Los materiales empleados para la realización de los hormigones fueron:

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  Cemento Portland: cemento Portland normal (CPN) de fábrica local, cuyas características se presentan en las tablas 1 y 2.

  Tabla 1.

  Propiedades físicas y mecánicas del cemento y la adición empleados

  Propiedad	CPN	Adición
  Densidad (g/cm3)	3,07	2,75
  Finura Blaine (cm2/g)	2.490	6.873
  Agua para consistencia normal (%)	28,90
  Tiempo de fraguado inicial (min)	245
  Tiempo de fraguado final (min)	325
  Resistencia a compresión (MPa) a 2 días	19,2
  Resistencia a compresión (MPa) a 7 días	32,7
  Resistencia a compresión (MPa) a 28 días	40,8
  Índice de actividad puzolánica	100	56,7
  Tabla 2.

  Composición química del cemento y la adición empleados

  Elemento	CPN		Adición		Unidades
  	EDXRF	Análisis tradicional	EDXRF	Análisis tradicional
  SiO2	19±2	−	−	11±1	%
  Al2O3	< 2	−	2,3±0,5	−	%
  Fe2O3	1,9±0,2	−	1,6±0,1	−	%
  MnO	351±35	−	282±20	−	μg/g
  MgO	−	3,1±0,9	−	1,9±0,2	%
  CaO	55,2±5,0	55,1±2,8	40±4	42±4	%
  Na2O	−	0,22±0,05	No det.	−	%
  K2O	1,2±0,1	1,24±0,05	< 2	−	%
  SO3	2,5	−	0,3736(*)	−	%
  P2O5	< 2	−	< 0,2	−	%
  Cl	0,15	−	< 0,2	−	%
  Ti	1077±105	−	996±90	−	μg/g
  Cu	7,2±0,5	−	20,4±2,0	−	μg/g
  Zn	46,5±4,5	−	37,8±3,5	−	μg/g
  Pb	17,2±1,5	−	15,3±1,5	−	μg/g
  P.P.C.	−	4,6±0,4	−	34±1	%
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  Adiciones: se empleó polvo de electrofiltro (PEF), de la misma fábrica de cemento, que cumple con las características para filler indicadas en UNE-EN12620 [13]; sus características se encuentran en las tablas 1 y 2. El tamaño medio de partículas fue determinado a través de difracción de luz láser, equipo Coulter LS 230, y el índice de actividad puzolánica [14], con el cemento empleado. Es de observar que la adición no es puzolánica, siendo empleada para mejorar la reología y la economía del HAC, ya que es un residuo de la industria cementera.

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  Agregados: naturales, cuyas características se presentan en la tabla 3. El agregado fino está formado por una arena fina y una gruesa provenientes de río. El agregado grueso es una piedra partida de origen granítico cuyos tamaños están comprendidos entre 5 y 14mm.

  Tabla 3.

  Peso específico y absorción de los agregados

  Agregado	Peso específico (kg/m3)	Absorción (%)
  Arena fina	2.650	0,5
  Arena gruesa	2.650	0,5
  Piedra partida	2.590	0,8
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  Agua: proveniente de la red de abastecimiento local.

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  Aditivo: superplastificante en base a carboxilatos con un 35% de sólidos, siendo compatible con el cemento y la adición empleada.

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  Fibras: metálicas y sintéticas, siendo las dos únicas fibras estructurales que se comercializan en el país. Las fibras metálicas (FM) son de acero de bajo contenido de carbono, trefilado a frio, con ganchos (Wirand FF1); las fibras sintéticas (FS) son macrofibras de poliolefina, corrugadas (FiberForce PP-48). Las características de las mismas se presentan en la tabla 4.

  Tabla 4.

  Características de las fibras empleadas

  Fibras	Diámetro (mm)	Longitud (mm)	L/d	Resist. tracción (MPa)	Peso específico (kg/m3)
  FM	1	50	50	> 1.100	7,85
  FS	1,37	48	35	> 550	0,92

Los datos fueron suministrados por los fabricantes, conociéndose de las fibras metálicas además la deformación en ruptura, que es menor al 4%, y el módulo elástico, que es de 210GPa, mientras que del módulo elástico de las sintéticas se sabe solo que es mayor de 9GPa [15].

Como referencia se tomó un HAC de uso en nuestro medio para premoldeados, con 390kg/m3 de CPN, 175kg/m3 de adición, 375kg/m3 de arena, 765kg/m3 de agregado grueso, 175kg/m3 de agua y 6,7kg/m3 de aditivo. Se elaboraron en total cinco tipos de hormigones: el HAC de referencia sin fibras, dos reforzados con fibras sintéticas con cuantías de 4 y 8kg de fibras por metro cúbico de hormigón (mínima y máxima recomendada por el fabricante) y dos HAC reforzados con fibras metálicas con cuantías de 20 y 30kg/m3 de hormigón, siendo dosificaciones habituales para aplicaciones de responsabilidad estructural baja, como pavimentos o premoldeados de mediano y bajo porte.

Los hormigones fueron realizados en hormigonera de eje inclinado. En estado fresco se estudió la fluidez mediante ensayos de escurrimiento [16] y embudoV[17], la resistencia al bloqueo mediante ensayos de escurrimiento con anilloJ [18] y caja enL [19], y la resistencia a la segregación (estabilidad) con ensayo de tamiz GTM [20], peso por unidad de volumen (PUV); también se determinaron propiedades reológicas empleando un reómetro rotacional de paletas ICAR [21].

Se hicieron tres probetas de cada tipo de hormigón para estudiar cada propiedad en estado endurecido, excepto para evaluar la resistencia a compresión, donde fueron cinco las probetas realizadas. Todas las probetas fueron curadas en cámara húmeda hasta la edad de ensayo (28días), excepto las sometidas a ensayo de permeabilidad al aire, que fueron retiradas 7días antes de la cámara húmeda y dejadas en ambiente de laboratorio hasta la edad de ensayo por así requerirlo el procedimiento de ensayo.

En estado endurecido se estudió a los 28días de edad la resistencia a compresión [22]; la resistencia a flexión por tracción [23], con cargas a un tercio de la luz entre ejes de apoyos, determinándose la tenacidad y el índice de tenacidad, mediante el análisis de la curva carga-flecha obtenida en el ensayo de los hormigones reforzados con fibras; y el módulo de elasticidad [24].

También se estudiaron dos parámetros vinculados a la durabilidad: permeabilidad al aire [25] y resistencia a la penetración de cloruros [26]. La permeabilidad al aire por el método Torrent se basa en la medición de la permeabilidad al aire del hormigón de recubrimiento (kT) y la conductividad eléctrica del hormigón (ρ), que es afectada por la humedad de la probeta; con ello se establece una valoración de la calidad del recubrimiento en categorías (muy mala, mala, normal, buena, muy buena). Para la evaluación de la resistencia del hormigón a la penetración de cloruros se mide la corriente eléctrica en culombios, que pasa a través de la probeta por un período de 6h sometida a un voltaje estándar de 60VDC. El valor obtenido como resultado es indicador de la resistencia a la penetración de iones cloruros del hormigón. La norma establece categorías relativas a la permeabilidad frente a ion cloruro: alta (mayor a 4.000 culombios), moderada (4.000-2.000 culombios), baja (2.000-1.000 culombios), muy baja (1.000-100 culombios) y despreciable (menor a 100 culombios).

En la tabla 5 se presentan resultados obtenidos en estado fresco del HAC sin fibras, tomado como referencia (REF) los HAC con fibras sintéticas (siendo denominados FS4 y FS8 los que contienen 4 y 8kg/m3, respectivamente), y los HAC con fibras metálicas (denominados FM20 y FM30, pues sus contenidos de fibras son de 20 y 30kg/m3, respectivamente).

La incorporación de fibras no influye significativamente en el peso unitario volumétrico (PUV).

En relación a los resultados de los ensayos ad hoc para HAC que figuran en la tabla 5, el cumplimiento de requisitos para la autocompactabilidad [27] en los ensayos para evaluar la fluidez y la resistencia al bloqueo se presenta en la tabla 6, mientras que para la resistencia a la segregación allí se menciona la categoría en que se clasifican los resultados [28].

En relación a la fluidez, todos los HAC estudiados, sin y con fibras, cumplen con los requisitos necesarios para la autocompactabilidad. La resistencia al bloqueo mediante el ensayo de la caja en L no se cumple en los hormigones que contienen fibras, mientras que empleando el anillo J solo los HAC con menor contenido de fibras cumplen requisitos para HAC.

En relación a la resistencia a la segregación, si bien todas las mezclas están en la categoría SR1 —excepto el hormigón FS8, que presenta un porcentaje mayor que el adecuado para HAC [29]—, se observan diferentes grados de segregación en los HAC con fibras; los hormigones con mayores cantidades de fibras presentan los mayores porcentajes de segregación.

Resultados obtenidos con reómetro ICAR se presentan en la tabla 7 y en la figura 1. El esfuerzo de fluencia estático es el esfuerzo de corte requerido para iniciar el flujo cuando el hormigón se encuentra en estado de reposo. Se observa claramente que la incorporación de fibras aumenta dichos valores, siendo dependiente de la cantidad (aumenta con el contenido de fibras incorporadas) y del tipo de fibras (es mayor con fibras metálicas que con sintéticas).

Figura 1.

Resultados obtenidos con reómetro rotacional de paletas.

(0,23MB).

Desde el punto de vista reológico se observan diferencias de comportamiento con la incorporación de fibras en el HAC. El empleo de fibras sintéticas ocasiona menores esfuerzos de fluencia dinámicos y mayor viscosidad plástica que en el HAC sin fibras, por lo que con estas fibras los hormigones resultan ser más fluidos y presentar mayor tendencia a la segregación; ello se corrobora con los resultados obtenidos en los ensayos ad hoc. El empleo de fibras metálicas produce mayores esfuerzos de fluencia dinámicos, requiriendo mayor esfuerzo de corte para mantener el flujo, y también más alta viscosidad plástica que el resto de los hormigones estudiados brindando un comportamiento reológico muy diferente a ellos. Cuanto mayor es el contenido de fibras metálicas más se aleja su comportamiento del HAC sin fibras (REF), por lo que se debe tener cuidado, ya que puede llegar a requerirse energía adicional para que el hormigón se consolide al ir aumentando la torsión mecánica [29].

En la tabla 8 se presentan los parámetros estadísticos básicos de los resultados de los ensayos de resistencia a compresión y módulo de elasticidad, siendo Fc y Ec los valores medios respectivos, σ la desviación estándar y CV el coeficiente de variación. ΔFc y ΔEc son los aumentos de los valores de Fc y Ec en relación a la referencia

Se observa un moderado aumento de la resistencia a compresión, entre el 9 y el 15%, y del módulo de elasticidad, entre el 5 y el 10%, en las mezclas con fibras en relación a la referencia. Si bien varios autores registran ligeros aumentos en la resistencia a compresión [12,30], estos normalmente se producen con cuantía de fibras mayor al 1% en volumen, ya que para cuantías bajas el comportamiento está dominado por la matriz. En este trabajo, el incremento se puede justificar debido a la mayor compacidad obtenida con el empleo fibras, como se ve en la tabla 5.

Los resultados obtenidos en ensayos de vigas [23] se presentan en la figura 2 y en la tabla 9, siendo R el módulo de rotura, T la tenacidad total a 3mm y ΔR el incremento de R en relación al HAC de referencia.

Figura 2.

Diagrama carga-desplazamiento en ensayos de vigas.

(0,16MB).

Se muestra claramente que la incorporación de fibras mejora los resultados obtenidos de resistencia a flexión en relación al HAC sin fibras (REF).

Si bien con bajos contenidos de fibras el módulo de rotura tiene un incremento en relación a la referencia cercano al 20%, al aumentar el contenido de fibras se reduce posiblemente por la tendencia a disminuir la aleatoriedad en la orientación de las fibras en los HACRF [30].

La tenacidad alcanzada en cada una de las muestras reforzadas con fibras reafirma que con el aumento del dosaje se obtiene un hormigón más tenaz.

A los efectos de valorar la introducción de las fibras en el comportamiento mecánico del HAC en la tabla 9 se presentan ΔRHRF y THRF, siendo los incrementos de resistencia a flexión y la tenacidad de hormigones convencionales con iguales materiales y porcentajes de fibras que los de este trabajo, los cuales fueron obtenidos en la primer parte del Proyecto [31]. Hay un comportamiento diferenciado entre fibras sintéticas y metálicas. La introducción de fibras sintéticas en el HAC brinda una mejora adicional desde el punto de vista mecánico en relación al HRF, obteniéndose incrementos mayores de resistencia a flexión y tenacidad, ya que ΔR>ΔRHRF y T>THRF. En el HAC el empleo de fibras metálicas brinda una mejora adicional de la tenacidad en relación al HRF, siendo T>THRF, mientras que en relación al incremento de resistencia a flexión, si bien con más bajos contenido de fibras ΔR>ΔRHRF a medida que aumenta dicho contenido se revierte la situación, llegando a ser ΔR<ΔRHRF.

Los resultados de los dos aspectos de durabilidad estudiados se presentan en la tabla 10 y en la figura 3, siendo Kt la permeabilidad al aire del hormigón de recubrimiento y ρ la resistividad eléctrica. Para ambos aspectos los resultados fueron similares, perteneciendo a la misma categoría (baja permeabilidad) todos los hormigones estudiados.

Figura 3.

Resultados obtenidos de los ensayos de permeabilidad al ion cloruro.

(0,06MB).