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¿Qué es el Hormigón Reforzado con Fibra de Acero (HRFA)?

El HRFA es un hormigón al que se le añaden fibras de acero para sustituir total o parcialmente los refuerzos tradicionales a base de corrugados y mallazos. Las dosificaciones típicas de fibra de acero oscilan entre los 15 kg/m3 y los 50 kg/m3.  Para aplicaciones estructurales las dosificaciones de fibra de acero pueden llegar a los 100 kg/m3. Las fibras de acero reducen y controlan la retracción del hormigón, Las fibras de acero hacen de puente de unión entre las fisuras que se producen en el hormigón, garantizando un cierto comportamiento dúctil post-fisuración y ayudando a prevenir la formación de microfisuras, siempre presentes en el hormigón, que terminan convirtiéndose en macrofisuras. Para dosificaciones típicas, el comportamiento post-fisuración es parcialmente dúctil. Para dosificaciones superiores y fibras Premium, se puede conseguir un comportamiento completamente dúctil.


¿Cómo actúan las fibras de acero en el hormigón?

Las fibras de acero, dependiendo del tipo, están conformadas en sus extremos o a lo largo de toda su longitud. Estás conformaciones permiten que la fibra se ancle mejor a la matriz de hormigón si lo comparamos con la mera fricción que existe ente el hormigón y el acero. Las fibras de acero se distribuyen de forma aleatoria, consiguiendo una distribución uniforme y tridimensional en toda la matriz de hormigón. La distancia típica entre dos fibras es de 10 a 25 mm. De esta manera, las fibras de acero pueden actuar en el nacimiento de las microfisuras, previniendo que se conviertan en macrofisuras. En el caso de una macrofisura, las fibras actúan como una pequeña armadura tradicional, consiguiendo su mayor anclaje gracias a las conformaciones o deformaciones de las fibras.


¿Cómo puedo ensayar y caracterizar el comportamiento del HRFA?

EL comportamiento del HRFA se puede medir de diferentes maneras mediante ensayos estandarizados de carga. Hoy en día el método más común es el ensayo en viga de sección 150 x 150 mm2. Normativa existente al respecto: Japonesa JSCE/SF4, Holandesa DUR 35, Alemana DBV-Merkblatt o las directrices RILEM. Otro método para ensayar el HRFA consiste en paneles circulares o cuadrados con carga puntual centrada o carga lineal. Mediante éste último ensayo se consiguen resultados con menores desviaciones que los obtenidos mediante los ensayos en viga. Los documentos comúnmente utilizados con los ensayos de panel circular o cuadrado son los ensayos EFNARC, la SIA 162/6 Suiza y las reglas BEFIM Francesas. En todas ellas, se registra el comportamiento carga-deformación durante el ensayo para caracterizar el comportamiento post-fisuración del HRFA y obtener los valores de diseño.


¿Cuál es la diferencia entre las fibras de acero y las fibras micro-sintéticas?

Las fibras micro-sintéticas son fibras principalmente de polipropileno (PP) muy finas y cortas. Dosificaciones típicas de 600-900 gr/m3 de hormigón. Al contrario que las fibras de acero, las fibras micro-sintéticas no aportan al hormigón una capacidad de carga post-fisuración. El hormigón con fibras micro-sintéticas sigue teniendo una rotura frágil al igual que el hormigón en masa. Las fibras micro-sintéticas sólo influyen positivamente en el hormigón fresco reduciendo la retracción plástica del hormigón al absorber agua ocluida en el hormigón. Después de que el hormigón ha endurecido y se encuentra en su proceso de secado, las fibras micro-sintéticas devuelven parte del agua al hormigón produciendo un efecto de curado. En otras palabras, ralentizan la perdida de humedad de la superficie del hormigón. Mediante las fibras de acero se puede conseguir el mismo efecto, trabajando con una relación agua/cemento reducida y controlada, añadiendo un superfluidificante adecuado, utilizando una buena formula de hormigón y realizando un buen curado del hormigón tan pronto como sea posible.


¿Cuál es la diferencia entre las fibras de acero y las fibras macro-sintéticas?

Las fibras macro-sintéticas son fibras de polipropileno o otro tipo de material plástico, con geometría similar a las fibras de acero. Dosificaciones típicas de 2 a 10 kg/m3 aportando al hormigón cierta resistencia post-fisuración pero con un nivel de rendimiento muy inferior al proporcionado por las fibras de acero. Debido a que los materiales sintéticos son mucho más ligeros que el acero, el volumen de fibras macro-sintéticas que se puede adicionar al hormigón sin perjudicar negativamente la trabajabilidad del mismo limita en gran medida las dosificaciones máximas y por lo tanto el nivel optimo de rendimiento. Debido al bajo límite elástico y al deslizamiento inherente del material, el comportamiento a largo plazo de las fibras macro-sintéticas es una verdadera preocupación.


¿Qué son las aplicaciones estructurales?

Generalmente los ingenieros distinguen entre aplicaciones estructurales y no estructurales. Se considera aplicación estructural cuando un fallo parcial o global de un elemento dado, puede conllevar una secuencia de fallos en otros elementos, originando pérdida de vidas humanas o grandes daños materiales. Por ejemplo, un pavimento industrial sobre terreno no sería una aplicación estructural puesto que un fallo de la solera no conlleva un colapso del edificio. Por otro lado, una cimentación se considera elemento estructural puesto que un fallo en la misma puede originar un colapso de la estructura.


¿Qué es la retracción del hormigón?

Para garantizar cierta trabajabilidad en el hormigón, debes añadir más cantidad de agua que la estrictamente necesaria para la reacción química, también conocida como hidratación. Este exceso de agua permanece ocluido en el hormigón. Parte del mismo se evapora durante el proceso de endurecimiento del hormigón y por lo tanto el hormigón se retrae. Si el elemento de hormigón no se puede mover libremente, el hormigón se verá sometido a unas tensiones internas que pueden producir a la fisuración del mismo. La retracción es crítica en las primeras fases de endurecimiento del hormigón. El fenómeno de la retracción va disminuyendo en el tiempo pero se prolonga durante 2 ó 3 años. La retracción es una propiedad del hormigón, sólo se puede retrasar aplicando un buen proceso de curado o reducir utilizando un buen hormigón. Los principales parámetros que influyen en la retracción del hormigón son el contenido de agua, la relación agua/cemento, contenido de finos (cemento, cenizas volantes, escoria, micro-silica, …) y el tipo de cemento. Cuando el hormigón es introduce en agua, se produce el fenómeno contrario,  el hormigón se expande. Cuando el hormigón se empieza a secar, vuelve a retraer.


¿Cómo se puede garantizar que las fibras se distribuirán de forma homogénea dentro del hormigón?

El principal parámetro para tener una buena distribución de fibras es el tiempo de mezclado. Normalmente se requiere 1 minuto por metro cúbico de hormigón de tiempo de mezclado para conseguir una distribución uniforme de las fibras de acero. Cuando las fibras se añaden directamente al camión hormigonera, se aplica la misma regla, manteniendo la cuba a máxima velocidad de rotación y con un tiempo de mezclado mínimo de 5 minutos. El segundo parámetro que influye en la distribución uniforme de las fibras es la curva granulométrica del hormigón, que deberá ser continua y el tamaño máximo de árido se adaptará al volumen de fibras de acero. Mencionar que la distribución de fibras de acero se considerará uniforme cuando cualquier medición tomada sobre muestras de 10 litros de hormigón fresco, no presente una desviación superior al 20 % sobre la dosificación teórica.


¿Se pueden emplear fibras de acero con el hormigón autocompactable?

Sí. Las fibras de acero se pueden utilizar en hormigones autocompactables. Tener en cuenta que debido al cono muy fluido del hormigón autocompactable, las fibras suelen orientarse en el sentido del hormigonado. En el caso de que las tensiones principales difieran del sentido del hormigonado, se deberá evitar utilizar fibras de acero como único elemento de refuerzo.


¿La adición de fibras influye en la trabajabilidad del hormigón?

Sí. La adición de las fibras de acero reduce la consistencia del hormigón. Dosificaciones típicas de fibra de acero de 20 a 40 kg/m3 reducen la consistencia en un tipo (reducciones de cono de 25 a 45mm). Para compensar la pérdida de consistencia del hormigón se deberá añadir un superfluidificatente reductor de agua de última generación.


¿Puede el HRFA bombearse sin problemas?

Sí. El HRFA se puede bombear incluso a dosificaciones altas (100kg/m3). Al igual que sucede con todos los hormigones de bombeo, la composición del hormigón debe tener la suficiente cantidad de finos para proporcionar estabilidad y evitar cualquier tipo de segregación. Al bombear un HRFA, tener en cuenta que la sección mínima de la bomba no sea inferior a 120mm.


¿Cómo se evita la formación de erizos de fibras?

Un erizo de fibras es un apelotonamiento de fibras que tiene lugar durante la integración de las fibras en el hormigón. Los erizos de fibra pueden bloquear las bombas, causar coqueras o huecos dentro del hormigón, y puntos débiles que pueden originar la formación de fisuras. Existen dos tipos de erizos de fibra, húmedos y secos. Los erizos o bolas secas son las más comunes y se forman durante la adición de la fibra. Las fibras no se integran correctamente por lo que se produce un apelotonamiento de fibras cubierto por mortero, que con el movimiento rotativo de la cuba toma forma de pelota de aproximadamente 100 – 150mm de diámetro. Esto se puede evitar eligiendo un buen método de mezclado. Al romper una bola seca de fibras, encontraras fibras y arena fina. Mencionar que tanto la geometría como la esbeltez (longitud/diámetro) influyen en la trabajabilidad de una fibra de acero. Algunas geometrías tiende a la formación de erizos con mayor facilidad (misma esbeltez) y para una geometría dada, el riesgo de formación de erizos aumenta según aumenta la esbeltez. Son dos parámetros a tener en cuenta a la hora de la elección de la fibra de acero.

Los erizos o bolas húmedas se forman durante el mezclado. Razones: tiempos de amasado demasiado largos, curvas granulométricas discontinuas, tamaño máximo de árido demasiado grande para dicha aplicación de tal forma que inhibe el proceso de mezcla para dispersar las fibras de forma homogénea, o si el hormigón segrega. Puesto que las bolas húmedas se forman después de que las fibras se han distribuido en el hormigón, estas bolas contienen otros áridos a parte de la arena. Las fibras encoladas pueden formar también bolas húmedas.

Cuando nos encontremos con la formación de erizos de fibra, es muy importante determinar el tipo de erizo para subsanar el problema.


¿Cómo se puede medir el contenido de fibras tanto en el hormigón fresco como en el endurecido?

Siempre es más recomendable comprobar la dosificación de fibras sobre hormigón fresco puesto que permite aplicar acciones correctoras antes del vertido del hormigón. Normalmente se toman muestras de hormigón fresco de 10 litros para evitar grandes desviaciones en los resultados. La muestra se lava quitando los finos y las fibras se extraen mediante imanes. Este procedimiento es bastante sencillo pero lento. Por este motivo ArcelorMittal ha desarrollado los dosímetros con este propósito. Éste aparato permite la toma simple y segura de las muestras de HRFA y funciona como un mecanismo simple y seguro para separar las fibras del hormigón. Las fibras se extraen directamente del hormigón fresco de forma magnética. Las fibras extraídas se secan y se pesan para obtener la dosificación. La determinación de la dosificación de fibra en el hormigón endurecido no es un método muy exacto debido a que sólo se puede realizar mediante la extracción de testigos y estos rara vez exceden los 2,5 litros. Después se machaca el hormigón y se extraen las fibras con el consiguiente riesgo elevado de perdida o deterioro de algunas fibras, obteniendo resultados normalmente por debajo del real.

Hoy en día, existen métodos más sofisticados en el mercado que miden la dosificación mediante inducciones electromagnéticas en cubos de hormigón fresco o endurecido. La desventaja de este método es por un lado el económico, que es más caro, y por otro lado que requiere de una calibración previa con la fibra a utilizar en obra.


¿Qué parámetros influyen en la trabajabilidad del HRFA?

Los parámetros principales que influyen en la trabajabilidad son la geometría de la fibra, la esbeltez, la longitud de la fibra y el volumen de fibra por m3 de hormigón. Generalmente los mismos parámetros que disminuyen la trabajabilidad, aumentan la eficacia de la fibra. Por este motivo es importante encontrar un equilibrio entre trabajabilidad y eficacia.


¿Qué ventajas tienen las fibras de acero de alta resistencia?

Con al excepción de la fibra Twincone™, todas las fibras de acero disponibles en el Mercado se desprenden de la matriz de hormigón en el estado límite último. Puesto que la mayoría de fibras tienen deformaciones a lo largo de su longitud, el material debe plastificar en dichas deformaciones para permitir el desprendimiento de la fibra. Por lo tanto cuanto mayor sea la resistencia a tracción del material de base, mayor resistencia a plastificar, mayor será la resistencia al desprendimiento y mejor el anclaje. Las fibras premium de alta resistencia muestran mayor eficacia que las fibras de resistencia estandar. Por este motivo es común utilizar este tipo de fibras con hormigones de resistencia alta.


¿Qué es la ductilidad y el comportamiento post-fisuración?

El hormigón es un material frágil. Cuando se somete a tensiones a tracción muestra un comportamiento elástico hasta el punto de primera fisura. A partir de este momento su resistencia es cero, que significa que el colapso es repentino y brutal. Para evitar dicho comportamiento frágil e impredecible, el hormigón se refuerza a base de barras o fibras de acero. Estos métodos de armado garantizan que la perdida de capacidad de carga después de la primera fisura no sea total, comportamiento post-fisuración que puede ser parcial o totalmente dúctil. Ductilidad total significa que la sección fisurada tiene mayor resistencia que la sección sin fisurar y muestra un comportamiento denominado endurecimiento tensional. Cuando en el comportamiento post-fisuración la capacidad de carga disminuye sin llegar a cero, nos encontramos con un comportamiento parcialmente dúctil. Utilizando dosificaciones tradicionales de fibra, el HRFA muestra un comportamiento parcialmente dúctil, donde el grado de ductilidad depende de la eficacia de la fibra de acero y dosificación utilizada. Con dosificaciones superiores y fibras Premium es posible conseguir un comportamiento totalmente dúctil del HRFA.


¿Pueden las fibras de acero sustituir al refuerzo tradicional en cualquier aplicación y, si no, por qué?

Cuando el HRFA muestra un comportamiento parcialmente dúctil y sustituye completamente la armadura tradicional, solo se puede utilizar en aplicaciones no estructurales o temporales. Para aplicaciones estructurales se requiere un comportamiento completamente dúctil para evitar un colapso tras la fisuración del mismo. La utilización de HRFA en elementos estructurales, se limita a aquellos sometidos a momentos flectores medios y bajos de forma multidireccional, como son las losas. Para elementos con altos requerimientos a flexión en una única dirección, como en vigas, la sustitución total de la armadura tradicional por fibras no es posible. Esto se debe principalmente a la longitud limitada de cada fibra y a que no existe la posibilidad de redistribución del momento. Sin embargo, en estos casos las fibras pueden utilizarse en combinación con otros métodos de armado.


¿Es completamente uniforme la distribución de fibras en el hormigón?

Si el HRFA se mezcla correctamente, la distribución de las fibras será uniforme. La distribución de las fibras se puede considerar uniforme, cuando cada medición no difiera en más de un 20 % de la dosificación establecida y la media de todas ellas no difiera en más de un 10% de la misma. Las mediciones se deben realizar con un volumen mínimo de hormigón de 10 litros en series de 3 mediciones. Las muestras de HRFA se deben tomar cuando el vertido haya comenzado en los siguientes intervalos: a un tercio de la mezcla, al medio y cuando el vertido esté finalizando.


¿Produce ArcelorMittal fibras galvanizadas? ¿Cuáles son sus beneficios?

ArcelorMittal también produce fibras de acero galvanizadas. Por favor pregunta en tu oficina de ventas más cercana el tipo de fibras de acero disponibles con este acabado. Las fibras de acero galvanizadas son generalmente un 50% más caras que las fibras de acero sin galvanizar. Normalmente el recubrimiento de zinc no es necesario puesto que incluso después de la carbonización, un recubrimiento de hormigón de 2mm es suficiente para proteger las fibras de la corrosión. En ambientes de alto contenido en cloruros, el recubrimiento necesario puede incrementarse a 7 mm. Las fibras de acero no galvanizadas que queden en la superficie se van a corroer dejando una pequeña mancha de óxido. Sin embargo, se trata de un problema puramente estético que no influye en la capacidad de carga del HRFA. Por este motivo, para aplicaciones arquitectónicas o de hormigón visto se recomienda utilizar fibras galvanizadas.
Mencionar que debido a su diámetro pequeño, las tensiones que se generan en una fibra oxidada por aumento de volumen, son despreciables y no tienen la suficiente fuerza para romper el mortero que se encuentra a su alrededor. Cosa que si sucede cuando existen problemas de corrosión con el corrugado.


¿Por qué se encolan las fibras?

La única razón para encolar las fibras mediante cola soluble en agua es mejorar la integración de las fibras en el hormigón evitando la formación de erizos. Pero se puede conseguir el mismo resultado utilizando las herramientas de mezclado adecuadas.  Algunas colas pueden tiene ciertos elementos que actúan como agentes generadores de aire.  El cliente por lo tanto, debe prestar atención al uso de fibras encolan en combinación con entrainer aire adicional ya que esto podría resultar en el contenido de aire excesivo, que puede reducir significativamente la resistencia del hormigon, hacer de bombeo de hormigon más difícil y perturbar el aspecto superficial de los pavimentos a través de burbujas de aire próximas .