiales (PP vs Acero)

• Reducir los tiempos de colocación del concreto, mayor rendimiento

• Mejora de los costes totales del proceso

• Refuerzo homogéneo y eficaz en zonas con espesor reducido

• Durabilidad control de fisuras / No corrosión

• Fácil manejo y mezclado

(63)

Los elementos prefabricados ligeros no son estructurales y no precisan de un cálculo estructural.

Estimación de la cantidad de acero a reemplazar por macrofibra

• Ensayos comparativos a escala real de acuerdo con las especificaciones / necesidades de la pieza seleccionada