Hormigón reforzado con fibras

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El hormigón reforzado con fibras u hormigón reforzado con fibras (FRC) es un hormigón que contiene material fibroso que aumenta su integridad estructural. Contiene fibras cortas y discretas que están distribuidas uniformemente y orientadas aleatoriamente. Las fibras incluyen fibras de acero, fibras de vidrio, fibras sintéticas y fibras naturales, cada una de las cuales aporta distintas propiedades al hormigón. Además, el carácter del hormigón reforzado con fibras cambia con distintos hormigones, materiales de fibra, geometrías, distribución, orientación y densidades.

Perspectiva histórica

El concepto de utilizar fibras como refuerzo no es nuevo. Las fibras se han utilizado como refuerzo desde la antigüedad. Históricamente, se utilizaba crin de caballo en el mortero y paja en los adobes. En el siglo XX, se utilizaban fibras de amianto en el hormigón. En la década de 1950, surgió el concepto de materiales compuestos y el hormigón reforzado con fibras fue uno de los temas de interés. Una vez que se descubrieron los riesgos para la salud asociados con el amianto, surgió la necesidad de encontrar un sustituto para la sustancia en el hormigón y otros materiales de construcción. En la década de 1960, se utilizaban fibras de acero, vidrio (GFRC) y sintéticas (como el polipropileno) en el hormigón. La investigación sobre nuevos hormigones reforzados con fibras continúa en la actualidad.

Las fibras se utilizan habitualmente en el hormigón para controlar el agrietamiento debido a la contracción plástica y a la contracción por secado. También reducen la permeabilidad del hormigón y, por tanto, reducen la exudación de agua. Algunos tipos de fibras producen una mayor resistencia al impacto, a la abrasión y a la rotura en el hormigón. Las fibras de acero o sintéticas de mayor tamaño pueden sustituir por completo a las barras de refuerzo o al acero en determinadas situaciones. El hormigón reforzado con fibras ha sustituido casi por completo a las barras en la industria de la construcción subterránea, como en los segmentos de túneles, donde casi todos los revestimientos de los túneles están reforzados con fibras en lugar de utilizar barras de refuerzo. Esto puede deberse, en parte, a problemas relacionados con la oxidación o la corrosión de los refuerzos de acero. Esto puede ocurrir en climas sometidos a agua o a una humedad intensa y repetida, véase el caso Surfside Building Collapse. De hecho, algunas fibras reducen la resistencia a la compresión del hormigón. Las fibras lignocelulósicas en una matriz de cemento pueden degradarse debido a la hidrólisis de la lignina y las hemicelulosas.

La cantidad de fibras añadidas a una mezcla de hormigón se expresa como un porcentaje del volumen total del compuesto (hormigón y fibras), denominado "fracción de volumen" (Vf). Vf suele oscilar entre el 0,1 y el 3 %. La relación de aspecto (l/d) se calcula dividiendo la longitud de la fibra (l) por su diámetro (d). Las fibras con una sección transversal no circular utilizan un diámetro equivalente para el cálculo de la relación de aspecto. Si el módulo de elasticidad de la fibra es superior al de la matriz (hormigón o aglutinante de mortero), ayudan a soportar la carga aumentando la resistencia a la tracción del material. El aumento de la relación de aspecto de la fibra suele segmentar la resistencia a la flexión y la tenacidad de la matriz. Una longitud mayor da como resultado una mejor matriz dentro del hormigón y un diámetro más fino aumenta el recuento de fibras. Para garantizar que cada hebra de fibra sea eficaz, se recomienda utilizar fibras más largas que el tamaño máximo del agregado. El hormigón normal contiene 19 mm (0,75 in) de diámetro equivalente de agregado, lo que representa el 35-45 % del hormigón; las fibras de más de 20 mm (0,79 in) son más eficaces. Sin embargo, las fibras demasiado largas y que no se tratan adecuadamente en el momento del procesamiento tienden a formar "bolas" en la mezcla y crean problemas de trabajabilidad.

Se añaden fibras para lograr una mayor durabilidad del hormigón. El vidrio y el poliéster se descomponen en condiciones alcalinas del hormigón y en diversos aditivos y tratamientos de superficie del hormigón.

Los revestimientos de túneles High Speed 1 incorporan hormigón que contiene 1 kg/m3 o más de fibras de polipropileno, de diámetro 18 y 32 μm, lo que proporciona los beneficios que se indican a continuación. La adición de fibras de polipropileno de diámetro fino no solo proporciona refuerzo en el revestimiento del túnel, sino que también evita el "descascarillado" y el daño del revestimiento en caso de incendio debido a un accidente.

Beneficios

Las fibras de vidrio pueden:

  • Mejorar la fuerza concreta a bajo costo.
  • Añade refuerzos de tracción en todas las direcciones, a diferencia de la barra.
  • Añadir un aspecto decorativo como visible en la superficie de hormigón acabado.

Las fibras de polipropileno y nailon pueden:

  • Mejorar la cohesión de la mezcla, mejorando la capacidad de bombeo a largas distancias
  • Mejorar la resistencia a la congelación
  • Mejorar la resistencia al espaciamiento explosivo en caso de incendio severo
  • Mejorar la resistencia al impacto y la abrasión
  • Aumentar la resistencia a la contracción de plástico durante el curado
  • Mejorar la fuerza estructural
  • Reducir los requerimientos de refuerzo de acero
  • Mejorar la ductilidad
  • Reduzca los anchos de la grieta y controle los anchos de la grieta firmemente, mejorando así la durabilidad

Las fibras de acero pueden:

  • Mejorar la fuerza estructural
  • Reducir los requerimientos de refuerzo de acero
  • Reduzca los anchos de la grieta y controle los anchos de la grieta firmemente, mejorando así la durabilidad
  • Mejorar la resistencia al impacto y la abrasión
  • Mejorar la resistencia a la congelación

Las fibras y/o partículas naturales (lignocelulósicas, LC) pueden:

  • Mejorar la ductilidad
  • Gentileza de control de grietas mediante el puente
  • Reducir el impacto ambiental negativo de los materiales (GWP - potencial de calentamiento atmosférico)
  • Reducir peso
  • Las fibras y partículas LC (basadas en planta) pueden degradarse en una matriz de cemento

En los proyectos de construcción se suelen utilizar mezclas de fibras de acero y fibras poliméricas para combinar los beneficios de ambos productos: las mejoras estructurales que proporcionan las fibras de acero y la resistencia al desconchado explosivo y la contracción plástica que proporcionan las fibras poliméricas.

En determinadas circunstancias específicas, las fibras de acero o las fibras sintéticas macro pueden sustituir por completo las barras de refuerzo de acero tradicionales ("barras de refuerzo") en el hormigón armado. Esto es más habitual en los suelos industriales, pero también en otras aplicaciones de prefabricados. Normalmente, se corroboran con pruebas de laboratorio para confirmar que se cumplen los requisitos de rendimiento. Se debe tener cuidado para garantizar que también se cumplan los requisitos del código de diseño local, que puede imponer cantidades mínimas de refuerzo de acero dentro del hormigón. Cada vez hay más proyectos de túneles que utilizan segmentos de revestimiento prefabricados reforzados únicamente con fibras de acero.

Las microbarras de refuerzo también han sido probadas y aprobadas recientemente para reemplazar el refuerzo tradicional en muros verticales diseñados de acuerdo con el Capítulo 14 de la norma ACI 318.

Algunos acontecimientos

Al menos la mitad del hormigón de un componente típico de construcción protege el refuerzo de acero de la corrosión. El hormigón que utiliza solo fibra como refuerzo puede resultar en un ahorro de hormigón y, por lo tanto, del efecto invernadero asociado a él. El hormigón reforzado con fibra se puede moldear en muchas formas, lo que ofrece a los diseñadores e ingenieros una mayor flexibilidad.

El hormigón reforzado con fibra de vidrio de alto rendimiento (HPFRC) puede soportar un endurecimiento por deformación de hasta varios porcentajes de deformación, lo que da como resultado una ductilidad del material de al menos dos órdenes de magnitud mayor en comparación con el hormigón normal o el hormigón reforzado con fibra estándar. El HPFRC también afirma tener un comportamiento único frente al agrietamiento. Cuando se carga más allá del rango elástico, el HPFRC mantiene el ancho de la grieta por debajo de los 100 μm, incluso cuando se deforma hasta varios porcentajes de deformación por tracción. Los resultados de campo con HPFRC y el Departamento de Transporte de Michigan dieron como resultado un agrietamiento en edad temprana.

Estudios recientes sobre hormigón reforzado con fibras de alto rendimiento en el tablero de un puente demostraron que la adición de fibras proporcionaba resistencia residual y controlaba el agrietamiento. Se produjeron menos grietas y más estrechas en el hormigón reforzado con fibras, a pesar de que este material se encogía más que el de control. La resistencia residual es directamente proporcional al contenido de fibras.

El uso de fibras naturales se ha convertido en un tema de investigación debido principalmente al impacto ambiental positivo esperado, la reciclabilidad y la economía. La degradación de fibras y partículas naturales en una matriz de cemento es motivo de preocupación.

Se han realizado algunos estudios utilizando fibras de alfombras desechadas en hormigón como un uso ecológico de los residuos de alfombras recicladas. Una alfombra normalmente consta de dos capas de soporte (normalmente tejido a partir de hilos de cinta de polipropileno), unidas por caucho de látex de estireno-butadieno (SBR) relleno de CaCO3 y fibras de superficie (la mayoría de ellas son hilos texturizados de nailon 6 y nailon 66). Estas fibras de nailon y polipropileno se pueden utilizar para reforzar el hormigón. Están surgiendo otras ideas para utilizar materiales reciclados como fibras: por ejemplo, fibra de tereftalato de polietileno (PET) reciclado.

Normas

  • EN 14889-1:2006 – Fibras para el hormigón. Fibras de acero. definiciones, especificaciones " conformidad
  • EN 14845-1:2007 – Métodos de ensayo para fibras en hormigón
  • ASTM A820-16 – Especificación estándar para el hormigón reforzado con fibra (supervisado)
  • ASTM C1116/C1116M - Especificación estándar para el hormigón reforzado con fibra
  • ASTM C1018-97 – Método de prueba estándar para la tossión flexible y la fuerza de primer riesgo del hormigón reforzado con fibra (Using Beam with Third-Point Loading) (Retirado 2006)
  • CSA A23.1-19 Annex U - Ultra High Performance Concrete (with and without Fiber Reinforcement)
  • CSA S6-19, 8.1 - Directriz de diseño para el hormigón de alto rendimiento

Véase también

  • plástico reforzado con fibra
  • Plástico reforzado con vidrio
  • hormigón armado
  • Tornillo reforzado con fibra de acero
  • hormigón armado textil

Referencias

  1. ^ Yan, Libo; Kasal, Bohumil; Huang, Liang (mayo de 2016). "Una revisión de la investigación reciente sobre el uso de fibras celulósicas, su tejido de fibra reforzado con compuestos cementiosos, geopolímeros y polímeros en ingeniería civil". Composites Parte B: Ingeniería. 92: 94–132. doi:10.1016/j.compositesb.2016.02.002. ISSN 1359-8368.
  2. ^ M, Guadagnuolo; G, Faella; G, Frunzio; L, Massaro; D, Brigante (1 de enero de 2023). "La capacidad de los anclajes de GFRP en estructuras de hormigón y mampostería". Procedia Integridad Estructural. XIX Conferencia de ANIDIS, Ingeniería Sismica en Italia. 44: 942-949. doi:10.1016/j.prostr.2023.01.122. ISSN 2452-3216.
  3. ^ https://www.mdpi.com/1996-1944/15/23/8339 ← https://doi.org/10.3390/ma15238339
  4. ^ Concreto de fibra en la construcción Wietek B. Springer 2021 páginas 268; ISBN 978-3-658-34480-1
  5. ^ Baena, Marta; Torres, Lluís; Turon, Albert; Barris, Cristina (1 de diciembre de 2009). "Experimental study of bond behaviour between concrete and FRP bars using a pull-out test". Composites Parte B: Ingeniería. 40 (8): 784–797. doi:10.1016/j.compositesb.2009.07.003. ISSN 1359-8368.
  6. ^ Tighiouart, B.; Benmokrane, B.; Gao, D. (1 de diciembre de 1998). "Investigación de la unión en miembro concreto con barras de polímero reforzado de fibra (FRP). Materiales de construcción y construcción. 12 (8): 453–462. doi:10.1016/S0950-0618(98)00027-0. ISSN 0950-0618.
  7. ^ Pepe, M.; Mazaheripour, H.; Barros, J.; Sena-Cruz, J.; Martinelli, E. (1 de julio de 2013). "Calificación numérica de la ley de bonos para barras GFRP incrustadas en hormigón autocompactante reforzado de fibra de acero". Composites Parte B: Ingeniería. 50: 403–412. doi:10.1016/j.compositesb.2013.03.006. Hdl:1822/26253. ISSN 1359-8368.
  8. ^ "P Fibres tóxicas India vivieron XETEX INDUSTRIAS PRIVADAS". Archivado desde el original el 27 de febrero de 2021.
  9. ^ Li, Juan; Kasal, Bohumil (Julio 2023). "Mecanismo de degradación de la superficie de la pared de madera en un ambiente de cemento medido por la microscopía de la fuerza atómica". Journal of Materials in Civil Engineering. 35 (7). doi:10.1061/JMCEE7.MTENG-14910. ISSN 0899-1561.
  10. ^ Li, Juan; Kasal, Bohumil (11 de abril de 2022). "Efectos del envejecimiento térmico en las Fuerzas de Adhesión de Biopolímeros de Muros de Madera". Biomacromoléculas. 23 (4): 1601–1609. doi:10.1021/acs.biomac.1c01397. ISSN 1525-7797. PMC 9006222. PMID 35303409.
  11. ^ ASTM C1116/C1116M - 06
  12. ^ Propiedades mecánicas de fibras de PET reciclados en hormigón, investigación de materiales. 2012; 15(4): 679-686
  13. ^ "Noticias - Las fibras añaden una protección muy necesaria a proyectos de túneles de prestigio". 27 de septiembre de 2007. Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2007. Retrieved 5 de febrero, 2017.{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link)
  14. ^ FIRE PROTECTION OF CONCRETE TUNNEL LININGS by Peter Shuttleworth, Rail Link Engineering. UK
  15. ^ Kasal, Bohumil; Leschinsky, Moritz; Oehr, Christian; Unkelbach, Gerd; Wolperdinger, Markus (2020), Neugebauer, Reimund (ed.), "The Resource Principle", Transformación biológica, Berlín, Heidelberg: Springer, pp. 261–310, doi:10.1007/978-3-662-59659-3_14, ISBN 978-3-662-59659-3, recuperado 10 de abril, 2024
  16. ^ Wang, Bo; Yan, Libo; Kasal, Bohumil (1 de marzo de 2022). "Una revisión de fibra de coir y fibra de coir reforzados con materiales compuestos basados en cemento (2000-2021)". Journal of Cleaner Production. 338: 130676. doi:10.1016/j.jclepro.2022.130676. ISSN 0959-6526.
  17. ^ Li, Juan; Kasal, Bohumil (11 de abril de 2022). "Efectos del envejecimiento térmico en las Fuerzas de Adhesión de Biopolímeros de Muros de Madera". Biomacromoléculas. 23 (4): 1601–1609. doi:10.1021/acs.biomac.1c01397. ISSN 1525-7797. PMC 9006222. PMID 35303409.
  18. ^ Li, Juan; Kasal, Bohumil (Julio 2023). "Mecanismo de degradación de la superficie de la pared de madera en un ambiente de cemento medido por la microscopía de la fuerza atómica". Journal of Materials in Civil Engineering. 35 (7). doi:10.1061/JMCEE7.MTENG-14910. ISSN 0899-1561.
  19. ^ Informe de evaluación core-construction-products.com
  20. ^ "Home ¦ Building Design + Construction".
  21. ^ Bagher Shemirani, Alireza (2022), "Efectos de la combinación de fibra en la resistencia a la fractura del hormigón armado híbrido", Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 46 (3), Springer: 2161–2172, doi:10.1007/s40996-021-00703-x, S2CID 237755564
  22. ^ Li, V.; Yang, E.; Li, M. (28 de enero de 2008), Field Demonstration of Durable Link Slabs for Jointless Bridge Decks Based on Strain-Hardening Cementitious Composites – Fase 3: Shrinkage Control (PDF), Departamento de Transporte de Michigan
  23. ^ ACI 544.3R-93: Guía para Especificación, Proporción, Mezcla, Colocación y Acabado de Acero Fibra Reforzado Concreto, American Concrete Institute, 1998
  24. ^ Wang, Bo; Yan, Libo; Kasal, Bohumil (1 de marzo de 2022). "Una revisión de fibra de coir y fibra de coir reforzados con materiales compuestos basados en cemento (2000-2021)". Journal of Cleaner Production. 338: 130676. doi:10.1016/j.jclepro.2022.130676. ISSN 0959-6526.
  25. ^ Hamada, Hussein M.; Shi, Jinyan; Al Jawahery, Mohammed S.; Majdi, Ali; Yousif, Salim T.; Kaplan, Gökhan (1 de junio de 2023). "Aplicación de fibras naturales en hormigón cemento: una revisión crítica". Materials Today Communications. 35: 105833. doi:10.1016/j.mtcomm.2023.105833. ISSN 2352-4928.
  26. ^ Li, Juan; Kasal, Bohumil (Julio 2023). "Mecanismo de degradación de la superficie de la pared de madera en un ambiente de cemento medido por la microscopía de la fuerza atómica". Journal of Materials in Civil Engineering. 35 (7). doi:10.1061/JMCEE7.MTENG-14910. ISSN 0899-1561.
  27. ^ Wang, Y. Wu, HC.; Li, V. (noviembre de 2000). "Reforzamiento concreto con fibras recicladas". Journal of Materials in Civil Engineering. 12 (4): 314–319. doi:10.1061/(ASCE)0899-1561(2000)12:4(314).
  28. ^ Ochia, T.; Okubob, S.; Fukuib, K. (Julio 2007). "Desarrollo de fibra PET reciclada y su aplicación como fibra de refuerzo de hormigón". Cement and Concrete Composites. 29 (6): 448–455. doi:10.1016/j.cemconcomp.2007.02.002.
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