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PAVIMENTOS ARMADOS CON FIBRAS METALICAS
Ramon Badell – Barcelona 9 de abril de 2015
BEKAERT es una multinacional belga con más de 130 años de antigüedad
Productor de acero trefilado
Facturación: 3,4 billones de €
Presente en 120 países
Plantas de producción en todo el mundo
23 000 empleados
BEKAERT Introducción a la empresa
1 µm 6.5 mm
A human hair = 50 µm
Dramix®
Coated wires
LÍDER EN EL MERCADO
Bekaert strives to be number one globally in its markets
Flexible pipes
Tire cord
Sawing wire
Fibers
Reforzando el futuro
DESDE LOS SUMERIOS HACE MÁS DE 4.000 AÑOS…………
http://www.historiaantigua.es/articulos/ziguratur/files/zigurat-de-ur-2.jpg
ZIGURAT DE UR (2.100 A.C.)
……………..HASTA EL SIGLO XXI
Oceanográfico de Valencia (2.002)
REFORZAR EL HORMIGON
DRAMIX® FIBRAS DE ACERO
INTRODUCCION
- Durante las cuatro últimas décadas se ha producido un gran desarrollo en la industria de la construcción que ha alcanzado no solo a las técnicas de diseño y cálculo, sino también a la tecnología del hormigón y, por supuesto, al propio hormigón. Y es lógico que esto sea así, pues refiriéndonos al caso del hormigón hemos de decir que, a pesar de su larga vida, pocos avances ha experimentado hasta nuestros días este material.
PROPIEDADES DEL HORMIGÓN
- VENTAJAS • BUENA RESISTENCIA A COMPRESIÓN • FACILMENTE MOLDEABLE, SE ADAPTA A CASI CUALQUIER
FORMA
- INCONVENIENTES • BAJA RESISTENCIA A FLEXIÓN • GRAN FRAGILIDAD • BAJA CAPACIDAD PARA ABORBER ENERGÍA
- CONCLUSIÓN • NECESIDAD DE REFUERZO
TIPOS DE FIBRAS PARA EL REFUERZO DEL HORMIGÓN
CLASIFICACIÓN SEGÚN EHE 2008
- PRODUCCIÓN • TREFILADAS TIPO I • LAMINADAS TIPO II • RASPADAS TIPO III • FUNDICIÓN TIPO IV
- METÁLICAS • ACERO DE BAJO CARBONO (%C < 0,25) - Dramix® 3D
• ACERO DE MEDIANO CARBONO (0,25 < %C < 0,55) - Dramix® 4D • ACERO DE ALTO CARBONO (0,55 < %C < 2) - Dramix® 5D
- PRESENTACIÓN • SUELTAS • ENCOLADAS EN PEINES
FIBRAS METALICAS
- Las fibras de acero son las que más se emplean en el refuerzo de hormigones por ser más eficaces y económicas.
- Para que las fibras sean efectivas se recomienda que tengan un módulo de elasticidad al menos 3 veces superior al del hormigón.
- En este sentido, es destacable el módulo de elasticidad de las fibras de acero, 210.000 Mpa, que es 7 veces mayor que el del hormigón, 30.000 Mpa.
- Las fibras de acero tienen: • buena adherencia a la pasta • alto alargamiento de rotura • son fáciles de mezclar
PRIMERAS APLICACIONES
- Patentadas en 1874
- Primeras aplicaciones en campos de aviación durante la Primera Guerra Mundial
- Fibras con extremos en gancho, patentadas en 1970
- 1973 primeras aplicaciones en EEUU para tableros de puentes
- Presentes en España desde los años 80: • Ronda de Dalt en Barcelona • Base Militar Cerro Muriano – Pavimento especial para carros de combate • Terminal de contenedores puerto de Algeciras. • Aeropuerto de Son San Juan en Mallorca.
- Primeros cálculos realizados por el Profesor Doctor Ingeniero D. Manuel Fernández Cánovas, del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad Politécnica de Madrid.
CLASIFICACIÓN SEGÚN EHE 08
Tipos De Fibras De Acero
FIBRAS RECTAS TREFILADAS (TIPO I)
FIBRAS ONDULADAS TREFILADAS (TIPO I)
Tipos De Fibras De Acero
LAMINADAS
(TIPO II)
CON EXTREMOS CONFORMADOS
TREFILADAS (TIPO I)
PRESENTACION
ENCOLADAS SUELTAS
TREFILADAS (TIPO I) LAS FIBRAS CON LOS EXTREMOS CONFORMADOS DAN MAYOR RESISTENCIA A FLEXOTRACCIÓN QUE LAS FIBRAS RECTAS U ONDULADAS, ES DECIR`, A IGUALDAD DE RESISTENCIA, SE REQUIERE MENOR VOLUMEN DE FIBRAS
FIBRAS DE ACERO TREFILADO (TIPO I)
- Trefilado del acero
- Partiendo del alambrón de 6,5 mm de diámetro
- Se llega a diámetros de 1 µm
- El acero trefilado aumenta su resistencia a la tracción de 550 Mpa hasta > 1.250 Mpa en función del diámetro final.
HORMIGON Reforzado Con Fibras De Acero
EL PARAMETRO MÁS IMPORTANTE PARA DEFINIR LAS PRESTACIONESDE LAS FIBRAS ES LA
ESBELTEZ o RATIO: L/d
• L = longitud: 30 – 60 mm
• d = diámetro: 0,55 – 1,05 mm
• Resistencia tracción: 1.100 / 2.500 Mpa
• La adherencia fibra-matriz aumenta con la esbeltez y con el tipo de anclaje.
FIBRAS DE ACERO PARA HORMIGONES
• Fabricadas a partir de alambre trefilado de acero con un elevado límite elástico (1.100-2.500 Mpa), permiten sustituir por completo el armado tradicional a base de mallazos y acero corrugado
• Por las propiedades que confieren al hormigón, las fibras de acero constituyen una armadura muy efectiva en la realización de pavimentos, losas y en muchas de las aplicaciones del hormigón proyectado.
• El Hormigón Reforzado con Fibras de Acero (HRFA) es un material compuesto con unas ventajas y propiedades específicas de las que se podrá beneficiar notablemente en comparación con los métodos tradicionales de armado.
HORMIGONES REFORZADOS CON FIBRAS
REFUERZO CON BARRAS DE ACERO
CONTROL DE FISURACIÓN
Con fibras de acero, fisuras más pequeñas > 0,03 mm
Δe
REFUERZO CON FIBRAS
Δe
PROPIEDADES DE LOS HRF
- DUCTILIDAD: Es el grado de deformación plástica que puede ser soportada hasta la fractura. La ductilidad es la propiedad opuesta a la fragilidad, que es un cuando un material no acepta ninguna deformación plástica.
- RESISTENCIA A FLEXIÓN: Importante aumento de la resistencia a flexión: Se incrementa hasta un 100%
- INCREMENTO DE LA TENACIDAD (Energía necesaria para la ruptura completa del material): 40 veces mayor.
- CONTROL DE FISURAS: Menor fisuración, control de la retracción.
- DURABILIDAD: Mayor durabilidad, resistencia a la fatiga ( de 5 a 10 veces más). Resistencia al impacto (de 1 a 100 veces más.)
VENTAJAS DE LOS HRFA
• Fáciles y rápidos de aplicar.
• Sustitución del mallazo, eliminando los riesgos de una mala colocación
• Aseguran un refuerzo homogéneo y tridimensional más eficaz
• Mejora el comportamiento y estabilidad de las juntas.
• Se puede realizar el vertido del hormigón directamente desde el camión hormigonera. Si fuera necesario se puede bombear.
• De fácil integración en el hormigón, tanto en planta como a pie de obra.
• Permite la utilización de extendedoras láser.
• Economía. En la mayoría de los casos, para la realización de pavimentos de hormigón, supone un importante ahorro de materiales y de tiempo
Prestaciones De Las Fibras
• Mayor sea su ratio o esbeltez: L/d
• El diámetro de las fibras sea menor ya que este determina la longitud de la red dentro de la matriz: cuanto más fino sea el diámetro más densidad tendrá la red
• Mayor sea la resistencia a la tracción del hilo de acero (normalmente será > 1.000 Mpa).
• La calidad del anclaje permite que la resistencia a tracción de la fibra sea siempre superior a la resistencia al arranque.
• Longitud mínima de las fibras = 2,5 veces el diámetro del árido.
Las prestaciones serán mayores cuando:
2.600 fibras/kg
Comparación entre fibras con diverso Ratio L/d:
Longitud 60 mm
Diámetro 1,00 mm
Relación L/d = 60
Longitud 60 mm
Diámetro 0,75 mm
Relación L/d = 80
4.600 fibras/kg
PUNTOS DE SUTURA
LAS FIBRAS DE ACERO SE COMPORTAN COMO “PUNTOS DE SUTURA” DENTRO DEL HORMIGÓN, IMPEDIENDO ASÍ LA PROPAGACIÓN DE LAS FISURAS HACIA SU INTERIOR Y RETARDANDO EL COLAPSO
ANCLAJE
EL ANCLAJE EN “GANCHO” PERMITE QUE LA FIBRA SE DEFORME SIN ROMPERSE CUANDO EL HORMIGÓN ESTA SOMETIDO A TENSIÓN
LA ADHERENCIA FIBRA-MATRIZ AUMENTA CON LOS EXTREMOS CONFORMADOS EN GANCHO
30
- Pull-out test
Fuerza max. a estiramiento del hilo de acero
Esquema de deslizamiento similar pero para la a un nivel netamente muy superior
*Comparación entre una 3D – 4D – 5D con la misma longitud y mismo diámetro
Fuerza max. alcanzada sin deslizamiento
DISTRIBUCION HOMOGENEA
PARA GARANTIZAR LAS PRESTACIONES, LAS FIBRAS DEBEN ESTAR DISTRIBUIDAS DE MODO HOMOGÉNEO EN EL HORMIGÓN
VENTAJAS DE LAS FIBRAS ENCOLADAS FRENTE A LAS SUELTAS
- MAYOR FACILIDAD DE MEZCLAR CON EL HORMIGÓN • NO SE FORMAN PELOTAS O ERIZOS • SE PUEDEN DOSIFICAR EN GRANDES CANTIDADES ( > 30 kg/m³)
- MEJOR DISTRIBUCIÓN DENTRO DE LA MATRIZ DEL HORMIGÓN • LAS FIBRAS ENCOLADAS SE INCORCOPARAN FACILMENTE AL HORMIGÓN
DE MANERA HOMOGENEA Y TIPSOTROPICA • AL SER DE DIÁMETROS MÁS FINOS HAY MÁS FIBRAS POR KG • MENOR DISTANCIA ENTRE FIBRAS DENTRO DE LA RED VIRTUAL QUE SE
FORMA EN LA MATRIZ DEL HORMIGÓN • MENOR DISPERSION DENTRO DEL HORMIGÓN, IGUALDAD DE
CONCENTRACIÓN DE FIBRAS: MAS PRESTACIONES
FORMACION DE ERIZOS – FIBRAS SUELTAS
Las fibras sueltas, en dosificaciones superiores a 30 kg/m3 tienden a formar erizos, y a tener una alta dispersión de fibras
Arq. Carlos Frutos
- Fibras encoladas sobre las fibras sueltas • ✔ Para un mezclado rápido y fácil. • ✔ Dispersión homogénea de las fibras.
Fibras de Acero
MENOR DISPERSION EN FIBRAS ENCOLADAS
FIBRAS SUELTAS: mayor dispersión
FIBRAS ENCOLADAS: menor dispersión
Las fibras encoladas presentan una menor dispersión dentro de la matriz del hormigón frente a las fibras sueltas.
Las fibras encoladas ofrecen más seguridad y mayor garantía.
Fibras de Acero
ENSAYO DE FLEXOTRACCION UNE EN 14651: 2007
El hormigón sin reforzar sometido a flexotracción COLAPSA immediatamente después de la primera fisura:
CARGA
[kN]
DEFORMACION
[mm]
P P
0
Punto de la primera fisura
FLEXOTRACCION HORMIGON Sin Fibras
Colapso de una viga de hormigón en masa a flexotracción
FLEXOTRACCION HORMIGON Con Fibras
El hormigón reforzado con fibras de acero no ROMPE después de producirse la primera fisura.
TENACIDAD
El hormigón reforzado con fibras es un material compuesto con elevada TENACIDAD
Load versus Deflection ofDramix Fiber Concrete.
Deflection (mm).0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Load
(N).
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
S115748
S115749
S115747
PRUEBAS DE TENSION
3DDra
mix
®D
ram
ix®4DD
ram
ix®
5DDra
mix
®
Anclaje total
Gran ductildad
Alto limite elástico
PROPIEDADES DE LAS FIBRAS 3D, 4D Y 5D
Resistencia A FLEXOTRACCION
• El hormigón reforzado con fibras de acero NO ROMPE después de producirse la primera fisura.
• SIGUE ABSORBIENDO energía hasta llegar a un valor de la tensión muy superior al de la primera fisura.
Hormigones que rompen a flexotracción a 3,5 Mpa, con incorporación de fibras de acero llegan perfectamente a 9,8 Mpa. Continuando su absorción de energía hasta llegar a la rotura con una deformación que puede ser muy elevada.
Estos hormigones llegan a tener índices de tenacidad muy elevados.
MEZCLADO DE LAS FIBRAS
- EN PLANTA • No añadir nunca las fibras como primer componente en la
mezcladora • Las fibras pueden introducirse juntos con la arena y los áridos o
pueden añadirse al hormigón mezclado en fresco • Se recomienda un incorporación continua
- EN CAMIÓN CUBA • Poner la cuba a máximas revoluciones: 12-18 rpm • Ajustar el cono a un mínimo de 12 cm (superplastificantes) • Añadir las fibras con una velocidad máxima de 40 kg/min • Después de añadir las fibras, continuar mezclando a alta velocidad ,
durante 4-5 minutos
- DOSIFICACIÓN AUTOMÁTICA • Las fibras pueden dosificarse en proporciones de hasta 3,5 kg/seg
con un equipo dosificador especialmente desarrollado
INCORPORACION DE LAS FIBRAS
• INCORPARACIÓN DE LAS FIBRAS MANUAL EN PLANTA
INCORPORACION DE FIBRAS MEDIANTE DOSIFICADOR
INCORPORACION DE LAS FIBRAS EN OBRA
Incorporación de las fibras en obra. Cinta transportadora
Puesta En Obra
PREPARACION PREVIA DE LA SUB-BASE
• Realización de ensayos de placa u obtener valores de CBR para verificar los valores obtenidos con los utilizados en el cálculo.
• Comprobación de la buena nivelación de la sub-base, tolerancia < 1 cm. Evitando puntos rígidos.
• Colocación de una (o dos) lámina de polietileno de 0,2 mm para permitir la adecuada hidratación del hormigón y para permitir los movimientos del pavimento y reducir el coeficiente de fricción entre la losa y la sub-base.
• Replanteo de encofrados.
• Replanteo de las juntas de trabajo.
PUESTA EN OBRA: JUNTAS DE TRABAJO
• La junta de trabajo define los
paneles que se van a hormigonar en una jornada de trabajo.
• Rendimiento: Paneles de hasta
1.200 m2
LAMINA DE POLIETILENO Y JUNTA DE TRABAJO
Puesta En Obra: Vertido Del HORMIGON
• Nivelación continua por puntos sobre el hormigón fresco.
• Nivelación mediante extendedora láser.
• Hormigonado mediante grandes paneles de 800 a 1.500 m²
HORMIGONADO DE GRANDES PANELES
Puesta En Obra: Vertido Del HORMIGON
• El hormigón se puede verter directamente desde el camión hormigonera o bien mediante otros elementos intermedios de transporte, como por ejemplo bombas.
VIBRADO MANUAL
Se recomiendan los métodos de trabajo usando la regla vibrante, ya que hacen subir la lechada y mandan las fibras a la masa, actuando así convenientemente dentro del hormigón.
VIBRADO MEDIANTE EXTENDEDORA LASER
- Hormigón extendido mecánicamente utilizando una extendedora láser en la cual la regla vibrante con brazo extensible es controlada por dos sensores láser.
EXTENDORA PARA PAVIMENTOS PORTUARIOS
TERMINAL BEST TERCAT PUERTO DE BARCELONA 2009 - 2015
Puesta En Obra
• La consolidación del hormigón tiene por objeto eliminar la mayor cantidad posible del aire atrapado dentro de la masa, con el fin de evitar sus efectos perjudiciales: bajada de resistencia mecánica, aumento de porosidad, perdida de durabilidad, reducción de adherencia, regularidad superficial.
• En el hormigón reforzado con fibras es imprescindible la consolidación por vibración.
• Vibrar el hormigón con regla vibrante o con extendedora láser, para provocar la salida de aire ocluido en la masa y conseguir una buena compacidad del hormigón.
CONSOLIDACIÓN DEL HORMIGÓN
JUNTAS
• JUNTAS DE TRABAJO O DE CONSTRUCCION:
Deben ejercer una transferencia de cargas entre dos paneles, por ello se hace necesario el uso de conectores.
• Paneles: 30 x 30 m (aprox)
• JUNTAS DE RETRACCION: Reducen la formación de fisuras por retracción. Espesor de unos 3 mm y profundidad de 1/3 del espesor de la losa de hormigón.
• Pastillas: hasta 9 x 9 m
Pavimentos Con Juntas De RETRACCION
• Cantidad de fibras utilizadas: de 20 a 40 kg/m3.
• Se mejora la resistencia al impacto.
• Se simplifican las operaciones de puesta en obra y de ejecución, ya que se elimina la puesta en obra de la malla.
• Permite el acceso de los camiones hormigonera para el suministro del hormigón.
• Permite la utilización de máquinas extendedoras láser, que permiten un trabajo más rápido y mejor.
PAVIMENTOS SIN JUNTAS
• Cantidad de fibras utilizadas: de 35 a 45 kg/m3.
• Permite la ejecución de paños de 30 x 30 m e incluso superiores, sin juntas de retracción.
• Las fibras controlan las tensiones de retracción.
• Las juntas de construcción que forman estos paños pueden presentar movimientos importantes, por lo que deben realizarse con perfiles metálicos provistos de pasadores.
• Mayor durabilidad y menos mantenimiento.
NORMAS APLICABLES A LOS HRFA
- CONCRETE SOCIETY: CONCRETE INDUSTRIAL GROUND FLOOR TR34 • Guía de diseño y construcción de pavimentos de hormigón • Cálculo según teoría de las líneas de rotura: Meyerhoff (1962),
Losberg (1978)
- ROM 4.1-94 • 5.2.4 Hormigón armado con fibras de acero • 7.3.12 Pavimentos de hormigón armado con fibras de acero
- UNE 83500 • Se aplican desde 1989 • Hormigones con fibras de acero y/o polipropileno: clasificación y
definiciones : fibras de acero para el refuerzo de hormigón.
- EN 14889 1 • 5.8. Acciones en la resistencia del hormigón con fibras (Agosto
2006)
- EHE 08 • Anejo 14: Hormigón con fibras
EHE 08 ANEJO 14
- La instrucción del hormigón EHE 08, incorpora el ANEJO 14 que trata del hormigón reforzado con fibras metálicas.
- Recomendaciones para la utilización del hormigón con fibras.
- Cálculos según la teoría de las lineas de rotura
- Nueva tipificación de los hormigones
EHE 08 – ANEJO 14 HORMIGONES CON FIBRAS
- Pueden ser, según su uso:
- CON FINALIDAD ESTRUCTURAL:
- Cuando se utiliza la contribución de las fibras en los cálculos relativos a Estado Límite Último (ELU) o Estado Límite de Servicio (ELS) y puede sustituir, total o parcialmente a la armadura tradicional.
- CON FINALIDAD NO ESTRUCTURAL:
- Cuando se utilice para mejorar el comportamiento ante la retracción, el impacto o el fuego.
EHE 08 TIPIFICACION DE LOS HORMIGONES ESTRUCTURALES
Ejemplo: HAF-25/A:2,1-1,9/B/20-60/IIa
DIAGRAMA DE TENSIONES A FLEXOTRACCION EN 14651
RESISTENCIA RESIDUAL A FLEXOTRACCIÓN EN 14651
DRAMIX: LA PRIMERA CE – CLASE 1
APLICACIONES
- Pavimentos de naves industriales
- Plantas de compostaje
- Bodegas e instalaciones vinícolas
- Pavimentos para firmes
- Estructuras y viales
- Cimentaciones para edificios
- Cimentaciones especiales • Paneles solares
DRAPRO® PROGRAMA DE CÁLCULO PARA SOLERAS
SFRC VS Plain concrete - P.Guirguis 68
Design principles: Why to distinguish: Slab on Ground – Plain Concrete
Hardly predictable, sudden failure of plain concrete slab. But as cracks at the bottom can not be seen in practice, failure mode is rather unpredicted, limited risk for lives. System Capacity ≈ Section Capacity
F F
F
w
System: Section:
F F
F
w
deflection- controlled
Section:
F F
F
w
load- controlled
CÁLCULO: Hormigón en masa: Modo de rotura
SFRC VS Plain concrete - P.Guirguis 70
F F
F
w
System:
Design principles: Why to distinguish: Slab on Ground – Steel Fiber Concrete
Predicted, ductile failure of steel fiber concrete slab. Cracks at bottom and top will form so that failure can be detected in practice and measure can be taken. System Capacity >> Section Capacity
Section:
F F
F
w
Section:
F F
F
w
load- controlled
bottom view
deflection- controlled
CÁLCULO: HRFA Lineas de Rotura
BODEGA VINICOLA EN MEMBRILLA (CIUDAD REAL)
Losa de hormigón reforzado con fibras de acero Dramix®
BODEGA VINICOLA EN MEMBRILLA (CIUDAD REAL)
SOLERA REFORZADA CON FIBRAS DE ACERO DRAMIX 2014
BODEGAS PROTOS – PEÑAFIEL (VALLADOLID) 2006
SOLERA REFORZADA CON FIBRAS DE ACERO MIX®
-
PLANTA DE COMPOSTAJE
PLANTA DE COMPOSTATGE DE LA SELVA (GIRONA)
PUENTE PEATONAL EN VALENCIA
PASARELA DE HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO DRAMIX
CIMENTACIONES ESPECIALES
CIMENTACIÓN PARA PANELES SOLARES DE HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO DRAMIX
PAVIMENTOS INSTALACIONES MILITARES
CERRO MURIANO 1991 30.000 m²
Espesor de hormigón: 17 cm 35 kg/m³ RC 80/60 BN
PAVIMENTOS SOBRE PILOTES
LOSAS DE CIMENTACION
ALMACENES AUTOPORTANTES
ALMACENES AUTOPORTANTES
INDITEX ZARAGOZA – 16.000 m²
Pavimentos Portuarios
• El hormigón reforzado con fibras de acero cumple perfectamente con las exigencias de los pavimentos portuarios, especialmente las terminales de contenedores, gracias a sus cualidades:
• Resistencia a altas cargas
• Resistencia al impacto
• Resistencia a la fatiga
• Resistencia al desgaste
Puerto de Algeciras Terminal MAERSK
220.000 m² espesor 30 cm 35 kg/m³ de fibras de acero DRAMIX RC 80/60 BN
TERMINALES DE CONTENEDORES
MAERSK TERMINAL DE CONTENEDORES JUAN CARLOS I
ISLA VERDE – BAHIA DE ALGECIRAS - 1999
SUPERFICIE: 250.000 m²
PROYECTO: ALATEC
DRAMIX
RC 80/60 BN
ROM 4.1-94 PAVIMENTOS PORTUARIOS
7.3.12 PAVIMENTOS DE HORMIGON ARMADO CON FIBRAS DE ACERO
Las fibras serán de acero trefilado, con resistencia a tracción no inferior a 1200 Mpa y sus extremos estarán conformados. Así mismo, las fibras estarán encoladas en peines.
El diámetro de las fibras será de 800 mm y su longitud mínima de 0,050 m.
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN CON CALEFACCIÓN RADIANTE
- HANGAR AIRBUS A380 • Pavimento de hormigón con
sistema de calefacción de suelo radiante.
• 11.500 m² • Hormigón bombeado
- Hormigón bombeado
Aeropuerto de Barcelona
PREFABRICADOS DE HORMIGÓN ARQUITECTONICO
MUSEO MUCEM EN MARSELLA
DRAMIX 3D – DRAMIX 4D – DRAMIX 5D
