Se consideran fibras estructurales






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títuloSe consideran fibras estructurales
fecha de publicación07.03.2016
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ESPECIFICACIONES TÉCNICAS


FIBRA DE POLIPROPILENO


MPH FIBER PLUS



Descripción del producto

Las fibras MPH FIBER PLUS son macro-fibras sintéticas estructurales para el refuerzo de hormigones. Gracias a los tratamientos físico-químicos en su proceso de fabricación, la adherencia fibra-hormigón es óptima.

Propiedades

  • Incremento de absorción de energía e incremento de la resistencia a tracción. Aportan resistencias residuales a flexo – tracción superiores a las mínimas recomendadas por la nueva Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08), por lo que se consideran fibras estructurales.

  • Reducción de las microfisuras por retracción durante el fraguado, evitando la formación de fisuras mayores.

  • Disminuye la permeabilidad.

  • Aumento de la resistencia al impacto y a la abrasión.

  • Reduce el riesgo de disgregación de la masa.

  • No le afectan los procesos de corrosión y oxidación a diferencia de los hormigones reforzados metálicamente.

Aplicaciones

  • Refuerzo estructural de hormigones.

  • Hormigón proyectado y hormigón de revestimiento (túneles).

  • Pavimentos industriales.

  • Soleras.

  • Prefabricados.

  • Y en general, para hormigones en los que se busca incrementar las propiedades a tracción, impacto y la capacidad de absorción (disipación) de energía.

Características Técnicas

  • Materia Prima: Polipropileno 100 % - HOMOPOLÍMERO

  • Densidad: 0,91 gramos/cm³

  • Absorción de humedad: NULA

  • Fluidez: 1,8 a 3,2 gramos/minuto según método ASTM D-1238

  • Colores disponibles: Blanco Natural/ Gris / Negro

  • Proceso de Transformación: Extrusión

  • Sistema: Monofilamento plano y grabado

  • Resistencia a la tensión: > 400 MPa.

  • Elongación según el método ASTM D-638: 7%

  • Módulo de elasticidad: > 6 GPa.

  • Temperatura de distorsión: 110º C según el método ASTM D-648

  • Temperatura de descomposición: 280º C según el método ASTM D-648

  • Grosor de la fibra: 4.200 denniers

  • Diámetro equivalente=0,93 mm aprox.

  • Longitud de la fibra/esbeltez:

    • 48 mm/ 60

    • 36 mm/ 45

    • (otras longitudes bajo pedido)

  • Longitud total: 2.250 mts / Kg. de fibra.

  • Frecuencia de la fibra para longitudes de 48 mm: 46.875 ud/kg.

  • Frecuencia de la fibra para longitudes de 36 mm: 62.500 ud/kg.

Dosificación

  • Para soleras y pavimentos, la dosificación recomendada está entre 2 kg/m3 y 10 kg/m3, en función de las solicitaciones.

  • Para hormigones proyectados, la dosificación recomendada está entre 3kg/m3 y 10 kg/m3. La relación de dosificación en comparación con las fibras metálicas para igualar absorción de energía está entre 1/4 y 1/8, dependiendo del tipo de fibras, y su inter - actuación con la gunita prescrita.

  • El ajuste de dosificaciones en función de los parámetros resistentes de proyecto requiere ensayos previos.

Modo de empleo

Añadir como un componente más del hormigón durante el proceso de

fabricación del hormigón, ó en obra con reamasado adicional, pero nunca sobre el agua de amasado antes de añadir el resto de los componentes.




Al igual que la adherencia entre el árido y la pasta es fundamental para que el hormigón cumpla con las especificaciones para las que ha sido diseñado, la adherencia entre las fibras y la matriz cementante es el principal factor que determinará la capacidad de las fibras para aportar ductilidad al sistema.
El presente informe recoge, de manera resumida, los resultados obtenidos por AIDICO (Instituto Tecnológico de la Construcción) en un estudio realizado con las fibras MPH FIBER PLUS.
En el estudio llevado a cabo por AIDICO, se analizaron diversos métodos y sistemas de tratamiento superficial para las macro – fibras de polipropileno, llegando a un sistema de tratamiento como el óptimo, y siendo este tratamiento el aplicado en las fibras tipo MPH FIBER PLUS.


  1. Características del hormigón a evaluar:

Se diseñó un hormigón patrón con tamaño máximo de 12 mm, con contenido de 325 kg de cemento por m3, y una relación a/c = 0,45. Se empleó además un aditivo superplastificante de tercera generación para ajustar consistencias. Se compararon las características mecánicas del hormigón patrón (sin fibras), del hormigón adicionado con macro – fibras de polipropileno sin tratamiento superficial, del hormigón adicionado con macro – fibras de polipropileno con tratamiento superficial (FIBER PLUS) y del hormigón adicionado con micro – fibras multifilamento tipo MPH Fp 31. Todas las fibras se adicionan a razón de un 1% en peso.


  1. Comportamiento mecánico:

Con las probetas fabricadas a partir de las amasadas realizadas se efectuaron roturas a flexotracción a 28 días. Los ensayos realizados se refieren a probetas prismáticas de 10 x 10 x 40 cm fabricadas, curadas y ensayadas a flexotracción según UNE 83.504:2004 y UNE 83.509:2004.
Con el objeto de poder evaluar con mayor precisión la influencia de las fibras adicionadas en la masa de hormigón, se sometió a las probetas a sucesivos ciclos de carga hasta conseguir la rotura de las fibras. De esta forma, se intenta evaluar las diferencias de comportamiento entre ellas.

La primera de las tensiones de rotura puede ser indicativa de la carga que es capaz de soportar principalmente el hormigón.

La segunda tensión puede ser más indicativa del conjunto fibra-hormigón, evaluando la adherencia de la fibra a la matriz cementante y de la capacidad conjunta entre la fibra y el hormigón de soportar una determinada carga. El efecto de las fibras es mucho mayor tras la fisuración de la matriz, pues es entonces donde el efecto de “cosido” de las fisuras retrasa el agotamiento del material compuesto, convirtiendo al hormigón fibro – reforzado en un material mas dúctil que el patrón.

La tercera de las tensiones da información sobre la resistencia de la propia fibra. Como se puede observar en los resultados obtenidos, las probetas de control (sin fibras) únicamente son capaces de soportar la primera de las cargas aplicadas, ello es debido a que no contiene en su masa ningún elemento adicionado capaz de aportar resistencia extra a flexión.





Tensión (N/mm2)

1ª carga

2ª carga

3ª carga

Hormigón patrón (sin fibras).

7,0

----

----

Hormigón con macro-fibras sin tratamiento superficial.

7,3

4,8

2,1

Hormigón con macro-fibras con tratamiento superficial.

8,0

6,2

3,3

Hormigón con micro-fibras multifilamento.

7,0

1,9

----




  1. Conclusiones:

En función de los resultados obtenidos se pueden obtener las siguientes conclusiones:
1ª- Hormigón patrón: Una vez que el hormigón patrón alcanza su máxima
resistencia a flexotracción, no admite cargas posteriores, por lo que se puede

decir que el hormigón patrón no presenta resistencias residuales a flexotracción.
2ª- El hormigón con micro-fibras del tipo multifilamento, empleadas habitualmente para controlar la fisuración por retracción plástica, aportan una resistencia residual a flexotracción muy baja (1,9 N/mm2). Esta resistencia residual representa únicamente el 27% de la primera resistencia a rotura. Según el Anejo 14 “Recomendaciones para la utilización de hormigón con fibras” de la nueva Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08), en su apartado 31.4, para que las fibras puedan ser consideradas con función estructural, la característica residual a tracción por flexión fR,1,k no será inferior al 40 % del límite de proporcionalidad y fR,3,k no será inferior al 20 % del límite de proporcionalidad. Se concluye y comprueba por tanto, también en este informe, que las micro – fibras multifilamento no pueden considerarse como fibras estructurales.
3ª- El hormigón con macro – fibras sin tratamiento superficial, aporta un ligero incremento en la primera carga de rotura, siendo sus dos cargas residuales posteriores del orden del 65% y del 29% respectivamente respecto de la primera carga. Estas fibras pueden considerarse estructurales.
4ª- El hormigón con macro – fibras con tratamiento superficial, incrementa su primera carga de rotura a flexotracción en un 14% con respecto

al hormigón patrón, y en un 9,6% aproximadamente con respecto al hormigón que contiene macro – fibras sin tratamiento superficial. En cuanto a las resistencias residuales son del orden del 77% y del 41% con respecto a la primera carga, por lo que igualmente pueden ser consideradas como fibras estructurales. Además, comparativamente con las macro – fibras sin tratamiento superficial, se obtienen valores superiores en sus resistencias residuales del orden de un 29% más en la segunda carga y un 57% superior en la tercera carga.

Se puede finalmente concluir que las fibras MPH FIBER PLUS son fibras aptas para el armado estructural del hormigón, pues están en

consonancia con las exigencias de la nueva Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) referente a las resistencias residuales a flexotracción. Además, el tratamiento superficial al que están sometidas las fibras MPH FIBER PLUS, produce un incremento elevado en las resistencias residuales, en comparación con hormigones adicionados con fibras de similar composición y tamaño pero sin tratamiento superficial.
DATOS COMPARATIVOS FIBER PLUS VS FIBRAS METÁLICAS


  1. Factores que definen la capacidad de absorción de energía de un hormigón proyectado fibro - reforzado.


Hay innumerables factores y condicionantes que afectan a la capacidad de absorción de energía, es decir, de incrementar la ductilidad de un hormigón proyectado. Factores de ejecución (proyección/compactación, irregularidades del soporte/espesor, etc.), tipo de hormigón (relación a/c, contenido y tipo de cemento, tipo de áridos, etc.), tipo de fibras (tipo de materia prima, dotación, longitud, sección ó diámetro equivalente, resistencia a tracción/adherencia al conglomerado, etc). Dado que el análisis comparativo es multi – variable, en el presente informe se tendrá en cuenta únicamente las fibras y sus propiedades para analizar la influencia sobre la ductilidad.

Los principales factores a analizar en lo que respecta a las fibras son:

  • Dotación de fibras: El número de fibras por m3 de hormigón a igualdad del resto de variables, define la capacidad de absorción de energía. Es decir, a mayor contenido de fibras (para el resto de variables inalteradas), mayor ductilidad y mayor capacidad de absorción de energía.

  • Resistencia a tracción/adherencia: La rotura del sistema fibro – reforzado se produce, bien por extracción (pérdida de adherencia), bien por rotura de la fibra. Mucha resistencia a tracción nunca implicará mejora de absorción de energía si no está en consonancia con la adherencia. Se podría decir que la capacidad adherente al conglomerante es más importante que la resistencia a tracción de la fibra, siempre y cuando se cumplan unos mínimos.

  • Longitud y geometría: La longitud de la fibra influye en el comportamiento dinámico del hormigón fibro – reforzado. Mayores longitudes mejoran el comportamiento frente a solicitaciones permanentes ó prolongadas (redistribución de tensiones y convergencia

del terreno), mientras que menores longitudes mejoran el comportamiento frente a solicitaciones instantáneas (golpes, impactos, etc.). Lo ideal es llegar a un compromiso entre ambos tipos de solicitaciones, teniendo en cuenta que la longitud debe ser coherente con el sistema de ejecución y caso particular (espesor de ejecución, tamaño máximo de árido, facilidad operativa de los procesos de bombeo ó proyección, etc.).


  1. Datos comparativos y comentarios.

    1. Resistencia a tracción

Las fibras metálicas, dependiendo de la procedencia (tipo I procedente de hilo como semielaborado ó tipo II procedente de corte de chapa laminada) y dependiendo del proceso de conformado, pueden tener una resistencia a tracción de entre 1.100 – 300 MPa. El polipropileno tiene una resistencia a tracción de entre 300 y 400 MPa. Siendo su resistencia a tracción inferior, las fibras de polipropileno basan la capacidad de refuerzo en la interacción (adherencia) con el conglomerante.


    1. Dotación de fibras

A igualdad de tamaño de fibra, el número de fibras de polipropileno por kilo es muy superior al número de fibras metálicas, puesto que la relación de densidades es del orden de 8,5:1 (7,85 gr/cm3 frente a 0,91 gr/cm3). Cuando la rotura por tracción del sistema fibro – reforzado se produce por “pull-out” (pérdida de adherencia), la cantidad de fibras influye en la proximidad entre ellas y en la redistribución de tensiones, así como en la superficie total de contacto.


    1. Forma y tamaño.

La forma y el tamaño no dependen del tipo de material sino del proceso de elaboración. En general, y a igualdad de otros parámetros, las fibras de

sección circular siempre tendrán menor adherencia por tener menor superficie de contacto, siendo necesario mejorar su geometría superficial (fibras corrugadas, diseño de extremos para mejorar su capacidad de anclaje, etc.).


    1. Adherencia.

La capacidad adherente de las fibras al conglomerante empleado es un parámetro fundamental en la respuesta del hormigón fibro – reforzado. En las fibras metálicas, la mejora de adherencia se basa en la forma y geometría superficial de la misma. En la fibras sintéticas, además de forma y geometría, la adherencia se puede mejorar con tratamientos químicos superficiales que mejoren el anclaje fibra/matriz cementante.


    1. Durabilidad.

Garantizar la continuidad de las propiedades durante la vida útil de una estructura se ha convertido en uno de los principales objetivos de cualquier construcción.

Las fibras metálicas en un ph alcalino como es el hormigón, mantienen sus propiedades, ya que se impide su oxidación, que provocaría la pérdida de las propiedades con las que han sido diseñadas.
Sin embargo, la oxidación de cualquier fibra metálica se puede producir:

  • Bien en el proceso previo de almacenamiento y distribución.

  • Bien por carbonatación del hormigón, que provoca una disminución del ph y una vía de ataque para cualquier fibra metálica.


En cualquier caso, los recubrimientos fijados en la normativa para el hormigón armado, que son los que garantizan la durabilidad ó la no oxidación durante la vida útil de la construcción, no se pueden cumplir en un hormigón reforzado con fibras metálicas, ya que la distribución de la fibras es aleatoria.

Las fibras de polipropileno no sufren procesos de oxidación y son mucho más estables químicamente frente a todos los tipos de ataque.

Las fibras de polipropileno, sin ninguna duda, garantizan de manera mucho más efectiva la durabilidad del sistema (mantenimiento de propiedades con respecto a la vida útil). Esta afirmación fue comprobada por el Dr. Stefan

Bernard de la universidad de Sydney, que evaluó el comportamiento a largo plazo en términos de durabilidad de muestras fabricadas con fibra metálica y con fibra sintética. Las conclusiones fueron demoledoras ya que, mientras que la capacidad de absorción de energía de las muestras con fibra metálica después de un año, se había reducido prácticamente a la mitad, las muestras con fibra sintética mantenían prácticamente el 100% de su capacidad para absorber energía.





  1. Ventajas de la fibra de polipropileno frente a la metálica.

En general, y siempre que se comprueben las exigencias mínimas del sistema mediante ensayos normalizados, las fibras de polipropileno tipo FIBER PLUS no tienen ninguna desventaja y sí muchas ventajas técnicas.

    1. Ventaja por durabilidad.

La mayor estabilidad frente a cualquier ataque ó proceso químico es la mayor ventaja que aporta la fibra de polipropileno frente a la metálica. Si se produce un proceso de carbonatación en el hormigón ó si hay fibras distribuidas superficialmente, la fibra metálica se oxidará, aumentará de volumen, perderá adherencia y el conjunto fibro – reforzado no mantendrá sus propiedades con el tiempo. Esto no ocurrirá con un sistema reforzado con fibras tipo FIBER PLUS.

    1. Ventaja por resistencia pasiva frente al fuego.

En caso de incendio, las temperaturas que se alcanzan provocan la transformación del agua de constitución del hormigón en vapor. Las tensiones

generadas por este proceso, producen la fisuración y rotura del sistema, que no es capaz de evacuar estas tensiones. El fenómeno de spalling, ó desconchado superficial, es habitual en casos de incendio en túneles, pudiendo llegarse a la rotura explosiva. Este proceso se puede reducir con la adición de fibras de polipropileno, ya que las fibras se licuan, produciendo zonas de relajación de tensiones internas. Las fibras metálicas no solo no mejoran este proceso, sino que lo pueden agravar debido a la diferencia de retracciones térmicas entre el material metálico y el hormigón por tener diferentes coeficientes de dilatación.

En abril del 2001, la Junta de Carreteras de Japón encargó a la Corporación

Krosaki Harima la investigación de la exfoliación de hormigón reforzado con

fibras, para suministrar información técnica relacionada con el deterioro de revestimiento de túneles durante un incendio.

El método de prueba, desarrollado en Holanda, involucró la exposición de los

paneles al régimen del fuego RWS con temperaturas de 1350°C durante dos horas.

Se hicieron los paneles con hormigón de 32 MPa y con dimensiones de

1,0 x 1,0 x 0,3 m para simular secciones del revestimiento de túnel.

Se instalaron termoeléctricos (según JIS C1602) en la superficie de cada panel,

a 50 mm de profundidad, a 100 mm de profundidad y en la parte trasera para

obtener datos del perfil de temperatura durante las dos horas de exposición.

Las muestras de hormigón reforzado con fibras sintéticas demostraron temperaturas menores en todas las profundidades y en consecuencia sufrieron menos desgastes causados por la exfoliación explosiva comparado con el hormigón sin refuerzo o reforzado con fibra de acero.

Teóricamente, al derretirse las fibras sintéticas, crean canales en el hormigón

para dejar escapar los vapores expansivos, dejando así intacta una mayor

profundidad de hormigón.



    1. Ventaja por operatividad.


Las fibras de polipropileno no necesitan estar estocadas en condiciones especiales, puesto que no sufren procesos de oxidación. Al ser su dotación en kilos/m3 de hormigón menor, simplifican los procesos de adición. Pueden dosificarse de manera directa en bolsas autosolubles.

La manipulación es más sencilla, puesto que no “pinchan”. Desde el punto de vista de seguridad, las fibras de polipropileno son más seguras.



c/ Arte, 25. 1º D. 28033 Madrid Tel.: 91 768 49 38 – 91 768 49 40 - Fax: 91 384 46 18

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