Pavimentos de concreto reforzados con macrofibras sintéticas

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Pavimentos de concreto reforzados con macrofibras sintéticas

Ing. Arístides Trillo 

El uso de fibras en pavimentos en una práctica común que se ha extendido desde la incorporación de microfibras hasta el uso de fibras de acero, el objetivo es mejorar el comportamiento del concreto a flexión en obras de pavimento, en este sentido se busca mejorar aspectos como: resistencia a la flexión –Módulo de rotura-, resistencia residual y control de agrietamiento por retracción.

En este artículo se discuten algunos estudios realizados en este contexto y se concluye sobre aspectos que demuestran la contribución de la macrofibra sintética en el incremento de la resistencia del concreto para pavimentos.

La resistencia a la flexión o módulo de rotura del concreto

La propiedad fundamental del concreto para el diseño de pavimentos es la resistencia a la flexión determinada según el ensayo ASTM C 78-02, y, en Venezuela según especifica la Norma COVENIN 342-79.

La resistencia a la flexión o módulo de rotura (MR) es una variable fundamental para la determinación del espesor de la losa de un pavimento rígido.

La norma técnica FONDONORMA 1753-2006 (Anexo F) indica que en Venezuela la resistencia mínima a la flexión del concreto será de 35 Kg/cm2 y además especifica que la resistencia obtenida será válida para un único diseño de mezcla y combinación de agregados.

El módulo de rotura (MR) por ser una variable fundamental en el diseño de pavimentos rígidos debe escogerse según el tipo de proyecto.

El módulo de rotura es una propiedad del concreto que depende del diseño de mezcla, y en especial, del agregado grueso utilizado, siendo claves aspectos como angularidad, forma y dureza. 

Los resultados de ensayos desarrollados ampliamente en Venezuela y en el mundo demuestran entre otras cosas la incidencia del origen geológico y características de los agregados utilizados en los valores del MR y la NO LINEALIDAD en la correlación entre la resistencia a la compresión y a la flexión para diferentes mezclas de concreto.

El uso de macrofibras para mejorar el comportamiento del concreto para pavimentos

La introducción de fibras en la mezcla de concreto tiene como objetivo minimizar el comportamiento frágil característico del concreto endurecido, presentando una resistencia residual a los esfuerzos en él aplicados incluso después de la fisuración.

La alteración del comportamiento es función de las características de las fibras, de la matriz del concreto y de su interacción. En este sentido hay dos conceptos fundamentales que hay que mencionar: ductilidad y tenacidad.

La ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse plásticamente de manera sostenible sin romperse y la tenacidad es la energía que se absorbe antes de alcanzar la rotura.  El objetivo es mejorar estas propiedades en el concreto. 

Efecto de la fibra como refuerzo de concreto para pavimentos

La Universidad Internacional de la Florida (FIU) preparó en 2014 un estudio denominado “Use of fiber reinforced concrete for concrete pavement slab replacement”. El estudio tuvo como objetivo determinar el efecto del uso de fibras en la mejora del comportamiento del concreto en diversos aspectos tales como: agrietamiento por retracción, módulo de rotura y resistencia residual.

Los resultados del estudio, entre otros aspectos, demostraron una mejora en las características estructurales del concreto, específicamente en el módulo de rotura y resistencia residual, siendo la macrofibra sintética equivalente al uso de fibras de acero, con la ventaja en aspectos como la trabajabilidad y resistencia a la corrosión para las fibras sintéticas.

Dosificación de Macrofibra3D para la mejora del módulo de rotura del concreto

Heredia (2017) realizó para Macrofibra 3D un estudio para determinar la dosificación ideal de fibra sintética en una mezcla de concreto cuya resistencia a la compresión era de 210 Kg/cm2. Para el estudio se utilizó macrofibra sintética con las siguientes características: 4.5 cm de longitud, 0.05 mm de diámetro, fabricadas con Tereftalato de Dimetilo/Pet, fibra recta de color gris.

Los resultados de los ensayos mostraron un incremento de hasta 13% en el Módulo de Rotura del concreto para una dosificación de 1,2 kilogramos de fibra por cada metro cúbico. En estos ensayos también se constató que con dosificaciones mayores a 1,8 Kg/m3 hubo una reducción de la resistencia a la flexión del concreto.

 

Es importante destacar que los resultados reportados son válidos únicamente para la mezcla de concreto y agregados utilizados.

Con los datos obtenidos en el laboratorio se realizó un análisis económico basado en costos del concreto y la fibra a octubre de 2017 en  la ciudad de Valencia, Venezuela. Se determinó que con una dosificación de 1,2 Kg de fibra por cada metro cúbico de concreto se obtiene una ahorro de entre el 1 y el 8% en el costo de la losa de pavimento, debido a la reducción del espesor en un 9% de la losa para un rango de tráfico entre 1,5 y 25 millones de ejes equivalentes.

 

En relación al uso de macrofibras sintéticas en el concreto se puede mencionar lo siguiente:

  • El uso de macrofibra sintética mejora el comportamiento a flexión del concreto
  • El uso de macrofibra sintética confiere al concreto resistencia residual luego de la fractura, lo cual le permite mantener la integridad de losa luego de ocurrir la falla por flexión
  • La macrofibra sintética representa un elemento muy útil para mejorar el comportamiento a flexión de mezclas de concreto con agregados provenientes de la explotación de rio
  • Dosificaciones de fibra entre 1,0 y 1,5 Kg/m3 de concreto son las más comunes en el ámbito internacional y han traído resultados ideales en cuanto a trabajabilidad y resistencia.
  • Se debe tener especial cuidado en la dosificación de macrofibra por encima de los 1,5 Kg/m3 debido a que es posible una modificación desfavorable del comportamiento del concreto a partir de este punto. Este aspecto debe ser estudiado para cada caso particular de mezcla a ser utilizada
  • En el uso de mezclas mejoradas con el uso de fibras sintéticas se debe tener especial atención a la trabajabilidad y el acabado superficial del pavimento.
  • Se debe evaluar el efecto del uso de fibra en el coeficiente de transferencia de carga J para el diseño

 

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