Por su funcionalidad, las fibras sintéticas se clasifican en microfibras macrofibras. Ambos tipos se han utilizado exitosamente en diversidad de proyectos y aplicaciones.
Las fibras naturales siempre se utilizaron para reforzar materiales frágiles. Por ejemplo, con paja se reforzaron ladrillos de barro, y muchos muros de adobe adornan hoy nuestros paisajes. En la década de 1950 se desarrollaron los primeros estudios con fibras de acero y fibras de vidrio, en tanto que en los años sesenta comenzaron a utilizarse las fibras sintéticas.
Elementos de barro reforzados con fibras naturales.
En 1965 se integró el Comité ACI 544 (Concreto reforzado con fibras), con el fin de proponer recomendaciones para el uso de las fibras, y desde esa época hay avances muy importantes en la tecnología de las fibras para mejorar las propiedades mecánicas del concreto.
Por su funcionalidad, las fibras sintéticas se clasifican en microfibras y macrofibras. Ambos tipos se han utilizado exitosamente en diversidad de proyectos y aplicaciones, incluidos los residenciales. Las fibras sintéticas han estado presentes en el mercado colombiano desde hace muchos años y, de hecho, las microfibras se comercializan en el país desde los años ochenta y las macrofibras se han especificado o aplicado desde principios del siglo XXI.
Las fibras para el refuerzo del concreto se producen a partir de diferentes materiales, en tamaños y geometrías diversas. Las normas ACI 544 y ASTM C 1116 las clasifican con base en su composición (acero, vidrio, sintéticas o naturales). Las fibras de mayor aplicación en la construcción en la actualidad son las de acero y las sintéticas.
La norma ASTM C1116 define el Concreto Reforzado con Fibras o Concreto Lazando, Tipo III, como aquel que contiene microfibras y/o macrofibras sintéticas para las cuales se puede establecer evidencia documental confirmando su resistencia al deterioro a largo plazo cuando están en contacto con la humedad y con los álcalis presentes en la pasta de cemento, o con sustancias presentes en el aire incluido, así como en los aditivos químicos.
Concreto reforzado con fibras sintéticas.
T2 Es importante recordar las características y usos de cada fibra
Las microfibras sintéticas se utilizan regularmente para el control del agrietamiento por retracción plástica y, en general, no aportan capacidad estructural al concreto. Las microfibras disponibles en el mercado tienen generalmente diámetro entre 0,02 mm y 0,05 mm, y se ofrecen regularmente en longitudes desde 6 mm (1/4’’) hasta 25,4 mm (1’’). En la actualidad, la mayoría de proveedores de microfibras recomiendan dosificaciones de 0,6 kg/m3. Para facilitar su dosificación se están usando bolsas hidrosolubles de 0,6 kg.
Microfibras sintéticas en elementos de concreto.
Durante el proceso constructivo de proyectos residenciales, las microfibras sintéticas son utilizables en la mayoría de las estructuras de concreto, especialmente en aquellas que tienen grandes superficies, que durante su proceso constructivo se ven expuestas a condiciones ambientales de frecuentes variaciones de humedad, cambios de temperatura e incluso de corrientes de aire. Estas condiciones son muy frecuentes en placas de concreto y en grandes superficies recubiertas con morteros de bajo espesor, especialmente en muros. También son aplicables a la construcción de tanques y estructuras enterradas, con refuerzo convencional.
Las macrofibras sintéticas se utilizan para controlar grietas causadas por temperatura o para mejorar el desempeño post-agrietamiento de los elementos de concreto sometidos a flexión y tensión, lo cual les permite reemplazar en un buen número de aplicaciones la malla electrosoldada y las barras de acero. Las macrofibras sintéticas son relativamente gruesas, regularmente se consiguen en diámetros que van de 0,5 mm a 0,7 mm, con longitudes típicas entre 19 mm y 50 mm.
Siendo el concreto resistente a la compresión, pero relativamente débil a la tensión, se necesita un componente que ayude a soportar los esfuerzos de tensión y flexión causados por las cargas últimas –las de contracción o de temperatura– después del agrietamiento. Las macrofibras sintéticas pueden proporcionar la capacidad de tensión y flexión después del agrietamiento del concreto al igual que el acero de refuerzo o la malla electro soldada.
El acero de refuerzo es continuo y se coloca específicamente en el concreto para un desempeño optimizado. Las macrofibras sintéticas son discontinuas y se distribuyen homogéneamente en toda la masa del concreto. Mientras que el acero aporta un refuerzo en dos dimensiones y requiere mano de obra para su colocación y posicionamiento, las macrofibras sintéticas proporcionan un refuerzo tridimensional y se introducen directamente en el concreto en la planta de mezclado o en el camión mezclador.
La malla electrosoldada y las varillas de refuerzo proporcionan control de fisuración en dos dimensiones, mientras que el refuerzo de las macrofibras sintéticas en el concreto es tridimensional, lo que se traduce en mayor efectividad y fisuras más delgadas.
En términos generales, el refuerzo para concreto se puede clasificar en varios niveles según la aplicación y las cuantías de acero (ρ=As / Ac) en la medida que As es el área del acero y Ac es el área del concreto para un metro de sección transversal. La dosificación exacta de macrofibras sintéticas se calcula con base en el desempeño del concreto reforzado con fibras como un material compuesto, en comparación con las varillas de refuerzo o la malla electrosoldada. Esto se puede hacer mediante la realización de pruebas normalizadas en vigas de concreto reforzado. Pueden definirse varios niveles de refuerzo para una sección de concreto como:
- Refuerzo para el control de grietas por contracción plástica (ρ <0,05%) → microfibras o macrofibras – Dosificación mínima.
- Refuerzo para el control de agrietamiento por temperatura y contracción (0,05% < ρ < 0,1%) → macrofibras – Baja dosificación.
- Refuerzo para el control de agrietamiento, con niveles bajos de momento (0,10% < ρ < 0,35%) → macrofibras – Dosificación media.
- Refuerzo para el control de agrietamiento, con niveles medios de momento (0,35% < ρ < 0,70%) → Macrofibras – Dosificación alta.
- Refuerzo para el control de agrietamiento, con niveles altos de momento (ρ > 0,70%) → Solo refuerzo metálico (varillas) o un híbrido de varillas y macrofibras.
Es importante tener en cuenta que las dosis bajas de fibras no aumentan la resistencia a la flexión del concreto, como tampoco lo hacen las varillas de acero de refuerzo o la malla electro soldada. La resistencia a la flexión es, fundamentalmente, función del diseño de la mezcla de concreto y del proceso de curado. La función principal de cualquier tipo de refuerzo está en la etapa posterior al agrietamiento, cuando proporciona la capacidad de soportar cargas y momentos finales
T2 Aplicaciones de las fibras en el concreto
Las macrofibras sintéticas pueden reemplazar el acero de refuerzo en:
- Losas sobre rasante (pisos residenciales, parqueaderos, pisos industriales)
- Sistemas de Steel deck.
- Pavimentos (carreteras, calles, aceras)
- Sobreplacas (tableros de puentes, sobreplacas en cubiertas y parqueaderos)
- Concreto lanzado (túneles, taludes, piscinas, reparación)
- Algunas unidades de elementos prefabricados.
Las macrofibras sintéticas no pueden sustituir acero de refuerzo estructural en las siguientes aplicaciones:
- Losas de entrepisos
- Vigas suspendidas
- Columnas estructurales
- Muros de carga
- Muros de cortante.
Las macrofibras sintéticas tienen gran potencial de aplicación en proyectos residenciales, especialmente en la sustitución del refuerzo por temperatura en:
- Placas de contra piso
- Placas de Steel deck
- Sobre placas de nivelación en parqueaderos y placas de cubierta
- Concreto estampado
- Elementos prefabricados.
T2 Ensayo de calidad
Existen diferentes ensayos normalizados para evaluar el desempeño del concreto reforzado con fibras sintéticas, entre ellos:
- ASTM C 1609: Método estándar para evaluar el desempeño de concreto reforzado con fibras a la flexión.
- ASTM C 1399: Método estándar para obtener la resistencia residual promedio del concreto reforzado con fibras.
- ASTM C 1550: Método estándar de prueba para evaluar la resistencia a la flexión del concreto reforzado con fibras, utilizando un panel redondo cargado en el centro.
A partir de los resultados de pruebas de desempeño del concreto reforzado con fibras es posible definir la cuantía de macrofibras sintéticas a utilizar para cada aplicación específica. En tal caso, cada proveedor de fibras debe disponer de las herramientas necesarias para sustituir el refuerzo metálico por fibras sintéticas, debidamente soportado.
En términos generales, las macrofibras sintéticas ofrecen grandes beneficios en la sustitución del refuerzo metálico por temperatura en proyectos residenciales.
- Las macrofibras sintéticas se distribuyen tridimensionalmente en la masa de concreto y aseguran su efectividad, evitando las dificultades de colocación que se presentan con el sistema tradicional de refuerzo metálico. Veamos por qué:
- No exigen el manejo de traslapos, cortes, ni figurado, que son necesarios cuando se utiliza refuerzo metálico convencional
- La aplicación de las fibras no causa sobrecostos y es muy rápida de instalar.
- El transporte del refuerzo con fibras sintéticas, vertical y horizontal en los proyectos es muy sencillo, así como su almacenamiento.
- Con las fibras sintéticas no hay riesgos de corrosión.
- Los riesgos de seguridad industrial se reducen al mínimo cuando se utilizan fibras sintéticas.
- La mayoría de los concretos reforzados con fibras se pueden bombear sin afectar los equipos.
