Pavimentos de Concreto Reforzados con fibras de acero
1. Fundamento teórico del SFRC
• Caracterís6cas 7sicas de las fibras de acero (EN-‐14889)
• Medición del desempeño de las fibras de acero (EN-‐14651)
2. Pavimentos de concreto reforzados con fibras de acero
• Viales
• Portuarios
• Casos prác6cos de ambos
Concreto Reforzado con Fibras de Acero: Propiedades del Material
-
discon=nuo
-
uniformemente distribuído
Fundamento Teórico del SFRC
Historia
1874
1914
70’s
00’
Patente SFRC Mundial I Guerra Primeras aplicaciones formales en pavimentos Diseños optimizados Acabados superficiales CRCP + fibras…EN-‐14889
I
Alambre trefilado en frío
II
Hojas cortadas
III
Extractos de fundición
IV
Corte de acería (conformados en frío)
V
Alambre trefilado en frío modificado
(aserrados de bloques de acero)
I
II
III
IV
Propiedades fundamentales de las fibras de acero
•
Longitud
•
Longitud desarrollada
•
Diámetro equivalente
•
Relación de aspecto
•
Forma de la fibra
•
Resistencia a tensión del alambre
•
Módulo de elasticidad
•
Resistencia residual a flexión del SFRC
•
Desplazamiento relativo de los extremos de la fisura (CMOD)
•
Relación de aspecto, longitud/diámetro (L/D)
•
Tipo de anclaje
•
Resistencia a la tensión del alambre
Extremos doblados ofrecen un mejor anclaje en la matriz de concreto Resistencia a la tensión del alambre Relación L/D 80-65-45
Desempeño de la fibra
EN-14889
¿Por qué EN-14889?
EN-14889
ASTM A-820EN - 14889
Comparación entre misma dosis de fibras con diferente relación de
esbeltez y que pudieran parecer “similares”:
39,000 fibras/m
3
Longitud 60 mm
Diámetro 1,00 mm
Relación L/d = 60
Longitud 60 mm
Diámetro 0,75 mm
Relación L/d = 80
69,000 fibras/m
3
Dosis = 15kg/m
3Comparación entre misma dosis de fibras con diferente relación de
esbeltez y que pudieran parecer “similares”:
2,340m de refuerzo/
m
3
Longitud 60 mm
Diámetro 1,00 mm
Relación L/d = 60
Longitud 60 mm
Diámetro 0,75 mm
Relación L/d = 80
4,140m de
refuerzo/m
3
EN-‐14889
Dosis = 15kg/m3
• Anclaje muy bueno en función de la resistencia a la tensión del acero.
–
La fibra se rompe
• Anclaje muy débil en función de la resistencia a la tensión del acero.
–
La fibra no trabaja óp=mamente
•
Una buena fibra de acero, balancea correctamente el
desempeño de su anclaje Vs la resistencia a tensión del
alambre.
EN-14889
• Marcado CE y e=quetado
• Número de Iden6ficación del organismo de cer6ficación
• Nombre o marca comercial y dirección del fabricante
• Dos úl6mos dígitos del año del marcado
• Número del cer6ficado de conformidad CE o del cer6ficado de control de producción de fábrica
• Referencia a la Norma EN-‐14889
• Descripción del producto: nombre genérico, material, grupo, dimensiones, forma y uso previsto
• Caracterís6cas 7sicas esenciales que 6enen que ser declaradas
• Valores declarados
L/3
P/2 P/2
b
h
L/3
L/3
δ"
L/3
P/2 P/2
b
h
L/3
L/3
δ"
L/3
P/2 P/2
b
h
L/3
L/3
δ"
L/3
P/2 P/2
b
h
L/3
L/3
δ"
L/3
P/2 P/2
b
h
L/3
L/3
δ"
L/3
b
h
L/3
L/3
¡FALLA
FRÁGIL!
COLAPSO DE LA
ESTRUCTURA
0
L/3
b
h
L/3
L/3
𝐟
↓
𝐟𝐜𝐭
=
𝐌∙𝐲
/
𝐈
M = P.L/6
¡FALLA
FRÁGIL!
COLAPSO DE LA
ESTRUCTURA
L/3
b
h
L/3
L/3
𝐟
↓
𝐟𝐜𝐭
=
(𝐏∙
𝐋
/
𝟔
)∙𝐲
/
𝐈
M = P.L/6
¡FALLA
FRÁGIL!
COLAPSO DE LA
ESTRUCTURA
L/3
b
h
L/3
L/3
𝐟
↓
𝐟𝐜𝐭
=
(𝐏∙
𝐋
/
𝟔
)∙(
𝐡
/
𝟐
)
/
𝐈
M = P.L/6
¡FALLA
FRÁGIL!
COLAPSO DE LA
ESTRUCTURA
L/3
b
h
L/3
L/3
𝐟
↓
𝐟𝐜𝐭
=
(𝐏∙
𝐋
/
𝟔
)∙(
𝐡
/
𝟐
)
/
(𝐛∙
𝒉↑
𝟑
)/𝟏𝟐
M = P.L/6
¡FALLA
FRÁGIL!
COLAPSO DE LA
ESTRUCTURA
L/3
b
h
L/3
L/3
𝐟
↓
𝐟𝐜𝐭
=
𝐏∙𝐋
/
𝐛∙
𝒉↑
𝟐
M = P.L/6
¡FALLA
FRÁGIL!
COLAPSO DE LA
ESTRUCTURA
La estructura antes del colapso es isostática • Se evalúa la resistencia del material • La primera fisura es la última
L/3
b
h
L/3
L/3
𝐟
↓
𝐟𝐜𝐭
=
𝐏∙𝐋
/
𝐛∙
𝒉↑
𝟐
M = P.L/6
L =
450 mm
b =
150 mm
h =
150 mm
P =
29.0 kN
f
fct=
3.86 N/mm
2¡FALLA
FRÁGIL!
COLAPSO DE LA
ESTRUCTURA
L/3
b
h
L/3
L/3
L/3
b
h
L/3
L/3
P/2 P/2
δ"
SFRC SFRCL/3
b
h
L/3
L/3
δ"
P/2 P/2
SFRC SFRCL/3
b
h
L/3
L/3
δ"
P/2 P/2
SFRC SFRCL/3
b
h
L/3
L/3
δ"
P/2 P/2
SFRC SFRCL/3
b
h
L/3
L/3
δ"
P/2 P/2
SFRC SFRCL/3
b
h
L/3
L/3
δ"
P/2 P/2
SFRC SFRCL/3
b
h
L/3
L/3
δ"
P/2 P/2
L =
450 mm
b =
150 mm
h =
150 mm
P =
29.0 kN
f
fct=
3.86 N/mm2
P
e,3
= 52.2 kN.mm = 17.4 kN
3 mm
SFRC SFRCL/3
b
h
L/3
L/3
δ"
L =
450 mm
b =
150 mm
h =
150 mm
P =
29.0 kN
f
fct=
3.86 N/mm
2P
u
= 29.0 kN
P
e,3
= 17.4 kN
𝑓↓𝑓𝑐𝑡
,
𝑒𝑞
,150
=
𝑃↓𝑒
,3
∙
𝐿/𝑏
∙
ℎ↑
2
P/2 P/2
L/3
b
h
L/3
L/3
δ"
P
u
= 29.0 kN
P
e,3
= 17.4 kN
L =
450 mm
b =
150 mm
h =
150 mm
P =
29.0 kN
f
fct=
3.86 N/mm
2𝑓↓𝑓𝑐𝑡
,
𝑒𝑞
,150
=2.32
𝑁
/
𝑚𝑚↑
2
𝑅↓𝑒
,3
=
𝑓↓𝑓𝑐𝑡
,
𝑒𝑞
,150
/𝑓↓𝑓𝑐𝑡
P/2 P/2
SFRC SFRCL/3
b
h
L/3
L/3
δ"
P
u
= 29.0 kN
P
e,3
= 17.4 kN
L =
450 mm
b =
150 mm
h =
150 mm
P =
29.0 kN
f
fct=
3.86 N/mm
2𝑓↓𝑓𝑐𝑡
,
𝑒𝑞
,150
=2.32
𝑁
/
𝑚𝑚↑
2
𝑅↓𝑒
,3
=
2.32
𝑁
/
𝑚𝑚↑
2
/
3.86
𝑁
/
𝑚𝑚↑
2
=60%
P/2 P/2
SFRC SFRCLa estructura es hiperestática por la
condición de apoyo continuo
•
Permite la redistribución de fuerzas
•
Múltiples fisuras (si estas son
P/2 P/2
P/2 P/2
P/2 P/2
P/2 P/2
P/2 P/2
P/2 P/2
P/2 P/2
????
?
?
?
Efectos sobre la resistencia del concreto
Dosificación en kg/m
3que consiga alcanzar una resistencia residual a la flexión de 1.5 MPa a 0.5
mm CMOD (0.47 mm de flecha central) y una resistencia residual a flexión de 1 MPa a 3.5 mm
CMOD (equivalente a 3.02 mm de flecha central)
EN-‐14651 Medición de resistencia residual a tensión
por flexión
Fuerza Deformación
Fibra más larga
Fibra más corta
Misma forma
Fibra más larga
Fibra más corta
Comparando diferentes longitudes
Fuerza Deformación
l/d más alto
l/d más bajo
Misma dosis/m
3Alto l/d
Bajo l/d
l/d = longitud/diámetro
Comparando diferentes relaciones
de aspecto (l/d)
Fuerza
Deformación
En Gancho
Sin forma de anclaje
Misma l, l/d
Comparando =po de anclaje
Fuerza
Deformación
En Gancho
Anclaje ondulado
Misma l, l/d
Comparando =po de anclaje
Fuerza Deformación
High strength
Normal strength
Misma geometría,
Misma dosis/m
3,
Concreto de resistencia
normal
La diferencia es mínima!
Fuerza
Deformación
Suficiente
No suficiente
Concreto de alta resistencia
Comparando resistencia a tensión
Concreto sin refuerzo
:
C/Fibra de Acero:
Refuerzo Combinado
F
F
F
w
F
F
F
w
F
F
F
w
Propiedades del material SFRC:
Viga en Deflexión Controlada
Pavimentos
Viales
Hechos de SFRC
•
Autopistas
•
Carreteras secundarias
•
Rotondas
•
Intersecciones
•
Pavimentos en túneles
•
Pavimentos en refuerzo
combinado (CRCP+SFRC)
Ventajas
! Ampliación de distancia entre juntas
! Sin juntas
! Disminución de espesores de diseño
! Sobre-‐capas
! Duc6lización de falla
! Incremento de resistencia a flexión
! Incremento de resistencia al impacto
Tramo de prueba
•
Universidad de Pretoria,
2004
-‐
Oeste de Johanesburgo
-‐
Banco de extracción de material
-‐
60,000 ESALS diseño
-‐
Sin refuerzo y con refuerzo 30Kg/m
3fibra de
acero, 0.75mm diámetro, 60mm long.
-‐
Espesor 10cm (simple) Vs 7.5cm (SFRC)
• Concreto sin refuerzo 320,000 ESALS • Pavimento SFRC 320,000 ESALS
Sobrecapas delgadas
•
Programa de pruebas desde los 80’s
•
9 obras experimentales – 110,000 m²
•
Algunas de las muy exitosas
–
Maldegem : 1982 – espesores 10 y 12 cm – 50 kg/m³
–
Gauraing : 1984 – espesor 12 cm -‐ 30 kg/m³
Pavimentos de SFRC en Túneles
Bélgica: Túnel
Leopoldo III –
Bruselas
España: túnel
Loma de Bas
(2006)
Infraestructura de transporte
público
Localización: Suecia
Fecha: 2001
Concreto: C30/37
Espesor del pavimento: 180 – 200 mm
Estacionamiento de autobuses
urbanos
Localización: Lima, Perú
Fecha: 2010
Superficie: 61400 m²
Concreto: 245 Kg/cm²
Espesor del pavimento: 200 mm
Primeras experiencias con CRCP + SFRC -‐ 1950
•
Basado en la experiencia en E.U.
Principios del CRCP
•
Sin juntas transversales
•
Contracción, controlada por refuerzo longitudinal
•
% Refuerzo : 0.60 – 0.85
•
Fino patrón de fisuramiento
–
Distancia ideal entre fisuras: 0.7 -‐ 1.5 m
–
Abertura max: 0.5 mm
•
Refuerzo transversal soporta el refuerzo longitudinal
Carretera De Pinte - Zwijnaarde
Localización: Bélgica
Fecha: 2011
Concreto: 525 Kg/cm²
Espesor del pavimento: 230 mm
Pavimento con refuerzo continuo + SFRC
1.5Km - Sin juntas transversales Control de abertura de fisura menor a
0.3mm
Pavimentos
Portuarios
con SFRC
•
SFRC en pavimentos portuarios…
¿Cómo?
por ejemplo…
•
Adición de fibras de acero:
–
Incremento significa6vo
en durabilidad y capacidad de carga
–
Posible disminuir espesores
–
Ampliar distancias de juntas
–
Incremento de vida ú6l del pavimento
–
Diseño primario de pavimento simple
•
Aplicación de factores de reducción espesor
•
Aplicación factores de ampliación de juntas
δ
Casos extremos de carga
Casos extremos de carga
> 7 TN
> 100 TN/eje
Presiones de inflado: 130 – 170psi> 70 TN
> 30 TN
Casos extremos de carga
> 120 TN
> 120 TN
Puerto de Algeciras (Fase I)
Localización: España
Fecha: 1994
Superficie: 220,000 m2
Espesor del pavimento: 300 - 360 mm
Dosificación: 35 Kg/m³.
Espesor original
de diseño
(sin SFRC): 60cm !!
Puerto de
Algeciras,
España
Acceso al
proyecto
Almacenaje
de Bolsas
de 1000Kg/
pza. de fibra
de acero
Puerto de
Algeciras, España
Aserrado de
juntas de control.
ACI: 1/3 del
espesor, para
SFRC.
Puerto de Algeciras (Fase II)
Localización: España
Fecha: 2009
Superficie: 350,000 m2
Espesor del pavimento: 300 – 700 mm
Dosificación: 30 - 45 Kg/m³.
Puerto de Paranagua TCP
Localización: Brasil
Fecha: 2003
Superficie: 250,000 m2
Espesor del pavimento: 300 mm
Dosificación: 35 Kg/m³.
Almacenaje
de bolsas y
dosificador
Dosificador
de fibra de
acero
Las fibras suben
por la rampa en
espiral, y caen
en otra banda
transportadora.
Banda
transportadora
dosificador de
fibra – planta
de concreto.
Barras de
transferencia
de carga, para
juntas
transversales
Puerto de Astakos
Localización: Grecia
Fecha: 2006
Superficie: 340,000 m2
Espesor del pavimento: 300 mm
Dosificación: 35 Kg/m³.
Caso Prác=co: Puerto de Valparaíso
•
Construido en 1994-‐1995
Área con SFRC
Imagen en junta, (donde el daño
tiende a acelerarse).
No se observa desprendimiento de
porciones de concreto por acción
corrosiva, ni fibra suelta que pueda
dañar vehículos. Se observa buena
integridad de la pasta de la mezcla.
2016, (Pavimento con más
de 20 años en servicio
)
Reparaciones
Antes
Zona que tuvo que repararse por el deterioro del concreto sin refuerzo.
Después
Zona reparada con concreto reforzado con fibra de acero. - 2016
