Fibras como Elemento Estructural para el Refuerzo del Hormigón

F i b r a s c o m o E l e m e n t o E s t r u c t u r a l p a r a
e l R e f u e r z o d e l H o r m i g ó n
M a n u a l T é c n i c o

Índice.
1 - Introducción....................................................................................................... .....................07
2 - Fibras como elemento estructural para el refuerzo del hormigón......................... .....................09
2.1 - Reseña histórica de la tecnología de incorporación de fibras al hormigón........ .....................09
2.2 - Concepto de refuerzo del hormigón con fibras................................................ .....................09
2.3 - Tipos de fibras – Clasificación de las actuales fibras en el mercado en función de
las materias prima. Fibras orgánicas (polímeros naturales y sintéticos) y fibras inorgánicas
(metálicas).................................................................................................. .....................14
2.4 - Fibras en acero. Clasificación según las características geométricas, físicas, químicas,
mecánicas y el proceso productivo........................................................................... .....................16
2.5 - Fibras sintéticas y naturales. Clasificación según las características geométricas,
físicas, químicas, mecánicas y el proceso productivo................................................ .....................22
2.6 - Marco normativo actual................................................................................... .....................23
2.7 - Elenco y clasificación de las fibras MACCAFERRI............................................... .....................25
3 - Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el diseño estructural.............. .....................27
3.1 - Caracterización mecánica del hormigón fibroreforzado. Principales características
resistentes.................................................................................................... .....................27
3.2 - Compatibilidad estructural de elementos de hormigón fibroreforzado............ .....................43
3.3 - Metodología de diseño y compatibilidad del modelo de cálculo...................... .....................44
3.4 - Marco normativo actual................................................................................... .....................50
4 - Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón ; Recomendaciones
para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.................................................. .....................53
4.1 - Hormigones, aspectos tecnológicos para su formulación.................................. .....................53
4.2 - Recomendaciones para la incorporación de fibras en hormigones vaciados o
vertidos en sitio....................................................................................................... .....................62
4.3 - Recomendaciones para la incorporación de fibras en hormigones prefabricados..................................................................................................................
.....................65
4.4 - Recomendaciones para la incorporación de fibras en hormigones proyectados
en seco y húmedo................................................................................................... .....................66
4.5 - Aditivos y su compatibilidad de uso en el hormigón fibroreforzado.................. .....................74
4.6 - Aplicaciones típicas del hormigón fibroreforzado estructurales y no estructurales.....................................................................................................................
.....................75
4.7 - Marco normativo actual................................................................................... .....................75
5 - Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles, proyecto del revestimiento primario
y revestimiento final....................................................................................... .....................77
5.1 - Túneles excavados convencionalmente y excavados con TBM.......................... .....................77
5.2 - Criterios de diseño de soportes y revestimientos de túneles............................. .....................79
5.3 - Diseño de soportes en hormigón fibroreforzado proyectado............................ .....................99
03

Índice.
5.4 - Diseño de revestimiento en hormigón fibroreforzado bombeado en sitio............ ...................107
5.5 - Uso de fibras para resistencia al fuego en el hormigón. Descripción de mix de fibras,
propuesta estructural y anti fuego en revestimientos finales..................................... ...................114
5.5.1 - Objetivo de la protección pasiva del hormigón al fuego................................ ...................117
5.5.2 - Fibras de polipropileno como protección pasiva del hormigón contra el fuego..... ...................117
5.6 - Control de calidad del hormigón fibroreforzado en los túneles........................ ...................123
5.7 - Marco normativo actual................................................................................... ...................135
6 - Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de pavimentos....................... ...................137
6.1 - Pavimentos industriales , portuarios, aeroportuarios, carreteros y aplicaciones
especiales................................................................................................................ ...................137
6.2 - Metodología de diseño convencional para pavimentos..................................... ...................138
6.3 - Diseño de juntas en pavimentos..................................................................... ...................152
6.4 - Métodos de diseño de pavimentos en hormigón fibroreforzado....................... ...................157
6.5 - El hormigón fibroreforzado y el diseño de las juntas......................................... ...................166
6.6 - Control de calidad del hormigón fibroreforzado para pavimentos.................... ...................172
6.7 - Marco normativo actual................................................................................... ...................173
7 - Ap l i c a c i o n e s e n h o rmi g ó n fibroreforzado: Prefabricados.................................. ...................175
7.1 - Uso del hormigón fibroreforzado en los prefabricados..................................... ...................175
7.1.1 - Observaciones finales.................................................................................. ...................176
7.2 - Diseño de dovelas para túneles en hormigón fibroreforzado prefabricado....... ...................176
7.3 - Ejemplos de aplicaciones. Paneles de cierre, vigas pre-tensadas, elementos prefabricados
no estructurales...................................................................................... ...................186
7.3.1 - Paneles de cierre.......................................................................................... ...................186
7.3.2 - Losas de sección doble T.............................................................................. ...................187
7.3.3 - Estructuras para azotea............................................................................... ...................189
7.3.4 - Vigas pre-tensadas...................................................................................... ...................192
7.3.5 - Diversos elementos prefabricados.................................................................. ...................193
7.4 - Aplicaciones especiales de SFRC...................................................................... ...................194
7.4.1 - Sistemas de cimientos.................................................................................. ...................194
7.4.2 - Nuevas potenciales aplicaciones................................................................... ...................196
7.4.2.1 - Estructuras sometidas a efectos sísmicos................................................... ...................196
7.4.3 - Topping para entrepisos o forjados metálicos y prefabricados....................... ...................197
8. Dosificadores para fibra Wirand ® ............................................................................................203
8.1 - Equipos de incorporación de las fibras al hormigón......................................... ...................203
8.2 - Sistemas de dosificación de las fibras para hormigón proyectado.................... ...................207
8.3 - Sistemas de dosificación de fibras para la producción de dovelas..................... ...................209
8.4 - Sistemas de dosificación de fibras para hormigón para pavimentos................. ...................212
8.5 - Sistemas de dosificación de fibras orgánicas y poliméricas................................ ...................214
0

Índice.
8.6 - Dosificadores circulares.......................................................................................... ...................215
8.6.1 - Descripción del equipo................................................................................ ...................215
8.6.2 - Finalidad..................................................................................................... ...................215
8.6.3 - Tipología...................................................................................................... ...................215
8.6.4 - Principio de funcionamiento.......................................................................... ...................215
8.6.5 - Principio de utilización................................................................................. ...................216
8.6.6 - Datos técnicos y dimensiones principales....................................................... ...................217
8.6.7 - Movimiento / transporte............................................................................... ...................217
8.6.8 - Disposición eléctrica necesaria....................................................................... ...................217
8.6.9 - Herramientas y elementos necesarios para la instalación.............................. ...................218
8.6.10 - Ubicación................................................................................................... ...................219
8.6.11 - Ajuste de los pies de apoyo........................................................................ ...................219
8.6.12 - Regulación de las masas excéntricas........................................................... ...................220
8.6.13 - Intervenciones de soldadura........................................................................ ...................220
8.6.14 - Almacenaje de las fibras............................................................................. ...................220
8.6.15 - Informaciones a ser tenidas en cuentas para la correcta configuración del
equipo..................................................................................................................... ...................221
8.7 - Dosificador neumatico.................................................................................... ...................221
8.7.1 - Finalidad..................................................................................................... ...................221
8.7.2 - Tipología..................................................................................................... ...................222
8.7.3 - Principio de funcionamiento........................................................................ ...................222
8.7.4 - Principio de utilización.................................................................................. ...................222
8.7.5 - DOSOBOX.................................................................................................... ...................222
8.7.6 - SC99/2......................................................................................................... ...................223
8.8 - Equipos especiales........................................................................................... ...................223
8.8.1 - Equipos personalizados................................................................................. ...................224
9 - Autores.............................................................................................................. ...................227
10 - Referencias bibliográficas.................................................................................. ...................229
0

1 - Introducción.
La finalidad de este manual es proporcionar información, criterios generales y nuevas metodologías
para el dimensionamiento, proyecto y ejecución de obras de hormigón reforzado con fibras. Serán
presentadas por lo tanto, las informaciones obtenidas de las investigaciones realizadas por Maccaferri,
orientadas al estudio del comportamiento, resistencia y eficiencia de tales estructuras.
El propósito de Maccaferri es disponer de nuevas y útiles contribuciones para las obras de hormigón
reforzado con fibras, ayudando al trabajo de consultores y contratistas que actúan en el segmento
de la ingeniería estructural.
Para un análisis mas detallado sobre los argumentos aquí tratados, sugerimos consultar las obras
específicas que están indicadas en las referencias bibliográficas.
En este manual serán presentados y discutidos los fundamentos teóricos, ejemplos numéricos de
las aplicaciones del hormigón reforzado con fibras y detalles de la utilización y empleo de las fibras
Wirand ® y Fibromac ® .
Maccaferri se coloca a total disposición, para dar solución a los problemas específicos, basada en su
experiencia, adquirida a lo largo de más de 100 años de existencia en todo o mundo.
07

2. Fibras como elemento estructural
para el refuerzo del hormigón.
2.1 - Reseña histórica de la tecnología de incorporación de fibras al hormigón.
La idea de reforzar con materiales fibrosos manufacturas resistentes pero de elevada fragilidad
se remonta a muchos años atrás; en el antiguo Egipto se introducía paja al macizo arcilloso con
el cual confeccionaban ladrillos para conferirle una mayor resistencia y por lo tanto una buena
manejabilidad después de la cocción al sol.
Existen otros ejemplos históricos: revoques reforzados con crin de caballo, o también con paja en
las construcciones más precarias, para evitar fisuras antiestéticas de retiro, contrapisos en yeso
armado con esteras de caña, conglomerados de cemento fibroreforzados con amianto etc.
La orientación científica al problema del fibrorefuerzo es indudablemente más reciente.
Son de los años ’50 los primeros estudios sobre la utilización de fibras en acero y en vidrio
en el hormigón; en los años ’60 en cambio aparecen los primeros estudios sobre hormigones
fibroreforzados con fibras sintéticas.
Definición de hormigón fibroreforzado (Boletín oficial CNR N. 166 parte IV).
La utilización de fibras en el interior de la matriz del hormigón tiene como finalidad la formación
de un material diverso en el cual el conglomerado, que ya puede ser considerado un material
diferente constituido por un esqueleto lítico dispersado en una matriz de pasta de cemento
hidratada, está unido a un agente reforzante formado por un material fibroso de distinta
naturaleza.
2.2 - Concepto de refuerzo del hormigón con fibras.
Las fibras con una adecuada resistencia mecánica a la tracción, homogéneamente distribuidas
dentro de un hormigón, constituyen una micro-armadura la cual, por un lado se muestra extremadamente
eficaz para contrastar el muy conocido fenómeno de la fisuración por retracción
y, por otro lado, confiere al hormigón una ductilidad (1) que puede llegar a ser considerable en la
medida en que sea elevada la resistencia misma de las fibras y su cantidad, confiriendo además
al hormigón en tales circunstancias una gran tenacidad (2) .
Como es conocido, en la mayoría de los actuales códigos de diseño la resistencia a tracción del
hormigón, debido a su conducta frágil, es normalmente despreciada dentro de las consideraciones
de cálculo. Ahora, con la inclusión de una matriz fibroreforzada, esta propiedad de resistencia
a tracción se logra estabilizar, de manera tal que la misma puede ahora ser considerada como
propiedad mecánica con fines de diseño. En el capitulo 3 de la presente publicación se expondrá
en detalle esta gran ventaja técnica.
Debido a que, por dificultades operativas, generalmente no se realizan sobre el hormigón ensayos
de tracción directa, la evaluación de tal propiedad de resistencia, así como de ductilidad
y de tenacidad, se efectua indirectamente mediante ensayos de flexión sobre vigas o placas, así
como se comentará en los capítulos siguientes con más detalle.
(1)
Ductilidad es la capacidad de un material de poder soportar apreciables deformaciones conservando buena resistencia.
(2)
Tenacidad es la capacidad de un material de oponerse a la propagación de la fisuración disipando energía de deformación.
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2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
El gráfico 2.1 ilustra cualitativamente las posibles respuestas, que se pueden obtener mediante
los referidos ensayos de flexión, sobre elementos de hormigón fibroreforzado, representadas
en su mayoría mediante gráficos de carga vs. abertura de fisura o carga vs. deflexión.
Bajo cargas moderadas, inferiores a la de cedencia del hormigón, el comportamiento del material
es siempre elástico y no se produce ninguna fisuración en la probeta bajo ensayo de flexión,
independientemente de la presencia o calidad y cantidad de fibras. Por el contrario, comportamientos
bastante distintos se pueden verificar continuando la prueba, incrementando la carga
a partir del punto A, denominado “punto de primera fisuración”:
Gráfico 2.1 – Ensayos de flexión.
- La curva I esquematiza el comportamiento de un hormigón normal sin refuerzo. La estructura,
siendo isoestática (la vigueta simplemente apoyada en sus extremos), una vez alcanzada
la carga de primera fisuración, esta colapsa de inmediato, siendo el típico comportamiento de
un material frágil.
- La curva II muestra alguna capacidad del hormigón (fibroreforzado) para absorber
después del punto de primera fisuración cierta carga, aunque baja (A-B), con luego un colapso
más lento (comportamiento suavizado).
- La curva III en cambio es típica de un material dúctil el cual muestra un hormigón capaz
de soportar, a partir del punto de primera fisuración, un desplazamiento importante (A-B) bajo
carga constante, bastante antes del aún más lento colapso (comportamiento plástico).
- La curva IV finalmente evidencia inclusive un cierto incremento de carga soportable
bajo un amplio desplazamiento (A-B), después del punto de primera fisuración (comportamiento
endurecido).
Es intuitivo que estos posibles comportamientos, o grados de ductilidad y tenacidad adquiridos
por el hormigón, dependen ya sea de la cantidad de fibras presentes como de sus características
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2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
mecánicas y geométricas.
En cuanto a la influencia de la geometría de las fibras (formas y dimensiones longitudinales y
transversales) sobre el comportamiento del FRC (3) y del SFRC (4) , aunque cada aspecto es importante,
la relación longitud – diámetro equivalente (L/D denominada relación de aspecto o de
esbeltez) es el parámetro más característico, ya que de su valor dependen en buena medida la
ductilidad y la tenacidad del hormigón fibroreforzado (Gráfico 2.2).
Gráfico 2.2 – Energía absorbida Vs relación de aspecto.
Obviamente las características mecánicas de las fibras, esencialmente con su resistencia a la
tracción, juegan un rol fundamental en el comportamiento del FRC y del SFRC ya que, al no
producirse la extracción (pull out) impedida por la adherencia real e impuesta entre fibrahormigón
(Gráfico 2.3), puede llevar la ruptura de la fibra debido la insuficiencia de su resistencia
a la tracción (Gráfico 2.4).
Gráfico 2.3 – Incremento de la adherencia fibra-hormigón con la forma de la fibra.
(3)
FRC = Fiber Reinforced Concrete.
(4)
SFRC = Steel Fiber Reinforced Concrete.
11

2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
Gráfico 2.4 – Importancia de la resistencia a tracción de la fibra. Energía absorbida.
Finalmente la dosificación, o sea la efectiva cantidad de fibras englobadas en el hormigón
(kg/m 3 (5)
, o %V f
), ciertamente incide notablemente, junto con las ya comentadas características
geométricas y mecánicas de las fibras, sobre el grado de ductilidad y tenacidad que adquiere el
hormigón fibroreforzado (Gráfico 2.6).
Es interesante observar como, con el incremento de la relación de aspecto (L/D) disminuye, dentro
de ciertos límites, la cantidad de fibras (dosificación) necesaria para alcanzar un determinado
resultado (Gráfico 2.5), debido a que estadísticamente se incrementa la resistencia a la tracción,
como directa consecuencia del incremento estadístico de la longitud de fibra a extraer.
Gráfico 2.5 – Dosificación X l/d para una misma efectividad.
12
(5)
Vf% = Porcentaje en volumen.

2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
Gráfico 2.6 – Ductilidad X Dosificación.
Es importante señalar que, definitivamente, es todo el conjunto de las características ilustradas
que se conjuga para determinar el comportamiento del hormigón fibroreforzado y el resultado
óptimo depende de una adecuada combinación de todos los factores, ya que cada uno por si
solo tiene siempre un límite en su influencia, más allá de cual sea el resultado se muestra inútil
cuando no es efectivo, como se evidencia claramente en las mismas (Gráfico 2.6) para el caso
de la dosificación:
El primer punto de la curva muestra como una dosificación muy baja prácticamente no tiene
efectos (comportamiento suavizado), ya que dispersando pocas fibras en la mezcla, su distancia
relativa es tan grande que no produce consecuencia alguna. El segundo punto muestra como,
aumentando el número de fibras, o sea reduciendo el volumen de influencia de cada fibra,
se alcanzan configuraciones de superposición estadística de las fibras entre si con buenas
posibilidades de interacción (comportamiento plástico), produciéndose un incremento de la
ductilidad del hormigón directamente sensible a la dosificación efectiva. El tercer punto muestra
finalmente como, más allá de una determinada dosificación (comportamiento endurecido), el
incremento de la ductilidad, aunque aún manifiesto, ya no resulta significativo, aumentado por
el contrario las dificultades de realizar una mezcla uniforme y fluida.
Para concluir con este capitulo, a propósito de calidad y cantidad de fibras metálicas a introducir
en un SFRC (4) , se pueden avanzar las consideraciones cuantitativas siguientes:
- La calidad mecánica de las fibras debe ser muy elevada, con resistencias a la tracción típicas
del orden de los 11000kg/cm 2 .
- La relación de forma debe también ser suficientemente elevada, entre 45 y 70.
- La dosificación no debe ser inferior a 20-25kg/m 3 (0,025%-0,03% en volumen) y puede
alcanzar, para las aplicaciones más exigentes, los 40 ó 80kg/m 3 (0,5 -1 % en volumen).
13

2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
2.3 - Tipos de fibras – Clasificación de las actuales fibras en el mercado en
función de las materias prima. Fibras orgánicas (polímeros naturales
y sintéticos) y fibras inorgánicas (metálicas).
Existen diferentes tipos de fibras para el hormigón en función de la materia prima por la cual
ellas están producidas:
Metálicas: aceros de carbono y ligados, aluminio
Naturales: amianto (asbesto), celulosa, carbón
Sintéticas: nylon, polipropileno, poliacrilo nitrilo, polivinil alcohol
Tabla 2.1 - Características mecánicas de las fibras.
Por lo general, las fibras han sido clasificadas por BISFA 6 :
Tabla 2.2 - Clasificación de las fibras segundo BISFA 6 .
(6)
BISFA = THE INTERNATIONAL BUREAU FOR THE STANDARDISATION OF MAN-MADE FIBRES.
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2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
NB: la presente clasificación se refiere a todas la fibras sintéticas y no sólo a las utilizadas para
el hormigón.
Algunos tipos de fibras:
Macrofibras de acero anclada suelta. Macrofibras de acero anclada pegadas. Microfibras de polipropileno.
Fibras de vidrio. Fibras de celulosa. Macrofibras metálicas fresadas.
Microfibras metálicas laminadas. Microfibras metálicas. Macrofibras de polipropileno alta tenacidad.
Microfibras de polipropileno. Microfibras sintéticas . Microfibras metálicas.
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2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
2.4 - Fibras en acero. Clasificación según las características geométricas,
físicas, químicas, mecánicas y el proceso productivo.
La fibra es un producto de acero caracterizado geométricamente por una dimensión predominante
respecto a las demás, con superficie pareja o trabajada, empleada como refuerzo en el
conglomerado del hormigón, de forma rectilínea o doblada, para poder ser dispersada de forma
homogénea en la masa, manteniendo inalterada las características geométricas (UNI 11037).
La fibra está caracterizada geométricamente por la longitud L, por la forma y por el diámetro
equivalente D e
.
De la relación entre longitud L y el diámetro equivalente D e
se obtiene la relación de aspecto,
l=L/D e
.
Figura 2.1 - Ejemplo de fibra doblada metálica.
Una fibra se define rectilínea cuando presenta en el eje deformaciones localizadas menores de
L/30 pero, en todo caso, no mayor del diámetro equivalente.
Longitud L (mm) es la distancia entre las dos extremidades de la fibra medida en proyección
geométrica en el eje dominante.
Axialmente, la forma puede ser rectilínea o perfilada, transversalmente; la fibra puede tener
sección circular, rectangular o variada (Figura 2.2 y 2.3).
D e
D e
D e
Figura 2.2 - Ejemplo de diferentes secciones de fibras metálicas.
16

2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
Figura 2.3 - Ejemplo de fibras de diferentes formas.
Diámetro equivalente D e
(mm): es definido con diferentes modalidades, en función de la forma
transversal y del proceso productivo.
Método directo
Para fibras obtenidas de alambre, cualquiera que sea la forma longitudinal, el diámetro equivalente
De es igual al diámetro nominal del alambre de salida o de la fibra acabada.
Método indirecto geométrico
Para fibras de chapa, cualquiera que sea la forma longitudinal, el diámetro equivalente De es
igual al diámetro del círculo que posee área igual a la de la sección transversal de la fibra y es
dado por la siguiente fórmula
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2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
Donde A es el área de la sección transversal de la fibra (mm 2 ).
Siendo w = ancho, t = espesor
Método gravimétrico
Para fibras obtenidas por otros métodos productivos, con sección variable, cualquiera que sea
la forma longitudinal, el diámetro equivalente se calcula empezando por la longitud media L
(mm) de la fibra y por el peso medio m (g) de un determinado número de fibras, en base a una
masa volumétrica r= 7,85 g/cm³, según la fórmula:
Simplificando, en el caso de fibra de acero:
Según el prEN 14889 1 Fibres for concrete. Part. 1: Steel fibres, en cambio, el diámetro equivalente
se calcula empezando ya no por la longitud media L, entendida como distancia entre las
extremidades de la fibra, sino por la longitud desarrollada Ld, obtenida extendiendo y enderezando
la fibra con las manos o, de otra manera, utilizando un martillo.
Todo esto tratando de no modificar la longitud y la sección transversal de la fibra.
Número de fibras por Kilogramo [n° / kg]
El número de fibras en un kilogramo se calcula con la siguiente formula:
donde
L = Longitud de la fibra (mm)
D e
= Diámetro equivalente de la fibra (mm)
g = peso específico (kg/m 3 ).
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2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
La relación de aspecto [l=L/D e
] (0) establece la esbeltez de la fibra: en igualdad de longitud, cuanto
más éste es alto, y cuanto más reducido sea el diámetro equivalente, la fibra es esbelta.
Y aun en igualdad de longitud, cuanto más alto es l, tanto más ligera es la fibra, por lo tanto
hay muchas más fibras por unidad de masa.
Si se utilizan los métodos directo e indirecto geométrico, la relación de aspecto desatiende la
forma longitudinal, por lo tanto el volumen y la masa de la fibra.
Si, en cambio, se utiliza el método indirecto gravimétrico, la relación de aspecto tiene en cuenta
la efectiva geometría de la fibra, a través de su masa:
La resistencia a tracción Rm (N/mm 2 o MPa) de la fibra se calcula dividiendo el esfuerzo necesario
a la ruptura por el área de la sección de la fibra o del semiacabado (UNI EN 10218 para
el alambre). Además de la resistencia a tracción, en la norma UNI 11037 se requiere indicar la
resistencia al 0,2 % de deformación residual, Rp 0,2
. En la norma italiana, la resistencia a tracción
está dividida en tres clases, R1, R2 y R3. Cada una de estas clases viene subdividida interiormente
según la resistencia a tracción que sea referida :
1- El semiacabado de las fibras rectilíneas, y en éste caso no hay diferencia haber testado la
fibra o el semiacabado.
2 - El semiacabado de las fibras perfiladas, en este caso el umbral de resistencia es mayor, en
igualdad de clase, presumiendo que el proceso de perfilado reduzca la resistencia. La clasificación
de resistencia tiene en cuenta del diámetro de la fibra: para diámetros gradualmente
más pequeños corresponden umbrales de resistencia crecientes.
Tabla 2.3 - Resistencia a tracción para las tres classes de fibras según la Norma italiana.
La ductilidad de una fibra, o de su semitrabajado: viene evaluado con pruebas de doblado alternado.
Por lo que se refiere al alambre trefilado, se remite a la UNI EN 10218.
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2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
Proceso productivo
Según la norma UNI 11037, hay diversos tipos de fibras en función del proceso productivo:
- Alambre de acero trefilado en frío obtenido de alambrón fabricado según la norma UNI
EN 10016-1,2,4 o UNI EN 10088-3;
- Cinta laminada en frío de acero no aleado;
- Otros tipos de fabricación (como, por ejemplo, fresado de un bloque de acero).
La clasificación de la fibra viene cruzada con su composición química:
Tabla 2.4 - Clasificación de las fibras en función de la composición química.
En el prEN 14889-1. Fibres for concrete. Part. 1: Steel fibres la categoría “otros tipos de fabricación”
viene detallada mejor.
Grupo I: cold-drawn wire;
Grupo II: cut sheet;
Grupo Ill: melt extracted;
Group IV: shaved cold drawn wire;
Group V: milled from blocks.
Composición química
El material de base puede tener una composición química variada. Por este motivo en la norma
UNI 11037 ha sido elaborado un prospecto sobre el análisis químico de colada.
Tabla 2.5 - Composición química (de las fibras de acero) según la norma italiana.
Revestimiento superficial
Las fibras pueden tener un revestimiento superficial de zinc con la finalidad de garantizar en
caso de aplicaciones en ambientes especialmente agresivos. A seguir el contenido mínimo en
función del diámetro del alambre:
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2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
Tabla 2.6 - Revestimiento mínimo de zinc de las fibras de acero.
Tolerancias
Las normas (UNI 11037, prEN 14889-1 y ASTM A820) presentan varios criterios para las tolerancias.
En la tabla que sigue se reporta la tabla del prEN 14889-1, la más restrictiva, ya que prescribe que el
porcentual de conformidad no sea menor del 95% de las muestras controladas (mientras la ASTM
A820 habla del 90% y, además, con desviaciones en los valores nominales medios más altos):
Tabla 2.7 - Tolerancias en las dimensiones de las fibras según la norma italiana.
Por la menos 95% de las muestras individuales deben estar conforme a las tolerancias especificadas.
Tabla 2.8 - Tolerancias sobre las dimensiones según la norma americana.
Por lo menos 90% de las muestras individuales deben estar conforme a las tolerancias especificadas.
En el prEN 14889-1 viene indicada la tolerancia respecto a la resistencia a tracción y del módulo
elástico. Para la resistencia a tracción, la tolerancia es del 15% para el valor medio y del 7.5%
para los valores individuales; por lo meno el 95% de las muestras tiene que estar conforme a
las respectivas tolerancias.
21

2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
Designación
Según la UNI 11037/2003 “Fibras de acero a ser empleadas en la elaboración de conglomerado
de hormigón reforzado”, estas son designadas con la siguiente sigla:
UNI 11037 – A1 – 1,00 x 50 – R2 – moldada
Donde:
A = indica las fibras de hilo trefilado;
1 = indica el bajo contenido de carbono;
1,00 = indica el diámetro de la fibra;
50 = indica la longitud entre las extremidades de la fibra;
R2 = indica la segunda a clase de resistencia (por el diámetro considerado R > 910 MPa);
Moldada = indica deformaciones transversales o longitudinales mayores de L/30.
2.5 - Fibras sintéticas y naturales. Clasificación según las características
geométricas, físicas, químicas, mecánicas y el proceso productivo.
Las fibras sintéticas más comunes para los hormigones, se pueden agrupar en la prospectiva
siguiente, tomada de un documento de BISFA:
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2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
Tabla 2.9 - Clasificación de las fibras sintéticas e estructurales según BISFA.
2.6 - Marco normativo actual.
De la materia prima antes de llegar hasta el semiacabado, se han redactado las siguientes normas
(sólo en el ámbito europeo)
- UNI 5549 Pruebas mecánicas de materiales metálicos – Pruebas de dobladura alterno
de las chapas fines y de las cintas de acero con espesor menor de 3mm;
- UNI EN 10002-1 Materiales metálicos – Prueba de tracción – Parte 1: Método de prueba
(a temperatura ambiente);
- UNI EN 10016 Alambrón de acero no aleado destinada al trefilado en frío y/o al laminado
en frío;
- UNI EN 10088 Aceros inoxidables;
- UNI EN 10130 Productos planos laminados en frío, de acero a bajo contenido de carbono,
para embutición o dobladura en frío;
- UNI EN 10204 Productos metálicos – Tipos de documentos de control;
- UNI EN 10218-1 Alambre de acero y relativos productos – Parte 1: Generalidad – Métodos
de prueba;
23

2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
- EN 10244-2 Steel wire and wire products – Non-ferrous metallic coatings on steel wire
– Part. 2: Zinc or zinc alloy coatings on steel wire;
- ECISS CR 10261Circular de información N° 11 – Aceros y gusas – Lista de los métodos
de análisis químicas disponibles;
Las normas específicas sobre las fibras de acero son:
- UNI 11037 Fibras de acero a ser empleadas en la preparación de conglomerado de
cemento reforzado.
- ASTM A820 Standard Specification for Steel Fibers for Fiber-Reinforced Concrete;
- prEN 14889-1 Fibres for concrete – Part 1: Steel fibres – Definition, specifications and
conformity
La norma EN 14889-1 ha sido elaborada por CEN/TC104/WG11, bajo el Mandado M128, CPD
89/106 y ha sido aprobada en la Votación Formal de Mayo 2006. Es una norma armonizada. A
seguir el esquema de la norma y de las demás normas relacionadas:
Tabla 2.10 - Esquema de las normas prEN 14889-1 y correlatas.
24

2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
2.7 - Elenco y clasificación de las fibras MACCAFERRI.
La Officine Maccaferri produce fibras moldadas y cortadas de alambre de acero trefilado en frío.
Las características químicas de la materia prima (alambrón) están relatadas en la siguiente tabla,
en función del diámetro final de la fibra:
Tabla 2.11 - Elenco Maccaferri.
Tabla 2.12 - Comportamiento cualitativo de las fibras Maccaferri.
25

2. Fibras como elemento estructural para el refuerzo del
hormigón.
Tabla 2.13 - Guía de aplicación del hormigón reforzado con fibras. Orientación según el tipo de fibra y espesores.
Orientaciones para utilización de las fibras Maccaferri.
Obsevaciones:
Todas las dosifciaciones aconsejadas en esta tabla obdecen a una variedad de experiencias, por esto pueden variar para casos particulares.
Consultar el departamento se el departamento de ingeniería estructural de Maccaferri para la orientación particular de proyecto.
26

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos
básicos para el diseño estructural.
3.1 - Caracterización mecánica del hormigón fibroreforzado. Principales
características resistentes.
Introducción
Mediante la adición al hormigón de fibras de diferente naturaleza, sean estas micro o macro
fibras, como fue descrito en el anterior capítulo, se obtiene un nuevo material con características
mecánicas diferentes de un hormigón normal.
Tal compuesto es llamado Hormigón Fibroreforzado (Fiber Reinforced Concrete).
En caso que se trate de un refuerzo constituido por fibras metálicas se habla de Steel Fiber
Reinforced Concrete.
La evaluación de las diferentes propiedades del FRC se efectúan mediante ensayos normados,
algunos son típicos del hormigón ordinario, y otros creados expresamente para el hormigón
fibroreforzado.
Propiedades del hormigón fibroreforzado en estado endurecido
Los factores que influyen en las propiedades de un hormigón fibroreforzado son las siguientes:
- Las fibras: geometría, relación de aspecto, contenido, orientación y distribución;
- La matriz: resistencia y dimensión máxima de los agregados;
- La interfaz fibra-matriz;
- Las probetas: dimensiones, geometría y metología de ensayo.
Las propiedades del hormigón fibroreforzado bajo carga (estática y dinámica) pueden ser clasificadas
según las acciones siguientes:
- Compresión;
- Tracción directa uniaxial;
- Tracción indirecta por splitting;
- Tracción indirecta por flexión (medida de la tenacidad y de la energía de fractura) ;
- Corte y torsión;
- Fatiga;
- Impacto;
- Abrasión;
- Deformación viscosa (Creep).
El comportamiento físico químico tiene que ser evaluado según los fenómenos siguientes:
- Retracción a corto plazo (plástico);
- Retracción a largo plazo (hidráulico);
- Durabilidad;
27

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
- Hielo-deshielo;
- Carbonatación;
- Corrosión de las fibras en presencia de cloruros (hormigón fisurado y no fisurado);
- Exposición al fuego.
Para cada una de dichas características serán indicadas adecuadas referencias normativas.
Compresión
La resistencia a compresión del hormigón no viene substancialmente modificada por la adición
de fibras.
Puede observarse un modesto incremento por relevantes porcentajes de fibras metálicas (no
menos de 1.5% en volumen, aproximadamente).
Una vez alcanzado el pico, el material muestra una marcada ductilidad, influenciada fuertemente
por el contenido de fibras.
Gráfico 3.1 - Ejemplo de Gráfica carga x Deformación para hormigones con diferentes cuantías de
refuerzo con fibras.
Siempre sobre el comportamiento del hormigón fibroreforzado a compresión, el módulo elástico
y el coeficiente de Poisson resultan substancialmente invariados para porcentajes de fibras menores
del 2% en volumen. Los ensayos de resistencia vienen efectuados en probetas cilíndricas
(diámetro 150mm, altura 300mm) o cúbicos (lado 100 de otra manera 150mm)
Las normas de referencia son las mismas que se aplican al hormigón ordinario (ASTM C39, EN
12390-3, etc.).
28

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
Tracción directa uniaxial
El comportamiento a tracción uniaxial del fibroreforzado está fuertemente influenciado por la
presencia de las fibras, en particular en la fase siguiente a la primera fisuración.
Sólo utilizando elevadas dosificaciones, especialmente de microfibras (de la orden del 1,5 – 2
% en volumen y superiores) pueden obtenerse incrementos relevantes del valor pico:
Figura 3.1 - Esquema de
espécimen ensayado a
tracción pura.
Gráfico 3.2 - Curva de carga P – desplazamiento δ para conglomerados fibroreforzados caracterizados
por: bajos porcentajes de fibras (a) y elevados porcentajes de fibras (b).
En el caso de compuestos de cemento de alto desempeño (High Performance Fiber Reinforced
Cement Composites, f ck
> 100 MPa) y con elevadas dosificaciones de fibras cortas (L f
< 13 mm,
dosificación > 2% volumen), en que el comportamiento llega a ser de tipo endurecido.
El ensayo a tracción directa del hormigón fibroreforzado no es de fácil ejecución.
Como puede observarse en la siguiente figura, es preferible cortar la probeta para localizar la
fisura:
Figura 3.2 - Esquema gráfico de prueba a tracción pura para el hormigón fibrorefrozado según la norma UNI
U73041440.
29

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
En la actualidad no existen normativas sobre la tracción directa.
En Italia está siendo aprobada la norma UNI U73041440 en la cual se dan unas indicaciones
sobre las dimensiones de la probeta, cilíndrica o prismática, sobre la profundidad del corte sobre
el cual se medirá la abertura de fisura.
Tracción indirecta – ensayo brasileño
Las dificultades prácticas de ejecutar la tracción directa han llevado a procedimientos alternativos,
como el ensayo a tracción indirecta por splitting, también conocido como el “ensayo
brasileño”:
Figura 3.3 - Esquema de probeta
para ensayo a tracción indirecto ,
metodo brasilero.
Fotos 3.1 - Instrumentación
física de ensayo a tracción
indirecto.
Fotos 3.2 - Ejemplo físico de probeta configurada para ejecución de
ensayo a tracción indirecto, método brasilero.
En la figura la probeta es cilíndrica pero es posible someter a un ensayo también probetas
cúbicas o prismáticas.
El ensayo consiste en someter una probeta cilíndrica a una fuerza de compresión aplicada a una
zona reducida a lo largo de toda la longitud del cilindro.
La ruptura ocurre por alcance de la resistencia máxima a tracción en dirección ortogonal a la
fuerza aplicada. De la carga máxima se consigue la resistencia a tracción indirecta del hormigón
fibroreforzado.
Para la determinación de tal propiedad, puede hacerse referencia a las normas ASTM C496 y
a la EN 12390-6.
Para hormigones ordinarios, puede deducirse la resistencia a tracción directa a partir de aquella
indirecta (EC 2, Normas Técnicas Italianas, ACI). Actualmente no se cuentan con posibles correlaciones
también para hormigones fibroreforzados.
Tracción indirecta - Flexión
El ensayo de flexión es por cierto el más difundido por su relativa facilidad de ejecución y porque
es representativo de muchas situaciones prácticas.
Otra razón del éxito de éste ensayo se debe al mayor grado de hiperestaticidad del ensayo, que
30

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
pone en mejor evidencia la ductilidad aportada por el refuerzo fibroso, en mayor medida que
en los anteriores ensayos (compresión y tracción directa):
Grafico 3.3 - Comparación de promedios de resistencias a tracción pura del hormigón fibroreforzado con
diferentes cuantías de refuerzo.
Grafico 3.4 - Comparación de resultados de ensayos a flexión para diferentes cuantias de refuerzo en hormigones
fibroreforzados.
Existen dos tipos de ensayos: ensayo de flexión sobre probeta prismática (vigueta) y ensayo de punzonado
sobre placa (circular o cuadrada).
Ensayo de flexión sobre vigueta
La finalidad de tal ensayo es la determinación de la tenacidad aportada por las fibras al hormigón.
La tenacidad es la resistencia ofrecida por el material al avance del proceso de fractura (estático,
dinámico o por impacto) por efecto de su capacidad de disipar energía de deformación.
La probeta está apoyada en dos puntos, y está cargada en uno o dos puntos: en el primer caso se
habla de Three Point Bending Test (3PBT), en el segundo de Four Point Bending Test (4PBT) (Figura
3.4 y 3.5):
31

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
Figura 3.4 - Esquema de ensayo a flexión con aplicación de carga central
en tres puntos.
Figura 3.5 - Esquema de ensayo a flexión con aplicación de carga en cuatro
puntos.
La vigueta sobre tres puntos de carga está cargada a mitad de la luz, en el caso de la vigueta sometida
a cuatros puntos de carga, la luz se divide en tres partes de igual longitud.
Las dimensiones de las viguetas en las principales normativas no son muy diferentes entre ellas.
En la ASTM C 1018, según la longitud de las fibras, es posible elegir entre dos diferentes
geometrías.
Tabela 3.1 - Tabla comparativa para diferentes ensayos a flexión según diferentes códigos internacionales, descripción de la configuración y resultados.
32

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
Tabela 3.2 - Tabla comparativa para diferentes ensayos a flexión según diferentes códigos internacionales, descripción de la configuración y resultados.
El ensayo de flexión puede ser representado por una curva Carga – Desplazamiento vertical
(medido bajo los puntos de carga) o, de otra manera, en caso de probeta entallada, por una
curva Carga – Apertura de fisura (Crack Opening Displacement o COD), así como se muestra
en la siguiente figura:
Grafico 3.5 - Ejemplo de ensayo a Flexión UNI11039, medición de carga vs. Abertura de fisura.
33

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
Un parámetro de particular interés es el “punto de primera fisuración”, a partir del cual las
fibras empiezan a dar su propia contribución.
Tal parámetro es convencional, debido a la dificultad en determinación del comienzo del proceso
de fisuración.
La formación de la primera fisura viene asociada por algunas normativas a la pérdida de linealidad
de la curva carga-desplazamiento (ASTM), mientras en otros casos ésta se hace coincidir
con la intersección entre la curva Carga-Desplazamiento y una paralela al tramo lineal a partir
de un valor constante de 0,05mm sobre el eje de abscisas (desplazamiento vertical) (RILEM,
CUR, DBV, AFNOR, NBN).
Por lo que se refiere al comportamiento en fase post-fisuración las normativas se fundamentan
en la definición de índices de ductilidad adimensionales basados en la energía disipada en el
proceso de fractura y/o en la resistencia resultante.
En la norma ASTM C1609/C1609M - 06 viene calculada el área por debajo de la curva Carga-
Desplazamiento para valores múltiplos del desplazamiento de primera fisuración; en otros casos
se asume la resistencia restante puntual para un desplazamiento vertical expresado como
porcentaje de la luz de viga (NBN, JCI-SF4).
En el caso de la reciente norma Europea EN 14651 se localizan los valores de resistencia resultante
post-fisuración para valores puntuales de apertura de fisura: en el caso de la norma RILEM,
se asumen valores de resistencia “equivalentes” que se consiguen por la energía absorbida en
intervalos de apertura de fisura.
Figura 3.6 - Ejemplo de determinación gráfica del momento de primera fisuración. Determinación de energía absorbida en la fase post fisurativa
de la curva carga abertura de fisura o deformación.
La norma italiana UNI 11039 se fundamenta en ensayos de flexión sobre 4 puntos en control de
apertura de fisura.
34

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
Figura 3.7 a - Geometría y vínculos para las vigas de hormigón fibroreforzado.
Figura 3.7 b - Detalle de la talla en forma triangulada.
Geometría y vínculos para viguetas de hormigón fibroreforzado; (b) particular del corte en forma
triangular.
Foto 3.3 - Vista frontal de un cuerpo de prueba instrumentado antes del principio del ensayo.
La normativa UNI 11039 permite clasificar el hormigón fibroreforzado en base a su resistencia y a
su tenacidad.
La resistencia de primera fisuración (f If
) está indicada por la relación:
- l es la distancia entre los apoyos inferiores (450mm)
- b es el ancho de la viga (150mm)
- h es la altura de la viga (150mm)
- a 0
es la profundidad del entalle (45mm)
La norma considera también la determinación de dos resistencias post-fisuración: la primera, típica
35

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
para condiciones de ejercicio, es la tensión media en el trecho con apertura de fisura en el ápice del
corte (CTOD) variable entre 0 y 0,6mm (f eq
(0-0.6)); la segunda, típica de las condiciones de colapso,
es la tensión media en el trecho de apertura de fisura variable entre 0,6 y 3,0mm (f eq
(0.6-3.0)):
Con:
Gráfico 3.6 - Determinación de las areas U1 y U2, en la fase post fisurativa del
ensayo UNI 11039.
Gráfico 3.7 - Detemrinación de los puntos medios de abertura de fisura en
las areas U1=0,3 mm y U2=1,8mm.
La normativa UNI 11039 (2003) propone determinar dos “Indices de ductilidad” definidos como:
Ensayo de flexión sobre placa
El ensayo de flexión sobre placa, también denominado ensayo de punzonamiento, ha sido codificado
por primera vez por la SNCF (Empresa Nacional Ferrocarriles Franceses) en 1989.
A diferencia del ensayo de flexión sobre vigueta, en este caso se trata de someter una placa,
cuadrada o circular, a una carga central concentrada, con la finalidad de determinar, para flexión
del punto de carga prefijada, la energía absorbida.
Ya sea en el caso de plancha cuadrada, ó de plancha circular, la flexión está en el orden de 1/20
de la luz libre, para producir un cuadro de fisuración mucho más amplio, obteniendo más líneas
de fractura de relevante amplitud.
36

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
Figura 3.8 - Esquema gráfico de ensayo tipo
UNI10834 ó EFNARC, ensayo de placa ó energía
absorbida.
Foto 3.4 - Vista frontal de un ensayo tipo UNI10834 /EFNARC totalmente instrumentado.
Este comportamiento es propio de una energía de deformación muy elevada.
Este tipo de ensayo en la práctica se ha hecho muy común por la relativa facilidad de ejecución.
En contraposición a lo anterior sin embargo, los resultados presentan una marcada dispersión
estadística, debido a la condición hiperestática: por ésta razón, se está difundiendo, en USA,
el ensayo sobre plancha circular apoyada sobre de tres bisagras esféricas con una condición
estáticamente determinada.
Figura 3.9 - Ejemplo de configuración de ensayo de placa (energía
absorbida)tipo ASTM C1550, Round Panel.
Foto 3.5 - Ejemplo de configuración de ensayo de placa (energía absorbida)tipo
ASTM C1550, Round Panel.
37

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
A continuación tenemos un cuadro de las normas existentes.
Tabela 3.3 - Tabla comparativa de los diferentes códigos a nivel global para ensayos de placa ó energía absorbida.
Corte y torsión
Por lo general, las fibras metálicas incrementan la resistencia al corte y a la torsión del hormigón.
Para ensayos efectuados sobre vigas en donde sean utilizadas fibras para el corte y armadura
longitudinal para flexión, puede afirmarse que las fibras pueden substituir parcialmente o totalmente
los tradicionales estribos o aros para esfuerzos tangenciales, modificando el mecanismo
de ruptura por corte en ruptura por flexión, con contenido y tipo de fibra adecuados.
Han sido propuestas varias fórmulas para la resistencia al corte de las vigas (ACI Building Code,
Walraven, etc.).
A continuación son indicadas algunas:
(ACI Building Code)
(ACI Building Code – rel. semplificata)
(Walraven)
38

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
(Minelli)
Por lo general, puede afirmarse que el campo de validez de todas las expresiones mostradas
es de todas maneras aún bastante limitado, las mismas, se obtienen a partir de observaciones
experimentales y no existen en normas nacionales específicas.
Fatiga
El aumento de resistencia a fatiga debido a la introducción de fibras es notoria, sin embargo no
se cuenta con el soporte de una vasta literatura basada en varias campañas experimentales.
Las dimensiones y las modalidades de los ensayos son muy variadas: también en este caso, no
existen normas establecidas.
Se puede definir la resistencia a fatiga como el nivel máximo de esfuerzo al cual el hormigón
fibroreforzado puede resistir para un determinado número de ciclos de cargas antes de la ruptura,
o bien como el número máximo de ciclos de carga necesario a la ruptura para un determinado
nivel de esfuerzo (ACI Committee: Report 544.1R – Fiber Reinforced Concrete; Report 544.2R
– Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete).
Impacto
El comportamiento del hormigón fibroreforzado puede ser estudiado con varios métodos de
ensayo (ACI Committee: Report 544.2R – Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete):
1. Weighted Pendulum Charpy-type impact test;
2. Drop-weight test (single or repeated impact);
3. Constant strain-rate test;
4. Projectile impact test;
5. Split-Hopkinson bar test;
6. Esplosive test;
7. Instrumented pendulum impact test.
Como ejemplo, en el caso 2) el ensayo mide el número de caídas necesario para producir un
cierto nivel de daños en la probeta.
Este tipo de ensayos permite comparar:
1. Diferencia de comportamiento entre hormigones fibroreforzados y ordinarios;
2. Diferencia de comportamiento entre hormigones fibroreforzados sometidos a impacto
y a carga estática.
Experiencias realizadas por varios investigadores demostraron que, utilizando el método drop-
39

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
weight, se registra un incremento muy fuerte de la resistencia de hormigones de normal resistencia,
de aproximadamente 6-7 veces en comparación con hormigones no reforzados, con
dosificaciones en volumen en la orden de 0,5 % de fibras metálicas.
Abrasión
La evaluación de la resistencia a la abrasión, cavitación y/o erosión puede ser ejecutada con
ensayos ASTM C418 a C779.
Particularmente interesante es el uso de fibroreforzado para prevenir o reparar los daños debidos
a la cavitación, como ha sido confirmado experimentalmente en laboratorio realizando
ensayos según la ASTM C779 - C779M-05 Standard Test Method for Abrasion Resistance of
Horizontal Concrete Surfaces.
Otro método sugerido es el CRD-C 63-80 “Test Method for Abrasion-Erosion Resistance of
Concrete (Underwater Method)”, U.S. Army Corps fo Engineers.
Por lo contrario, no es de fácil demostración el beneficio aportado por las fibras en la mejora
del comportamiento de las superficies sometidas a tráfico de medios sobre neumáticos.
Deformación viscosa (Creep)
La experimentación hasta ahora realizada no muestra relevantes diferencias entre hormigones
ordinarios y fibroreforzados (contenido de fibras < 1%) sometidos a compresión prolongada
en el tiempo.
La norma para el ensayo es la misma que para el hormigón ordinario: ASTM C512-02 Standard
Test Method for Creep of Concrete in Compression.
Retiro a corto plazo (plástico)
La fisuración por retiro plástico se desarrolla por causa de la pérdida de agua en el pasaje de la
fase líquida a la fase plástica.
El retiro plástico del hormigón puede ser eficazmente controlado con el uso de microfibras de
tipo polimérico en virtud de la muy elevada superficie específica de tales fibras por unidad de
volumen y por lo tanto una elevada capacidad de retener el agua por tensión superficial.
Existen varios métodos para medir la fisuración, uno de los cuales es el AASHTO PP34-98 “Standard
Practice for Estimating the Crack Tendency of Concrete”.
Recientemente ha sido redactada una norma específica para el fibroreforzado: ASTM C1579-06
“Standard Test Method for Evaluating Plastic Shrinkage Cracking of Restrained Fiber Reinforced
Concrete (Using a Steel Form Insert)”.
40

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
Retiro a largo plazo (hidráulico)
Durante la maduración del hormigón continúa la pérdida de agua y esto implica una reducción
volumétrica: si la estructura tuviera la capacidad de contraerse libremente no habrían tensiones.
Por otro lado, si la estructura no tuviera libertad para contraerse, se desarrollarían tensiones
de tracción que pueden superar la capacidad resistente del material causando fisuras en el
hormigón.
Es posible obviar a este fenómeno añadiendo a la masa, fibras cortas, en cantidad adecuada.
Las fibras óptimas en este sentido son las microfibras de acero (F < 0,20 mm) a causa de la mayor
superficie específica y, por lo tanto, de la posibilidad de interactuar con la matriz de cemento.
Uno de los métodos más utilizados para medir los efectos de retiro en condiciones no confinadas,
es la norma ASTM C157 “Standard Test Method for Length Change of Hardened Hydraulic-cement
Mortar and Concrete”.
Por el momento, no hay normas para la condición confinada, para hormigones fibroreforzados.
Durabilidad
En las recientes instrucciones CNR_DT204_2006 se muestra una tabla relativa a las fibras metálicas,
en la cual se indica la posibilidad de uso de estas en función de las clases de exposición
(conforme con la norma EN 206-1:2006 - Concrete - Part 1: Specification, performance, production
and conformity) y de la profundidad de penetración del agua bajo presión (UNI EN
12390-8).
Hielo-deshielo
En cuanto a la resistencia al hielo de compuestos fibroreforzados con fibras metálicas, hay que
decir que sólo un aumento de porcentaje de vacíos de aire debe ser considerada eficaz: sólo si
se actúa en este sentido es posible obtener hormigones resistentes al hielo y esto también vale
para los hormigones fibroreforzados.
Hormigones reforzados con fibras metálicas, con un adecuado contenido de aire muestran una
óptima resistencia a ciclos de hielo-deshielo respecto a hormigones no reforzados (Massazza y
Coppetti, Italcementi, 1991).
La norma a utilizar ASTM C666-03 “Standard Test Method for Resistance of Concrete to Rapid
Freezing and Thawing”, es también aplicable a hormigones no reforzados.
En el ámbito Europeo pueden utilizarse las normas CEN/TR 15177:2006 “Testing the freeze-thaw
resistance of concrete - Internal structural damage”, EN 13581-2003 “Products and systems
for the protection and repair of concrete structures - Test method - Determination of loss of
mass of hydrophobic impregnated concrete after freeze-thaw salt stress” o de otra manera la
41

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
norma UNI 7987-2002 “Calcestruzzo - Determinación de la resistencia al deterioro para ciclos
de hielo y deshielo”.
Carbonatación
La presencia de fibras no parece influir significativamente el fenómeno de la carbonatación por
el hecho que no han sido registrados incrementos de la profundidad del frente de avance de
la CO2.
La medición de la profundidad de carbonatación del hormigón fibroreforzado viene realizada
con el procedimiento de ensayo utilizado para hormigones ordinarios UNI 9944-1992 “Corrosión
y protección de la armadura del hormigón. Determinación de la profundidad de carbonatación
y del perfil de penetración de los iones cloruro en el hormigón”.
Corrosión de las fibras
A fin de evaluar los efectos de la exposición del hormigón fibroreforzado en ambientes agresivos
(ambiente saturado de sal, iones agresivos, etc.) es necesario distinguir entre hormigones
íntegros y hormigones pre-fisurados.
En el primer caso la corrosión generará únicamente un problema de tipo estético en la superficie.
En el caso de probetas fisuradas, la disminución de resistencia es modesta y depende de la
extensión y profundidad de la fisura: para aperturas de fisura mayores de 0,1 mm, pero limitadas
en profundidad, no hay consecuencias sobre la eficacia estructural (ACI 544.1R – Fiber
Reinforced Concrete).
Exposición al fuego
Las afirmaciones que siguen están tomadas integralmente por las Instrucciones CNR_DT204_
2006.
Por la experiencia hasta ahora adquirida sobre el comportamiento al fuego de hormigones fibroreforzados
con fibras metálicas es posible formular las siguientes consideraciones:
- Bajos porcentajes de fibras (hasta el 1%) no alteran significativamente la difusión
térmica, que queda por lo tanto calculable a partir de la base de los datos disponibles para la
matriz;
- El daño provocado en el material por un ciclo térmico llevado hasta 800 °C resulta
preferentemente correlacionado a la máxima temperatura alcanzada en el ciclo y produce un
efecto irreversible sobre la matriz. Tal comportamiento, obtenido preferentemente en presencia
de limitadas fracciones volumétricas de fibras metálicas, sugiere, una vez restablecida la temperatura
ambiente, de apreciar el deterioro inducido a través de la evaluación de la restante
resistencia.
42

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
- Al variar la temperatura máxima de exposición, la resistencia de primera fisuración
tiende a ser la misma de la matriz. Para temperaturas superiores a 600 °C, las fibras mejoran
el comportamiento de la matriz;
- Al variar la temperatura máxima de exposición, el módulo de elasticidad de los hormigones
fibroreforzados no resulta influenciado significativamente por la presencia de limitadas
fracciones volumétricas (≤ 1%) de fibras y, por lo tanto, puede ser considerado igual al de la
matriz;
- La presencia de fibras de polipropileno resulta eficaz para limitar los efectos de spalling
destructivo, es decir minimizar el estallido del hormigón. En particular, tales fibras subliman en
parte a una temperatura de 170 °C dejando cavidades libres en la matriz. Una fracción volumétrica
de fibras comprendida entre el 0.1% y 25% está en grado de mitigar significativamente
o de eliminar el fenómeno.
Para la verificación de los efectos de exposición al fuego, existen varios procedimientos, dos
de los cuales son:
- ISO 834 – 1994: Fire-resistance tests - Elements of building construction
- BS 476 – 2004: Fire tests on building materials and structures
3.2 - Compatibilidad estructural de elementos de hormigón fibroreforzado.
En un principio, el uso del hormigón fibroreforzado está indicado sobre todo para las estructuras
hiperestáticas, debido a que el esfuerzo resultante de tracción del hormigón fibroreforzado
puede aumentar la capacidad portante global de la estructura y mejorar su ductilidad.
Las propiedades mecánicas del hormigón fibroreforzado tienen que ser directamente determinadas
sobre probetas mediante ensayos normados.
En ausencia de experimentaciones específicas, las propiedades que no están expresamente
indicadas pueden ser asumidas las propiedades del hormigón ordinario.
A continuación se reportan los requisitos mínimos, expresados por las “Instrucciones para el
Proyecto, la Ejecución y el Control de Estructuras de Hormigón Fibroreforzado – CNR_DT204_
2006”.
- La dosificación mínima de las fibras con responsabilidad estructural no tiene que ser
inferior de 0,3% en volumen;
- La utilización, para objetivos estructurales, de hormigón fibroreforzado con comportamiento
degradante está consentido siempre que la resistencia resultante a tracción en ejercicio
f Fts
sea superior por lo menos el 20% de aquella de la matriz f ct
;
- En todas las estructuras de hormigón fibroreforzado es preciso garantizar que la carga
máxima sea superior por lo menos al 20% de la resistencia de primera fisuración. Cómo alter-
43

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
nativa puede aceptarse que sea igual o superior siempre que la relación entre desplazamiento
máximo y resistencia de primera fisuración sea por lo menos igual a 5;
- Pueden ser realizados elementos monodimensionales en hormigón fibroreforzado en
falta de armadura tradicional si, además de ser satisfechas las anteriores limitaciones, el hormigón
fibroreforzado tenga un comportamiento endurecido a tracción tal que la relación entre la
resistencia resultante última f Fts
y la resistencia de la matriz f ct
sea por lo menos igual a 1,05.
Gráfico 3.8 - Relación esfuerzo-deformación.
3.3 - Metodología de diseño y compatibilidad del modelo de cálculo.
El diseño de las estructuras en hormigón fibroreforzado está fundado en los principios enunciados
por los Eurocódigos para las estructuras en hormigón y en hormigón armado.
En el presente párrafo se mencionarán las reglas contenidas en el documento “RILEM TC 162-TDF:
Test and design methods for steel fibre reinforced concrete – s-e Design Method” y en las “Istruzioni
per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture di Calcestruzzo Fibrorinforzato”.
La resistencia y el comportamiento a compresión del hormigón fibroreforzado pueden ser muy similares
a los valores del hormigón ordinario, por lo que se pueden tomar estos como válidos, de acuerdo con
lo previsto por el Eurocode 2, “Design of Concrete Structures”, ENV 1992-1-2, 2003.
La resistencia a tracción es la misma de la matriz de cemento f ct
, que puede ser encontrada a partir
de la resistencia de primera fisuración encontrada con la prueba de flexión (Istruzioni CNR DT204
2006 y RILEM TC 162-TDF). Esto no es válido para un comportamiento endurecido, que se alcanza
solamente con dosificaciones del orden de 1.5 - 2% en volumen.
Las relaciones constitutivas se encuentran con las curvas s-e de pruebas de flexión, que vienen traducidas
en relaciones s-e.
En el caso de comportamiento a flexión endurecido ó suavizado son dadas algunas fórmulas de
equivalencia para encontrar los valores de resistencia residual a tracción de trabajo f Fts
y última f Ftu
a
partir de las resistencias equivalentes f eq(0-0.6)
y f eq(0.6-3.0)
.
44

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
En el caso de comportamiento rígido plástico, en las Instrucciones CNR son usadas fórmulas ligeramente
diferentes, no así en las Recomendaciones RILEM que quedan iguales:
Gráfico 3.9 - Determinación de la ley constitutiva tracción vs. abertura de fisura, idealización de comportamientos endurecido, rígido
plástico y degradante. Fuente CNR DT204/2006.
Lo mismo vale para las Recomendaciones RILEM TC 162-TDF, con alguna diferencia en la relación
constitutiva y en las fórmulas que relacionan las resistencias residuales a flexión con aquellas
a tracción:
Gráfico 3.10 - Diagrama de Esfuerzo vs. Tensión propuesto por el RILEM TC162.
Las verificaciones de los elementos fibroreforzados deben ser realizadas tanto en relación a los
estados límite de trabajo (SLE), cómo en relación al estado límite último (SLU), tal y como se
define en las Normas vigentes.
La verificación de un estado límite puede omitirse, si es favorable la verificación de otro estado
limite, siempre que la primera verificación sea consecuencia de la segunda.
La verificación debe realizarse mediante el método de coeficientes parciales, para todas las
situaciones de diseño deben adoptarse valores de diseño de las acciones, de las solicitudes y de
las resistencias, y no debe ser violado un estado límite.
Debe así resultar:
45

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
donde Ed y Rd son, respectivamente, los valores de diseño del genérico efecto considerado y
de la correspondiente resistencia en el ámbito del estado límite examinado.
Los valores de diseño se obtienen de aquellos valores característicos a través de oportunos
coeficientes parciales, cuyos valores, para los varios estados límites, son aquellos indicados en
la Norma vigente, oportunamente integrados en lo que se refiere a la resistencia a tracción del
hormigón fibroreforzado.
Los valores de las propiedades de los materiales utilizados en el diseño de estructuras fibroreforzadas
deben haber sido determinados mediante pruebas normadas de laboratorio.
Las propiedades mecánicas de resistencia y deformación de los materiales son cuantificadas por
los correspondientes valores característicos.
Solamente los parámetros de rigidez (módulos de elasticidad) de los materiales son evaluados
a través de los correspondientes valores medios.
El valor de diseño de la genérica propiedad de resistencia, Xd, puede ser expresada en forma
general, mediante una relación del tipo:
donde X k
es el valor característico de la genérica propiedad y g m
es un coeficiente parcial del
material.
En la determinación del valor característico de la resistencia a tracción del hormigón fibroreforzado
se puede tener en cuenta la estructura:
donde f Ftm
es el valor medio, k es el factor de Student, s la variación media, mientras que a es
un coeficiente que disminuye al aumentar la hiperestaticidad estructural.
Los coeficientes parciales de seguridad sobre los materiales están de acuerdo con los Eurocódigos,
con posibilidad de reducción en el caso de elevados controles de calidad.
Verificación al Estado Límite Último para elementos monodimensionales:
Flexo-compresión
El diseño al SLU de elementos viga sometidos a flexión necesita la evaluación del momento
resistente último y la comparación con el momento de diseño.
Se hace la hipótesis que la ruptura por flexión se manifieste cuando se verifique una de las
siguientes condiciones:
- Alcanzar la máxima deformación de compresión en el hormigón;
- Alcanzar la máxima deformación de tracción en el acero de la armadura (si existe);
46

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
- Alcanzar la máxima deformación de tracción, e Fu
, en el hormigón fibroreforzado.
Para un comportamiento suavizado, la máxima deformación a tracción es considerada igual al
2% y, de cualquier manera, la máxima abertura de fisura no debe superar 3 mm.
Para un comportamiento endurecido, la máxima deformación es del 1%.
La evaluación del SLU a flexión y a flexo-compresión con o sin la presencia de armadura ordinaria,
varillas de acero, puede ser efectuada en función de comportamientos ejemplificados
como en la siguiente figura:
Gráfico 3.11 - Estado limite último por flexo-compresión: utilización de los comportamientos ejemplificados (stress-block con coeficientes s η y λ conforme
EC2).
Un enfoque similar es usado por las Recomendaciones RILEM TC 162-TDF:
Gráfico 3.12 - Estado limite último para un comportamiento a flexo compresión: método simplificado (bloque de esfuerzos, según RILEM TC-162).
Como se indicó anteriormente, los valores a ser utilizados en la verificación derivan de las pruebas
de flexión en laboratorio y vienen posteriormente convertidos en valores de tracción, reducidos
de los coeficientes parciales de seguridad.
Corte y torsión
Sin entrar en detalle (se recomienda remitirse a las normas mencionadas para profundizar en
este tema) es interesante la posibilidad de cuantificar el aporte debido a las fibras (a ser determinado
con el mismo procedimiento usado para la flexo-compresión) que permite substituir,
parcialmente o totalmente, la armadura a corte o a torsión.
Donde el esfuerzo cortante, o torsional, fuera de pequeña entidad, las normas exigen, de cual-
47

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
quier forma, una armadura mínima que puede estar garantizada por el refuerzo fibroso.
Verificación al Estado Límite Último para elemento losa:
Para elementos tipo losa sin armadura convencional sujetos principalmente a esfuerzos de flexión,
la verificación de la resistencia puede ser efectuada con referencia al momento resistente,
m Rd
, evaluado en la hipótesis de la ley constitutiva rígido-plástica:
En el caso de acción simultanea de dos momentos flexionantes m x
y m y
actuando en direcciones
ortogonales, la verificación al estado limite último requiere satisfacer la limitación:
Vale la pena notar que la capacidad resistente de una losa apoyada al suelo, como en el caso
de los pavimentos, sería muy baja si se evalúa con un enfoque tradicional, en términos de tensiones,
cómo el que describen todas las normas y las instrucciones CNR.
Para obtener la debida contribución estructural, dada por la alta hiperestaticidad de pavimentos
sobre suelos, es indispensable en comportamientos a flexión suavizados, utilizar métodos de
análisis no lineal (Yield Line Method) ó (Non Linear Fracture Mechanics method).
Verificación al Estado Límite de Ejercicio
Verificación de las tensiones
La verificación de las tensiones de compresión en ejercicio, deber ser realizada de acuerdo con
la Norma vigente para el hormigón simple.
Si la estructura es realizada con un hormigón fibroreforzado de comportamiento suavizado, la
verificación de las tensiones de tracción en ejercicio es implícitamente satisfecha si la misma
estructura ha sido verificada al Estado Límite Último.
Si, por lo contrario, el hormigón fibroreforzado posee comportamiento endurecido, es también
necesario realizar la verificación de las tensiones de tracción en ejercicio, controlando que la
máxima tensión solicitante respete la siguiente condición:
48

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
Abertura de las fisuras
En la evaluación de la amplitud característica de las fisuras, es posible cuantificar la contribución
ofrecida por las fibras a través de la cuota del esfuerzo absorbido por el hormigón fibroreforzado,
en beneficio de la armadura normal (RILEM TC 162-TDF e Instrucciones CNR_DT204_2006).
Para hacer esto, las Instrucciones CNR sugieren asumir una distribución constante de las tensiones
de amplitud igual a la tensión de tracción característica al Estado Límite de Ejercicio, fFtsk.
Armadura mínima para el control de las fisuras
Para controlar las fisuras, en los elementos encorvados es necesario prever una armadura
mínima.
En las Instrucciones CNR el área de la armadura mínima vale:
donde:
- As es el área de armadura a flexión tendida (mm 2 ). En el caso A s
resulte negativa, la
armadura mínima puede estar constituida únicamente por refuerzo fibroso;
- Act es el área de hormigón de la sección sujeta a tracción (mm 2 ), determinada asumiendo
un Estado de Esfuerzo al límite elástico;
- s s
es la máxima tensión en la armadura admisible en la fase con fisuras. Puede ser
asumida igual al enervamiento del acero;
- f ct
,ef es la resistencia a tracción del hormigón efectiva al momento de la primera fisura
[mm2]. Depende de las condiciones ambientales. En falta de datos específicos, se debe considerar
la resistencia a tracción determinada a 28 días del vaciado;
- k c
es un coeficiente que tiene en cuenta la redistribución seccional de los esfuerzos
inmediatamente antes de la fisura. k c
=1 en presencia de pura tracción, k c
=0.4 en presencia de
pura flexión,
para e/h0,4;
- k s
tiene en cuenta el efecto de esfuerzos autoequilibrados no uniformes. En la falta de
datos precisos, este valor puede ser considerado igual a 0,8;
- k p
tiene en cuenta la presencia de la precompresión:
49

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
donde:
es la relación de precompresión, e v
es la excentricidad de la resultante e la fuerza de precompresión,
En pura flexión k c
=0,4 , por lo tanto k p
=1-1,5a
3.4 - Marco normativo actual.
A continuación se hace amplia referencia a regulaciones contenidas en las norma se muestran
a continuación:
- ACI Committee - Report 544.1R – State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete
- ACI Committee - Report 544.2R – Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete
- ACI Committee – Report 544.4R – Design Considerations for Steel Fiber Reinforced
Concrete
- ASTM C39 - Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete
Specimens
- ASTM C157 - Standard Test Method for Length Change of Hardened Hydraulic-cement
Mortar and Concrete
- ASTM C418 - Standard Test Method for Abrasion Resistance of Concrete by Sandblasting
- ASTM C496 - Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete
Specimens
- ASTM C512 - Standard Test Method for Creep of Concrete in Compression
- ASTM C666 - Standard Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and
Thawing
- ASTM C779 - Standard Test Method for Abrasion Resistance of Horizontal Concrete
Surfaces
- ASTM C1018 - Standard Test Method for Flexural Toughness and First-Crack Strength
of Fiber Reinforced Concrete
- ASTM C1116 - Standard Specification for Fiber Reinforced Concrete and Shotcrete
- ASTM C1399 – Standard Test Method for Obtaining Average Residual-Strength of Fiber
Reinforced Concrete
- ASTM C1550 - Standard Test Method for Flexural Toughness of Fiber Reinforced Concrete
(Using Centrally Loaded Round Panel)
- ASTM C1579 - Standard Test Method for Evaluating Plastic Shrinkage Cracking of
Restrained Fiber Reinforced Concrete (Using a Steel Form Insert)
- CRD-C 63-80 - Test Method for Abrasion-Erosion Resistance of Concrete (Underwater
50

3. Hormigón fibroreforzado; Elementos básicos para el
diseño estructural.
Method), U.S. Army Corps of Engineers
- AASHTO PP34-98 - Standard Practice for Estimating the Crack Tendency of Concrete
- EFNARC - European Specification for Sprayed Concrete
- EN 206-1 - Concrete - Part 1: Specification, performance, production and conformity
- EN 12390-3 - Testing hardened concrete - Compressive strength of test specimens
- EN 12390-6 - Testing hardened concrete - Tensile splitting strength of test specimens
- EN 12390-8 - Testing hardened concrete - Depth of penetration of water under pressure
- EN 13581 - Products and systems for the protection and repair of concrete structures
- Test method - Determination of loss of mass of hydrophobic impregnated concrete after
freeze-thaw salt stress
- EN 13687-1 - Products and systems for the protection and repair of concrete structures
- Test methods - Determination of thermal compatibility - Freeze-thaw cycling with de-icing salt
immersion
- EN 14651 – Precast concrete products - Test method for metallic fibre concrete - Measuring
the flexural tensile strength
- CEN EN 1992-1-1 - Eurocode 2 – Design of concrete structures - Part 1-1:general rules
and rules for buildings
- CEN/TR 15177 - Testing the freeze-thaw resistance of concrete - Internal structural
damage
- RILEM TC 162-TDF: Test and design methods for steel fibre reinforced concrete – Bending
test
- RILEM TC 162-TDF: Test and design methods for steel fibre reinforced concrete – s-e
Design Method
- RILEM CPC-18 – Measurement of hardened concrete carbonation depth
- NF P18-409 – Beton avec Fibres Metalliques. Essai de flexion
- UNE 83-510 – Determination del Indice de Tenacidad y Resistencia a Primera Fisura
- NBN B 15-238 – Essai des bétons renforcés des fibres. Essai de Flexion sur éprouvettes
prismatiques
- JCI–SF4 – Method of Tests for Flexural Strength and Flexural Toughness of Fiber Reinforced
Concrete
- UNI 7087 - Calcestruzzo - Determinazione della resistenza al degrado per cicli di gelo
e disgelo
- UNI 9944 - Corrosione e protezione dell’armatura del calcestruzzo. Determinazione della
profondità di carbonatazione e del profilo di penetrazione degli ioni cloruro nel calcestruzzo
- UNI 11039-1 – Calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio. Part. I: Definizioni, classificazione
e designazione
- UNI 11039-2 – Calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio. Part. II. Metodo di prova
per la determinazione della resistenza di prima fessurazione e degli indici di duttilità
- UNI U73041440 - Progettazione, esecuzione e controllo degli elementi strutturali in
calcestruzzo rinforzato con fibre d’acciaio
- Norme Tecniche per le Costruzioni – Decr. 14/09/05 – G.U. 23/09/05
- CNR_DT204_2006 - Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il Controllo di Strutture
di Calcestruzzo Fibrorinforzato
- ISO 834 – Fire resistance tests - Elements of building construction
- BS 476 - Fire tests on building materials and structures
51

4 - Diseño y consideraciones particulares para
mezclas de hormigón; Recomendaciones para la
incorporación de fibras dentro de la mezcla.
4. 1 - Hormigones, aspectos tecnológicos para su formulación.
Sin duda alguna el hormigón es el material más utilizado por el hombre en la construcción de estructuras
civiles. Son muchos las experiencias e investigaciones que han sido llevadas a cabo para perfeccionar
los tipos de hormigón, sin embargo, en este capítulo no se pretende abarcar una exposición
amplia de la tecnología del hormigón, sino un resumen de las características primordiales de dicho
material, haciendo énfasis en los aportes que las fibras son capaces de ofrecer. Con este capítulo se
pretende que el lector tenga una visión de cuales son los aspectos tecnológicos para la formulación
del hormigón reforzado con fibras metálicas.
El SFRC ú Hormigón Reforzado con Fibras Metálicas, no es más que el mismo compuesto de hormigón
al que se le incorporan las fibras creando dentro de la matriz una armadura tridimensional
aumentando notablemente la resistencia mecánica post fisura del hormigón.
El hormigón utilizado de forma bombeada o vertida es el más utilizado en la actualidad, la mayoría
de las implementaciones que se le dan a este material es a través de este método. Es importante a
la hora de diseñar el hormigón considerar que uso se le dará y si será necesario una mayor o menor
trabajabilidad. Durante el desarrollo de este capitulo se pretende exponer de forma resumida cuales
son las consideración a tomar en cuenta para su formulación.
Para la formulación de cualquier tipo de hormigón es necesario tener en cuenta las tres principales
variables que deben ser modificadas para alcanzar el resultado esperado: relación agua / cemento,
trabajabilidad (medida a través del cono de Abrams) y dosis de cemento. La interrelación entre estas
tres variables permiten alcanzar una resistencia específica del hormigón, es decir, si alguna de las
tres varía, entonces deberán variar las demás si se quiere conservar la misma resistencia (Ver Figura
4.1).
Figura 4.1- Relación básica entre los parámetros que condicionan la mezcla.
53

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
La relación que existe entre estas tres variables puede ser definida con bastante exactitud a través
de la siguiente ecuación:
En donde:
c = Dosis de cemento (kg/m 3 )
a = a/c = relación agua / cemento (1/kg)
T = Asentamiento en el cono de Abrams (cm)
K, m y n son variables que dependen del tipo de agregado que se utilice.
Esta ecuación se conoce como la relación triangular, y junto con la ley de Abrams (trabajabilidad)
conforman las dos leyes principales a tomar en cuenta para el diseño de mezcla a través del método
que en este manual se propone.
Actualmente existe una gran variedad de metodologías de diseños propuestas, en este manual se
presenta un método con un carácter general el cual ha sido utilizado y comprobado en muchas ocasiones.
El método fue concebido para hormigones con resistencia a compresión (resistencia media a 28
días de edad, en probetas cilíndricas de 15cm de diámetro y 30cm de altura) entre 18MPa y 42MPa y
asentamiento en el cono de Abrams entre 2,5cm y 18cm. Para hormigones particulares (condiciones
distintas a las planteadas) se recomienda utilizar otra metodología de diseño.
La metodología que a continuación se describe se presentará de una forma resumida, en caso de
querer profundizar más en el tema se recomienda ver las normativas correspondientes
Datos de Entrada
1) Resistencia:
La resistencia de cálculo o resistencia característica deberá ser igual a la resistencia a compresión esperada
por el calculista, aumentada por medio de siguiente ecuación (resistencia medida en probetas
de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura):
Donde;
F cr
=Resistencia a compresión de cálculo o resistencia característica.
f´c = Resistencia a compresión esperada por el calculista.
Z = Variable tipificada de la distribución normal (Ver Tabla 4.1).
s = Desviación estándar esperada para el concreto (Ver Tabla 4.2).
54

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Tabla 4.1 - Fracciones definitivas y valores de la variable tipificada Z correspondiente.
Tabla 4.2 - Relación entre el grado de control y la desviación estándar.
2) Asentamiento
Deberá ser calculado a través del cono de Abrams. Debe tenerse en cuenta que mientras mayor sea la
dificultad para colocar el hormigón, menor tendrá que ser el asentamiento. En la tabla 4.3 se puede
ver los valores usuales de asentamiento:
Tabla 4.3 - Valores usuales de asentamiento.
3) Tamaño Máximo de agregado
El tamaño máximo de agregado deberá ser seleccionado dependiendo de la utilización y el tipo de
estructura en el que será implementado el hormigón. Alguna de las consideración que deberán tenerse
en cuenta para la selección del tamaño máximo de agregado son, que en ningún caso el tamaño
máximo de agregado deberá ser mayor que 1 / 3
de la dimensión menor de la pieza a hormigonar, ni
deberá ser mayor a ¾ la separación entre la armadura.
55

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Usualmente el tamaño máximo de agregado se encuentra entre 2 y 5cm, si se utilizan áridos con
mayores tamaño máximo se producirán hormigones que tienden a la segregación, mientras para
hormigones de altas resistencias se recomiendan tamaños máximos de menores dimensiones.
4) Límites granulométricos
En el hormigón deberán actuar conjuntamente agregados de distintos tamaños, repartidos en una
forma tal que el conglomerado trabaje de la mejor manera. Existen muchas teorías con respecto a cual
es la combinación o mejor granulometría que se debe adoptar en determinado proyecto, de manera
general en la Tabla 4.4 se dan los límites granulométricos apropiados para agregados combinados
de diferentes tamaños máximos.
5) Relación b
Representa el peso de Arena expresado en porcentaje con relación a el peso total de agregados
que existe en el conglomerado (Arena + Agregado Grueso), y se expresa a través de la siguiente
ecuación:
Esta relación debe encontrarse de forma tal que el combinado tenga una granulometría dentro de la
zona recomendada en la tabla 4.4. Existen varios métodos para el cálculo correcto de b, el más simple
y bastante exacto es el método gráfico, el cual puede ser encontrado en el común de la bibliografía
usual para la formulación del hormigón.
6) Ley de Abrams
Esta ley establece la correlación existente entre la resistencia del hormigón y la relación agua cemento
en peso, dicha expresión se simboliza como a:
Donde;
a = Peso de agua
c = Peso de cemento
La ley de Abrams puede ser expresada como:
Donde;
R = Resistencia a determinada edad de maduración.
56

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
M y N: Son constantes que dependen de las características de los materiales, componentes de la
mezcla y la edad de ensayo.
Tabla 4.4 - Limites granulométricos recomendados para distintos tamaños máximos del agregado porcentajes pasantes
Si de la expresión 37 se despeja a, obtenemos :
Para agregados gruesos triturados de 25,4 mm de tamaño máximo, arena natural (ambos en condición
de saturados con superficie seca) y cemento Pórtland Tipo I de una calidad media, se obtienen buenos
ajustes con:
a) R 7
= 902,5 / 13,1 a ; a = 1,724 – 0,3887 Ln R 7
; (MPa)
b) R 28
= 88,50 / 8,69 a ; a = 2,073 – 0,4628 Ln R 28
; (MPa)
c) R 90
= 95,43 / 7,71 a ; a = 2,232 – 0,4896 Ln R 90
; (MPa)
Fórmula 2.3.7. Ley de Abrams específica.
7) Corrección de a;
En caso que las condiciones de M y N no sean las planteadas originalmente, existe un factor KR que
tiene como finalidad ajustar los valores de a para las distintas condiciones de agregados. Ver tabla
4.5 y tabla 4.6.
57

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Tabla 4.5 - K R
, Factores para corregir a por tamaño máximo, (mm /pulgadas).
Tabla 4.6 - K A
, Factores para corregir a por tipo de agregado.
Una vez calculado a deberá ser multiplicado por los factores de corrección K R
y K A
dependiendo del
tipo de agregado a utilizar para obtener un valor más preciso.
8) Límites de a por durabilidad
Es importante tener en cuenta que a debe encontrarse dentro de unos limites, ya que este factor
condiciona la durabilidad del hormigón, en caso que a supere estos valores deberá considerarse su
valor como el máximo permitido. Ver tabla 4.7.
Tabla 4.7 - a máximos para distintas condiciones de servicios o ambientes.
9) Relación triangular
Por medio de esta ley se relacionan tres de los parámetros más importantes que caracterizan al hormigón:
relación agua cemento (a), cantidad de cemento (c) y el asentamiento (t) a través del cono
de Abrams. Dicha expresión es:
58

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Donde K, n y m son constantes que dependen de las características de los materiales que componen
el hormigón. Al igual que en el caso de a, para condiciones en que el hormigón esté formado por
agregados gruesos triturados de 25,4 mm de tamaño máximo, arena natural (ambos en condición de
saturados con superficie seca) y cemento Pórtland Tipo I de una calidad media, se obtienen buenos
ajustes con:
“T” se expresa en cm y “c” en Kg/m 3 .
10) Corrección de c
Al igual que en el caso de a en caso de utilizar otras características que las descritas anteriormente
para los componentes del hormigón se deberán utilizar las tablas 4.8 y 4.9 para corregir la cantidad
de cemento a utilizar.
Tabla 4.8 - C 1
Factores para corregir “c” por Tamaño Máximo, (mm/pulgadas).
Tabla 4.9 - C 2
, Factores para corregir c por tipo de agregado.
Y al igual que en el caso de a en ningún caso la cantidad de cemento deberá ser inferior a los valores
en la tabla 4.10.
59

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Tabla 4.10 - Contenido mínimo de cemento según las condiciones de servicio ambientales.
11) Cálculo de los componentes restantes
Todo diseño de mezcla se realiza en base a un metro cúbico (1000 litros) por tanto es necesario considerar
los demás compuestos que forman el hormigón. Debido que la finalidad de este manual no
es la de entrar en detalles específicos el restante de los componentes será descritito brevemente.
- Aire Atrapado.
Donde;
V = Volumen de aire atrapado
c = Cantidad de cemento (kg/m 3 )
P = Tamaño máximo de los agregados (mm)
- Volumen absoluto de granos de cemento:
Es igual al peso del material dividido por su peso específico, es un valor que debe ser calculado en
laboratorio, para efectos de este manual basta con saber que, en condiciones normales este valor se
encuentra cercano a 3,3, cuyo inverso es de 0,3.
- Volumen absoluto de agua
Considerando que el peso específico del agua es igual a 1.
- Volumen absoluto de los áridos
Corresponde al peso de éstos dividido por sus respectivos pesos específicos. Estos pesos específicos
deberán ser calculados en laboratorio, pero para efectos de este manual basta con saber que, en
condiciones normales este valor se encuentra en promedio cerca de 2,65 tanto para agregados
60

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
gruesos como para la arena.
12) Cálculo final de la mezcla
Como se ha dicho anteriormente el diseño de mezcla debe realizarse en base a 1 metro cúbico, por
lo tanto, la suma de los componentes deberá ser igual a esta unidad;
Donde:
g (G + A)
= Peso específico del agregado combinado. Dicho valor puede ser calculado en base a b a
través de la siguiente expresión.
; ( b < 1)
Finalmente despejando de la Fórmula 42, el valor de G y utilizando la relación b se pueden obtener
cada uno de los pesos por separado;
Evidentemente como ya se ha expresado anteriormente el método planteado en este manual es
bastante simplista y no considera muchos otros factores que pueden entrar en juego a la hora de
diseñar una mezcla, sin embargo resume de una forma sencilla los principales pasos a seguir para la
formulación del hormigón.
61

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
4.2 - Recomendaciones para la incorporación de fibras en hormigones vaciados
o vertidos en sitio.
El Hormigón Fibroreforzado no es más que el mismo conglomerado con un componente adicional
que son las fibras, las cuales a nivel de la producción de la mezcla deben ser consideradas como un
árido más, por lo que no es necesario modificar los componentes al incluir éstas dentro del diseño de
mezcla. Las consideraciones iniciales para lograr la resistencia mecánica especificada a compresión y
módulo de rotura no se ven afectadas.
Existen sugerencias fundamentales para controlar la incorporación de las fibras dentro de un diseño
de mezcla, que obedecen a una selección adecuada del elemento, para evitar problemas como segregación,
exudación , aglomeramiento y garantizar así una distribución uniforme. A continuación
mencionamos esta reglas básicas que son validas para cualquier configuración de hormigón para
cualqueir aplicación:
- La longitud de la fibra seleccionada deberá ser equivalente al doble de la dimensión máxima de
diámetros de agregado presente en la mezcla. Sugiriendo variaciones en esta longitud no mayores
al 20%.
q max > 0,5 L Fibra
, incluyendo una tolerancia del 20%.
Ejemplo: árido máximo 1” (25 mm) de diámetro, involucraría una fibra de 2” (50 mm) de longitud ,
con variación no mayor al 20% de la longitud (40mm< L Fibra

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
esta sugerencia de incremento de no más de 1”(25mm), y la durabilidad de esta trabajabilidad deberá
ser controlada de manera básica y tradicional a través de los aditivos químicos fluidificantes para tal
fin, no existiendo alguna contraindicación de aplicación de aditivos para este tipo de mezclas.
Las fibras pueden ser incorporadas de dos formas dentro de la mezcla:
Incorporación a la mezcla elaborada. Donde las fibras son añadidas directamente al camión hormigonero
una vez la mezcla ya esta elaborada. En este caso en particular, se sugiere el control del
asentamiento antes de la incorporación de las fibras a la mezcla y luego de la incorporación de las
mimas para verificar la afectación mínima , y corroborar que el asentamiento solicitado en planta,
fue correctamente estimado. En todo caso, respetando las sugerencias realizadas anteriormente, no
debe existir problemas de trabajabilidad imputables a la incorporación de las fibras.
Foto 4.1 - Incorporación mecánica en camión hormigonera.
Foto 4.2 - Incorporación manual en boca de camión de hormigón.
Foto 4.3 - Aspecto de la mezcla luego de incorporadas las fibras.
Foto 4.4 - Control de asentamiento luego de incorporar las fibras.
Incorporación a los áridos. Es cuando las fibras son incorporadas dentro de la masa de áridos ó inertes
en su camino a la mezcladora, para luego proceder al mezclado de todos los componentes de la
mezcla. En este caso en particular se debe formular adecuadamente la relación agua/cemento, para
lograr esa trabajabilidad deseada que todo caso su afectación no será mayor que la prevista de 1”
(25 mm).
Foto 4.5. - Incorporación manual en cinta de aridos.
Foto 4.6 - Incorporación manual en cinta de aridos.
63

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Foto 4.7 - Incorporación manual en trompo de mezcla.
Foto 4.8 - Medición de asentamiento.
La incorporación de la mezcla de hormigón fibroreforzado vertidos o vaciados en sitio no implica
ningún tipo de consideración mecánica adicional a las comúnmente utilizadas, donde la aplicación
común de vibradores , bombas son totalmente válidas y no contraindicadas. Hay solo que tener especial
atención en hormigones bombeados, en lo que refiere al diámetro de los conductos o mangueras
de bombeado, donde la longitud de la fibra no debe exceder el 70% del diámetro de la boquilla de
salida del equipo de bombeo.
A continuación se muestran figuras de ejemplo vertido de hormigones en sitio en una aplicación muy
difundida para la tecnología , como lo es para pavimentación industrial, en donde se puede apreciar
la aplicación de equipo convencional, y el algunos casos equipo muy especializado para lograr amplios
rendimientos como las niveladoras laser:
Foto 4.9 - Vertido directo desde camión hormigonero.
Foto 4.10 - Vertido directo desde camión hormigonero.
Foto 4.11 - Vertido son bombas.
Foto 4.12 - Incorporación en bomba para posterior bombeado.
El común de estos hormigones vertidos o vaciados en sitio, son hormigones fluidos en el orden de
trabajabilidad y asentamiento entre 4” a 6”, con relaciones agua /cemento entre 0,3 y 0,5. La selección
de áridos y su granulometría uniforme y acorde a la confección del elemento a verter, será de
única influencia de la geometría del elemento a verter y de la resistencia mecánica exigida por diseño,
donde la selección de la fibra más acorde deberán ser ajustadas a estas premisas.
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4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
4.3 - Recomendaciones para la incorporación de fibras en hormigones prefabricados.
Se ha descrito extensamente en los puntos anteriores sobre la confección de mezclas con la incorporación
de fibras dentro de la misma, y sus reglas básicas generales para evitar problemas de segregación
ó aglomeración de las fibras. La flexibilidad de la incorporación de fibras a la mezcla es tan
amplia, que pueden ser logrados hormigones de relación agua cemento muy bajos ó nulas, donde
en este caso en particular, las reglas de configuración y selección geométrica de las fibras son de
extrema importancia. En la actualidad las fibras metálicas de formato suelto, pueden ser incorporadas
a mezclas secas sin afectar la homogeneidad.
En este caso de mezclas de baja relación de agua /cemento, los aditivos cumplen una función muy
importante para activar la conformación de la mezcla y lograr un acabado adecuado de los elementos
confeccionados.
La sugerencia en este tipo de mezclas es de usar fibras de relación de esbeltez, quizás no tan elevada,
para evitar aglomeración dentro de un proceso de mezclado seco, donde la fluidez limitada puede
evidentemente afectar la distribución uniforme. Es ampliamente conocido que fibras de configuración
de esbeltez muy elevada tienden a aglomeración, y son pocos los fabricantes que han logrado
controlar este fenómeno, siendo este un problema netamente industrial.
Algunas alternativas para mitigar este efecto de aglomeración de fibras de alta relación de esbeltez
son las fibras engomadas, pero que son de difícil aplicación para el caso de mezclas de baja relación
de agua/cemento, ya que la escaza fluidez en algunos casos no logra diluir por completo el pegamento
produciendo cierta aglomeración de las fibras, en este caso la aplicación de algunos aditivos
plastificantes de alto espectro pueden contribuir a mejorar esta condición.
Como hemos comentado las fibras no afectan los aspectos tecnológicos de confección de una mezcla
por lo que dentro de la realización de la mezcla las fibras son incorporadas como un árido más como
se muestra a continuación:
Foto 4.13 - Ejemplo de mezcla seca con fibras.
Foto 4.14 - Mezclador en plata de prefabicados produciendo mezcla
seca para hormigón vibrocompactado.
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4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Foto 4.15 - Planta mezcladora preparando mezcladora seca para
hormigón vibrocompactado.
Foto 4.16 - Incorporación en bomba para posterior bombeado.
Foto 4.17 - Planta mezcladora preparando mezcladora seca para
hormigón en dovelas.
Foto 4.18 - Incorporación en bomba para posterior bombeado.
Hay casos en la confección de hormigones para prefabricados, donde la mezcla es más fluida, en las
que se deben seguir las consideraciones antes expuestas para hormigones vertidos en sitio.
La selección de áridos y granulometría en general estará gobernada por las dimensiones de los elementos
prefabricados a confeccionar y de allí entrara en rigor las sugerencias fundamentales para
la selección adecuada de un tipo de fibra que sea compatible con la mezcla, por lo que no existe un
regla fija en este aspecto.
4.4 - Recomendaciones para la incorporación de fibras en hormigones proyectados
en seco y húmedo.
El Hormigón proyectado o Shotcrete (conocido también como “Gunita”), viene siendo utilizado
desde hace casi un siglo en el campo de la construcción, y aunque en muchos casos se afirma que
es un tipo de hormigón diferente, la realidad es que, si bien es cierto que tiene algunas particularidades,
no es más que el mismo hormigón pero variando la forma de ser colocado.
Existen dos formas de aplicar el Shotcrete, la primera por vía seca, en donde por un lado se mezcla
la arena, piedra y cemento en una mezcladora y son transportados por manguera mediante presión
de aire, y por otro lado, es expulsada el agua por medio de una manguera que finaliza en la
boquilla de la primera. En el momento que los inertes salen por la boquilla es cuando se mezclan
con el agua.
Un segundo método, y más reciente, es el de vía húmeda, que consiste en preparar la mezcla de
hormigón incluyendo el agua necesaria, al igual que en los métodos tradicionales. Una vez que
el conglomerado está listo es transportado a través de manguera y expulsado mediante presión
de aire. Este último método ha venido siendo utilizado cada vez con mayor frecuencia, incluso en
algunos países únicamente se utiliza este método.
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4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
En la actualidad son muchos los campos en los que el hormigón proyectado es utilizado. La facilidad
de su implementación, y las ventajas que ofrece al lograr acceder de una forma rápida y
efectivas a lugares que de otra forma sería muy complicado llegar, son algunas de las razones por
la que este método ha sido y continua siendo utilizado en todo el mundo. El tipo de obras en el
que principalmente es empleado este método son:
- Construcción de Túneles;
- Industrias Mineras;
- Revestimiento de Taludes;
- Estabilización de excavaciones para fundaciones;
- Trabajos de Saneamiento.
En general el gunitado puede ser utilizado prácticamente en cualquier tipo de obra en la que se
busca la estabilización o recubrimiento de una capa superficial irregular en donde no se utiliza
encofrado, su función principal es el soporte de rocas, aunque su uso puede ser extendido a la
reparación de muros y/o estructuras en general.
ASPECTOS GENERALES DEL MIX DESIGN.
Como ya hemos mencionado antes, la composición del Shotcrete es similar a la de hormigones
convencionales, respetando ciertas particularidades como son:
- Baja relación agua / cemento;
- Menor cantidad de agua;
- Menor cantidad de cemento;
- Agregado máximo de 16mm.
En cuanto a la relación Agua / Cemento óptima hay que mencionar las diferencias que existen entre
los dos métodos existentes. En el método por vía seca para calcular la relación Agua / Cemento es
necesario tener en cuenta no solo el agua que será agregada en la boquilla de la manguera, sino
también el porcentaje de humedad de los agregados. Sin embargo en este método no hay un valor
definido para dicha relación ya que el operario que controla la manguera es a su vez quien controla
la cantidad de agua que saldrá, siendo esto una desventaja. No obstante la misma características
físicas del hormigón obligan a que la relación Agua / Cemento no sea muy variada, pues en caso
que dicha proporción no se encuentre entre los valores admitidos o bien existirá un exceso de polvo
(en caso de escasez de agua) o bien el hormigón no se fijará a la superficie (en caso de exceso de
agua). Dicha relación se encuentra normalmente entre 0,4 y 0,5.
En el método por vía húmeda, la relación Agua / Cemento se mantiene en los mismo niveles que en
el método por vía seca, la diferencia está en que debido a que la mezcla es realizada previamente
dicha relación se puede asegurar desde el inicio.
Debido a que en la mayoría de los casos que se utiliza gunita se realiza a través de vía húmeda,
será a este método al que haremos mayor referencia a lo largo de este capítulo.
En cuanto a la composición de los áridos es importante tener especial cuidado, al igual que para
cualquier tipo de hormigón, en la calidad de los mismos. Para obtener buenos resultados es necesario
que exista una buena distribución de los agregados, se recomienda que en ningún caso alguna
67

4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
fracción durante el tamizado supere el 30%. Algunos criterios que no pueden pasar por alto a la
hora de utilizar hormigón proyectado son:
- El tamaño máximo de los agregados no debe superar los 16mm, y en todo caso se recomienda
que las partículas mayores a los 8 mm no superen el 10%, en caso contrario se producirá un rebote
excesivo en el momento que estas entren en contacto con la superficie.
- La curva granulométrica de los agregados es de suma importancia, ninguno de las fracciones
deberá superar el 30% del peso total. Se deberá tener especial cuidado en la sección inferior de
la curva, los agregados más finos (Tamiz nº 0,125) deberán encontrarse entre un mínimo de 4%
y un máximo de 9%. En caso que exista un exceso de material fino se ocasionarán segregaciones
que producirán atascos de la manguera, y una escasez de este hará que la mezcla pierda cohesión
afectando la resistencia última de hormigón (Ver gráfico 4.1).
- La utilización de aditivos tiene como finalidad mejorar las condiciones del materia entre las que
se encuentra:
- Aumentar la velocidad del fraguado;
- Mejorar la trabajabilidad del hormigón;
- Una mejor distribución de los agregados;
- Reducir el rebote.
Dada la importancia y variedad de aditivos existentes en el mercado se ha dejado este tema para
un capítulo aparte. Para más información ver capítulo 3.1 y 3.2.
- La incorporación de fibras distribuidas homogéneamente dentro del hormigón, por un lado se
demuestra extremadamente eficaz para contrarestar el muy conocido fenómeno de la fisuración por
retracción y por otro lado, confiere al hormigón una ductilidad que puede llegar a ser considerable
en la medida en que sea elevada la resistencia misma de las fibras, confiriendo además al hormigón
en tales circunstancias, una gran tenacidad. Para más información ver capítulo 3.1 y 3.2.
Como particularidad del método por vía seca, la incorporación de fibras no es muy común ya que
se produce una gran cantidad de rebote (hasta un 50%) de estas.
Gráfico 4.1 - Curva Granulométrica RecomendadaPara Hormigón.
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4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Tabla 4.11 - Selección de aridos en función del tamiz de agregados para una mezcla de shotcrete.
Equipos para proyectar
La utilización de los equipos adecuados para la proyección del hormigón es tan importante como la
selección de los componentes adecuados que forman el conglomerado. Dependiendo del método
que se utilice (por vía seca o húmeda) existen en esencia dos tipos de maquinarias distintas;
Por vía Seca:
Existe en el mercado una gama amplia de mezcladoras para este uso, sin embargo todas se rigen bajo
el mismo principio. La mezcla de áridos debe ser vertida en la tolva diseñada para dicho fin (Figura
4.2 A). A medida que el agitador gira (Ver figura 4.2 B) los agregados van cayendo y rellenando la
zona de expulsión que finalmente por medio de una presión de aire entre 3 y 6 bars son proyectados
a través de la manguera de conducción que finaliza en la boquilla donde se mezclan con el agua
(Ver figura 4.2 C).
Figura 4.2 - Esquema de maquinaria en mezcla seca. A la izquierda esquema de máquina de mezcla A. material, B. rotor de mezcla,
C. boquilla de salida a manguera, P, presión desde compresor para bombear mezcla.
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4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
A continuación se muestra una secuencia fotográfica de configuración de mezcla para hormigones
en vía seca:
Foto 4.19 - Introducción de aridos en la mezcla.
Foto 4.20 - Introducción de fibras en la mezcla.
Foto 4.21 - Mezcla seca saliendo del trompo de mezcla.
Foto 4.22 - Transporte de material por cinta.
Foto 4.23 - Transporte de material por cinta.
Foto 4.24 - Transporte de material por cinta.
Foto 4.25 - Cinta de aridos y equipo ALIVA.
Foto 4.26 - Detalle de equipo ALIVA.
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4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Foto 4.27 - Detalle de trompo de mezcla.
Foto 4.28 - Mezcla siendo bombeada en el sistema.
Foto 4.29 - Detalle de proyección con incorporación de agua en el
pico.
Foto 4.30 - Detalle de proyección con incorporación de agua en el
pico.
Por vía Húmeda:
En la actualidad los mecanismos de bombeo de las maquinarias utilizadas para la proyección de hormigón
por vía húmeda pueden regirse a través de dos tipos de sistemas de bombeo: a) un sistema
de espiral que bombea el flujo de hormigón ó b) a través de un sistema de pistones que por medio
de presión es impulsada la mezcla por la manguera de conducción.
Es importante señalar que en el método por vía húmeda la mezcla debe ser preparada antes de incorporarla
a la máquina (incluyendo el agua correspondiente). Esta mezcla debe ser suficientemente
fluida para evitar que se produzcan atascos en la manguera, es recomendado la utilización de aditivos
para aumentar la fluidez del hormigón en el momento de ser bombeado.
Foto 4. 31 - Fibras sueltas para mezcla.
Foto 4.32 - Incorporación de fibras en el camión.
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4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Foto 4.33 - Mezcla húmeda lista.
Foto 4.34 - Mezcla lista con fibras uniformemente distribuidas.
Foto 4.35 - Verificación de asentamiento.
Foto 4.36 - Nótese distribución homogénea de la mezcla.
Foto 4.37 - Incorporación de mezcla en bomba de hormigón.
Foto 4.38 - Incorporación de mezcla en bomba de hormigón.
Foto 4.39 - Proyectado con maguera manual.
Foto 4.40 - Proyectado con maguera manual.
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4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Técnicas para la proyección
Siendo el hormigón proyectado más que un tipo de hormigón, como ya se ha dicho anteriormente,
un método de aplicación, la correcta ejecución de este es tan importante como la misma composición
de la mezcla. Una incorrecta ejecución tiene como consecuencia un resultado deficiente.
Con una buena aplicación del Shotcrete se obtiene un conglomerado con las características exigidas
por el proyectista. En caso de no ser ejecutado correctamente puede traer como consecuencia una
mala distribución de los componentes, exceso de desperdicio o rebote, mal posicionamiento, entre
otros factores indeseados.
Para concluir este capitulo se darán algunas de las recomendaciones más importantes a seguir durante
el gunitado:
Foto 4.41 - Operario manteniendo la perpendicularidad entre la superficie a gunitar y la posición del
piso de manguera.
Angulo de incidencia:
El ángulo de incidencia con que el chorro de hormigón debe alcanzar la superficie tiene que ser
perpendicular a esta. En caso contrario la cantidad de material de rebote (Material de desperdicio)
será excesiva. Por esta razón en todo momento la boquilla de la manguera de conducción deberá
encontrarse perpendicular a la superficie.
Velocidad de impacto:
La separación entre la boquilla y la superficie es de gran importancia, esta separación es directamente
proporcional a la velocidad de salida del hormigón. Es decir a mayor velocidad mayor deberá ser la
distancia y viceversa. Pues en caso que la velocidad de impacto sea muy alta se producirá un exceso de
rebote impidiendo que el hormigón se fije eficazmente a la superficie, y en caso contrario debido a la
falta de cohesión la masa de hormigón no se fijará a la superficie produciéndose grandes perdidas.
Para conseguir un equilibrio en esta relación, se aconseja agregar aire a razón de 7-15m 3 /min a una
presión de 7 bars aproximadamente en la boquilla del extremo, bajo estos principios la separación
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4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
entre la manguera y la superficie deberá encontrarse entre 1 y 2 metros.
Selección del Operario Correcto:
Como se puede ver en las dos recomendaciones anteriores, gran parte de la responsabilidad la tiene
el operario que se encuentra manipulando la manguera (bien sea manual o por robot), la selección
de la persona correcta para el gunita es de gran importancia ya que de este depende en gran parte
el resultado final (Colocación de la manguera, distancia de separación, cantidad de agua en vía seca,
etc.)
Foto 4.42 - Gunitado con robot.
Foto 4.43 - Gunitado manual con manguera.
4.5 - Aditivos y su compatibilidad de uso en el hormigón fibroreforzado.
En la aplicación del Hormigón Fibroreforzado (HFR), existen consideraciones de uso común sobre
la aplicación de aditivos en el diseño de mezcla que no difieren de las comúnmente aplicadas para
mezclas de hormigón simple. A continuación se muestran según los aspectos tecnológicos de formulación
de mezclas según las distintas aplicaciones descritas anteriormente las posibilidades de
aditivos a aplicar:
- Fluidificantes , plastificantes, superpalstificante o retardante. Como su nombre lo dice es para mantener
la trabajabilidad del hormigón, normalmente son a base Naftaleno Sulfonado, Copolimeros
de Vinilo, Policarboxilatos modificados, que logran mantener la trabajabilidad del concreto entre 2
y 6 horas dependiendo de la necesidad. Este aditivo es incorporado al ser elaborada la mezcla para
controlar el tiempo de trabajabilidad cuando existen difíciles accesos a sitio del proyectado, largos
trechos de recorrido del hormigón hasta llegar a la obra.
- Acelerantes de fraguado. Estos, como su nombre lo dice, son incorporados, una vez llega la mezcla
a sitio de colocación para lograr una rápida ganancia de resistencia. Normalmente son productos
basados en silicato, sulfato de aluminio. Es importante controlar el porcentaje de este producto ya
que su uso abusivo, logra mermar la resistencia del material a largo plazo. Normalmente se usa entre
4% y 6% de la fracción de cemento. El formato puede ser en polvo ó liquido.
- Protectores de corrosión. Son una nueva generación de aditivos que activa los álcalis del hormigón
y actúan en conjunto a ellos para generar una mayor protección contra la acción de iones de cloruro
que inducen la oxidación.
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4. Diseño y consideraciones particulares para mezclas de hormigón;
Recomendaciones para la incorporación de fibras dentro de la mezcla.
Todos los aditivos antes mostrados son de normal uso dentro de la configuración de mezclas de hormigón
y ninguno posee una contraindicación para la aplicación de fibras. Los aditivos son controles
de calidad y trabajabilidad de la mezcla para lograr garantizar la resistencia y condiciones de trabajo.
En cambio las fibras son un refuerzo que su % en volumen dentro de la mezcla no representa un
problema de trabajabilidad que controlar.
4.6 - Aplicaciones típicas del hormigón fibroreforzado estructurales y no estructurales.
Desde hace ya algunos años, hacia los sesenta, la tecnología del hormigón reforzado con fibras
metálicas en integración o en sustitución del refuerzo tradicional con barras metálicas, ha pasado
del campo de la experimentación iniciada en los años cincuenta, al campo de la aplicación industrial
y actualmente son numerosos los sectores de aplicación rutinaria de esta tecnología: los elementos
prefabricados monolíticos, los pavimentos industriales, los soportes de excavaciones subterráneas y
superficiales en concreto proyectado, los revestimientos prefabricados y vaciados en sitio para túneles,
constituyen ciertamente ejemplos de las aplicaciones más ampliamente difundidas en Europa y en
los Estados Unidos.
Desde sus inicios el uso de las fibras ha venido sufriendo un proceso en el cual cada día son más los
que usan estas como solución o alternativa al refuerzo del hormigón.
Las fibras inicialmente fueron incorporadas a la matriz de hormigón para evitar el comportamiento
frágil de este y mejorar su aspecto físico. En condiciones normales el hormigón tenderá a agrietarse,
principalmente debido a las fuerzas de tracción que se producen en su interior. Para evitar este
fenómeno es necesario reforzar este o bien con red electrosoldada o con fibras. La ventaja en usar
las fibras para contrarrestar este fenómeno es evidente, pues estas logran distribuirse a lo largo de
todo el volumen del elemento creando una armadura tridimensional, evitando de esta forma el muy
conocido fenómeno de contracción plástica.
Posteriormente diversas investigaciones concluyeron que las fibras no solo mejoraban significativamente
el aspecto físico del hormigón sino que incluso mejoraban las características mecánicas de este
pudiendo llegar a ser utilizadas como refuerzo estructural en muchos casos.
Son muchos los casos en que las fibras pueden ser y están siendo utilizadas como refuerzo estructural.
Sin embargo es la falta de una normativa clara y simple la limitante más grande que ha tenido
y sigue teniendo esta “nueva” tecnología para difundirse entre un mayor número de ingenieros y
campos de aplicación.
4.7 - Marco normativo actual.
En la confección de hormigones aplican todas las referencias normativas que fueron referenciadas
en capitulo 3 del presente manual, abarcando las siguientes fases:
- Confección de mezcla;
- Fibras, regulaciones para su incorporación en diferentes procesos productivos;
- Control de resistencias mecánicas del material;
- Normativas de diseño.
75

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
5.1 - Túneles excavados convencionalmente y excavados con TBM.
Cuando la gran longitud de un túnel y la constancia de sus condiciones geomecánicas a lo largo de
la misma constituyen elementos suficientemente caracterizantes de un proyecto subterráneo, están
dadas en principio las condiciones para que se opte por una construcción mecanizada mediante el
uso de una TBM (Tunnel Boring Machine) adecuadamente seleccionada dentro de las cada vez mas
amplias y versátiles alternativas disponibles. Tal procedimiento de excavación mecanizada está asociado,
en la casi totalidad de los casos, al uso de un anillo de revestimiento compuesto por segmentos
prefabricados en hormigón armado, los cuales son oportunamente ensamblados en el subterráneo,
sistemáticamente y continuamente con el avanzar de la excavación del túnel, el cual en consecuencia
queda completamente terminado con el paso de la TBM.
Foto 5.1 - Túnel ejecutado con TBM de 12 m de diámetro. Linea 9 del Metro de Barcelona, España.
Tal procedimiento de excavación mecanizada está asociado, en la casi totalidad de los casos, al uso
de un anillo de revestimiento compuesto por segmentos prefabricados en hormigón armado, los
cuales son oportunamente ensamblados en el subterráneo, sistemáticamente y continuamente con
el avanzar de la excavación del túnel, el cual en consecuencia queda completamente terminado con
el paso de la TBM.
Foto 5.2 - Dovelas prefabricadas para máquinas TBM en la ejecución del túnel, Línea 9 Metro de
Barcelona , España.
77

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Cuando en cambio se opta por la excavación convencional de un túnel, bien sea mediante el uso de
voladuras o bien sea recurriendo al abatimiento mecánico de los terrenos, generalmente se procede
a estabilizar de inmediato la cavidad expuesta con el avance del frente, colocando un soporte para
construir, en el cual la actual tecnología hace extenso uso del hormigón proyectado, integrándolo
eventualmente con elementos estructurales metálicos, marcos ó perfiles de acero y/o pernos de
anclaje.
Foto 5.3 - Ejemplo de túnel excavado convencionalmente con Voladura. Línea Ferroviaria Caracas-
Charallave, Venezuela.
Foto 5.4 - Ejemplo de túnel excavado convencionalmente con Voladura, posicionamiento de soporte
metálico. Línea Ferroviaria Caracas-Charallave, Venezuela.
Luego, más o menos inmediatamente o inclusive una vez completada la excavación del túnel, por
lo general y no necesariamente siempre, se procede a revestir la cavidad con un vaciado en sitio de
hormigón eventualmente o parcialmente armado, cuya función puede ir de la estrictamente estructural
hasta la puramente ¨cosmética¨, dependiendo de las condiciones geo-estáticas y funcionales de
cada obra específica.
78

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Foto 5.5 - Ejemplo de túnel excavado convencionalmente con Voladura, siendo ejecutado el revestimiento
definitivo vaciado en hormigón, Línea Ferroviaria Caracas-Charallave, Venezuela.
Para todos los elementos antes denominados en sucesión, cuales son los anillos prefabricados de
hormigón, los soportes primarios en hormigón proyectado y los revestimientos en hormigón vaciado
en sitio, la moderna tecnología del hormigón estructural recurre cada vez con más frecuencia y cada
vez con más ventajas comparativas y resultados exitosos, al uso de las fibras metálicas en sustitución
o a integración del tradicional refuerzo de barras metálicas y con el eventual complemento de las
fibras sintéticas.
5.2 - Criterios de diseño de soportes y revestimientos de túneles.
El comportamiento geo-estático de una excavación subterránea depende, entre otros tantos factores,
de las características geomecánicas del medio natural en el que se opera, de las solicitaciones naturales
preexistentes en el medio, del proceso y procedimiento constructivo adoptados incluyendo la
naturaleza misma del eventual soporte instalado y de las circunstancias específicas de tal instalación.
Todo lo anterior se puede reflejar suficientemente bien en la oportuna definición de “clase de comportamiento
de la excavación” que, como se explica más adelante pasa, entre otros factores, a través
de la caracterización geomecánica del medio (geomecánica del macizo rocoso a excavar) así como de
la definición del estado de solicitaciones naturales (función en primera instancia de la profundidad
o cobertura del túnel y de la densidad del macizo rocoso).
El soporte primario, o de primera fase, debe garantizar la seguridad de los trabajadores y la estabilización
(posiblemente total) de la cavidad a corto plazo y se pone en obra en condiciones ambientales
que pueden llegar a ser incómodas, hostiles y hasta peligrosas, por lo cual los controles de su calidad
son normalmente limitados y pueden llegar a ser deficientes, recomendándose en consecuencia no
asignar a tal soporte una confiabilidad estructural formal de largo plazo, sino solamente una tarea
de colaboración estática inmediata y limitada. El soporte primario conservativo (como hormigón
proyectado reforzado con fibras metálicas, costillas metálicas y pernos de costura o trabadura) podrá
ser integrado con elementos de refuerzo mecánico (de mejora) del macizo rocoso (tales como por
ejemplo, pernos metálicos, vidrio resinas, inyecciones, etc.) o de pre-soporte (tales como por ejemplo,
arcos troncocónicos de hormigón en precorte, o de jet grouting o de micropilotes) toda las veces que
79

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
tal integración resulte necesaria o beneficiosa a los fines de la seguridad y de un adecuado control
de la estabilización de la cavidad a corto plazo y que al mismo tiempo redunde en el establecimiento
de condiciones estáticas de mayor eficiencia para las funciones del revestimiento definitivo.
La deformación del núcleo de avance de la excavación representa un elemento fundamental de control
de la estabilidad de la excavación misma y por lo tanto, el controlar y limitar la deformación del núcleo
de avance (extrusión) incrementando adecuadamente su rigidez, juega un rol determinante sobre la
estabilidad misma del túnel, a corto y largo plazo. Lo anterior deriva de la comprobada existencia de
un ligamen estrecho entre el fenómeno de extrusión del núcleo al frente de avance y los fenómenos
de pre-convergencia y convergencia de la cavidad con dependencia cronológica entre los fenómenos
de deformación de la cavidad y los que afectan previamente al núcleo del frente de excavación, así
como de un ligamen igualmente estrecho entre la inestabilidad o el colapso del frente o núcleo de
avance y la consecuente inestabilidad o colapso de la cavidad, aún si previamente estabilizada.
El revestimiento definitivo, debe garantizar el adecuado factor de seguridad o la confiabilidad establecida
para la obra, absorbiendo las cargas que se estime le sean aplicadas a largo plazo, según
los criterios definidos al respecto. En tales cargas, en principio, no se incluirían las acciones sísmicas,
a menos que se trate de secciones específicas correspondientes a circunstancias consideradas especialmente
sensibles a las acciones sísmicas, tales como por ejemplo ocurre en secciones de túnel
muy superficiales o en secciones de túnel excavadas en sectores geológicos especialmente desfavorables
(brechas de falla, etc.). En las secciones de revestimiento en que no resulte requerido acero
de refuerzo para absorber solicitaciones estáticas de tracción, se colocará acero para controlar el
agrietamiento por retracción.
El acero de refuerzo, cuando las solicitaciones de tracción resulten limitadas o cuando se requiera
solamente para el control del agrietamiento por retracción, se podrá colocar ventajosamente en forma
de una adecuada cuantía de fibras metálicas. Cuando el revestimiento no resulte directamente de
exigencias estructurales, sus funciones serán entre otras, facilitar la ventilación natural, garantizar la
regularidad geométrica de la sección, contribuir a la impermeabilización; en estos casos su espesor
será el mínimo compatible con las exigencias tecnológicas (del orden de los 30 cm) y en estos casos, la
cuantía de fibras metálicas de refuerzo a aplicar, será la mínima prevista por las normas (25kg/m 3 ).
Las formas de la excavación, del soporte y del revestimiento, deben ser seleccionadas en manera tal
que resulten estáticamente eficientes, constructivamente factibles y económicamente optimas, para
lo cual en principio estarán caracterizadas por una forma de herradura, o por un único arco de circulo,
menos que en la solera, la cual podrá ser seleccionada para cada sector de túnel, desde plana
hasta curva con el mismo radio que el resto del perímetro de la sección, a medida en que la calidad
geomecánica de la sección de excavación vaya pasando de optima a muy precaria.
Cuando el revestimiento definitivo se concibiese para no poseer carácter o función estructural, sino
solamente ¨cosmética¨ e inclusive, si este elemento llegase a faltar por completo como ocurre en
algunos proyectos, entonces será el soporte de primera fase que deberá cumplir con todas las funciones
estructurales antes asignadas al revestimiento definitivo, bien sea en términos de capacidad
estructural y bien sea en términos de confiabilidad estructural.
Algo en cierto sentido similar ocurre en el caso de los anillos prefabricados en segmentos de hormigón
que se emplean para revestir los túneles excavados con TBM, ya que tal soporte único debe cumplir
80

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
con todas las funciones estáticas permanentes. En este caso además, cada uno de los elementos que
componen el revestimiento, debe igualmente cumplir con las muy exigentes funciones estructurales
temporales, ligadas al proceso constructivo, de almacenamiento, de movilización, de ensamblaje y a
veces, de contraste a las fuerzas de excavación ejercidas por la TBM sobre el frente.
Finalmente, e independientemente de cual caso se trate, el diseño estructural debe partir de la definición
de las cargas actuantes y de los vínculos del contorno, para lo cual resulta ser elemento previo
fundamental, la caracterización geomecánica del medio a excavar.
Caracterización geomecánica de rocas y suelos
La identificación de los terrenos, los suelos, las rocas y los macizos rocosos, que estarán afectados
por las excavaciones, es el punto de partida del complejo proceso por el cual transita el proyecto de
un túnel y tal identificación está directamente ligada a los resultados de lo que se denomina tradicionalmente
estudio geológico, o levantamiento geológico, o sencillamente geología del área de
emplazamiento de la obra subterránea.
Tal referida identificación y eventual agrupación de los suelos, las rocas los macizos rocosos involucrados,
es importante que sea realizada también con criterio ingenieríl y no solamente geológico, en
el sentido de considerar en todo momento las condiciones y las propiedades físicas y mecánicas de
los materiales y del conjunto.
Ya que el túnel será finalmente excavado y construido dentro del macizo rocoso a su escala natural,
será este medio el objetivo final de la caracterización geomecánica, aunque la misma pasará en
secuencia, por la caracterización del o de los materiales (suelos y rocas intactas) que conforman al
macizo y luego por la caracterización de las estructuras (discontinuidades) que interrelacionan entre
ellas los materiales componentes del macizo.
Para los ambientes francamente rocosos, en función de la densidad de fracturas y de la orientación
de las fracturas (grado de anisotropía) respecto al medio rocoso, el macizo puede ser esquematizado
con un modelo continuo, discontinuo, o continuo equivalente. Para los ambientes típicamente
caracterizados por suelos, cohesivos o incoherentes, se hará en cambio referencia general a los correspondientes
modelos continuos.
En los casos de aplicación de un modelo discontinuo, el objetivo fundamental de la caracterización es
individuar las características geométricas y de resistencia de las discontinuidades utilizando por ejemplo,
el criterio de Barton que se expresa mediante la siguiente fórmula de la resistencia al corte:
Siendo:
t - resistencia al corte
s n
- esfuerzo normal
f b
- ángulo de fricción de base (obtenido en muestras de corte sobre superficies lisas, no alteradas)
81

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Strength).
JRC = coeficiente de rugosidad (Joint Roughness Coefficient).
JCS = resistencia a la compresión de la pared de la discontinuidad (Joint Compressive
Para los casos de macizos rocosos representables con un modelo continuo o con uno continuo equivalente,
de acuerdo con la metodología propuesta por Hoek y Brown (1997), para estimar los parámetros
geomecánicos de resistencia y deformación de los macizos rocosos que puedan ser considerados
macroscópicamente isótropos en relación con la escala de la aplicación especifica, se requiere el
conocimiento de los tres siguiente parámetros básicos, dos de ellos relativos a los materiales rocosos
que conforman el macizo y el tercero relativo a la macro-estructura del macizo:
- La resistencia a la compresión uniaxial de la roca intacta ¨ s ci¨
- La constante ¨m i¨ que define el carácter friccionante de la roca
- El Geological Strength Index ¨GSI¨ del macizo rocoso.
Se anexan dos tablas que resumen los posibles rangos numéricos correspondientes a cada uno de
los dos primeros parámetros referidos, las cuales pueden ser utilizadas en primera aproximación para
estimar los valores de estos dos parámetros para una determinada roca, en ausencia ó a complemento
de ensayos de laboratorio. Luego también se anexan las tablas de Hoek relativas a la definición y
determinación del tercer parámetro, el GSI.
El siguiente paso es la estimación de las características geomecánicas de resistencia y deformación
del macizo rocoso:
- El ángulo de fricción del macizo rocoso ¨ ϕ m¨
- La cohesión del macizo rocoso ¨c m¨
- La resistencia a la compresión uniaxial del macizo rocoso ¨ s cm¨
- El módulo de deformación del macizo rocoso ¨E m¨.
Para ello Hoek y Brown indican las siguientes fórmulas empíricas:
ϕ m
= sen -1 [(6am b
(s+ m b
s 3n
) a-1 )/(2(1+ a)(2+ a)+ 6am b
(s+ m b
s 3n
) a-1 )]
c m
= s ci
[(1+2a)s+(1-a)m b
s 3n
](s+ m b
s 3n
) a-1 /(1+a)(2+a)[1+(6am b
(s+m b
s 3n
) a-1 )/((1+a)(2+a)] 0.5
s cm
= s ci
[(m b
+4s–a(m b
–8s))*(m b
/4+s) a-1 ]/[2(1+a)(2+a)]
E m
= 1000(s ci
/100) 1/2 10 (GSI-10) / 40 (en MPa)
Siendo:
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5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
s 3n
= s 3max
/s ci
(s 3max
/s cm
) = 0.47(s cm
/γH) -0.91
con H = profundidad del túnel
Con ¨D¨ factor de perturbación constructiva: igual a ¨0¨ para condiciones no disturbadas e igual a ¨1¨
para voladuras no bien controladas.
Se debe recalcar que se trata de formulas empíricas que deben ser utilizadas con extremo cuidado y en
todos los casos, cada uno de estos siete parámetros geomecánicos es recomendable sea cuantificado
en términos estadísticos, asignando a cada uno de ellos una distribución probabilística en función
de su naturaleza y unos índices y rangos estadísticos en función de los conocimientos específicos de
los cuales sobre ellos se dispone.
Tabla 5.1 - Grados de macizo rocoso según la resistencia uniaxial de la roca.
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5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
“Valores de la constante M i
para roca intacta definido por grupo de roca. Nótese que los valores en
paréntesis son estimados. El rango de valores expresados depende de la granulometría y de la interlocación
de la estructura de cristales- Los valores elevados obedecen a una muy cerrada interlocación
y demás características de fricción.”
* Estos valores son para especimenes de roca intacta ensayados en la dirección normal a la foliación. El valor obtenido de Mi puede variar significativamente
si la falla ocurre en la dirección del plano débil o foliación.
1* Nótese que esta tabla contiene cambios sustanciales en referencia a las mostradas en publicaciones precedentes. Estos cambios han sido hechos para reflejar
datos acumulados de recientes ensayos de laboratorio, y de la experiencia ganada de grandes discusiones técnicas con Geólogos e Ingenieros geólogos.
Tabla 5.2 -Velores de Mi para diferentes clasificaciones de roca segun su origen geomorfológico.
84

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.3 - Determinación de la clase de según su GSI.
Tabla 5.4 - Valores de GSI en función de la condición de la roca en la superficie de fractura.
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5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.5 - Determinación del GSI en funció de la calidad superficial observada y de su grado de fractura.
Clase de comportamiento y preselección del soporte primario
El comportamiento geo-estático de una excavación subterránea o, aún más esquemáticamente, la
¨Clase de comportamiento de la excavación¨, depende de la combinación de un conjunto de numerosos
factores que, con el máximo de la simplificación, pueden identificarse como: el estado de solicitación
natural preexistente en el medio a excavar y la resistencia geomecánica del mismo.
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5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
El estado de solicitación natural, en primera aproximación, puede (a falta de elementos adicionales
como por ejemplo mediciones en sitio) asociarse directamente con la profundidad o cobertura (H)
de la excavación y la geomecánica del medio a excavar puede, también con una cierta aproximación,
asociarse por un lado con la resistencia de los materiales dominantes en el medio y por el otro lado,
con la macro-estructura geomecánica del macizo (fracturas, alteraciones, anisotropías y morfologías
de las superficies de las discontinuidades, entre otros) para identificar la cual se pueden usar diferentes
índices de calidad geomecánica (por ejemplo el RMR de Bieniawsky, el Q de Barton, el RSR de
Wikham, etc.) y en especial el ya comentado GSI de Hoek.
En condiciones de solicitaciones naturales que resulten considerablemente elevadas en relación con
la resistencia del macizo natural y simplificando un poco mas, puede hacerse directamente referencia
a la resistencia a la compresión no confinada del macizo rocoso (s cm
) y ponerla directamente en
relación con el estado de solicitación natural (g.H), siendo (g) la densidad del macizo rocoso, introduciendo
para tal correlación el importante concepto de “Índice de competencia de la excavación“
(IC=s cm
/g.H) el cual resultará de gran utilidad al momento de discriminar la clase de comportamiento
de la excavación en las circunstancias descritas, mientras para condiciones de valores elevados del
referido índice (IC), así como generalmente ocurre a coberturas moderadas donde las condiciones
de solicitaciones naturales resultan igualmente bajas, podrá resultar suficientemente condicionante
y discriminante de la clase de comportamiento, la calidad geomecánica del macizo (GSI) por sí sola,
según se detallará más adelante.
Dentro de este orden de ideas, las posibles clases de comportamiento de la excavación pueden, para
fines prácticos, resumirse en las cinco siguientes:
*CLASE DE COMPORTAMIENTO “A”
Comportamiento de el frente y cavidad estables. Tal clase de comportamiento se produce cuando el
estado de solicitación que se establece al frente y al contorno de la cavidad, como consecuencia de
la redistribución de los esfuerzos naturales que sigue a la excavación misma, es tal que los esfuerzos
en el medio no superan las características de resistencia del mismo y la relación de movilización entre
resistencia y solicitaciones es por lo tanto siempre mucho mayor de la unidad (FS>2,5).
Los fenómenos de deformación que consiguen a la excavación evolucionan manteniéndose en
campo elástico, son inmediatos y son por lo general de modesto alcance, limitados al orden de pocos
centímetros. Las deformaciones axiales del núcleo, presentes bajo la forma de extrusiones, son
despreciables.
La deformación radial libre de la cavidad (relación porcentual entre el desplazamiento radial y el radio
de la galería: R o
) es muy baja (e60).
La eventual presencia de agua, también en régimen hidrodinámico, generalmente no influencia la
estabilidad del túnel, a menos que se trate de terrenos alterables o, que gradientes hidráulicos de-
87

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
masiado fuertes provoquen un lavado tal de reducir drásticamente la resistencia al corte a lo largo
de los planos de discontinuidad presentes.
Toda la excavación es globalmente estable y se pueden eventualmente producir solamente inestabilidades
muy localizadas, en términos de caída de bloques aislados debido a localmente desfavorables
circunstancias geo-estructurales en un macizo discontinuo.
Las intervenciones de estabilización son por lo general mínimas y están principalmente dirigidas a
evitar localizados desprendimientos del terreno potencialmente peligrosos para las personas y al
mismo tiempo a mantener un perfil de excavación regular.
En lo que específicamente se refiere al soporte a preseleccionar en esta clase, se considera suficiente
la eventual puesta en obra de pernos aislados con además una eventual capa poco espesa de hormigón
proyectado fibroreforzado.
Foto 5.6 - Ejemplo de excavación en zona de comportamiento tipo A.
* CLASE DE COMPORTAMIENTO “B”
Comportamiento a frente estable y cavidad estable a corto plazo. Tal clase de comportamiento se
produce cuando el estado de solicitación que se establece al frente y al contorno de la cavidad, como
consecuencia de la redistribución de los esfuerzos naturales que sigue a la excavación misma, es tal
que los esfuerzos en el medio se acercan a las características de resistencia elástica del mismo y la
relación de movilización entre resistencia y solicitaciones es aún mayor de la unidad (FS f
≈2) en el frente
y es próxima a la unidad (FS c
≈1) en el contorno de la cavidad a cierta distancia del primero.
Los fenómenos de deformación que consiguen a la excavación evolucionan en campo elasto-plástico
sobre el contorno de la cavidad, son algo diferidos y son por lo general de limitado alcance, en el
orden de centímetros. Las deformaciones axiales del núcleo, presentes bajo la forma de extrusiones,
son limitadas y no condicionan la estabilidad del túnel ya que el terreno está aún en condición de
movilizar una suficiente resistencia residual.
Bajo coberturas elevadas, la deformación radial libre de la cavidad vale (1%

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
radial al frente vale (e o

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
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entre resistencia y solicitaciones es próxima a la unidad (FS f
≈1) en el frente y es menor a la unidad
FS c

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
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Foto 5.8 - Ejemplo de excavación en zona de comportamiento tipo C.
* CLASE DE COMPORTAMIENTO “D”
Comportamiento a frente inestable. Tal clase de comportamiento se produce cuando el estado de
solicitación que se establece al frente y al contorno de la cavidad como consecuencia de la redistribución
de los esfuerzos naturales que sigue a la excavación misma, es tal que los esfuerzos en el medio
superan las características de resistencia del mismo y la relación de movilización entre resistencia y
solicitaciones es menor a la unidad (FSf ≈

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
en fenómenos de arrastre de materiales y de sifonamiento absolutamente inaceptables y peligrosos
para la estabilidad global de la excavación. Por lo tanto, es necesario prevenir la presencia del agua,
sobretodo en la zona del frente de avance, desviándola para mantenerla en todo lo posible hacia el
exterior del núcleo.
Para contener el desarrollo de la plastificación, sea más allá del frente de la excavación y sea en sentido
radial, es muy útil una densa intervención mejorativa de consolidación preventiva del núcleo
con elementos resistentes de vidrio resina conectados al macizo rocoso mediante inyecciones de
mezclas de cemento.
El soporte primario debe ser preseleccionado pesado y estar constituido por una espesa capa de
hormigón proyectado fibroreforzado y pesadas costillas metálicas eventualmente integradas con la
aplicación de elementos radiales de mejora del macizo rocoso cuya densidad y longitud dependerán
esencialmente del comportamiento deformacional del macizo rocoso alrededor de la excavación.
Tales elementos radiales mejorativos podrán ser constituidos por vidrio resina, o podrán ser cables
o pernos estructuralmente equivalentes, dependiendo de la factibilidad práctica de su construcción,
en relación con la densidad y longitud que resulten necesarias.
Foto 5.9 - Ejemplo de excavación en zona de comportamiento tipo D.
*CLASE DE COMPORTAMIENTO “E”
Comportamiento inestable. Tal clase de comportamiento se produce cuando el estado de solicitación
que se establece al frente y al contorno de la cavidad como consecuencia de la redistribución de los
esfuerzos naturales que sigue a la excavación misma, es tal que los esfuerzos en el medio superan
ampliamente las características de resistencia del mismo y la relación de movilización entre resistencia
y solicitaciones es mucho menor a la unidad (FS

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
sados, como en las zonas de fallas, o en presencia de fuertes gradientes hidráulicos, o de todos modos
en los casos en donde desequilibrios tensionales elevadísimos determinan el derrumbe inmediato del
frente al momento de la abertura de la cavidad.
En el caso de cruce de fallas o en los tramos que de todos modos se caractericen por una inestabilidad
a corto plazo del frente con condiciones de colapso inmediato, se evaluará en función de las
características geo-estructurales y hidrogeológicas, la necesidad de intervenciones de pre-confinamiento,
pre-soporte o de mejoramiento en avance, o de eventualmente una oportuna combinación
de dichos métodos.
Bajo coberturas elevadas, la deformación radial libre de la cavidad vale (e>10%); la deformación
radial al frente vale (eo >>1%); el radio de plastificación vale (R p
/R o
>>4) y el Índice de competencia
vale IC

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.6 - Clasificación del comportamiento del soporte en funció del GSI, indice de competencia, calidad de material y cobertura.
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5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Determinación de las cargas actuantes
Una vez preseleccionado el soporte necesario a la adecuada estabilización el túnel, basado en la determinación
de la clase de comportamiento de la excavación de acuerdo con las pautas establecidas
con anterioridad, para elaborar un detallado diseño estructural es luego necesario proceder con los
correspondientes análisis y cálculos para lo cual, el elemento básico lo constituye la determinación
de las cargas actuantes sobre la estructura del soporte, además obviamente de la calibración de la
rigidez de los terrenos que acogerán la misma estructura del soporte a diseñar.
Para la determinación práctica de las cargas actuantes, es conveniente diferenciar las secciones de excavación
de un túnel correspondientes a coberturas moderadas (hasta del orden de 10 veces el ancho
¨b¨ del túnel) de las secciones de excavación más profundas, ya que dependiendo de tales condiciones
de cobertura (H) las cargas actuantes se estiman generalmente siguiendo dos diferentes metodologías:
la del ¨sólido de cargas¨ en el primer caso y la de las ¨líneas características¨ en el segundo caso.
Además, también se aplica un esquema distinto de distribución para las cargas actuantes: sobre el
revestimiento definitivo, cargas gravitacionales verticales en bóveda y horizontales en los hastíales
para las secciones bajo coberturas moderadas y cargas radiales solo en bóveda para las secciones más
profundas. Sobre el soporte primario, se aplica por lo general indistintamente el modelo de cargas
radiales en bóveda y hastíales.
Para las secciones de excavación bajo coberturas moderadas y clasificables como “superficiales”
(H

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Gráfico 5.1 - Abacos para la determinación de alfa de Terzaghi, Perri 2000.
En estas secciones clasificadas como intermedias, para estimar las cargas verticales actuantes sobre
el revestimiento definitivo se podrá eventualmente asumir una oportuna disminución del coeficiente
¨a¨, de entre el 25% y el 50% del valor obtenido de la fórmula, dependiendo de las condiciones
geomecánicas de la excavación y de los tiempos de construcción previstos para el revestimiento.
Grafico 5.2 - Gráfico de relación de cargas sobre soportes vs. Cobertura, incidencia de Factor Alfa en función del GSI.
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5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Efectivamente, la referida reducción de la carga de diseño actuante sobre el revestimiento, podrá ser
tanto más acentuada cuanto más se pueda asumir que el soporte primario se haya efectivamente
cargado por efecto del sólido de cargas antes de la construcción del revestimiento, el cual a su vez
deberá recibir solamente toda aquella porción de la carga no previamente y seguramente absorbida
por el soporte primario.
Sobre el revestimiento definitivo de estas secciones intermedias, las cargas horizontales de diseño
serán iguales a las que se deriven de la aplicación de la teoría clásica de empujes sobre estructuras de
contención de tierra, o serán simplemente las que se deriven de la reacción elástica de confinamiento
ofrecida por el terreno sobre el revestimiento deformable, según indique el modelo de análisis que
se aplique en cada caso específico.
Las acciones sísmicas se aplicarán solamente donde explícitamente lo recomienden los estudios geológicos
y geotécnicos.
- Para las secciones clasificadas como “profundas” (H>10.b), las cargas de equilibrio de contraste
actuantes sobre el soporte primario serán las radiales que resulten de un análisis de interacción por
líneas características.
Sobre el revestimiento definitivo, las cargas de diseño serán radiales, aplicadas solamente en la
zona de bóveda y de magnitud proporcional a la extensión del radio de plastificación establecido
en correspondencia del equilibrio alcanzado con el soporte primario o del radio que luego se pueda
eventualmente alcanzar hasta la efectiva entrada en actuación del revestimiento, mientras las cargas
horizontales actuantes serán las resultantes de la reacción elástica de confinamiento ofrecida por el
terreno sobre el revestimiento deformable.
Las acciones sísmicas se aplicarán solamente donde explícitamente lo recomienden los estudios geológicos
y geotécnicos.
Todos los elementos anteriores, relativos a los criterios para calcular las cargas actuantes sobre los
soportes, podrán ser diligentemente empleados para un detallado diseño estructural sobre la base
de la capacidad estructural misma de los posibles soportes a emplear disponibles en cada caso específico.
Estos mismos elementos han sido utilizados en este manual para definir los soportes a utilizar sobre
la base de condiciones geomecánicas más comunes y referidos a los posibles soportes típicamente
disponibles, así como se expone en los siguientes capítulos.
97

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Figura 5.2 - Esquema de Cargas - Soporte Primario
Figura 5.3 - Esquema de cargas revestimiento definitivo - Coberturas moderadas.
Figura 5.4 - Esquema de cargas revestimiento definitivo - Coberturas elevadas.
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5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
5.3 - Diseño de soportes en hormigón fibroreforzado proyectado.
En la moderna tecnología de túneles, los soportes colocados durante la excavación se componen de
un conjunto de elementos resistentes, el principal de los cuales es el hormigón proyectado fibroreforzado
eventualmente complementado con marcos y pernos metálicos los cuales, según sea el
caso, podrán ser colocados en diferentes combinaciones, así como a manera de ejemplo se indica
en la tabla que sigue, para cinco típicos soportes primarios los cuales (SP-a; SP-b; SP-c; SP-d; SP-e)
en el caso de la tabla están referidos a un túnel de aproximadamente 10 metros de ancho (b), o de
diámetro equivalente.
En la referida tabla puede observarse que, con la excepción de las dos situaciones extremas para las
cuales en un caso ciertamente corresponden a situaciones geomecánicas en las que no es necesario
integrar el soporte con marcos metálicos y en el otro caso a situaciones geomecánicas en las que es
en cambio prácticamente inevitable tal uso, en todas las situaciones intermedias y más recurrentes
en las practica tunelera, es siempre posible optar por lo menos entre dos alternativas tecnológicas
de soporte: una basada sobre el uso de los marcos metálicos para integrar el hormigón proyectado
y la otra basada en cambio sobre el uso sistemático y extensivo de los pernos metálicos para integrar
el mismo hormigón proyectado.
Efectivamente desde un punto de vista estrictamente estructural, es ciertamente posible alcanzar el
mismo objetivo en cuanto a capacidad estructural o capacidad de contraste del soporte, con ambas
alternativas tecnológicas y en consecuencia, la selección práctica finalmente depende en cada caso de
factores tales como, por ejemplo: la disponibilidad en obra de los mismos elementos, la disponibilidad
de los equipos para la colocación en obra de los elementos, el costo comparativo de los elementos
en el mercado específico, las condiciones contractuales, los rendimientos productivos, la experiencia
y tradición del constructor.
Naturalmente podría además mencionarse toda una larga serie de distintas ventajas o desventajas
técnicas comparativas entre ambas alternativas, pero en este aspecto entraría fácilmente en juego
con mucha fuerza la subjetividad de cada quien, con lo cual se terminarían invalidando con facilidad
las respectivas posiciones al respecto.
Finalmente, sobre la base de las posibles alternativas de soporte previstas o disponibles en cada
proyecto, se debe proceder a la selección específica para cada sección de diseño, confrontando los
valores de la presión que se espera deba actuar (las cargas) de acuerdo con las coberturas y las posibles
condiciones geomecánicas de los terrenos a encontrar (representadas estas por ejemplo por el
Geological Strengh Index de Hoek) con los valores de la capacidad (las resistencias) de los soportes
disponibles.
Siguiendo tal procedimiento para, por ejemplo, un túnel de aproximadamente 10 metros de ancho,
diámetro equivalente, se han obtenido preliminarmente los soportes indicados en la tabla que se
reporta.
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5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.7 - Características geométricas y estructurales de soportes básicos.
Tabla 5.8 - Pre-selección de soportes básicos en función del gsi y cobertura.
Alternativamente, el diseño de un soporte en hormigón proyectado fibroreforzado se puede también
efectuar basándolo sobre el cálculo de su equivalencia resistente a flexión con respecto a un soporte
de hormigón proyectado reforzado con malla metálica electro-soldada.
Tradicionalmente en efectos, y desde hace ya algunos decenios, el hormigón proyectado había sido
universalmente empleado en la construcción de túneles, armándolo con una capa de malla metálica
con los múltiples objetivos de conferir al hormigón una cierta resistencia flexional, controlar la fisuración
por retiro, facilitar la adherencia a las paredes y techo de las excavaciones y también limitar el
rebote.
100

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Es por lo tanto fácilmente comprensible como la idea de pensar y luego implementar casi universalmente
la sustitución de la referida malla metálica con las fibras metálicas, ha surgido rápidamente y
bastante naturalmente ya que todas las principales funciones que la malla cumplía, resultan mucho
más eficientemente cumplidas por las fibras metálicas.
Al mismo tiempo ha sido igualmente fácil y natural recurrir a una metodología de cálculos y diseño
estructural de los soportes en hormigón proyectado fibroreforzado partiendo de la búsqueda de la
equivalencia estructural de la capacidad resistente a la preso-flexión entre una placa de hormigón
reforzado con una malla metálica colocada en la mitad de su espesor y la misma placa de hormigón
fibroreforzado.
La resistencia flexional (momento máximo resistente) de 1 m de placa de hormigón de espesor (d)
armada con una malla metálica, de sección S m
(mm 2 ) y resistencia σ y
’ (N/mm 2 ), colocada en la mitad
del espesor (d/2 en mm), se obtiene (en N.mm) con la expresión:
mientras el momento máximo resistente del mismo metro de placa de hormigón fibroreforzado,
resulta de:
siendo f eq
la resistencia equivalente a tracción por flexión del hormigón fibrorefoerzado en N/mm 2
(MPa) y obteniendo finalmente, para la igualdad de los dos momentos resistentes:
f eq
= 0,0027.S m
.σ y
’/d (resistencia requerida para obtener la equivalencia con un espesor dado)
d = 0,0027.S m
.σ y
’/f eq
(espesor requerido para obtener la equivalencia con una determinada f eq
)
La resistencia característica equivalente a tracción del hormigón fibrorefoerzado feq debe en principio
ser obtenida directamente de los ensayos sobre viga o, a falta de estos, puede ser preliminarmente
deducida correlacionándola empíricamente con la clase del hormigón base (de la cual principalmente
depende la resistencia de primera fisuración a tracción por flexión fIf del hormigón fibrorefoerzado)
y con el tipo y la dosificación de fibras (elementos de los cuales principalmente depende finalmente
la ductilidad del hormigón fibroreforzado, expresada por los índices D 0
y D 1
).
De acuerdo con todo lo anterior, el diseño estructural de los soportes en hormigón proyectado reforzado
con fibras basado en el cálculo de equivalencia entre la resistencia flexional de los soportes
diseñados en hormigón proyectado reforzado con malla metálica electro-soldada (por ejemplo: 4
x 100 x 100 mm) y la resistencia flexional de los mismos soportes en hormigón proyectado fibroreforzado,
consiste esencialmente en la determinación de la dosificación de fibras (Kg/m 3 ) que, para
el hormigón pre-establecido y para el espesor pre-establecido en cada caso, garantice al hormigón
101

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
fibroreforzado una resistencia a tracción equivalente (f eq
) con la cual la resistencia flexional de la
sección fibroreforzada alcance a la resistencia flexional de la correspondiente sección de hormigón
reforzado con malla metálica.
Por lo tanto, se debe iniciar con la determinación del valor de la referida resistencia equivalente
mínima a alcanzar para cada uno de los soportes primarios previstos y luego se debe disponer de la
correlación (referencial o experimental) entre la dosificación de la fibra seleccionada y la resistencia
equivalente a tracción por flexión (f eq
) del específico hormigón proyectado previsto a emplear (por
ejemplo: C24/30).
Aplicando las fórmulas reportadas anteriormente, se obtienen las siguientes resistencias mínimas
para el hormigón fibroreforzado de cada uno de los cuatro soportes primarios, correspondientes a
los cuatro espesores de hormigón considerados (10 cm – 14 cm – 16 cm –20 cm):
Para el hormigón de clase C24/30, correspondiente a una resistencia características cilíndrica
de f’ c
= 240kg/cm², las normas europeas EFNARC indican una resistencia a la tracción de primera
fisuración de f If
= 3,4 MPa para la fibra denominada Wirand ® FS3, cuyas características se anexan
a manera de ejemplo, el fabricante reporta la correlación aproximada siguiente, entre ductilidad
mínima y dosificación:
Resultando en consecuencia, para un hormigón C24/30, la correlación siguiente, entre dosificación
y mínima resistencia equivalente a tracción por flexión:
Sigue la hoja excel específicamente elaborada para completar el procedimiento descrito, correspondiente
al diseño de secciones fibroreforzadas por equivalencia a la resistencia flexional de secciones
reforzadas con malla electro-soldada.
Se puede observar, en la última fila de la tabla 5.9, que la dosificación recomendada se mantiene
en 25kg/m 3 como mínimo, en atención a las normas que indican en general este valor mínimo para
un hormigón estructural, independientemente de los resultados teóricos de los análisis llevados a
cabo.
102

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.9 - Comparativo mecánico entre secciones reforzadas con fibras metálicas y secciones con acero convencional para la determinación de espesores
del revestimiento primario.
Naturalmente, lo que se ha expuesto constituye ciertamente una manera muy simplista de dimensionar
una sección resistente de SFRS para el soporte de un túnel y la misma persigue esencialmente
y solamente, definir una sección que posea una resistencia flexional equivalente a la de la misma
sección reforzada con una determinada malla metálica, todo lo cual puede sin embargo tener utilidad
práctica, por ejemplo al momento de decidir un eventual cambio de tecnología constructiva, en el
sentido de pasar al uso del hormigón fibroreforzado para un proyecto originalmente concebido en
hormigón reforzado con barras tradicionales.
Por otro lado, se dispone de otras metodologías de análisis y cálculo estructural que bien pueden ser
adoptadas y adaptadas al diseño de elementos estructurales resistentes en hormigón fibroreforzado,
desde algunas analíticas aún sencillas, hasta otras numéricas más sofisticadas y más versátiles, tales
como son las que hacen uso de códigos tan poderosos y ya tan difundidos como el SAP 2000 ® , o
de otros códigos aún más complejos, con algoritmos de diferencias finitas y elementos finitos, en
campo bi y tri-dimensional.
Los datos de ingreso necesarios al dimensionado de los soportes en hormigón fibroreforzado varían
según el método de análisis: para el caso de la simple equivalencia de la resistencia flexional, así
como se evidenció con anterioridad, solamente se requiere del valor de la resistencia equivalente a
tracción por flexión del hormigón fibroreforzado (f eq
), mientras para las modelaciones numéricas se
requiere de la geometría detallada de la estructura, de las cargas especificas y de los vínculos (rigidez
de los terrenos de apoyos, en particular el módulo de reacción del terreno k) y, nuevamente, del valor
de la resistencia equivalente a tracción por flexión del hormigón fibroreforzado, además que de su
módulo de deformación elástica.
103

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Se comentan los resultados obtenidos de los análisis efectuados para soportes de túneles de 10m de
ancho, recurriendo a la modelación numérica por medio del código SAP (Structural Analisis Program)
de la Universidad de California – Berkeley, relativos a tres de los espesores de hormigón proyectado ya
considerados (14cm para P-b, 16cm para P-c y 20cm para P-d/e), mientras el soporte primario P-a de
10cm de espesor no se ha analizado ya que su uso está generalmente limitado a los casos de cargas
estáticas nulas o muy bajas y su función es esencialmente de protección contra los posibles desprendimientos
locales accidentales de pequeños bloques rocosos del techo y paredes de la excavación.
Los resultados más representativos de los análisis numéricos efectuados están representados por las
máximas tracciones en las dos zonas críticas de la sección estructural del soporte (bóveda y hastíales)
y son función sea de los niveles de rigidez del terreno y sea de los esquemas de cargas considerados
en los análisis: el de una presión normal uniforme sobre todo el perímetro del arco del soporte y el,
más crítico, de una presión aún normal pero diferente en la bóveda de los hastíales (presión lateral
gradualmente reducida a solo una fracción hacia los pies del arco).
Las tracciones más elevadas, se obtienen en correspondencia de los análisis que simulan cargas del
terreno sobre el soporte con una presión lateral reducida y las más bajas por el contrario, corresponden
a los análisis con presiones uniformes sobre todo el perímetro del soporte.
Las zonas más críticas del soporte, en cuanto a presencia y magnitud de las tracciones, son las de los
hastíales a contacto con el terreno: para los análisis con presiones uniformes sobre todo el perímetro
del soporte, no se producen tracciones en las zonas de bóveda, mientras para los análisis con presión
lateral reducida, las tracciones que se producen en las zonas de bóveda resultan siempre inferiores a
las correspondientes de los hastíales.
Las referidas tracciones en las zonas de los hastíales, que se producen también con presiones uniformes
sobre todo el perímetro del soporte, resultan siempre más elevadas cuando se simula una
menor rigidez para el terreno.
La máxima tracción obtenida es de 9,0kg/cm 2 (0,9MPa), siguiéndole otros valores elevados (8,2;
7,3; 5,7 y 3,9kg/cm 2 ). Todas las demás tracciones máximas obtenidas son de 2,8kg/cm 2 (0,3MPa), o
menores.
Tabla 5.10 - Valores resultantes de análisis de soportes primarios, máximas tracciones.
104

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
En suma, todos los casos analizados, incluyendo los correspondientes a las condiciones más desfavorables
de magnitud y esquema de cargas así como de rigidez del terreno, muestran que las tracciones
a esperar en todos los soportes resultan inferiores a 1MPa y por lo tanto en principio, siempre
compatibles con las resistencias características equivalentes a tracción por flexión que se pueden
generalmente alcanzar con un hormigón proyectado de clase C24/30 y con una dosificación mínima
de fibras metálicas (25kg/m 3 ): aproximadamente unos 1,5MPa, de acuerdo con numerosos ensayos
disponibles.
Por lo tanto los análisis numéricos efectuados permiten concluir que para los soportes de túneles en
hormigón proyectado, también desde el punto de vista estrictamente estructural, es generalmente
técnicamente factible la sustitución de la malla electro-soldada con una dosificación mínima
(25kg/m 3 ) de adecuadas fibras metálicas, confirmando de tal manera los resultados ya obtenidos
con los sencillos cálculos basados en la equivalencia entre la resistencia flexional de los soportes en
hormigón proyectado reforzado con malla metálica electro-soldada y la resistencia flexional de los
mismos soportes de hormigón proyectado fibroreforzado.
Más en general, mediante modelación numérica se ha podido comprobar que con el uso de adecuadas
fibras metálicas en un hormigón de clase 24/30 (y naturalmente también de clase más alta),
la dosificación de 25kg/m 3 de fibras establecida como mínima por las principales normas para el
hormigón estructural, es en principio suficiente a conferir al hormigón proyectado una resistencia a
tracción (f eq
) de orden de magnitud (1,0-1,5MPa) compatible con las solicitaciones que normalmente
se establecen en los soportes de los túneles en correspondencia de las más usuales condiciones geotécnicas,
geométricas y de cobertura.
Tabla 5.11- Tabla de valores de resistencias media para el hormigón proyectado con fibras metalicas FS3N, obtenidos de
pruebas UNI11039.
105

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Se anexa a continuación la tabla de diseño del soporte primario recabada de la unión de todos los
análisis llevados a cabo según hasta ahora comentados, la cual puede ser diligentemente utilizada
para fines de un inmediato prediseño del soporte de túneles con diámetro equivalente en el orden
de los 10 metros.
La primera parte de esta tabla permite seleccionar el soporte sobre la base de la clase de comportamiento
de la excavación, la cual es referible: al GSI (Geological Strengh Index) para las secciones de
túneles bajo coberturas moderadas y, para las secciones de túneles bajo coberturas más elevadas, al
Índice de Competencia:
IC = s cm
/g.H = (0,0034.m i
0,8
).s ci
[1,029+0,025.e (-0,1mi )] GSI /g.H
Tabla 5.12 - Indices de competencia en función del GSI -H para túneles de diámetro aproximado de 10m.
La segunda parte de la tabla describe las características geométricas y estructurales básicas de los
soportes referidos, para los cuales en relación con el principal elemento estructural que los identifica,
cual es el hormigón proyectado fibroreforzado, se indica su mínima resistencia equivalente a tracción
por flexión (feq) referencialmente recomendada para cada caso.
DISEÑO DEL SOPORTE PRIMARIO: Túneles de ancho ~ 10 m
Tabla 5.13 - Clasificación de soportes para túneles de 10m de diámetro en función del GSI.
106

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.14 - Ejemplo de especificación de resistencia requerida para concreto fibroreforzado en soportes primarios.
5.4 - Diseño de revestimiento en hormigón fibroreforzado bombeado en sitio.
La tabla 5.14 para el diseño del soporte en concreto proyectado fibroreforzado eventualmente integrado
con pernos y/o marcos metálicos reportada al capítulo anterior, se refiere a un soporte concebido
como primario y que por lo tanto prevé la sucesiva construcción de un revestimiento definitivo
el cual debe cumplir con los correspondientes requerimientos de seguridad y confiabilidad de una
estructura permanente, mientras el soporte primario cumple con el objetivo de estabilizar a corto
plazo la excavación con un factor de seguridad relativamente bajo (por ejemplo 1,1 a 1,5) o, lo que
es lo mismo, una probabilidad de falla relativamente elevada (por ejemplo 1% a 5%).
Si por el contrario se concibiese la estructura de concreto proyectado fibroreforzado como única
estructura permanente de soporte estructural del túnel, así como ocurre con cierta frecuencia en la
práctica ingenieril moderna cuando las condiciones geomecánicas y geoestáticas de la excavación
se mantienen dentro de rangos no críticos y cuando las características funcionales del túnel así lo
admiten, sería necesario diseñar tal estructura con factores de seguridad mucho más elevados o con
probabilidades de falla muy inferiores.
Figura 5.5 - Modelo bascio para diseño de revestimeitnos definitivos.Metodo del
Principio de las recciones hiperestáticas.
107

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
En primera aproximación, el diseño de este tipo de estructura que constituye de hecho el revestimiento
definitivo del túnel, se puede aún diseñar sobre la base de los mismos principios y procedimientos
anteriormente ilustrados con referencia a los soportes primarios, asignando en el cálculo para ello
los necesarios factores de seguridad y de confiabilidad propios de un revestimiento definitivo permanente.
Con tal manera de proceder se obtiene, para las mismas 5 clases de comportamiento de la excavación
previamente definidas en función de GSI e IC respectivamente para coberturas moderadas y
elevadas, el resultado resumido en las tablas que siguen para un túnel de aproximadamente unos 10
metros de diámetro equivalente, en acuerdo con los resultados numéricos de los correspondientes
análisis estructurales sistemáticos llevados a cabo similarmente a los que se comentan más adelante
en relación con los revestimientos en concreto vaciado en sitio.
Los revestimientos definitivos resultan de un espesor de mínimo 20cm y el concreto proyectado
fibroreforzado a ser empleado debe poseer más exigentes características mecánicas que deben ser
caracterizadas por una resistencia a tracción equivalente de mínimo 1,5MPa (f eq
>1,5MPa) capaz
así de conferir una muy buena resistencia flexional permanente a la secciones resistentes de la estructura
del revestimiento.
Así como se puede detallar directamente en las especificaciones del concreto proyectado reforzado
con fibras metálicas, tales exigentes propiedades para este material a emplear para la construcción
de un revestimiento definitivo resultarán directamente ligadas, por un lado a la calidad de la matriz
misma del concreto proyectado el cual será por lo tanto de clase media (mínimo C28/35) y por otro
lado, a la adecuada selección de la tipología de fibras a emplear y de la correspondiente dosificación,
la cual resultará ser de mínimo 30kg/m 3 .
Tabla 5.15 - Descripcion del tipo de soporte según GSI, caracterización de macizo y cobertura.
108

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.16 - Especificación del revestimiento primario con la inclusión de la solución en hormigón fibrorefrozado lanzado (*).
Los referidos análisis numéricos estructurales se han llevado a cabo sistemáticamente para revestimientos
de túneles de 10m de diámetro neto, conformados en concreto vaciado en sitio de buena calidad
(C32/40), considerando tres posibles espesores (30 – 40 – 50cm), analizando las dos posibles
condiciones de cobertura ya definidas (bajas y altas) y simulando finalmente dos diferentes calidades
geomecánicas del terreno (GSI menor de 40 o GSI mayor de 40).
Los resultados obtenidos se reportan detallados en la tabla anexa que, para cada uno de los diez y
seis casos simulados, incluye los esfuerzos máximos de tracción alcanzados en el intradós de la clave
de la bóveda y en el extradós de ambos hastíales de la sección del revestimiento.
En el arco invertido de solera, asumido como presente en todos los modelos con un radio de curvatura
igual a tres veces el radio del arco principal de la sección, las solicitaciones de tracción en el intradós
resultan casi siempre elevadas y en consecuencia deben ser más eficientemente absorbidas con la
clásica armadura de refuerzo.
(*) Para túneles de aproximadamente 10 metros de ancho, o diámetro equivalente.
109

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.17 - Esfuerzos máximos de tracción en el revestimiento obtenidos de los análisis numéricos
También en la tabla 5.17 se reporta a sola manera de ejemplo, uno de los resultados obtenidos de los
análisis numéricos llevados a cabo, representado gráficamente en términos de esfuerzos principales
máximos en la sección del revestimiento del túnel.
Figura 5.6 - Esquemas de carga de projeto para o revestimento definitivo.
110

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Figura 5.7 - Ejemplo gráfico de esfuerzos principales máximos en el revestimiento.
Finalmente en la tabla que sigue, se resumen los valores numéricos de las máximas tracciones obtenidas
en bóveda y hastíales, para cada uno de los tres espesores de revestimiento considerados, para
las dos condiciones de cobertura analizadas y para las diferentes calidades geomecánicas simuladas
para los terrenos.
Tabla 5.18 - Tracciones máximas en el techo y en las paredes (MPa).
111

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Del análisis de todos estos resultados numéricos así obtenidos se observa que:
- Para las secciones de túnel clasificables de ¨bajas coberturas¨, si se hace referencia a las
condiciones geotécnicas caracterizadas por terrenos poco rígidos, con la excepción de unos pocos
casos de carga muy reducida los cuales representan una excepción poco frecuente de ocurrir en
bajas coberturas, las tracciones que se establecen en correspondencia de la bóveda y en los hastíales
resultan por lo general abundantemente incompatibles con las posibles resistencias equivalentes a
tracción por flexión alcanzables en un concreto fibroreforzado, independientemente de las posibles
clases de concreto y también independientemente de las posibles dosificaciones de fibras metálicas
utilizables.
Si por el contrario se hace referencia a las condiciones geotécnicas caracterizadas por terrenos relativamente
rígidos, o sea de elevados módulos de reacción y con además buenas características geomecánicas
(GSI > 40), las tracciones que se establecen en bóveda y hastíales resultan relativamente
bajas, siempre menores de 5MPa e inclusive en un tercio de los casos analizados menores de 3,5MPa
(en los hastíales además alcanzan valores máximos del orden de solamente 1MPa).
Aunque se trata en algunos de estos casos de solicitaciones de tracción de cierta importancia, las
mismas son sin embargo aún compatibles con un concreto fibroreforzado confeccionado recurriendo
a calidad y dosificación elevadas de las fibras metálicas, bien sea en revestimientos de 40cm de espesor
y bien sea en revestimientos de 50cm de espesor.
Para condiciones geomecánicas excepcionalmente buenas (GSI > 60) finalmente, las solicitaciones de
tracción pueden resultar despreciables, aún para un revestimiento de solamente 30cm de espesor.
- Para las secciones de túnel clasificadas como de ¨altas coberturas¨, si se hace referencia a
condiciones geotécnicas caracterizadas por terrenos relativamente rígidos, o sea de elevados módulos
de reacción y con además buenas condiciones geomecánicas y geoestáticas (GSI > 40 e IC > 0,45), las
tracciones que se establecen en bóveda y hastíales resultan siempre muy bajas, menores de 0,5MPa
y en consecuencia totalmente compatibles con una común selección del tipo y dosificación de fibras
metálicas, aún en revestimientos de solamente 30cm de espesor.
Si por el contrario se hace referencia a condiciones geotécnicas caracterizadas por terrenos poco
rígidos, aunque las tracciones que se establecen en los hastíales aún quedan ampliamente dentro
limites muy bajos (menores de 0,5MPa), las tracciones que en cambio se establecen en la bóveda,
con la excepción de unos pocos casos de carga los cuales representan una excepción poco frecuente
de ocurrir en altas coberturas, son relativamente elevadas y obligan a diferenciar según las posibles
calidades geomecánicas previstas para el terreno (GSI menor de 40 o GSI mayor de 40) y las condiciones
geoestáticas previstas para la sección (IC menor de 0,20 o IC mayor de 0,20):
Cuando se trate de un terreno y de una sección de túnel en aún buenas condiciones geomecánicas
y geoestáticas (GSI > 40 e IC > 0,20), las tracciones que se establecen con un revestimiento de 40cm
de espesor son solo relativamente elevadas (ligeramente superiores a 3MPa) y en consecuencia aún
existe buena compatibilidad con las posibles resistencias equivalentes a tracción por flexión alcanzables
con un concreto fibroreforzado confeccionado recurriendo a calidad y dosificación elevadas de las
fibras metálicas.
112

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Cuando por el contrario se trate de un terreno y de una sección de túnel en condiciones geomecánicas
y geoestáticas no buenas (GSI < 40 e IC < 0,20), las tracciones que se establecen en bóveda,
aún con un revestimiento de 50cm de espesor, son muy altas (mayores de 5MPa) y en consecuencia
prácticamente incompatibles con las posibles resistencias equivalentes a tracción por flexión aún de
un excelente concreto fibroreforzado.
Finalmente, para concluir este capitulo relativo al diseño geoestructural de los revestimientos definitivos
de los túneles en concreto fibroreforzado, bien sea proyectado o bien sea vaciado en sitio, es
absolutamente imprescindible resaltar que las metodologías y sobretodo los resultados señalados
y resumidos en las tablas de diseño anexas, de ninguna manera pueden ser considerados completamente
exhaustivos para los fines de un proyecto ejecutivo de un túnel, ya que los mismos no han
tomado en debida cuenta todas las particularidades que pueden llegar a caracterizar las circunstancias
reales que a menudo se vuelven no rutinarias y posiblemente críticas en función de las condiciones
geológicas y constructivas de una específica sección de un túnel.
Por el contrario, las metodologías y los resultados presentados pueden resultar muy útiles para los
fines de un correcto prediseño de un túnel y hasta pueden ser efectivamente y exitosamente aplicados
en circunstancias reales correspondientes a proyectos caracterizados por condiciones geomecánicas
geoestáticas y constructivas suficientemente coincidentes con las hipótesis básicas que han sido consideradas
medianamente representativas de los modelos de comportamiento asumidos a base de los
análisis en los que se han sustentado los diseños presentados en este capitulo para los revestimientos
definitivos de los túneles, construidos mediante métodos convencionales de excavación.
Diseño del revestimiento finalen concreto fibroreforzado vaciado en sitio.
Tabla 5.19 - Alternativa de diseño para revestimientos definitivos fibroreforzado para túneles de diámetro de 10m.
113

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
5.5 - Uso de fibras para resistencia al fuego en el hormigón. Descripción de mix
de fibras, propuesta estructural y anti fuego en revestimientos finales.
Desde hace años las estructuras de los túneles han sido calculadas eficazmente para resistir las cargas
mecánicas a las que estos estarán expuesto a lo largo de su vida útil, sin embargo existe otro tipo
de fenómeno que debe ser tomado en cuenta a la hora de diseñar los soportes de los túneles, el
fuego.
El riesgo que ocurra un incendio dentro de un túnel se encuentra latente constantemente en la mayoría
de los túneles del mundo, y debido a los recientes accidentes ocurridos en varios túneles donde
no solo hubo daños estructurales sino también la perdida de vidas humanas, el diseñar estructuras
resistentes al fuego se ha convertido en un asunto de gran relevancia tanto para los organismos
reguladores como para los mismos proyectistas.
Tabla 5.20 - Reassumido os danos estruturais dos acontecimentos mais recentes que incendeia nos túneis.
El hecho que los túneles sean estructuras confinadas, y que en el momento de producirse un incendio
las llamas se encuentran en contacto directo con el hormigón de la estructura, tiene como consecuencia
que las temperaturas que se alcanzan sean muy elevadas, ocasionando el deterioro rápido
de la estructura en caso de no existir ningún tipo de protección antifuego.
La exposición de los elementos constructivos a temperatura altas trae como consecuencia la alteración
de las características físicas y mecánicas de los mismos, reduciendo su funcionalidad estructural. En
el caso especifico del hormigón esta degradación se va dando por etapas a medida que las temperaturas
se incrementa. Esta degradación puede observarse a través de la representación grafica de lo
grafico 5.3.
Gráfico 5.3 - Incremento de la temperatura vs. degradación del material.
114

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
La función primordial que debe ser cumplida por cualquier instrumento de protección contra el fuego
dentro de los túneles es la de darle el tiempo necesario a las personas que se encuentran dentro de este
para escapar. Además de asegurar la resistencias mecánicas de la estructura para que los bomberos
puedan entrar en el túnel y extinguir el fuego. Queda claro entonces que son los primeras momentos
del incendio en donde una protección pasiva antifuego debe actuar principalmente.
Como se observa en la Figura 5.8 el primer fenómeno que ocurre en el momento de un incremento
de temperatura es el del desconche de la cara superficial (Spalling). En el momento que las temperaturas
superficiales del hormigón empiezan a incrementar la mayoría del vapor de agua que se
encuentra dentro del hormigón intentara dirigirse al interior donde las temperaturas son menores,
este fenómeno trae como consecuencia el incremento de la presión interna de la matriz hasta llegar
al punto de superar la propia resistencia del hormigón produciéndose el fenómeno de “spalling” o
desconche de la cara superficial.
Figura 5.8 - Explicación gráfica del fenomeno de Spalling.
Debido al rápido aumento de las temperaturas en la superficie la presión interna en la matriz aumenta
velozmente trayendo como consecuencia que el desconche de la cara superficial se produzca por
medio de una serie de explosiones violenta durante los primeros 20 minutos del incendio.
115

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Figura 5.9 - Reação fisica-química da estrutura do concreto ao incremento da temperatura.
Evidentemente la intensidad que un fuego tendrá dependerá de la naturaleza del material que lo origina,
por lo tanto en el momento de diseñar una protección contra el fuego para el hormigón deberá
considerarse el tipo de vehículos que transitaran por el túnel. En la actualidad existen una serie de
curvas de calentamientos propuestas por diversas normativas, dándole al proyectistas la oportunidad
de seleccionar la curva que se adapte a la situación del túnel. La Norma Europea EN 1363-1-2/1999
define dos tipos de curvas que pueden ser utilizadas:
Estándar (Para intensidades de fuego baja): T = 345.Log 10
.(8t + 1) + 20
Hidrocarburos (Fuegos de mayor intensidad): T=1080.(1– 0,325.e -0,167.t – 0,675.e -2,5t ) + 20
Donde:
t: es el tiempo desde el inicio del ensayo en min;
T: es la temperatura media requerida en el horno en ºC.
116

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Gráfico 5.4 - Curvas de Calentamiento.
5.5.1 - Objetivo de la protección pasiva del hormigón al fuego.
El principal objetivo que debe ser cumplido por cualquier protección pasiva del hormigón contra el
fuego es la de evitar la perdida de vidas humanas logrando que las características mecánicas de los
elementos estructurales se conserven estables durante el proceso de evacuación del túnel y actuación
de los bomberos. Las características estructurales que deberán ser aseguradas por la protección pasiva
son:
a) Conservación de la capacidad portante.
b) No emisión de gases inflamables en la cara expuesta.
c) Evitar la disipación de las llamas o los gases.
d) Aislamiento térmico hacia el interior del elemento estructural.
Se puede concluir entonces que toda protección pasiva contra el fuego del hormigón deberá jugar
un papel importante en los primeros minutos en que se produce el incendio, pues es durante estos
momentos que la evacuación de las personas se realizará y los bomberos intentarán extinguir las
llamas. Como puede ser observado en la Figura 5.8, es por lo tanto el fenómeno de “Spalling” al
que mayor atención se le deberá prestar siendo este el principal deterioro que el hormigón sufrirá
durante los primeros minutos del incendio.
Es importante antes de utilizar cualquier tipo de protección antifuego sea estudiado cual será el comportamiento
del hormigón con dicha protección. A pesar que actualmente no exista una normativa
para ensayos de resistencia al fuego para hormigones a ser utilizados en túneles, se recomienda
utilizar la normativa europea EN 1363 –1 y 2 (2000) de ensayos de resistencia al fuego, en la que se
describe los procedimientos para realizar dichos ensayos.
5.5.2 - Fibras de polipropileno como protección pasiva del hormigón contra el
fuego.
Recientes investigaciones llevadas a cabo han llegado a la conclusión que el agregar a la matriz microfibras
de polipropileno (tipo mono-filamento y diámetros menores a 32 mm) reducen significativamente
el fenómeno de “spalling” en el hormigón durante un incendio. Existiendo una relación directamente
proporcional entre el número de fibras incorporadas a la matriz y la mejora del comportamiento del
hormigón ante el fuego.
117

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
El mecanismo por el que las fibras de polipropileno contribuyen a reducir el fenómeno de”spalling”
es simple. En el momento que se alcanzan los 160ºC las fibras de polipropileno se derriten reduciendo
el volumen que ocupan. Al alcanzarse los 360ºC el polipropileno se evapora creando una serie de
conductos en el interior de la matriz que llegan hasta la superficie. Parte de estos gases son liberados
en la atmósfera por medio de los pequeños canales que se crean debido a la “desaparición” de
las fibras. Estos pequeños conductos son utilizados también por los gases que se producen por la
evaporación del agua interna en el hormigón, reduciendo así la presión que se produciría evitando
el desconche de las capas superficiales.
Figura 5.10 - Vía de escape de los gases dentro de la
matriz.
Existen distintas opiniones sobre la cantidad de fibras que deben ser incorporadas en la matiz para
ofrecer una eficaz protección. Lo que es evidente es que mientras mayor sea el número de éstas
mejores resultados se obtienen. Actualmente las recomendaciones sobre la dosificación mínima de
las fibras son > 0,2% en volumen, lo cual equivale a 1,82kg/m 3 ), dependiendo evidentemente de la
calidad del concreto con la cual estemos trabajando, ya que la aplicación de concretos de alta resistencia
implicarán una mayor necesidad de protección para este fin.
Para dar una mejor idea gráfica del efecto del material presentamos a continuación un resumen
experimental de probetas idénticamente armadas sometidas a la curva de calentamiento propuesta
por la norma EN 1363-1-2/1999.
Figura 5.11 - Detalle del elemento prismático evaluado, con un recubrimiento de hormigón sobre el acero de 30 mm.
Todas las medidas están en mm.
118

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Fueron ensayadas probetas en tres tipos de condiciones de mezcla :
- Mezcla normal de concreto sin la inclusión de fibras.
- Mezcla con inclusión de fibras de polipropileno.
- Mezcla con la inclusión de fibras de celulosa.
Foto 5.11 - Ejemplo del espécimen dentro del horno de prueba.
Fueron evaluados los diferentes comportamientos en las diferentes etapas de la curva de calentamiento
propuesta por la norma EN 1363-1-2/1999, y evaluadas las perdidas de masa de material a lo largo
de la misma, obteniendo excelentes resultados con la inclusión de fibras logrando el objetivo final
de mantener la integridad del elemento por un tiempo prudencialmente correcto para garantizar la
posibilidad de evacuar las estructuras que estén sometidas a un incidente de fuego.
Caso fibras de celulosa.
Foto 5.12 - Muestras evaluadas con fibras de celulosa.
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5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Lagrimas de aguas en la superficie del material producto del incremento de temperatura.
Foto 5.13 - Muestras evaluadas con fibras de celulosa.
Foto 5.14 - Muestras del material perdido por el spalling superficial producido en las muestras de celulosa.
Entrando en detalle sobre lo observado como comportamiento en las probetas utilizadas con mezcla
incluida fibras de celulosa , se ha podido observar un buen comportamiento , solo produciendo un
pequeño spalling luego de 8 minutos de ensayo y luego controlado hasta el final de la prueba, sin
una perdida tan significativa de masa del material.
Caso fibras de polipropileno.
Foto 5.15 - Muestra del material con la aplicación de fibras de polipropileno. Muestra luego de haber finalizado el
ensayo.
120

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Foto 5.16 - Muestras ensayadas con fibras de polipropileno. Observese el lagrimeo superficial por perdida del agua y
vapor.
En el ensayo de probetas con fibras de polipropileno se ha podido observar un adecuado desempeño
durante toda la curva de calentamiento, con una mínima perdida de masa, producto de las
reacciones físico químicas ya explicadas anteriormente, pero importante observa un casi nulo efecto
de spalling en la misma.
Caso de probetas sin fibra.
Foto 5.17 - Ejemplo de las probetas ensayadas sin ningún tipo de fibra.
121

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Foto 5.18 - Ejemplo del material desprendido por el spalling durante el ensayo de probetas sin inclusión de
fibras.
Es evidente el grado de degradación que una estructura alcanza sin ningún tipo de protección. Durante
la realización de este proceso experimental se puede observar un comienzo de spalling durante
los primeros 3 a 8 minutos del ensayo con perdidas significativas de masa adicionales a las que se
pueden prever por perdida del agua o vapor producido por el calentamiento del material.
A continuación como resumen para ejemplificar un comparativo de perdida de masa entre las 3
tipologías ensayadas se muestra el siguiente gráfico de perdida de masa:
Grafico 5.5 - Gráfico de comparación de perdida de masa para las probetas estudiadas.
Es importante destacar como referencia final al presente tema de protección de estructuras de hormigón
contra el fuego, que la metodología ejemplificada con la aplicación de fibras corresponde a una
solución efectiva para obras nuevas, y por esto el énfasis de los técnicos en la actualidad de procurar
especificar este tipo de soluciones dentro de las especificaciones de proyectos de obras subterráneas,
siendo estos proyectos de importancia económica social y política en todos los países donde son desarrollados,
y donde cualquier fracaso ó incidente negativo tendría consecuencias irreversibles.
122

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Lo expuesto en este documento expresa pruebas y consideraciones realizadas para materiales del
portafolio MACCAFERRI. En todo caso la realidad técnica es que todo proveedor debe demostrar que
los materiales son aptos y producen el comportamiento adecuado para las curvas de calentamiento
previstas en la especificación del proyecto.
En la actualidad existen varias propuestas para la protección de estructuras existentes , que pueden
ser especificadas también para el tipo de obras subterráneas comentadas es este documento, pero
vale destacar el énfasis y desarrollo de soluciones ante este importante caso de protección del fuego
en estructuras, siendo una prioridad en la actualidad. Como referencia general de este tipo de
soluciones, se puede comentar que se trata de capas de protección que están involucradas sobre
la superficie que se desea proteger, y donde también son ejecutadas en concreto, con mezclas de
aditivos especiales.
5.6 - Control de calidad del hormigón fibroreforzado en los túneles.
El control de calidad del hormigón dentro de una obra subterránea es fundamental, siendo éste
uno de los principales componentes del sistema de soportes, ya sea de índole primario, definitivo ó
elementos prefabricados tipo dovelas.
Como se ha podido evidenciar en capítulos anteriores, la presencia del hormigón como elemento
fundamental de soporte dentro del conjunto estructural en una obra subterránea, es especificado
con propiedades mecánicas precisas, las cuales deben ser garantizadas durante la vida útil de la obra.
Estas propiedades mecánicas tales como resistencia a compresión, y resistencia a flexotracción, son
las principales características mecánicas que deben ser cuidadosamente evaluadas, y que dependerán
de un riguroso diseño de mezcla donde los controles de calidad sobre los áridos, cemento, relación
agua cemento, selección de aditivos, debidamente discutidos en el capítulo 4 de la presente publicación,
son la base para lograr una mezcla que garantice las premisas mecánicas asumidas para el
diseño de la estructura.
Dentro de las mezclas posibles que podemos conseguir dentro del diseño de una obra subterránea
tenemos:
- Mezcla para hormigón lanzado o proyectado. Este puede ser usado tanto como revestimiento
primario, como revestimiento definitivo de la obra subterránea, depende básicamente de la tipología
de obra, sea una obra subterránea hidráulica, ferroviaria, vial, peatonal, etc.
- Mezcla para hormigón bombeado. Comúnmente utilizado para la aplicación de revestimiento
definitivo, arcos invertidos, y demás elementos estructurales de un revestimiento definitivo.
- Mezcla para hormigones prefabricados. Este tipo de mezcla viene aplicada para elementos
tipo dovelas, donde son aplicados inmediatamente como revestimiento definitivo.
Todas estas opciones de hormigones, han sido ejemplificadas a nivel de confección durante el capítulo
4, pero es ahora, en el actual capítulo, donde se mostrarán las consideraciones técnicas que llevan
a la exigencia del control de calidad del material.
123

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
La concepción del soporte de un túnel, tal y como hemos discutido con anterioridad, viene directamente
influenciada por la responsabilidad del mismo durante la construcción, por lo que, la mayor o
menor exigencia de pruebas y controles, está directamente vinculada a esta responsabilidad. Cuando
se habla de responsabilidad, hablamos de responsabilidad estructural, donde normalmente en este
tipo de obras se definen los soportes en relación a su función:
Caracterización mecánica:
- Estructural
- No Estructural
Caracterización de función:
- Temporal
- Permanente.
La combinación de estos términos conducirá a un análisis diferente, teniendo las siguientes condiciones
en orden de importancia:
- No Estructural- Temporal. Regularmente en excavaciones de sistemas autoportantes, donde
el revestimiento cumple solo una función de sello de la superficie, para evitar deterioro de la misma
por el intercambio atmosférico que puede haber entre la superficie de la roca fresca y sus diaclasa o
fracturas en la superficie del macizo, que se pudiesen activar al estar en intercambio con este nuevo
ambiente, y generar desprendimientos parciales de bloques, que aunque no producen un desequilibrio
estructural de la excavación, son un riesgo operativo. Este tipo de soportes es compatible con comportamientos
tipo “a” explicado en el capitulo 5.2 de la presente publicación, donde no se preveen
deformaciones en el arco. Normalmente son espesores muy escasos que van desde los 3 cms, a 5
cms, ejecutado en Hormigón proyectado, sea vía seca ó vía húmeda, ejecutados durante la primera
fase de la excavación de la obra subterránea.
- No Estructural – Permanente. Este tipo de revestimiento posee iguales características funcionales
que el descrito como “No Estructural – Temporal”, pero con la diferencia, que pudiese ser
más exigido a nivel de diseño para ser dejado como un revestimiento permanente dentro de la obra.
Normalmente ejecutado en hormigón proyectado, en vía seca ó via húmeda, ya en este caso se preveen
espesores mayores, que pudiesen estar desde el orden de 10 a 15cm, ocasionalmente combinado
con pernos de anclajes aleatorios, sobre las zonas de bloques de potencial desprendimiento, con
el objetivo de incrementar el factor de seguridad de la obra. Existe otra alternativa que pudiese ser
incluida dentro de esta clasificación, siendo la de revestimientos definitivos, en hormigón bombeado
en sitio con encofrados deslizantes, que son siempre de carácter permanente , pero en este caso
no cumplen ninguna función estructural, ya que son previstos como un acabado para la sección de
la obra subterránea, y donde toda la responsabilidad estructural del la excavación subterránea es
llevada por el revestimiento primario, debidamente diseñado para esta función. Como ejemplo de
comportamiento geomecánico que corresponde a esta clasificación funcional podemos citar las zona
de comportamiento Tipo “a” y “a/b”, explicadas en el subcapitulo 5.2 de la presente publicación,
para el caso de soportes en hormigón proyectado.
- Estructural – Temporal. Este tipo de revestimientos, normalmente ejecutados en primera
fase de la excavación, obedecen a revestimientos un poco más pesados que los anteriores, ya que
124

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
son exigidos realmente con cargas provenientes del macizo rocoso ó del estrato de suelo por el cual
se esté pasando en la obra subterránea. Estos revestimientos por ser de característica temporal, son
diseñados con coeficientes de seguridad bajos en el rango de 1,2 a 1,5, por el objetivo de contención
temporal, tomando en cuenta luego la construcción de un revestimiento definitivo,que sea el responsable
final del sistema de soporte de la obra, con coeficientes de seguridad mayores. Son ejecutados
normalmente con un conjunto de elementos de soporte, tales como hormigón proyectado, pernos
de anclajes, en ocasiones marcos metálicos denominados como cerchas ó costillas, y hasta sistemas
de pilotes y/micropilotes, jet grouting, cuando las zonas geomecánicas son muy débiles y exigen una
intervención de esta tipología. La mezcla de estos elementos logra la estabilización de la excavación,
y en este caso los espesores de hormigón proyectado se encuentran en la orden desde 15cm a 30cm,
y en casos de zonas muy desfavorables pueden llegar a 45cm. Para este caso el hormigón bombeado
no es utilizado. Para dar una referencia al tipo de revestimiento según el comportamiento del material,
se podrían incluir en esta clasificación funcional los soportes del tipo “a”, “b”, “c” , “d” y “e”,
ampliamente explicados en el subcapitulo 4.2 de la presente publicación.
- Estructural permanente. En esta clasificación funcional es posible incluir a los soportes
denominados anteriormente como soportes “Temporal Estructural”, pero para ser llevados a permanentes,
los mismos serán diseñados con factores de seguridad mayores que los ejemplificados
anteriormente, con valores mínimos entre 2 y 2,5 , por lo que involucraría un sistema de soportes
de la misma concepción estructural , pero evidentemente mas pesado a nivel de refuerzo, por el
incremento del factor de seguridad, esto para el caso de revestimientos que involucran hormigón
proyectado. Ahora en esta clasificación funcional, vienen a incluirse los revestimientos definitivos de
hormigón bombeado y también el caso de elementos prefabricados tipo Dovelas, aplicados en la
excavación de túneles con la aplicación de maquinas TBM (Tunnelling Boring Machines) ó EPB-TBM
(Earth Pressure Boring- TBM). Cabe resaltar que el sistema de máquinas TBM no está únicamente
ligado a la aplicación de dovelas, en la actualidad existen máquinas disponibles donde es aplicado el
revestimiento con un robot para hormigón proyectado, siendo esta aplicación también de carácter
funcional Permanente Estructural.
Habiendo explicado la funcionabilidad del sistema de soporte, se puede evidenciar la presencia y
factibilidad de aplicación del hormigón fibrorefrozado, ya sea de aplicación en sistema de proyectado,
bombeado ó en elementos prefabricados, como se ha explicado ampliamente en los capítulos anteriores.
El concepto de control de calidad va directamente orientado hacia la funcionabilidad del soporte, y
ésta va directamente ligada al concepto de deformabilidad de la estructura de soporte, abriendo dos
posibles nuevos criterios, que están siendo hoy en dia muy discutidos por los consultores especializados
en el área, referentes a configuraciones de hormigones fibroreforzados para obras subterráneas,
proponiendo orientar en control y/o exigencia del hormigón fibroreforzado de la siguiente manera:
- Soportes de posible deformabilidad hasta alcanzar la estabilización de la excavación. Según
el criterio de funcionabilidad estos pueden ser “Temporales – No Esctructurales” ó “Temporales Estructurales”,
donde el criterio de deformación del soporte es permitido con amplias tolerancias, sin
conducir al colapso de la estructura. En este tipo de soportes , el control de calidad es directamente
orientado hacia los ensayos de Energia Abosorbida o Ensayos de Placa tipo EFNARC y/o ASTM C1550.
Lo que se busca con este concepto es garantizar una ductilidad del material que sea compatible con
las deformaciones previstas para la tipología de soporte, por este motivo, esta tipología de ensayos
125

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
mide el comportamiento del material para amplias deformaciones del orden de 25 y 40 mm. En la
actualidad existe un gran debate sobre la efectividad de ambos ensayos mencionados, en relación a la
dispersión estadística que ocurre en ellos, y en lograr compensar esto con una adecuada clasificación
de performance que contemple esta variable.
- Soportes estructurales sin deformación. Dentro de este concepto entran las clasificaciones
funcionales de “Permanente No estructural”, para el caso de revestimientos definitivos bombeados
y “Permanente Estructural” en todas sus posibilidades. Siendo éstas las estructuras definitivas de
revestimiento, la mayoría son concebidas para no generar deformaciones, ya que éstas han debido
ser controladas durante la excavación de un revestimiento primario, que controle en primera fase el
efecto. También pueden ser concebidos como soportes primarios con un alto coeficiente de seguridad,
con el objeto de mitigar al 100% la posibilidad de deformación inmediata de la excavación. Sobre
este concepto de soportes , vienen muy ligados al diseño en hormigón fibroreforzado, el criterio de
resistencia residual equivalente, que obedece al criterio de abertura limitada de la grieta en el proceso
post fisuración del hormigón, dentro de los limites de confort estructural, siendo ideal para este criterio
la ejecución de ensayos a flexión del tipo ASTM C1018, ASTM C1399 , UNI 11039, Eurocódigo prEN
14487, los cuales permiten obtener una caracterización mecánica del material para ser utilizada con
fines de diseño estructural, mediante software que permita la modelación correcta del mecanismo
de soporte y su interacción con el macizo.
Para proponer un control de calidad adecuado que corresponda a la exigencia del proyecto, la definición
de la función del soporte es fundamental y es aquí donde el Ingeniero proyectista de la obra
subterránea define su premisas conceptuales para orientar los mismos, pudiendo existir al exigencia
de pruebas, tanto en el ámbito de ensayos a flexión , como en el ámbito de ensayos de placas. Este
tema, en la actualidad es discutido por los recientes códigos sobre el Hormigón fibroreforzado y su
caracterización , y recientes trabajos especiales escritos por los especialistas en el área.
El objeto del control de calidad del hormigón fibrorefrozado en la obra, es garantizar la premisas
que el Ingeniero proyectista a establecido para la concepción de los soportes. Adicional a los ensayos
previstos de caracterización mecánica y comportamiento del hormigón fibroreforzado, que pueden ser
establecidos en función de la tipología del soporte, todos los códigos de caracterización del hormigón
fibroreforzado, actualmente más completos en el tema, tales como el UNI 10834, pr EN 14721, pr EN
14488, preveen la ejecución de ensayos de campo, para confirmar la homogeneidad de la mezcla
según la dosificación de fibras metálicas especificada, considerando que el hormigón fibroreforzado
de responsabilidad estructural para esta tipología de obras, es elaborado en hormigón fibroreforzado
con fibras metálicas, cuya respuesta mecánica responde a las premisas de diseño del proyecto.
Adicionalmente dichos códigos llegan a sugerir los criterios de aceptación y/o rechazo del material.
Es importante destacar, que estos códigos referenciados no involucran una exacta regla operativa
dentro del control de calidad del hormigón fibrorefrozado, ellos mismo dejan abierto el concepto
para una definición final por parte del ingeniero proyectista, sobre las exigencias a establecer en el
proyecto, entendiéndose que cada proyecto de obras subterráneas tiene su particularidad y donde
el diseño de este tipo de obras no obedece a un único criterio.
Como referencias más completa de control de calidad para hormigón fibroreforzado, encontramos
la referencia UNI10834, como una primera incorporación del concepto, y luego el reciente prEN
126

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
14487, la cual involucra por primera vez todos los conceptos anteriormente explicados para el debido
control de calidad del material.
Comenzando a describir el contenido del código UNI10834, en lo referente al hormigón fibroreforzado,
el mismo empieza proponiendo una clasificación del hormigón proyectado según su responsabilidad,
y una clasificación del hormigón proyectado según la exigencia de niveles de energía absorbida mediante
el ensayo de placa tipo EFNARC, sugiriendo una primera clasificación:
Tabla 5.21 - Tabla de tipo de hormigón fibroreforzado, según ensayo
de placa, propuesta por UNI10834.
Tabla 5.22 - Tabla de tipo de hormigón fibroreforzado, según ensayo de placa, propuesta por UNI10834.
Luego de proponer la clasificación del tipo de hormigón según el ensayo de la placa, se propone el
control de calidad de la mezcla, empezando por la determinación del contendido de fibra dentro de
la misma. El ensayo se basa en obtener de una muestra representativa con peso no menor de 5 a 6
kg, del material en estado fresco, ó en estado endurecido, las fibras incluidas en esta muestra luego
de haber sido lavadas, calculando la relación en peso, según la siguiente expresión:
Donde :
D f
: es la dosificación de fibras.
M f
: es la masa de fibras en kg dentro de la muestra.
M c
: es la masa de hormigón de la muestra.
P m
: es la masa volumetrica de hormigón expresada en kg, para un metro cúbico de hormigón.
127

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Esta fórmula es actualmente utilizada por todas las referencias normativas actuales, para lograr la
relación de masa de fibras metálicas dentro de una mezcla de hormigón de cualquier tipología.
Para ejemplificar el proceso a continuación de muestra una secuencia fotográfica al respecto:
Esta fórmula es atualmente utilizada por todas alas normas actuales, para llegar a la relación de masa
de fibras dentro de una mezcla de concreto de cualquier tipologia.
Para dar un ejemplo del proceso se muestra a continuación una secuencia fotográfica:
Foto 5.19 - Incorporación manual de fibras hacia los áridos, los cuales
están siendo transportados hacia la maquina mezcladora de la planta
de hormigón.
Foto 5.20 - Aspecto de la mezcla lista en estado fresco, nótese la
presencia masiva de las fibras sin aglomeramientos o problemas de
homogeneidad.
Foto 5.21 - Colocación de mezcla fresca en moldes de peso calibrado.
Foto 5.22 - Inicio de lavado de mezcla para obtener la masa de fibras
dentro de la misma.
Foto 5.24 - Extracción de fibras mediante una pieza imantada para su posterior pesado,
y cálculo de la relación de masa propuesta en la formulación normativa.
Foto 5.23 - Pesado de la mezcla en su molde
calibrado.
128

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
El mismo código UNI 10834, prevee una premisa de control de calidad para el hormigón usado en
obra, donde empieza a controlar la mezcla, mediante la prueba de contenido de fibra, proponiendo
una primera secuencia de ensayos, según la clasificación funcional establecida anteriormente. Se
deja abierto el caso de ensayos de Energía absorbida para que sea definido por los responsables del
proyecto. A continuación se muestra la referencia:
(*) La muestra está considerada inicial hasta 15 extracciones
(**) A petición
(***) En hormigón fibroreforzado
Nota – En caso de que se entienda hacer referencia a los m² puestos en obra se asume un espesor convencinal de 20 cm.
Tabla 5.23 - Tabla de sugerencia de rotación de ensayos según el código UNI10834.
El código UNI10834 no trata ensayos a flexión, la norma UNI posee un código preciso sobre el cual
se ha comentado en detalle durante el capítulo No.2 y donde se dan los términos de definición de
la característica del material a través de sus resultados de ensayos a Flexión, este código del cual
hablamos es el UNI 11039, el cual propone la clasificación del material mediante índices de ductilidad
como los mostrados a continuación , pero no se prevé una propuesta de rutina de ensayos para obras
subterráneas, dejando este tema abierto al criterio de los consultores responsables del diseño.
Tabla 5.24 - Tabla de indices de ductilidad propuestos por el código UNI 11039.
Recientemente ha sido establecido el código europeo pr EN 14487 , de control de confección y control
para el hormigón proyectado, el cual es la primera propuesta completa actual que comprende todos
los conceptos expresados anteriormente, y propone de manera consecutiva las siguientes definiciones
a lo largo del mismo.
En primera instancia delimita las características del material mediante ensayos de flexión y ensayos
de placa.
129

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.25 - Tabla de niveles de esfuerzo residual para hormigón fIbroreforzado obtenidos mediante ensayos
a flexión proyectado según pr EN 14487-1.
Tabla 5.26 - Tabla de clasificación de hormigones fibroreforzados según su respuesta ante ensayos de
energía absorbida de placa rectangular (EFRNARC) pr EN 14487-1.
Luego de establecer los parámetros de requerimientos mecánicos y de performance del material, el
código prEN14487 define especificaciones sobre el material que compone la mezcla.
Tabla 5.27 - Tabla de especificación de materiales para elaboración de la mezcla según los requerimientos pr EN 14487-1.
130

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Luego de establecer los requerimientos de los materiales de la mezcla según las debidas especificaciones,
el código pr EN 14487, presenta la sugerencia de control de calidad de los mismos componentes
en la mezcla en estado fresco, donde prevee la verificación del contenido de fibra, según se muestra
a continuación:
Tabla 5.28 - Tabla de verificación de consistencia y densidad de materiales en estado fresco según pr EN 14487-1, verificación del contenido
de fibra en la mezcla.
Una vez definido el contenido de la mezcla y la densidad de la misma en estado fresco, el código
prEN14487 presenta una sugerencia de control y verificación de la mezcla ya en estado endurecido,
donde se prevee la comprobación de las características mecánicas del material, tal y como se muestra
en la siguiente tabla:
Tabla 5.29 - Tabla de verificación de propiedades de la mezcla en estado endurecido, incluye las propiedades mecánicas del mismo. pr EN
14487-1.
131

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Entendiendo la filosofía de la obra subterránea, el código pr En 14487, establece sugerencias de ensayos
preliminares a la construcción para la verificación de las premisas de diseño de la obra, según
los conceptos de funcionabilidad que el mismo código propone, que contemplan lo explicado en el
principio de este capitulo y que se muestra a continuación;
Tabla 5.30 - Propuesta de verificación de propiedades de la mezcla preliminares a la obra según pr EN 14487-1.
Luego son propuestos en el mismo código, parámetros y rutinas para verificación en obra, desde
la calidad de los materiales según una rutina de recepción de los mismos en obra, hasta durante la
confección de la mezcla.
Tabla 5.31 - Propuesta de verificación de materiales recibidos en obra según pr EN 14487-1.
132

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.32 - Propuesta de verificación de propiedades de la mezcla en obra según pr EN 14487-1.
Como resultado definitivo del compendio de sugerencias, es expresada una rutina de ensayos sugerida
para el control de calidad de la obra según la clasificación de la funcionabilidad.
Tabla 5.33 - Propuesta de rutina de ensayos según funcionabilidad de la obra según pr EN 14487-1.
133

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
La funcionabilidad de la obra es sugerida según el código pr EN 14487 como a continuación se expresa
en las siguientes tablas de referencia:
Tabla 5.34 - Características funcionales de obra de reparación o construcción de estructuras sin cargas considerables según pr EN 14487-1.
Tabla 5.35 - Características funcionales de obra con cargas considerables. según pr EN 14487-1.
Tabla 5.36 - Características funcionales de obra con cargas considerables para trabajos subterráneos. según pr EN 14487-1.
134

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Tabla 5.37 - Características funcionales de obra con cargas considerables de obras auto portantes, según pr EN 14487-1.
Es importante aclarar que el código Pr EN 14487, no solo establece clasificaciones de uso para hormigones
proyectados usados en obras subterráneas, sino también son descritas otras tipologías de
obras según su funcionabilidad.
Todo lo anteriormente visto en la actualidad son un compendio de sugerencias normativas, que
pueden ser ajustadas según los requerimientos particulares de las obras, y quedando a criterio del
Ingeniero proyectista, la adecuación o combinación de las mismas.
5.7 - Marco normativo actual.
En relación al marco normativo actual, el cual puede ser aplicado al caso de diseño de obras subterráneas,
encontramos que todos los códigos ya descritos en el capitulo 2, sobre la clasificación de fibras,
o en el capitulo 3 sobre la caracterización del hormigón fibroreforzado, y en el presente capitulo
sobre el control de calidad del hormigón fibrorefrozado en obras subterráneas, la combinación de
ellos es totalmente necesaria para lograr una adecuada especificación de un proyecto que involucre
la tecnología.
Es en los últimos años donde han sido desarrollados muchos códigos, cuyo objetivo es dejar en claro
que el hormigón fibroreforzado, es un argumento complejo que depende de múltiples factores a
saber:
- Tipología de fibras
- Calidad de hormigón
- Responsabilidad estructural y funcionabilidad de la obra.
- Caracterización mecánica del material.
135

5. Aplicaciones del hormigón reforzado con fibras: túneles,
proyecto del revestimiento primario y revestimiento final.
Resaltando los códigos más completos desarrollados a la fecha, que engloban estos conceptos, partiendo
desde la selección de material, caracterización del mismo, criterios estructurales de diseño y
control en obra, tenemos:
Pr EN14487 Sprayed Concrete — Part 1: Definitions, Specifications and Conformity. El cual esta
enlazado con las referencias más actuales del Eurocpodigo y logra cubrir muy completamente los
criterios de selección y control de calidad del material.
A nivel de criterios de diseño estructural se considera la propuesta:
CNR -25 - Istruzioni per la Progettazione, l’Esecuzione ed il controlo di Strutture realizzate con
Calcestruzzo Fibroronforzato. Siendo esta la propuesta más completa a nivel de criterios de diseño
estructural.
Evidentemente, a la fecha existe todo un compendio de códigos ya ampliamente comentados que
logran definir este objetivo, quedando a criterio de los ingenieros proyectistas la adecuada selección
de los mismos para la correcta elaboración de un proyecto que involucre la tecnología del hormigón
fibroreforzado.
136

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado:
Diseño de pavimentos.
6.1 - Pavimentos industriales , portuarios, aeroportuarios, carreteros y aplicaciones
especiales.
Los pavimentos industriales, portuarios, aeroportuarios, carreteros y otros, son técnicamente considerados
como losas apoyadas sobre el suelo sometidas a cargas puntuales, distribuidas ó lineales y
son tradicionalmente reforzados para efectos de retracción y temperatura y, adicionalmente, pueden
ser reforzados para la flexión cuando el nivel de la carga lo exija. Existen casos donde el diseño del
pavimento no involucra algún refuerzo, como para los pavimentos peatonales y las áreas de estacionamiento.
El comportamiento mecánico de las losas apoyadas sobre suelo, a través de los diferentes tipos de
cargas a los cuales puedan estar sometidos, es compatible con el nivel de esfuerzos resistentes que
pueden ser ofrecidos por el hormigón fibroreforzado.
La tecnología del hormigón fibroreforzado ha tomado un auge técnico muy importante. En la última
década, los métodos de análisis y de comportamiento del material han sido desarrollados para la
correcta modelación de estas aplicaciones. Se ha generado un incremento sustancial de esta tecnología
y desarrollado investigaciones y normativas para el diseño que demarcan la responsabilidad
estructural de este nuevo material.
En los siguientes párrafos del presente capitulo serán explicadas en detalles las posibilidades técnicas
que ofrece la tecnología del hormigón fibroreforzado en comparación con las metodologías tradicionales.
Foto 6.1 - Ejemplo de aplicación en Aeropuertos.
Foto 6.2 - Ejemplo de aplicación en estacionamientos.
Foto 6.3 - Ejemplo de aplicación en piso industrial.
Foto 6.4 - Ejemplo de aplicación en Puertos.
(1)
Patrícia Lizi de Oliveira “Projeto Estrutural de pavimentos rodoviários e de pisos industriais de concreto”.
137

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
6.2 - Metodología de diseño convencional para pavimentos.
En la actualidad los códigos normativos se refieren a una metodología de cálculo para el hormigón
no armado basada en la teoría de Westergaard, donde se asume una losa rígida apoyada sobre un
suelo y donde se determina el espesor de la losa mediante el módulo de rigidez relativa en función
de la capacidad portante del suelo. Esta metodología ha sido expuesta por el ACI 360 R – Design of
Slabs-on-Ground, a través de los métodos disponibles:
- WRI (Wire Reinforced Institute);
- PCA (Pórtland Cement Association);
- COE (Corp of Engineers);
- PTI (Post Tensioning Institute);
- ACI223 (shrinkage compensating institute).
La capacidad resistente para la determinación del espesor de la losa es sólo adjudicada a la resistencia
a Flexión ó Módulo de rotura del Hormigón (MOR). A excepción del método PTI, que considera la
tecnología del postensado y pretensado, para incrementar su capacidad de cargas, siendo esta una
opción para losas donde los suelos son de una escasa e inestable capacidad portante, ó para soluciones
estructurales. Luego se encuentran las losas que requieren, por razones de carga, de refuerzo a
flexión, donde es aplicado el criterio convencional de diseño para el hormigón armado.
El principio básico que diferencia el criterio de diseño de los métodos mencionados anteriormente,
donde la responsabilidad a flexión radica exclusivamente sobre el módulo de rotura del hormigón,
está basado en los factores de seguridad aplicados.
En todos los métodos es aplicado el concepto de estado en servicio del hormigón como material
resistente, minimizando el riesgo del mismo, disminuyendo su capacidad mediante un factor de seguridad
que puede variar desde un mínimo de 1,7 hasta máximos que pueden llegar a un orden de
magnitud de 3,9 a 4,0 en consideración de los siguientes efectos:
- Radio del módulo de ruptura, para la tensión del esfuerzo a flexión;
- Influencia de los esfuerzos de retracción;
- Número de repeticiones de cargas;
- Fatiga e impacto del material.
Gráfico 6.1 - Ejemplificación de nivel de servicio mínimo para diseño en hormigón simple. Ensayo
a flexión para determinar el (MOR) del material.
138

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Clasificación de losas propuesta por el ACI 360 R - Designo f Slabs-on-round.
Para ser más precisos sobre las alternativas de losas apoyadas sobre suelo, el ACI 360R “Design of
Slab on Grade”, informa sobre la posibilidad de diseñar los siguientes seis casos:
A. Losas en hormigón simple. En este tipo de losas el diseño del espesor está basado en la capacidad
a flexión del hormigón simple (Módulo de rotura - MOR), en el cual se asume que el elemento no
llega a la fisuración y no prevé refuerzo alguno. Las cargas y la calidad del material poseen un factor
de seguridad para garantizar la condición de vida útil antes de generar la fisuración. En estos pisos
la distancia de las juntas es bastante reducido.
B. Losas reforzadas por retracción y para los efectos de la temperatura. Las condiciones de diseño
son idénticas a las previstas para las losas sin refuerzo, sólo que este caso está incluido un refuerzo
para controlar la retracción y los efectos térmicos; el refuerzo es ubicado en el tercio superior del
espesor del elemento, donde se encuentra la resultante del diagrama triangular de estos esfuerzos.
El espacio entre las juntas puede ser ampliado según la ecuación “Sub Grade Equation”, que será
ejemplicado posteriormente.
C. Losas en hormigón a contracción compensada con refuerzo por retracción. En este caso las losas
son ejecutadas con hormigón a contracción compensada. Las losas son reforzadas por retracción en
el tercio superior, y el dimensionado de espesor está totalmente basado en la capacidad a flexión del
hormigón, de igual manera que los casos A y B.
D. Losas post-tensadas por retracción. Como su nombre lo indica, son losas que serán post-tensadas
para contrarrestar el efecto de retracción y temperatura, pudiéndose lograr grandes distancias entre
las juntas. El predimensionado del espesor obedece estrictamente a la metodología usada en los
casos anteriores A, B, C.
E. Losas post-tensadas y reforzadas con cables pretensados activos. Son diseñadas para la condición
de no fisura donde los cables pre-tensados permiten optimizar el espesor de las losas, y las post-tensadas
permiten controlar los efectos de retracción. Estas losas pueden ser diseñadas como sistemas
independientes de losas, de grandes luces, para el caso de suelos de muy baja capacidad soporte,
donde la solución de losa apoyada, pasa a ser una losa estructural, que transmitirá las cargas a un
sistema de fundaciones profundas. El PTI posee toda la metodología para diseño de estas losas que
difiere de las mencionadas anteriormente.
F. Losas reforzadas para acciones estructurales. A diferencia de los casos mencionados anteriormente,
la metodología de diseño de este tipo de losas sí prevé la fisuración como mecanismo que activa el
refuerzo previsto; el diseño es realizado mediante las metodologías convencionales del hormigón
armado, donde los esfuerzos a flexión, a los cuales está sometida la losa, requieren de un refuerzo
convencional, sea en una o doble red en barras comunes ó en malla electrosoldada.
Actualmente las metodologías disponibles de diseño previstas y descritas en el ACI 360R, ya mencionadas
anteriormente, son consideradas válidas; a continuación mostramos una correspondencia de
las metodologías de diseño previstas en función de las tipologías de losas de pisos descriptas:
139

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Tabla 6.1 - Tipo de metodologías de cálculo en funció del tipo de piso. ACI 360R.
Características de la Sub-base.
En el diseño de losas apoyadas sobre el suelo, un factor de suma importancia para el diseño es la
condición de suelo de apoyo. En todos los métodos de diseño comentados anteriormente se debe
proponer una condición estable de suelo, la cual deberá ser garantizada para la vida útil de la estructura.
La mayoría de la bibliografía sobre el tema expresa la condición del suelo en dos expresiones básicas,
de amplio manejo por el medio geotécnico, como los son:
- Módulo de reacción del Terreno;
- California Bearing Ratio (CBR).
140

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
A continuación se muestra una correlación entre ambas expresiones:
NOTA: El valor de k es extraído del ábaco para cada tipo de suelo, especialmente para los grupos L y H, debería coincidir con el limite inferior del intervalo
de valores correspondientes.
Tabla 6.2 - Tablas de la calidad del suelo en función del CBR y Modulo de reacción Vertical. Referencia ACI 360 R.
En todos los proyectos es de común aplicación la sugerencia del mejoramiento de la sub-base para
la recepción de la estructura. Para este mejoramiento se sugiere como mínimo una capa de material
seleccionado granular bien variado, del orden de 30 a 40cm que, en combinación con el suelo de
fundación, logre un módulo de reacción vertical, ó CBR, que ofrezca un buen factor de seguridad a la
estructura y minimice el riesgo. Existen situaciones donde el mejoramiento debe ser más severo, lo cual
incluye la remoción de espesores de suelo que deben ser sustituidos por material seleccionado y, en
algunos casos, se deben aplicar geosintéticos de refuerzo, siempre con el objetivo de generar un valor
estable de la condición de la sub-base que sea garantizado durante la vida útil de la estructura.
Definiciones de las cargas para el diseño de losas apoyada sobre el suelo.
Las condiciones de carga más comúnmente aplicadas en el diseño de losas apoyadas sobre el suelo
son las siguientes:
- Cargas de ruedas vehiculares: Camiones, Montacargas, aviones, etc;
- Cargas concentradas, tipo estantes, apoyos de equipos, etc;
- Línea o franja de carga de equipos, mercancías varias, etc;
- Carga uniformemente distribuida. Materiales directamente apoyados sobre el piso;
- Cargas en la etapa constructiva. Apoyo de equipos necesarios para la construcción del
piso;
- Efectos ambientales (efectos de temperatura) incluyendo el caso de suelos expansivos;
- Cargas extraordinarias. Cualquier evento especial que pueda ocasionar un efecto considerable
sobre la losa.
Todas deben ser consideradas importantes y, desde el punto de vista técnico en cada proyecto se deberá
proceder al respectivo análisis para determinar el caso más desfavorable, el cual gobernará en
141

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
el dimensionamiento de la estructura. Por la experiencia, las cargas concentradas, ya sea por apoyo
de estantes, equipos, cargas de vehículos, son aquellas más exigentes para este tipo de estructuras y
el área sobre la cual estas actúan influye substancialmente sobre el efecto que producen en términos
de solicitaciones de la losa.
A continuación se ejemplifican algunas relaciones validas entre las superficies de contacto y los tipos
de cargas concentradas.
Tabla 6.3 - Tabla de rangos de áreas de contacto según el tipo de cargas. Referencia ACI 360 R.
Factores de Seguridad.
Los factores de seguridad para el diseño de losas apoyadas sobre el suelo, como para todas las
estructuras, son definidos por las normativas técnicas a nivel internacional. En varios países, por
ejemplo Francia e Italia, existen Normas específicas para el diseño, construcción y aprobación de los
pavimentos industriales.
Debe hacerse una distinción entre los Factores de seguridad sobre las cargas y aquellos sobre el
material.
En el caso del hormigón, en Europa es usado un factor de seguridad igual a 1 para la verificación al
SLS y 1,5 para el SLU. En el caso de las cargas debe hacerse una distinción entre las cargas cíclicas y
las estáticas: en cada País existen valores diferentes. De cualquier forma, deben ser previstos factores
de seguridad crecientes al aumentar el números de ciclos.
Los factores de seguridad asumidos para diseño pueden estar en un orden mínimo de 1,4 y pueden
142

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
llegar a factores de 3,9 a 4,8 en función de la aplicación.
Tabla 6.4 - Factores de seguridad mínimos para efectos de cargas recomendados por el ACI 360 R.
Métodos de diseño.
Tal y como ya fue adelantado, los métodos de diseño disponibles asumen que el hormigón no posee
refuerzo y que será utilizada su capacidad resistente a flexión (módulo de rotura), para fines de diseño
de la estructura. En la mayoría de los métodos la aplicación de refuerzo es requerida solamente para
garantizar una mayor distancia entre las juntas y para el control de los efectos de retracción y de las
variaciones térmicas.
Para el dimensionado del espesor de una estructura de losa apoyada sobre el suelo, tenemos tres de
los métodos anunciados al principio de este capitulo. A continuación describiremos algunas diferencias
importantes entre ellos:
Método Pórtland cement Association (PCA): En este método, desarrollado en base a los análisis de
Pickett, se involucran variables tales como esfuerzo a flexión del hormigón, esfuerzo de trabajo, área
de contacto y espaciamiento de la carga, y módulo de reacción del suelo. El método desarrolla gráficas
que involucran las variables antes mencionadas para la determinación de los espesores. Siempre
se trabaja asumiendo la condición no fisurada del hormigón. Se contemplan los casos de cargas de
rueda, cargas concentradas, cargas uniformes. No son contempladas carga temporales.
A continuación se muestran ejemplos de los gráficos aplicados para los diferentes tipos de cargas, la
condición de entrada para todos los gráficos corresponde al esfuerzo de trabajo que será determinado
en función de la capacidad a flexión del hormigón y reducido por un factor de seguridad seleccionado
por el proyectista, de acuerdo con las Normas vigentes:
143

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Figura 6.1 - Ejemplo de gráfico para el dimensionado del espesor para el caso de cargas de rueda en
ejes simples, para diferentes tipos de suelo. Método PCA . Referencia ACI 360 R.
Figura 6.2 - Ejemplo de gráfico para el dimensionado del espesor para caso de cargas de rueda en
ejes dobles, para un solo tipo de suelo. Existen diversas curvas para rangos diferentes de soporte de
suelo. Método PCA. Referencia ACI 360R.
Para el caso de cargas distribuidas, el método PCA posee un conjunto de valores de capacidades de
carga de losas apoyadas sobre el suelo en función de la capacidad portante del mismo, la calidad del
hormigón y el espesor previsto de la losa.
144

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Tabla 6.5 - Tabla resumen del método PCA para esfuerzos disponibles en el
diseño de losas de diversos espesores, para el caso de cargas distribuidas.
Referencia ACI 360R.
Para el caso de cargas concentradas, como pueden ser estantes, fundaciones de maquinarias, o
cualquier tipo de elemento que genere cargas concentradas, el método posee tablas para el dimensionamiento
de los espesores, en función de la superficie de contacto, de la carga por apoyo y de
su distribución ortogonal. Estas tablas son generadas para rangos diversos de capacidad portante
de suelo.
Figura 6.3 - Tabla resumen del método PCA para el dimensionado de los espesores de losas con cargas concentradas.
Referencia ACI 360R.
Así mismo el método ha realizado un resumen para el caso de cargas distribuidas, en el cual están
indicadas limitaciones para el espaciamiento de las juntas.
145

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Tabla 6.6 - Tabla resumen del método PCA para esfuerzos disponibles en el diseño de losas de diversos espesores. Para
cargas distribuidas, prevé la distancia entre las juntas. Referencia ACI 360R.
146

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Método Wire Reinforced Institute.
Este método al igual que el PCA, asume como condición el hormigón sin refuerzo, asumiendo
como capacidad resistente el módulo de rotura del hormigón. Muy similar al método PCA , propone
ábacos y tablas para el dimensionado de los espesores para los casos de cargas de ejes de ruedas,
cargas uniformes distribuidas pero no prevé cargas concentradas ni cargas variables en la etapa de
construcción.
Para el caso de cargas por ejes de rueda, partiendo de condiciones conocidas, tales como la resistencia
a flexión del hormigón, el cual ya está reducida por el factor de seguridad asumido, cargas de ruedas
y separación de ejes, módulo de elasticidad del hormigón y resistencia de la sub-base, son aplicados
en gráficos consecuentes que, a partir de un espesor dado, determinan el “parámetro de esfuerzo
relativo”. Una vez determinado este parámetro, el mismo es aplicado en otros ábacos para la determinación
del momento actuante, y con este, se va hacia el ábaco de verificación final para que, en
función del esfuerzo de la resistencia a flexión de trabajo del material y del momento de diseño, sea
verificado el espesor definitivo de la losa.
Para el caso de cargas distribuidas, es idéntico el procedimiento, sólo que, a partir de la determinación
del parámetro de esfuerzo relativo, existen curvas particulares para la condición de cargas
uniformemente distribuidas con las cuales, en función de la distancia preliminar entre las juntas, se
puede determinar el espesor.
A continuación se muestran los ábacos anteriormente mencionados:
Figura 6.4 - Relación entre el espesor de la losa y el parámetro de esfuerzo relativo. Método WRI. Referencia ACI 360R.
147

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Figura 6.5 - Ábacos de diseño para carga por rueda, en función del parámetro de esfuerzo relativo . Método WRI. Referencia
ACI 360R.
Figura 6.6 - Ábacos de diseño en función del momento actuante, dimensionado definitivo del espesor .Método WRI
Referencia ACI 360R.
148

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Figura 6.7 - Ábacos de diseño para carga distribuida, en función del parámetro de esfuerzo relativo y su correlativo gráfico de diseño definitivo del espesor.
Metodo WRI. Referencia ACI 360R.
Método Corps of Engineers (COE).
El presente método, basa sus análisis en la característica resistente del hormigón sin refuerzo, denominado
Módulo de Rotura. El método determina relaciones para condiciones de carga de eje por
rueda, definiendo “Indices de diseño” en función del tipo de carga.
El método contempla, como condición de diseño, la tensión producida en la parte inferior de la sección
de hormigón.
Se proponen curvas en función del “Índice de diseño” y de la capacidad a flexión del material, en
función de la capacidad portante del suelo de apoyo.
Tabla 6.7 - Tabla de “Indices de diseño” en función del tipo de carga por eje. Método COE, Referencia AC I 360R.
149

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Figura 6.8 - Gráfica para dimensionado de espesor en función del Indice de diseño,
capacidad portante del suelo y esfuerzo disponible flexión del hormigón. Método COE,
Referencia AC I 360R.
Losas post-tensadas (PTY).
La decisión de utilizar la tecnología de pisos post-tensados en general obedece a simples razones
como:
- Sistemas que van a ser apoyados sobre suelos de muy baja capacidad de soporte y donde la solución
pasa de ser una solución de losa apoyada sobre el suelo, a un sistema de losas apoyadas sobre
elementos de fundación profunda, donde se necesita de un sistema de losas que tenga un comportamiento
estructural diferente al de una losa apoyada sobre el suelo. Este sistema debe ser diseñado
como una losa de una superestructura.
- Lograr amplias luces sin juntas. Siendo este caso considerado como una losa apoyada sobre el suelo,
el post-tesado de la parte inferior de la sección tiene como objeto contrarrestar los efectos de retracción
y temperatura, ya que el diseño a flexión es realizado de igual manera así como fue explicado
para los métodos anteriores, utilizando la capacidad a flexión del hormigón.
En cuanto a los métodos post-tesados, en el presente manual no se detallará su procedimiento.
Una muy buena exposición puede ser encontrada en el ACI 360R. En lo que refiere al concepto de
diseño, la institución PTY tiene en sus publicaciones todas las opciones de diseño, para este tipo de
elementos.
Diseño convencional en hormigón armado asumiendo un suelo elástico.
A flexión a través de los criterios convencionales del hormigón armado, en la parte inferior son ubicadas
armaduras para generar una sección armada que sea capaz de resistir las solicitaciones producidas
por las cargas. El modelo de cálculo será una losa apoyada sobre un suelo elástico según la teoría
de las placas. Sería muy conservador analizar la losa como una franja rectangular con una capacidad
150

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
a flexión. Para desarrollar adecuadamente el cálculo, se sugiere aplicar herramientas de elementos
finitos que permitan la modelación espacial de la losa y entender el comportamiento estructural bajo
aspectos básicos como esfuerzo, deformaciones y mecanismos de colapso.
A continuación se muestran, como ejemplo, los siguientes casos de cargas para losas apoyadas sobre
el suelo:
Figura 6.9 - Ejemplo de cargas concentradas en losas apoyadas sobre el
suelo.
Figura 6.10 - Ejemplo de carga concentrada central en losas apoyadas sobre
el suelo.
Figura 6.11 - Ejemplo de cargas concentradas generadas por un avión en losas
apoyadas sobre el suelo.
A continuación se muestran diversos casos de análisis de losas apoyadas sobre el suelo, con modelación
de elementos finitos:
Figura 6.12- Ejemplo de modelo de losa FE, caso de carga central.
Figura 6.13 - Ejemplo de modelo de losa FE, caso de carga centrada en un
extremo.
151

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Figura 6.14 - Ejemplo de modelo de losa FE, caso de carga en la esquina.
Figura 6.15 - Ejemplo de modelo de losa FE, caso de carga distribuida.
6.3 - Diseño de juntas en pavimentos.
El diseño de las juntas en los pavimentos, es un argumento de particular importancia para la durabilidad
de la estructura.
En diversos países existen Normas o Recomendaciones de Buena Práctica como el ACI 360R (USA),
el TR34 (United Kingdom), la NF 11-213 (France) y la UNI 11146 (Italia), que clasifican los diversos
tipos de juntas e indican los criterios para su diseño y construcción.
A seguir son indicados los tipos de juntas:
Juntas de contracción o control. Son juntas dispuestas para el control de la contracción del hormigón,
las cuales son producidas por el corte del hormigón endurecido luego de varias horas de vaciado el
piso, normalmente entre 6 a 8 horas luego del vaciado. Su espaciamiento dependerá del espesor de
la losa y de la eventual inclusión de un refuerzo. Las juntas pueden o no prever elementos de interconexión
entre los paños, esto dependerá del uso posterior del pavimento.
Figura 6.16 - Ejemplo de junta aserrada de control.
152

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Foto 6.5 - Ejemplo de ejecución de una junta de control.
Foto 6.6 - Ejemplo de ejecución de una junta de control.
Juntas de aislamiento.
Son juntas producidas, como su nombre lo dice, para aislar elementos constructivos que por la diferente
rigidez puedan afectar la losa. Estas juntas son previstas antes de vaciar el hormigón.
Figura 6.17 - Ejemplo de junta de aislamiento.
Foto 6.7 - Ejemplo de aplicación de una junta de aislamiento.
Foto 6.8 - Ejemplo de aplicación de una junta de aislamiento ya construida.
Juntas de construcción.
Es la junta que delimita los paños de piso vaciados en diferentes etapas de la construcción. Estos
elementos deben ser planificados para que sean compatibles con la modulación de las juntas de
control. Este tipo de juntas prevé la interconexión entre paños con elementos móviles que permitan
el desplazamiento de dos losas adyacentes.
153

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Figura 6.18 - Ejemplo de junta de construcción.
Foto 6.9 - Ejemplo de ejecución de una junta de construcción.
Foto 6.10 - Ejemplo de ejecución de una junta de construcción, ya ejecutada.
En primer plano las barras de conexión.
Foto 6.11 - Disposición de barras de conexión en juntas de construcción.
Foto 6.12 - Cruce entre juntas de control y de construcción luego del
vaciado.
Dimensionado de las Juntas de control.
Para el dimensionado de las juntas de control, existen varias posiciones técnicas de diversas instituciones.
Las juntas de control puede ser diseñadas para dos tipos de losas sobre el suelo :
154

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Losa sin refuerzo, losas Tipo A (conforme ACI 360 R).
En este tipo de losas, ya descrito al principio del presente capítulo, el dimensionado de juntas de
control se basa en el comportamiento de la losa sometida a retracción plástica. Es aconsejable que
la losa, rectangular a cuadrada, tenga dimensiones parecidas, con relación L max
/ L min
< 1,2. La regla
básica en el dimensionado establece:
donde :
L = Longitud espaciamiento;
h = Altura de la losa prevista.
El PCA (Pórtland Cement Association), recomienda un espaciamiento muy similar al anterior, tomando
en cuenta la dimensión máxima de los áridos y al asentamiento ó “slump” de la mezcla.
Tabla 6.8 - Recomendación del PCA para el espaciamiento de las juntas de control para
losas no reforzadas. Medidas sugeridas están en ft (Pies), Referencia ACI 360R.
Losas reforzadas para retracción y temperatura.
Para poder distanciar más las juntas de control, ó cuando las condiciones de temperatura a las cuales
la losa va a estar sometida durante su vida útil son severas, todas las publicaciones e instituciones
de referencia establecen agregar un refuerzo, el cual parte de una cuantía mínima del 0,15% hasta
0,3% de la área de la sección para casos severos.
Este refuerzo debe ser ubicado en el tercio superior del espesor donde se prevé que se encuentre la
resultante del diagrama triangular de esfuerzo debido a la retracción y a la temperatura.
Figura 6.19 - Ejemplo de losa reforzada para retracción y temperatura.
155

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Los códigos tradicionalmente utilizados para el diseño de pavimentos sobre el suelo, sin refuerzo a
flexión, tales como el PCA (Pórtland Cement Assciation), WRI (Wire Reinforced Institute) y COE (Corp
of Engineeers) utilizan, para el dimensionado del acero para temperatura y retracción, la aplicación
de la fórmula “Subgrade drag equation”:
donde:
A s
= Área de acero en pulgada cuadrada por pie lineal;
fs = Esfuerzo admisible del acero de refuerzo en psi;
F = Factor de fricción;
L = Distancia prevista entre las juntas;
W = Peso de la losa en psf, asumiendo 12,5 psf por pulgada de espesor.
Con esta formula se puede verificar hasta que punto es posible aprovechar un buen espaciamiento
sin la presencia del refuerzo.
El dimensionado de la losa estará subordinado a su factibilidad, según los niveles de carga, siendo
posible que la carga aplicada pueda reducir las dimensiones.
Hormigones de retracción compensada.
Los hormigones de retracción compensada ofrecen la solución al problema de las juntas de control.
Este tipo de hormigones está detallado en el ACI 223. Su mecanismo de trabajo se basa en la expansión
del hormigón en los primeros días, que luego será compensada por la retracción. Se exige
un refuerzo mínimo del 0,15%.
Esta tecnología permite lograr espaciamientos de las juntas de control mayores que las anteriormente
explicadas. La tendencia actual, gracias a esta posibilidad, es hacia soluciones de pavimentos con
distancias entre las juntas superiores a los 15 m de longitud.
Alabeo (curling) y Warping de la losa apoyada sobre el suelo.
El fenómeno del alabeo ó “curling” es común en las losas no reforzadas y consiste en la distorsión
angular de la superficie de los ángulos. Este fenómeno normalmente afecta un radio de 2 a 5 pies,
medidos desde el mismo ángulo. El fenómeno es causado por la diferencia en el contenido de agua
entre las superficies externa e interna de la losa.
El fenómeno de Warping, muy similar al curling, corresponde a la deformación de la superficie en
general, producida por los esfuerzos internos generados por las diferencias de vapor ó de temperatura
entre las superficies de la estructura.
Ambos fenómenos pueden ser controlados con un adecuada combinación de juntas de control y
construcción y con un adecuado refuerzo por retracción.
156

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Figura 6.20 - Ejemplos de alabeo de losas apoyadas sobre el suelo. El valor de la zona No.2 corresponde normalmente a una longitud de 2 a 5 pies.
6.4 - Métodos de diseño de pavimentos en hormigón fibroreforzado.
El hormigón fibroreforzado es utilizado en las losas apoyadas sobre el suelo cuando los esfuerzos producidas
por las cargas sobre las estructuras, sean compatibles con su comportamiento mecánico.
Como fue explicado en el capítulo sobre la caracterización mecánica del hormigón fibroreforzado,
para el diseño de pavimentos apoyados sobre el suelo es aprovechada la propiedad mecánica a
flexión en estado último del material. Existe también una mejora en la resistencia al corte. En un
análisis tridimensional de las estructuras de este tipo se puede visualizar la correcta redistribución de
los esfuerzos.
El hormigón fibroreforzado, por ser un material homogéneo en todo su volumen, ofrece una resistencia
continua en todas las direcciones para las acciones que puedan verificarse y, para el caso particular
de la pavimentación, esta propiedad puede ser aprovechada tanto para el diseño a flexión, como
para el diseño por retracción y temperatura.
Fundamentalmente la incorporación de fibras dentro de la matriz de hormigón induce a cambiar su
conducta de frágil a dúctil. Es precisamente la ductilidad la que permite cambiar el criterio de análisis
del material, pasando de una condición de servicio con determinados factores de seguridad, a trabajar
con cargas mayoradas y diseñar en estado último, sólo posible con materiales dúctiles. Se obtiene
como resultado una mayor posibilidad de aprovechamiento de la capacidad resistente del material.
157

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Gráfico 6.2 - Ejemplo de ensayo a Flexión UNI 11039.
Gráfico 6.3 - Ejemplificación del nivel de servicio mínimo para diseño en hormigón simple. Ensayo
a flexión para determinar el MOR del material.
Como puede apreciarse, conforme la Norma ACI 360 R, existe una reducción mínima del 42 % de
la capacidad resistente del material, por tratarse de un material frágil.
Al implementar el hormigón fibroreforzado, se aprovecha la característica resistente última del material
como capacidad resistente, contraponiendo las cargas mayoradas.
El requisito mínimo para el uso estructural del hormigón fibroreforzado consiste en una resistencia
residual > 50% de la resistencia de primera fisuración. El hormigón fibroreforzado dependiendo de
la cantidad de refuerzo que posea, podrá ser mayormente aprovechado a nivel estructural y ofrecer
una capacidad resistente equivalente a la máxima lograda en servicio por el hormigón simple.
158

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Gráfico 6.4 - Ejemplo de nivel de prestación mínima para el uso estructural del hormigón.
Gráfico 6.5 - Ejemplo de un hormigón fibroreforzado de comportamiento plástico - endurecido.
En la actualidad, en el contexto Europeo, existen propuestas de normas que evidencian estos conceptos:
- DESIGN , PRODUCTION AND CONTROL OF STEEL FIBER REINFORCED STRUCTURAL ELEMENTS
”Standard UNI U73041440.
- Rilem TC162-TDF “Test and design methods for steel fiber reinforced concrete”.
La resistencia de primera fisuración y las resistencias residuales post-fisura. El incremento de la resistencia
residual puede estar desde un 50% hasta porcentajes mayores del 100% dependiendo de la
cantidad de fibras que se aplique, para dosificaciones que pueden variar de un mínimo de 20 Kg/m³
hasta 60kg/m³.
Pavimientaciones y pisos reforzados para retracción y temperatura.
Un ejemplo de aplicación del hormigón fibroreforzado es el de los pavimentos reforzados únicamente
para retracción y temperatura, donde la sección prevista fue diseñada conforme los criterios expuestos
en el ACI 360 R.
159

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
En este caso la armadura de control de la retracción, viene ubicada en el tercio superior de la sección
prevista, dejando al hormigón toda la responsabilidad de soportar las tensiones debidas a las cargas
exteriores.
Tomemos como ejemplo una sección típica:
Las condiciones iniciales son:
- Pisos con espesores de 15,00cm, en hormigón f´c= 25MPa, Módulo de rotura de 3,2MPa.
- Cuantía mínima por retracción y temperatura en malla electrosoldada fy=414 N/mm 2 , barras
diámetro 6,00mm espaciadas a 15cm en ambos sentidos.
- Modulo de reacción del suelo entre 0,09 -0,12 N/mm 3
- Cargas máxima: montacargas de capacidad 6 t.
Figura 6.21 - Esquema básico de hormigón con refuerzo para temperatura. Piso de espesor 15 cm.
El objetivo es demostrar que, a igualdad de comportamiento estructural, el hormigón fibroreforzado
para este caso posee características mecánicas iguales o superiores a las que se pudiesen lograr con
el armado tradicional.
El momento resistente de la sección armada es igual a:
donde:
M res
= Momento resistente
f y
= Esfuerzo resistente del acero.
d = Altura útil.
Es posible sustituir el armadura tradicional utilizando un hormigón fibroreforzado con 20kg/m 3 de
fibras metálicas FF1 (MACCAFERRI), donde se considera como resistencia a flexión del elemento
fibroreforzado de una sección rectangular:
160

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
M r
= Momento resistente
R eq
= Resistencia equivalente del hormigón fibroreforzado, considerando que la sección es homogéneamente
distribuida y reforzada.
Sx = bh 2 = Módulo de resistencia de la sección rectangular.
6
A continuación se muestra el comparativo entre las dos secciones:
Tabla 6.9 - Comparativo a Flexión de una sección rectagular tradicionbalmente armada vs. sección fibroreforzada.
Figura 6.22 - Esquema básico presentado con la solución fibroreforzada. Piso con espesor de 15
cm.
161

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Para la determinación de la resistencia equivalente del hormigón fibroreforzado fueron considerados
los resultados derivados de los ensayos conforme la Norma UNI 11039; para la resistencia C25 y para
dosificaciones de 20 Kg/m 3 , la resistencia de primera fisuración es de 3,2 MPa y la ductilidad mínima
de 50-55%.
Tabla 6.10 - Tabla de los resultados de los ensayos UNI 11039.
Gráfico 6.6 - Curvas de Resistencias equivalentes vs. Dosificación de fibras.
La determinación de la resistencia equivalente del hormigón fibroreforzado puede ser también obtenida
mediante las normas: ASTM, RILEM, EFNARC, Europeas.
La metodología mostrada es un argumento suficiente para demostrar la equivalencia de las soluciones
técnicas.
La solución en hormigón fibroreforzado, además de ser equivalente a la tradicional, ofrece beneficios
adicionales a nivel de desempeño del hormigón, tales como el mejor comportamiento a fatiga y el
mejor control de las fisuras.
162

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
MECANICA DE LA FRACTURA NO LINEAL COMO HERRAMIENTA DE ANALISIS DE HORMIGÓN FI-
BROREFORZADO.
Las investigaciones realizadas en el área del hormigón fibroreforzado, han llegado a conclusiones,
donde las metodologías convencionales que involucran el diseño en hormigón fibroreforzado no
aprovechan toda la capacidad y las bondades que ofrece la tecnología.
Una de las alternativas de diseño desarrollada en los últimos tiempos corresponde a la implementación
de la mecánica de la fractura no lineal (NLFM).
La mecánica de la fractura aplicada al hormigón fibroreforzado ha sido evaluada numérica y experimentalmente,
utilizando el “modelo de la fisura ficticia” propuesto por Hilleborg, Modeer y Petterson
(1976), Plizzari-Medda (2004).
El dimensionado de una pavimentación basado sobre el comportamiento elástico (Westergaard o
FEM) no permite aprovechar las propiedades mecánicas del hormigón fibroreforzado. Una de las
alternativas desarrolladas en los últimos años consiste en la implementación de la mecánica de la
fractura no lineal (NLFM).
La investigación experimental permite determinar la forma de la curva esfuerzo-abertura de fisura,
que viene numéricamente representada distinta geometría (lineal, bilineal, trilineal, exponencial o
hiperbólica).
Para el caso del hormigón fibroreforzado es utilizada una ley bilineal, en la cual la primera fase de la
curva es dominada por el comportamiento post fisura del material con una alta pendiente de la curva
(engranaje de los agregados) y, luego, cuando la microfisura se traduce en macrofisura, se provoca
la activación de la resistencia al arrancamiento de las fibras.
Figura 6.23 - Ley constitutiva: Curva Esfuerzo vs. Tensión en fase pre pico y curva
Esfuerzo vs. Abertura de grieta en la fase post pico.
163

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
La ley constitutiva fue determinada mediante simulaciones numéricas de los ensayos UNI 11039, en
los cuales la relación s-w del material se hizo variar hasta que la curva numérica no resultó acorde
con los resultados experimentales. Se tienen en cuenta las siguientes características del material:
- Resistencia a tracción obtenida por medio de ensayos de tracción directa;
- Módulo de elasticidad;
- Módulo de Poisson, asumido igual a 0,20;
- Pasar de la relación s-w a la relación s-e al dividir w entre la raíz cuadrada del área media
del elemento analizado.
(a)
(b)
Figura 6.24 - Discretización matemática de un viga a flexión según UNI 11039, (a) Modelo grita
aparente, (b) modelo fisura difusa.
Se logra una expresión numérica que calibra el comportamiento numérico con el experimental logrado
en los ensayos, adoptando esta matriz de comportamiento como patrón de análisis de diversas secciones.
Está claro que, siendo este comportamiento dependiente de la cuantía de fibras y calidad del
hormigón, es necesario rever la ley constitutiva cada vez que se modifique una de las variables.
Gráfico 6.7 - Simulación numérica de ensayos UNI 11039 con el Software DIANA - Las curvas negras son experimentales y la
curva roja representa la curva calibrada en FE.
164

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
La Universidad de Brescia (Italia), desarrolló modelos matemáticos y pruebas experimentales para
losas apoyadas sobre el suelo, generando matrices de comportamiento para losas para diferentes
condiciones de suelo, cargas y clases de resistencia del hormigón.
(a) Colocación de resortes para simular un suelo tipo Winkler.
(b) Arreglo experimental.
(c) Resortes de acero para simular una sub-base elástica.
(c)
(d)
(d) Resortes de acero para simular una sub-base elástica.
Esta modelación permitió analizar el mecanismo de falla de una losa apoyada sobre el suelo, caracterizada
por una falla según las diagonales, confirmando los resultados experimentales.
Figura 6.25 - Comparación de los resultados numéricos y experimentales para la losa.
165

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
El programa de investigación, numérico y experimental logró como resultado la generación de ábacos
de diseño para el predimensionado del espesor de las losas en hormigón fibroreforzado bajo cargas
puntuales, diversas condiciones de capacidad soporte del suelo, clases de resistencia del hormigón,
tipo y dosificaciones de fibras metálicas.
Gráfico 6.9 - Ábacos de diseño para una losa apoyada en suelo con una fracción de volumen Vf = 0.38% de fibras 50/1.0 en una
matriz de hormigón C25/30.
La mecánica de la fractura, con el auxilio de un software de elementos finitos, trabajando en un
ámbito no lineal, permite la modelación de cualquier condición de carga. Lo que es fundamental es
la caracterización del material para clase de resistencia de la mezcla, según su módulo de rotura y la
dosificación especifica, para la determinación de la ley s-w y para la curva característica de comportamiento
no lineal, que va ser la base para el análisis a los EF.
6.5 - El hormigón fibroreforzado y el diseño de las juntas.
El hormigón fibroreforzado ofrece la posibilidad de aumentar la distancia entre las juntas de control
en comparación con lo que resulta de las fórmulas tradicionales enunciadas anteriormente.
Todo se basa en la mayor capacidad de una sección homogéneamente reforzada de contrarrestar
los efectos debidos a la temperatura y a la retracción, frente a la solución tradicional, que solamente
posee una capa de acero ubicada en la resultante del diagrama triangular de las tensiones. El concepto
básico es la transformación de ese diagrama triangular de esfuerzos, a un diagrama rectangular por
el efecto resistente del material en toda su sección, tal y como se muestra a continuación:
Figura 6.26 - Diagrama de las tensiones por efecto de la retracción en una losa armada
convencionalmente.
166

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Figura 6.27 - Diagrama de las tensiones por efecto de la temperatura en una losa armada con
fibras.
Agregar fibras puede llevar a un incremento de la distancia entre las juntas entre un 30% hasta un
100% de lo originalmente previsto por los códigos actuales.
La posibilidad de ejecutar paños de losas de mayores dimensiones es una realidad que depende de
dos variables fundamentales:
- Espesor de la losa
- Cantidad del refuerzo
El ACI 360R , en la “Sub Grade equation”, explicada anteriormente, contempla estos parámetros,
pudiéndose lograr espaciamientos mayores de 10 metros y hasta un máximo de 30 metros.
Es evidente que la solución estará orientada hacia altas dosificaciones de fibras debido a la necesidad
de refuerzo y a espesores considerables, en muchos casos superiores a los 18 cm, para contrarrestar
los efectos de curling y warping.
Describimos un par de ejemplos de incremento de espaciamiento de las juntas, uno para piso estándar
y otro para pisos altamente reforzados para la retracción.
Ejemplo.No.1. Losa de espesor 15cm, acero mínimo de retracción.
- Espesor piso 15,00cm en concreto f´c= 25MPa;
- Cuantía mínima para retracción y temperatura en malla electrosoldada fy = 414 N/mm 2 ,
barras diámetro 6,00mm, espaciadas 15cm en ambos sentidos. Ubicada en el tercio superior;
- Módulo de reacción del suelo entre 0,09 - 0,12 N/mm 3.
Figura 6.28 - Losa en hormigón con refuerzo para temperatura. Piso de espesor 15 cm.
167

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Solución propuesta fibroreforzada:
Figura 6.29 - Losa en hormigón fibroreforzado. Piso espesor 15 cm.
Cálculo de la equivalencia mecánica entre las dos soluciones:
Tabla 6.11 - Cálculo de la equivalencia mecánica entre las dos soluciones.
Se obtiene la equivalencia mecánica para un hormigón fibroreforzado, dosificado con 20kg/m 3 de
fibras Wirand ® FF1, para la sección armada tradicional.
Conforme la Recomendación PCA relativa al espaciamiento de las juntas, ACI-360R, los paños de
losas deben poseer juntas con distancia máxima de 4,95m para el caso de pisos sin refuerzo para
retracción y temperatura. (15 pies).
168

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Tabla 6.11 - Análisis de refuerzo según el ACI 360 R, Design Slabs on Grade.
Si se aplica la fórmula “Subgrade drag equation”:
donde:
As = Área de acero en pulgada cuadrada por pie lineal;
fs = Esfuerzo admisible del acero de refuerzo en psi;
F = Factor de fricción;
L = Distancia prevista entre juntas;
W = Peso de la losa en psf, asumiendo 12,5 psf por pulgada de espesor.
A saber:
Tabla 6.12 - Tabla de cálculo para determinación del refuerzo por temperatura.
Sub-grade Equation ACI 360-R.
En base a lo expuesto, calculando como el espaciamiento máximo para el caso de armadura tradicional,
según el ACI 360 R y basándonos sobre la equivalencia estructural de la sección fibroreforzada
prevista, el espaciamiento alcanzable puede ser de 8,00 x 8,00m para juntas de control, obteniendo
así un 60% de incremento en relación al espaciamiento tradicional.
Ejemplo No.2. Losa de espesor 18cm, con fuerte refuerzo para retracción.
- Espesor piso 18,00cm en concreto f´c= 25MPa;
169

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
- Cuantía mínima para retracción y temperatura en malla electrosoldada f y
= 414 N/mm 2 ,
barras diámetro 12,5 mm, espaciadas 150 mm en ambos sentidos;
- Módulo de reacción del suelo entre 0,09 - 0,12 N/mm 3 ;
- Carga máxima, desconocida.
Figura 6.30 - Esquema básico presentado de hormigón con refuerzo para temperatura. Piso de
espesor 18 cm de espesor.
Solución Fibroreforzada propuesta:
Figura 6.31 - Esquema básico presentado con la solución fibroreforzada. Piso espesor 15 cm de
espesor.
Cálculo de la equivalencia mecánica entre las dos soluciones:
170

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
Tabla 6.13 - Tabla comparativa entre piso con refuerzo tradicional y piso reforzado con fibras.
Se obtiene la equivalencia mecánica para un hormigón fibroreforzado, dosificado con 40 Kg/m 3 de
fibras Wirand ® FF1, para la sección armada tradicionalmente.
Análisis de refuerzo según el ACI 360 R, Design Slabs on Grade.
Tabla 6.14 - Cálculo de espaciamiento entre juntas , según ACI 360 R.
Se obtiene un espaciamiento entre juntas de control de 30m.
Como la cantidad de fibras aplicada ofrece la misma capacidad resistente de la sección rectangular
analizada, se puede inferir que el espaciamiento de juntas podría estar en este orden. Hacemos la
171

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
- Es fundamental controlar el proceso de curado del material para garantizar la homogeneidad
del material fraguado analizada, se puede inferir que el espaciamiento de juntas podría estar en este
orden. Hacemos la advertencia que, para el espesor mínimo de la losa de 18 cm, podrían observarse
fenómenos de curling, que sólo pudiesen ser evitados si se disminuye el espaciamiento, o con la
aplicación de juntas de borde de construcción tipo “Omega”, ó “Diamond Dowels”, en el contorno
de la losa. Es importante resaltar que, para la construcción de pisos con juntas ampliamente espaciaadvertencia
que, para el espesor mínimo de la losa de 18 cm, podrían observarse fenómenos de curling,
que sólo pudiesen ser evitados si se disminuye el espaciamiento, o con la aplicación de juntas de
borde de construcción tipo “Omega”, ó “Diamond Dowels”, en el contorno de la losa. Es importante
resaltar que, para la construcción de pisos con juntas ampliamente espaciadas, deben ser considerados
factores importantes como lo son una excelente calidad de la sub-base como la mostrada, valor
mínimo de 0,12 N/mm 3 de módulo de reacción vertical, equivalentes a un CBR de 40-45%, extremo
cuidado en el curado del concreto, perfecta trabajabilidad de la mezcla y continuidad de la misma
durante todo el proceso de construcción del piso. El conjunto de estas condiciones vuelve posible este
tipo de solución, que no puede ser imputable únicamente al hecho de agregar fibras en el hormigón.
Cualquier descontrol en la obra a nivel de mezcla, trabajabilidad, curado, etc. puede ocasionar problemas
en el objetivo de lograr juntas muy espaciadas sin problemas de agrietamiento.
6.6 - Control de calidad del hormigón fibroreforzado para pavimentos.
El control de calidad del hormigón fibrorefozado para pavimentaciones debe ser realizado con los
mismos controles sugeridos para los materiales, para verificar las resistencias mecánicas consideradas
en el diseño. El Ingeniero responsable del proyecto será quien orientará la realización de estos ensayos
para la determinación mediante ensayos a flexión, compresión y resistencia residual del material.
Además de la comprobación de las propiedades mecánicas del material, existen recomendaciones
básicas a ser obedecidas en el correcto diseño de la mezcla a ser utilizada en los pavimentos:
- Limitaciones de la relación agua/cemento, recuperando la trabajabilidad con el uso de aditivos
fluidificantes;
- El uso de áridos predominantes mayores a ¾ “, permite reducir el efecto de retracción en
la mezcla, ya que incorporar áridos de mayor tamaño influye sobre la demanda de agua;
- Se sugiere la aplicación de cementos Tipo II, en comparación a los Tipo I y Tipo III, ya que
estos últimos normalmente incrementan el consumo de agua dentro de la mezcla;
- Utilizar slumps o asentamiento en un rango entre 4“a 6“, en función del tipo de vaciado
(mecanizado o manual);
- En lo que se refiere a las soluciones de juntas distanciadas, es ampliamente recomendado
realizar un incremento de la sección resistente en los extremos de la losa que ayuden sustancialmente
a controlar efectos de curling;
172

6. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Diseño de
pavimentos.
das, deben ser considerados factores importantes como lo son una excelente calidad de la sub-base
como la mostrada, valor mínimo de 0,12 N/mm 3 de módulo de reacción vertical, equivalentes a un
CBR de 40-45%, extremo cuidado en el curado del concreto, perfecta trabajabilidad de la mezcla
y continuidad de la misma durante todo el proceso de construcción del piso. El conjunto de estas
condiciones vuelve posible este tipo de solución, que no puede ser imputable únicamente al hecho
de agregar fibras en el hormigón.
Cualquier descontrol en la obra a nivel de mezcla, trabajabilidad, curado, etc. puede ocasionar problemas
en el objetivo de lograr juntas muy espaciadas sin problemas de agrietamiento.
6.7 - Marco normativo actual.
Adicionalmente a las Normas indicadas en los capítulos anteriores sobre le control de calidad del
hormigón fibroreforzado, mencionamos los siguientes códigos de diseño de pavimentaciones:
- ACI 360R – Design of Slab-on-ground;
- TR-34 – Third Edition - Concrete Industrial Ground Floors;
- UNI 11146 - Pavimenti di calcestruzzo ad uso Industriale;
- NF P11-213 – Dallages – Conception, calcule t execution.
173

7. Aplicaciones en hormigón
fibroreforzado: Prefabricados.
7.1 - Uso del hormigón fibroreforzado en los prefabricados.
El refuerzo del hormigón con fibras de acero ya es una realidad para aplicaciones estructurales, pues
logra reducir el fenómeno de fisuración y mejora la durabilidad del hormigón, y en algunos casos,
puede hasta lograr remplazar totalmente el refuerzo tradicional con barras de acero.
Dentro del mundo del hormigón, la industria de prefabricados ha demostrado un particular interés en
la aplicación del FRC. El refuerzo con fibras permite industrializar el proceso y mejora notablemente
las características y durabilidad del producto. Incluso en los casos en que las fibras no logran sustituir
totalmente la armadura tradicional, el espesor del elemento puede disminuir ya que no es necesario
el recubrimiento mínimo.
El refuerzo con fibras está siendo cada vez más utilizado en elementos estructurales, especialmente
en la industria del prefabricado en donde existen exhaustivos controles de calidades requeridos por
normativas nacionales. Un mejor control de los procesos productivos permite que los diseñadores
confíen en las propiedades mecánicas del material, que en el caso del hormigón fibroreforzado se
traduce en una buena distribución de las fibras en la matriz, condición necesaria para alcanzar los
resultados deseados.
Una de las aplicaciones más recientes y emblemáticas en que las fibras están siendo utilizadas como
refuerzo estructural dentro del mundo del prefabricado es en obras subterráneas. En la actualidad,
se está utilizando un método de excavación de túneles a través del cual se utilizan elementos prefabricados
como revestimiento final en donde las fibras sustituyen, al menos parcialmente, el refuerzo
tradicional.
Algunos ejemplos de elementos prefabricados en los que el refuerzo con fibras de acero han sido
utilizados exitosamente son:
a) Pequeños elementos no estructurales en donde la función principal del refuerzo de acero
es proporcionar ductilidad y limitar el fenómeno de agrietamiento.
b) Tuberías de hormigón que se encuentran bajo presión en donde no corre peligro la vida
de personas.
c) Durmientes en los que se apoyan los rieles de ferrocarriles en donde el principal problema
son las cargas cíclicas. Debe ser precisado que las fibras tienen la función de complementar la armadura
principal.
d) Paneles externos de naves industriales.
Aparte de las posibles aplicaciones mencionadas anteriormente, existen muchos otros casos en que
un refuerzo con fibras de acero puede ser beneficioso, sin mencionar la necesidad, cada día mayor,
que tienen muchas estructuras de resistir cargas de implosión debidas a impactos.
Si bien es cierto que son muchas las aplicaciones en las que las fibras están siendo utilizadas, aún falta
mucho para que en la práctica sea explotado todo el potencial que estas tienen el grado de ofrecer.
Esto se debe a la falta de normativas o especificaciones para la utilización de fibras como refuerzo
del hormigón en los códigos de construcción. De hecho, las normas existentes para el refuerzo del
hormigón difícilmente podrían adaptarse al Hormigón Fibroreforzado (FRC) ya que para diseñar con
175

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
este tipo de material es necesario considerar su fase plástica pues las fibras inician a trabajar después
de que la matriz del hormigón fisura, mientras que el refuerzo tradicional con barras de acero mantiene
un comportamiento lineal. (Fig. 7.1)
Figura 7.1 - Respuesta típica de vigas armadas con fibras de acero (a) y con acero tradicional (b) ensayo a flexión.
7.1.1 - Observaciones finales.
El interés por incorporar la tecnología de las fibras de acero al mundo del prefabricado cada día es
mayor. Las fibras de acero se están convirtiendo en una herramienta útil para sustituir el acero tradicional
(total o parcialmente), aumentando así las prestaciones del hormigón como son la ductilidad,
la resistencia a cargas cíclicas, la resistencia a esfuerzos puntuales y la resistencia al corte, además de
permitir simplificar el proceso de producción reduciendo trabajo y costos. Son muchas las ventajas
que se obtienen al incorporar las fibras a la matriz de hormigón principalmente debido al esfuerzo
residual que estas están en grado de ofrecer (La ley del comportamiento del material puede ser conseguida
a través de un ensayo a flexión).
Sin embargo no será posible el difundir la utilización de este nuevo material hasta que no existan
normativas de diseño en los códigos de construcción, solo algunas recomendaciones han sido escritas
por el RILEM (TC162-TDF) y por organismos independientes en algunos países. Reglas claras y sencillas
son requeridas por proyectistas que aceptan asumir responsabilidad al adoptar voluntariamente
los resultados de las recomendaciones o investigaciones llevadas a cabo en laboratorios. Este es
probablemente el reto primordial donde la atención de la comunidad de investigadores y proyectistas
debería poner su atención en los próximos años.
Recientemente ha salido publicada la última recomendación del organismo encargado de redactar la
norma Italiana UNI U73041440 en “Diseño, Ejecución y Control de Elementos Estructurales Reforzados
con Fibras de Acero” en donde se exponen los principales criterios para introducir las fibras en
sustitución, total o parcialmente, del acero tradicional en elementos estructurales.
7.2 - Diseño de dovelas para túneles en hormigón fibroreforzado prefabricado.
Una de las posibles y al mismo tiempo quizás de las mas prometedoras aplicaciones estructurales del
hormigón reforzado con fibras metálicas, es ciertamente la que se refiere a la construcción de los
anillos, prefabricados en dovelas, para el revestimiento de túneles excavados con el empleo de las
modernas maquinas excavadoras integralmente automatizadas (Tunneling Boring Machine).
176

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
En efectos, el uso de las fibras metálicas en sustitución parcial o total de la armadura tradicional en
este tipo de elementos estructurales, resulta especialmente conveniente en cuanto:
- Las condiciones típicas de terreno incoherente bajo agua dificultan las previsiones de las
solicitaciones actuantes en las secciones transversales y axiales del túnel y en consecuencia muchas
de las hipótesis que se asumen en el diseño del revestimiento de túneles construidos con maquinas
de excavación integral (TBM) se deben aceptar aunque tengan un impacto negativo importante sobre
la ejecución o sobre los aspectos económicos:
Bajo este punto de vista poder contar con las características de tenacidad de un material como el
hormigón reforzado con fibras de acero, resulta de importancia fundamental ya que la combinación
de los momentos flectores y de las fuerzas normales aplicadas en dirección tangencial resulta especialmente
favorable a la utilización del hormigón reforzado con fibras de acero en sustitución (por
lo menos parcial) de la armadura tradicional;
- El SFRC ofrece una buena ductilidad con relación a la fisuración de splitting y una buena
resistencia al impacto;
- El SFRC permite en general un mejor control de los posibles desprendimientos locales de
porciones del revestimiento.
Schnütgen (2003) ha investigado diversas formas de carga para las dovelas del Metro de Essen en
Alemania (Figura 7.2) y ha verificado experimentalmente la positiva contribución de las fibras de
acero en relación con la fisuración de splitting ya que, después de producirse la fisura, la carga aplicada
ha seguido aumentando hasta duplicar la de primera fisuración. El mismo autor ha verificado
el comportamiento del anillo de clave y ha propuesto formulas de diseño basadas sobre el trabajo
del TC 162-TDF de Rilem (2000, 2002).
Otros estudios han sido efectuados por Mashimo y Otros (2002) e por Kooiman y Walraven
(1999).
Figura 7.2 - Condiciones de cargas analizadas (Schnütgen, 2003).
177

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
El estudio de las dovelas prefabricadas en SFRC pueden ser llevado a cabo a través de análisis
numéricos con programas de elementos finitos en donde se estudien las principales condiciones de
cargas a las que estarán sujetas las dovelas prefabricadas. A lo largo de este capítulo se reporta la
metodología que puede ser utilizada para dicho estudio numérico.
Es necesario para poder realizar un estudio a través de un programa de elementos finitos obtener
de antemano la geometría detallada de la estructura, de las cargas específicas y de los vínculos, así
como la resistencia equivalente a tracción por flexión del hormigón fibroreforzado además de su
curva de comportamiento.
A forma de ejemplo, y para entender mejor la metodología que deberá seguirse se describe a
continuación los análisis realizados con el programa Abaqus 6.4.1 (2003) para uno de los segmentos
que conforman uno de los anillos del metro de Barcelona (España).
La Figura 7.3 muestra las características geométricas de un segmento típico que conforma uno
de los anillo del revestimiento de túneles y la Figura 7.4 muestra la condición de carga típica en
correspondencia con la fase (muy critica) de empuje que la TBM ejerce para avanzar, actuando sobre
el último anillo colocado.
Figura 7.3 - Sección transversal y vista en planta del segmento.
178

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
Figura 7.4 - Esquema de carga durante el empuje de la TBM.
La Figura 7.5 muestra una típica situación de falta de hormigón de relleno alrededor del anillo, el
cual resulta en consecuencia sujeto a flexión. Esta situación ha sido modelada experimentalmente
en la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) con ensayos de flexión en laboratorio (Gettu et Al.,
2003; Foto 7.1).
Figura 7.5 - Flexión sobre el segmento debida al insuficiente relleno del espacio anular entre el anillo del
revestimiento y el perímetro de la excavación (Gettu et Al., 2004).
Foto 7.1 - Configuración de la prueba a flexión simple (Gettu et Al., 2004).
179

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
El grafico 7.1 muestra los resultados experimentales (límites superiores e inferiores) relativos a la
carga en función del desplazamiento: de la dovela fibroreforzada y de la dovela armada con fibras
mas armadura tradicional (armadura mixta). Se puede observar el comportamiento ligeramente
degradante del segmento con solamente fibras y el comportamiento endurecedor de la dovela con
armadura mixta.
Para garantizar el correcto funcionamiento del programa ABAQUS 6.4.1 (2003) los resultados
experimentales han sido luego simulados con análisis de elementos finitos basados sobre la mecánica
de la fractura, efectuados con dicho programa, obteniendo una buena aproximación (Grafico 7.1)
confirmándose así la validez del modelo numérico asumido.
Gráfico 7.1 - Comparación entre las curvas Carga-Flecha experimentales y numéricas.
Otros análisis numéricos han sido llevados a cabo con el objeto de evaluar las solicitaciones que se
producen en correspondencia de situaciones de carga especialmente significativas que interesan
fases transitorias, durante la manipulación de los dovelas y durante el montaje de los anillos.
Específicamente las fases críticas analizadas con simulación por elementos finitos, han sido las dos
siguientes:
1) Empuje sobre la dovela central del arco durante el avance de la TBM;
2) Carga sobre la dovela que sostiene otros 6, durante el apilamiento.
En la fase de empuje, los gatos hidráulicos de la TBM aplican presiones sobre áreas especificas de la
sección transversal del anillo recién ensamblado, las cuales resultan tan elevadas que pueden llegar
a producir la fisuración del hormigón, ya que el anillo mismo constituye el “contraste” necesario al
permitir la extensión de los gatos hidráulicos que avanzan la TBM mientras está excavando.
En el caso específico del Metro de Barcelona, los gatos hidráulicos de empuje son 4 por cada segmento
y 2 para el segmento de la clave, para un total de 30 (7 x 4 +2) gatos que actúan sobre el anillo. El
empuje de cada gato varia en función de las características del terreno y de la profundidad del túnel,
alcanzando 3MN cuando el eje del túnel de ubica a unos 25m de profundidad.
180

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
Para el segmento central del arco invertido el modelo numérico se ha elaborado con una malla
de elementos 3D de dimensión media igual a aproximadamente 90mm y para los análisis se han
considerado las circunstancias siguientes (representadas en la Figura 7.6):
Figura 7.6 - Esquemas de cargas y vínculos de la dovela bajo empuje de los gatos.
- El último anillo montado recibe las solicitaciones de los gatos cuando aún no se ha completado
el relleno del espacio anular entre anillo y terreno (grouting), mientras el anillo inmediatamente
anterior ya ha sido rellenado pero sin fraguar y finalmente, el anterior anillo ya ha sido rellenado y el
relleno ha fraguado con lo cual puede considerarse que constituya un apoyo rígido en la dirección
del eje del túnel;
- El apoyo del anillo se asume uniforme, ya que al contacto entre anillos existen paneles
de polietileno (pad), y se lo considera deformable elásticamente porque es necesario considerar la
deformabilidad axial del anillo anterior que además representa un vínculo unilateral que no resiste a
tracción;
- la rigidez unilateral de los resortes que simulan la deformabilidad del apoyo del anillo, o
sea la deformabilidad de los anillos anteriores, ha sido calibrada oportunamente mediante análisis a
desplazamientos impuestos;
- la interacción del segmento con las dovelas adyacentes del mismo anillo también resulta
siempre unilateral, ya que las dovelas están simplemente a contacto y ensamblados con pernos;
- la fricción lateral que se puede generar entre tales superficies laterales de dovelas adyacentes
se desprecia y se han posicionado resortes que actúan a compresión normalmente a las superficies y
también la rigidez de estos resortes ha sido calibrada oportunamente para simular la deformabilidad
local de los dovelas adyacentes;
- los cuatros gatos actúan sobre el segmento por intermedio de planchas metálicas las cuales
pueden ser consideradas suficientemente rígidas y luego distribuir la carga uniformemente sobre sus
respectivas áreas de contacto.
La Figura 7.7 muestran los típicos resultados numéricos obtenidos de la simulación del comportamiento
de una dovela con 45kg/m 3 de fibras Wirand FF1.
En el Gráfico 7.2 se puede observar, la presencia de fisuras de splitting ya en correspondencia de la
181

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
carga de ejercicio, el sea el incremento de carga (después de la fisuración) posibilitado por las fibras
y se puede observar también la buena ductilidad del segmento fibroreforzado.
La Figura 7.7 muestra la distribución de los esfuerzos radiales en las cuatro zonas de carga (las cuatro
planchas de los gatos) en correspondencia de las cargas de ejercicio.
Finalmente en no gráfico 7.3 se reporta la distribución de las tensiones radiales (s r
) a lo largo de la
profundidad de la dovela en la dirección (z) del eje del túnel, siempre en correspondencia de la carga
de ejercicio.
Se observa, bajo la zona de carga, un comportamiento de la dovela similar al de una plancha sujeta
a cargas concentradas de gran magnitud: en efecto, después de un trecho de aproximadamente
100mm en donde están presentes esfuerzos de compresión, se manifiestan tracciones a lo largo de
aproximadamente 300-400mm que luego tienden a desaparecer para después volver sobre el lado
opuesto de la dovela.
El hecho que las tensiones radiales de tracción se manifiesten también en el fondo de la dovela
es simplemente debido a la presencia en tal zona de los resortes longitudinales (que simulan la
deformabilidad axial del anillo ya construido, sobre el cual esta apoyado el anillo objeto del análisis)
que, estando distribuidos uniformemente sobre toda la sección transversal posterior de la dovela,
generan esfuerzos longitudinales de compresión mucho mas limitados y tracciones locales radiales
modestas.
Gráfico 7.2 - Carga aplicada en función del desplazamiento horizontal.
Figura 7.7 - Esfuerzos radiales s r
en correspondencia de la carga de ejercicio.
182

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
Gráfico 7.3 - Esfuerzos radiales s r
a lo largo del eje de la dovela.
Para analizar las solicitaciones que se inducen en las dovelas durante la etapa de apilamiento, debe
considerarse que generalmente luego del desencofrado las dovelas se colocan en grupos de tres
después del primer día y al séptimo día se completan las pilas con las remanentes dovelas del anillo
(en total 7+1 clave), siempre por intermedio de apoyos de madera como se muestra en la Figura
7.8.
Figura 7.8 - Disposición de los dovelas apilados con el segmento crítico evidenciado.
La dovela en la base de la pila se posiciona sobre un apoyo de madera constituido por dos amplias
superficies de aproximadamente 300mm cada una, formadas por listones en madera que siguen
la curvatura de la dovela colocada con un inter-eje de aproximadamente 2,80m conectadas
inferiormente por listones que las mantienen distanciadas. Las dovelas que siguen se posicionan
sobre viguetas de madera con sección aproximada de 100mm x 100mm y profundidad igual a la de
las dovelas que deberían ser posicionadas con inter-eje de 2,80m de manera tal de quedar alineadas
con los apoyos inferiores para así eliminar o cuanto menos minimizar los efectos flexionantes sobre
las dovelas. En la práctica tal regla no es respectada y se verifican excentricidades que pueden ser
causa de elevados esfuerzos de flexión en las dovelas.
Para analizar de manera adecuada esta fase de carga, se han considerado disposiciones especialmente
desfavorables de las viguetas de apoyo de las dovelas y una de estas es la representada en la Figura
7.8 referida al segundo segmento (Gettu et Al., 2004) que se apoya sobre viguetas puestas con un
inter-eje de 2,80.m+2.e e
(indicando con e e
la excentricidad externa), mientras el segmento superior
183

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
esta dispuesto con viguetas a una distancia de 2,80.m–2.e i
(indicando con ei la excentricidad interna).
En esta situación el peso de las dovelas por encima del crítico, actúa concentrado a una distancia de
los apoyos igual a e e
+e i
. Una vez completada la pila, el segundo segmento resultará cargado por
el peso total de 5 dovelas + 1 llave. 438kN corresponden al peso de 6 dovelas enteros. Los análisis
numéricos han sido desarrollados adoptando para la excentricidad los valores (Gettu et Al., 2004),
reportados en la misma Figura 7.9.
Figura 7.9 - Configuraciones geométricas de los apoyos y de las cargas.
Para la modelación con el programa de elementos finitos Abaqus 6.4.1, se han adoptado los mismos
elementos 3D de la fase de empuje, pero con una dimensión media cerca de 90mm. Las zonas de
carga corresponden a las de las superficies de apoyo de las viguetas (cerca 100 x 1800mm) y sobre
tales superficies se ha aplicado una presión uniforme en dirección vertical con el fin de simular el
peso de las dovelas superiores (Figura 7.10). Los apoyos laterales están esquematizados con apoyos
rígidos actuantes en dirección vertical, dispuestos a lo largo de toda la profundidad del segmento.
Figura 7.10 - Malla vínculos y cargas para el análisis del peso máximo de apilamiento.
El fin de los análisis efectuados ha sido evaluar cuantas dovelas pueden ser acumuladas (apiladas)
sin inducir fenómenos de fisuración o colapso de los dovelas mas solicitados, ya que el control de
la fisuración es un aspecto de primaria importancia para las dovelas del revestimiento de túneles en
los que se debe garantizar una perfecta estanqueidad resultando por lo tanto indispensable evitar la
producción de fisuras también en las fases transitorias como por ejemplo la de apilamiento.
Las elaboraciones numéricas han sido llevadas a cabo bajo la hipótesis de presencia de excentricidad
y haciendo crecer progresivamente la carga actuante sobre la dovela hasta la formación de la primera
184

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
fisura. La fisuración es detectada por la presencia de deformaciones plásticas, ya que el código
Abaqus se basa sobre un modelo a fisuración difundida.
En la condición de carga simulada, después de la formación de la fisura se produce también el colapso
del segmento ya que la estructura es iso-estática y el material es representado como homogéneo a
lo largo de la profundidad del segmento (la fisura se forma instantáneamente a lo largo de toda la
profundidad del segmento), lo cual impide la redistribución de las acciones internas.
Los análisis han sido efectuados con referencia a las características mecánicas del hormigón después
de dos distintos periodos de fraguado, iguales a 4 días y 28 días respectivamente. La primera
condición tiene el objeto de verificar el comportamiento en condiciones muy similares a las reales y,
ya que las características del hormigón fresco de 4 días no pueden ser determinadas directamente,
estas se estiman a partir de las correspondientes al hormigón con 28 días de fraguado utilizando
para ello las expresiones correlativas previstas en las normas (UNI EN, 2003). La segunda condición
tiene el fin de obtener resultados numéricos utilizando las características del material determinadas
experimentalmente.
Gráfico 7.4 - Carga aplicada-Flecha en la segunda dovela con excentricidad de 250 mm.
En el Gráfico 7.4 se muestran los diagramas en términos de carga aplicada y de flecha evaluada en la
mitad de la segunda dovela con e e
= e i
= 250mm. Se puede observar que ya con 4 días de fraguado
la segunda dovela está en capacidad de sostener la carga de ejercicio de 6 dovelas superiores.
Después de 28 días de fraguado, el segmento muestra naturalmente una rigidez y una carga última
superior y esta en capacidad de soportar el peso de casi 10 dovelas apiladas por encima.
En conclusión, el segmento realizado con fibras Wirand FF1 con dosificación de 45kg/m 3 permite,
en presencia de excentricidades no excesivas y en todo caso contenidas dentro del limite de 250mm,
apilar las 6 dovelas necesarias para la conformación de un anillo.
185

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
Conclusiones
Del análisis numérico realizado para las dovelas del metro de Barcelona (España) puede concluirse
que sustituir, al menos parcialmente, el refuerzo tradicional con barras de acero por fibras de acero
es factible para este tipo de estructuras.
Dadas las altas tensiones que pueden ser alcanzadas en la fase de empuje de los gatos alrededor
del perímetro de la Dovela (los primeros 400mm), y la garantía que en la parte media de la dovela
el refuerzo con fibras está en capacidad de asumir los esfuerzos que se alcancen, se concluye que
puede ser armada la dovela con barras tradicionales únicamente en el perímetro.
Figura 7.11 - Refuerzo Convencional + Fibras (a). Refuerzo Convencional (b).
7.3 - Ejemplos de aplicaciones. Paneles de cierre, vigas pre-tensadas, elementos
prefabricados no estructurales.
7.3.1 - Paneles de cierre.
Ensayos sobre paneles en hormigón prefabricado armados tanto con barras de acero tradicional como
con fibras de acero fueron llevados a cabo, los resultados obtenidos se presentan a continuación.
Con esta investigación se buscó optimizar la geometría del panel tomando en consideración las
solicitaciones estáticas, el proceso de producción y la reducción del peso.
Los objetivos principales de la investigación fue sustituir la malla tradicional de acero electrosoldada,
que usualmente se coloca en la cara externa del panel, por fibras de acero.
Lo primero a realizar fue conseguir un modelo de carga y captación de resultados que representará el
empuje que el viento produciría sobre el panel. En la realidad los paneles colocados verticalmente se
encuentran sometidos a cargas transversales efecto del viento y una limitada carga axial, provocada
por su propio peso. Cuando los paneles se encuentran colocados horizontalmente es necesario
combinar los esfuerzos flectores producidos tanto por su peso propio como por las acciones del viento.
Debido a que la condición de carga más crítica es cuando el panel es colocado horizontalmente, los
ensayos fueron realizados bajo esta hipótesis. (Fig. 7.12).
186

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
Foto 7.2 - Paneles colocados Horizontalmente.
Figura 7.12 - Sección Transversal del Panel Tradicional.
Los ensayos fueron realizados a escala real con paneles de dimensiones 11,20m de longitud y una
altura de 2,5m. Los resultados obtenidos muestran que en el panel armado con fibras de acero
se obtiene una carga última similar al panel armado con malla electrosoldada. Además de lograr
controlar de una manera mas eficaz las fisuras producidas.
Foto 7.3 - Ensayo sobre paneles colocados horizontalmente.
7.3.2 - Losas de sección doble T.
Las fibras de acero también pueden ser utilizadas en losas prefabricadas como los elementos
pretensazos de sección Doble T. Las losas usualmente no tienen problemas por corte y pueden ser
reforzadas únicamente con acero longitudinal como son las losas de sección hueca. Sin embargo,
los elementos de sección doble T son usualmente armados en las alas con malla de acero que provee
un mejor comportamiento por cargas concentradas, resistencia al corte y a la torsión, especialmente
al estado límite último en donde se considera que las torsiones producidas por pares de fuerza
representan las solicitaciones más críticas.
Investigaciones llevadas a cabo demuestra que si el acero transversal (Φ 5/25) es sustituido por fibras
de acero amoldadas en los extremos (50kg/m 3 ), mientras que el resto del acero tradicional no es
modificado (Fig. 7.13), no se producen cambios en el comportamiento longitudinal a flexión de los
elementos (Fig.7.14).
187

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
(b)
(a)
(c)
Figura 7.13 - Soporte de sección Doble T pretensado simplemente apoyado sometido a carga distribuida. Curva Carga-Desplazamiento en elemento armado
con acero tradicional (a), distribución de las fisuras en el elemento reforzado con acero tradicional (b) y con fibras de acero (c).
Figura 7.14 - Elemento de sección doble T. Sección transversal (a), refuerzo tradicional (b) y refuerzo con fibras (c) en los apoyos.
188

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
(c)
(a)
(d)
(b)
(e)
Figura 7.15 - Ensayo a corte. Modelo de carga (a); Comportamiento Carga-Desplazamiento (b); modelo de falla con hormigón sin refuerzo
(c); con acero tradicional (d) y con fibras de acero (e).
Además de estudiar cuales serian las cargas distribuidas a las que la estructura estará sometida, se
estudio la forma de simular estas en el laboratorio. También se realizaron ensayos sobre el elemento
sin ningún tipo de armadura (no fue introducido en la matriz ni fibras ni malla electrosoldada).
La comparación muestra la interacción de varios tipos de cargas además de las que generalmente se
consideran (Cargas puntuales, esfuerzos de flexión horizontal, cargas distribuidas), de esta manera
se garantizó el comportamiento dúctil al corte de la estructura cuando fallaron los ángulos de la
estructura debido a los parámetros dinámicos seleccionados, sin embargo al expresar los resultados
en referencia a los desplazamientos verticales se obtuvieron resultados frágiles a excepción el
elemento de hormigón sin armadura el cual fallo antes por flexión.
7.3.3 - Estructuras para azotea.
Este tipo de estructura se caracteriza por su gran esbeltez (relación profundidad/longitud hasta 35),
una delgada sección en la zona de compresión para permitir el drenaje del agua y solicitaciones
distribuidas lateralmente lo que produce momentos flectores transversales significativos.
Una vez estudiadas las cargas críticas a las que la estructura tendría que ser sometida durante su vida
útil, se realizaron los ensayos correspondientes en los laboratorios de la Universidad de Brescia. El
ensayo fue realizado con cuatro puntos de cargas, las cuales son descritas en la Fig. 7.18a. Un censor
electromecánico fue ubicado en el medio de la estructura afianzado con abrazaderas a dos barras
metálicas soldadas a un perfil UPN300.
189

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
Fueron realizados ensayos sobre tres modelos distintos con la misma geometría: los primeros dos
modelos fueron armados con fibras metálicas, uno con fibras de bajo contenido de carbono de
30mm de longitud y 0,7mm de diámetro y el otro con fibras de alto contenido de carbono de 30mm
de longitud y 0,4mm de diámetro, mientras que el tercero fue armado de manera tradicional con
malla electrosoldada (1Φ5/25/20).
Los elementos reforzados con fibras de acero mostraron una mayor ductilidad y mayor carga última
de servicio en comparación con el modelo armado con acero tradicional (Fig. 7.18a). La falla en
todos los caso fue debido a momentos flectores longitudinales con fisuras en las alas de la estructura
(Figs. 7.18.b,c,d).
Se puede concluir después de los ensayos realizados, que las fibras de acero representan un refuerzo
distribuido homogéneamente en la matriz que está en grado de competir con la tradicional malla de
acero. Además de permitir reforzar de forma eficaz estructuras de secciones complejas que tengan
solicitaciones tanto en dos como en tres direcciones.
Las estructuras de azoteas prefabricadas en hormigón reforzado con fibras metálica dan resultados
comparables a aquellas estructuras reforzadas con malla electrosoldada y un aumento de la ductilidad
como se demuestra en los resultados obtenidos.
(a)
(b)
Figura 7.16 - Sección transversal (a), desplazamiento del elemento estructural (b).
(a)
(b)
(d)
(c)
Figura 7.17 - Comportamiento a flexión del elemento estructural (a); Curva carga-desplazamiento del elemento bajo cargas
distribuidas (b); Losa horizontal (c); inclinación del ala (d).
190

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
(a)
(c)
(b)
(d)
Figura 7.18 - Ensayo a escala real: sistema de cargas (a); simulación de cargas (b); equipo de medicion (c); comportamiento de las fisuras en el elemento (d).
(a)
(b)
Figura 7.19 - Ensayo de la estructura armado con fibras de acero. Sección simétrica (a) y no simétrica (b). Comportamiento global a escala real del elemento
estructural: Carga ultima viva Vs Deflexión (a); Falla del elemento estructural armado con acero tradicional y con fibras de acero (b,c,d)
191

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
(a)
(a)
(b) (c) (d)
Figura 7.20 - Comportameinto global a escala real del elemento estructural: Carga ultima viva Vs Deflexión (a); Falla del elemento estructural armado con
acero tradicional y con fibras de acero (b,c,d).
7.3.4 - Vigas pre-tensadas.
La posibilidad de sustituir el refuerzo mínimo transversal (estribos) con fibras de acero en vigas
prefabricadas puede suponer importantes avances en las prestaciones de la estructura.
El comportamiento al corte de elementos prefabricados con el refuerzo mínimo transversal ha sido
estudiado a través de ensayos sobre vigas a escala real. Los ensayos simulan el comportamiento de
las vigas cerca de los apoyos, donde los estribos usualmente son diseñados en concordancia con las
normativas de construcción en aquellos lugares donde solo se requiere acero mínimo. Los ensayos
fueron realizados a vigas sin ningún tipo de refuerzo tradicional (Viga 1), con refuerzo transversal
tradicional (Viga 2) y vigas reforzadas con fibras de acero (Vigas 3 y 4).
Los resultados experimentales demuestran que el comportamiento a corte de vigas armadas
con fibras de acero (V f
= 0,64%) es similar, o incluso mejor, que aquellas armadas con acero
transversal tradicional mínimo requerido por el Eurocódigo 2. La Fig. 7.21.b muestra la curva cortedesplazamiento
de los ensayos realizados sobre las vigas con refuerzo mínimo. En todos los casos la
fisura empezaba a aparecer (final de la fase elástica) al alcanzar una solicitación al corte de 450kN.
El comportamiento de las vigas armadas o bien con acero tradicional o aquellas con fibras de acero
presentaron resultados similares. Se pudo notar que en las vigas armadas con fibras metálicas el
espesor de las fisuras eran menores que en la viga armada con acero tradicional.
192

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
(a)
(b)
Figura 7.21 - Ensayo a corte. Ensayo en laboratorio (a); curva carga-desplazamiento en vigas armadas con acero transversal mínimo (b).
7.3.5 - Diversos elementos prefabricados.
Son innumerables los casos de elementos prefabricados en donde las fibras pueden sustituir
eficazmente el acero tradicional mejorando incluso la calidad de la pieza y permitiendo industrializar
el proceso de producción. Todos aquellos casos en que las solicitaciones mecánicas a las que estará
expuesto el elementos sean reducidas, y que el acero de refuerzo que se coloque tendrá funciones
secundarias como son controlar las fisuras, aumentar la resistencia a abrasión o al impacto y/o
mejorar la resistencia a variaciones térmicas entre otros, son piezas en las que muy probablemente
podrá ser sustituido el acero tradicional por fibras metálicas.
Algunos ejemplos en los que ha sido sustituido el acero tradicional por fibras metálicas pueden
observarse en las imágenes expuestas a continuación.
(a)
(b)
(c)
(d)
193

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
(e)
(f)
Figura 7.22 - Ejemplo de diversas estructuras prefabricadas armadas con fibras.
7.4 - Aplicaciones especiales de SFRC.
7.4.1 - Sistemas de cimientos .
Generalidades
A diferencia de las pavimentaciones industriales, que son losas apoyadas sobre suelo elástico, las
fundaciones son estructuras portantes y su diseño y construcción tiene que estar de acuerdo con
los Eurocódigos y/o con las Normas Técnicas Nacionales. El Hormigón Fibroreforzado (SFRC) no está
reglamentado en muchos países y, de consecuencia, son necesarias aprobaciones especiales por su
misma colocación de la obra en tales aplicaciones. En Alemania, la aplicación de fibras metálicas
en las construcciones, donde la estabilidad estructural tenga que ser ensayada, se requiere una
aprobación oficial por el Instituto de la Técnica de Construcción Civil (DIBt) Berlin. No se requiere
tal aprobación por lo que se refiere a pavimentaciones y construcciones donde las fibras metálicas
vienen usadas sólo para análisis del estado límite de ejercicio (SLS). Estas aplicaciones son de menor
relevancia puesto que no hay riesgo para la vida en el caso de daños o falla.
Losas para Cimientos
En los últimos 5 años ha sido desarrollada una nueva aplicación en la construcción de edificios. Las
cimentaciones por losas para edificios de habitaciones pueden ser realizadas en SFRC. El peso de
las paredes puede ser fácilmente sustituidas por losas en SFRC si las condiciones del terreno son lo
suficiente buenas. Los principios de diseño son los mismos de las pavimentaciones industriales.
Foto 7.4 - Losas FRC para cimientos de construcciones de viviendas (casas privadas), Alemania.
194

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
En la mayoría de los países de Europa Central, debido al hecho que estas losas soportan cargas
transmitidas por las paredes, es necesaria una especial aprobación para el sistema. En estos casos
las losas ya no son elementos secundarios de construcción, como pavimentaciones industriales, y
tienen que ser planificados, diseñados y construidos según las Nornas Técnicas de referencia. Sin
embargo, es posible presentar demanda por la aprobación general de teles sistemas. En Alemania,
por ejemplo, la aprobación general puede ser requerida cerca del Instituto alemán de Técnica de
Construcción (DIBt) Berlín.
Foto 7.5 - Losas sin juntas para cimiento (diàmetro: 39m) de un silos agrícolo con reforzo combinado (estructura en red + fibras PP). Alemania 2005.
Cimientos para estructura en red de líneas aéreas de electricidad
Ha sido hecho un nuevo desarrollo para las fundaciones de bases de palos eléctricos de (vetture)
tranviarias o líneas ferroviarias. La principal función de estos cimientos es la de garantizar la estabilidad
por medio del proprio peso (peso muerto). Las fibras metálicas trabajan como armadura mínima
para el control de la fisuración. De consecuencia debe ser efectuada un análisis estructural al SLS.
Esta verificación ha sido realizada trámite un sistema strut-and-tie. Sólo un refuerzo convencional
queda en la parte superior de los cimientos (la mayoría arandelas). Estos cimientos son por lo general
fraguados en sitio a causa de las relevantes dimensiones.
Figura 7.23 - Sección a cruz de cimientos SFRC para palos de eléctricidad aérea (izquierda) y modelo travesaño de soporte para análisis de la estabilidad
interior (derecha).
195

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
Las grandes ventajas de las fibras metálicas, comparadas como refuerzo convencional, tienen un
lapso de tiempo de constucción inferior y una mayor facilidad de instalación, inserción de cables,
etc.
7.4.2 - Nuevas potenciales aplicaciones.
Pilotes en hormigón
Las fibras metálicas pueden mejorar los procedimientos de construcción de pilotes en hormigón, en
particular en el campo de excavados y vaciados en sitio. Aquí las fibras metálicas podrían remplazar
el refuerzo mínimo donde las armaduras prefabricadas tienen que ser insertadas en el hormigón
fresco, lo cual es un procedimiento complejo y necesita tiempo. Un hormigón mixto fresco con
refuerzo de fibra metálica facilitaría sustancialmente el proceso productivo, mientras el tiempo de
construcción sería también reducido de forma sustancial. Hoy en día no hay aún un estándar que
permitan el reemplazo de un refuerzo convencional en tales aplicaciones, ya que eso ataña el soporte
de superestructuras.
Foto 7.6 - Zona de pilotes excavados y vaciados en sitio.
Foto 7.7 - Ejecución de la perforación del pilote.
7.4.2.1 - Estructuras sometidas a efectos sísmicos.
Algunos de los más fuertes terremotos en los últimos años han mostrado que hay la necesidad
de nuevos materiales y técnicas de construcción. La caida de muchos edificios, unidamente a la
muerte de muchas vidas humanas, demuestra que los sistemas de construcciones que se aplícan no
tienen capacidad para sostener el impacto de la elevada fuerza dinámica que ocurre durante fuertes
terremotos, debido a insuficiente capacidad de absorción.
Desde los años 70, han sido llevadas adelante unas investigaciones sobre la influencia favorable
de las fibras metálicas respecto al comportamiento para sostener el peso y sobre la idoneaidad
del hormigón y del hormigón reforzado sometido a carga dinámica. La principal atención en aquel
tiempo eran la seguridad y resistencia de instalaciones potencialidad nuclear y estructuras militares
de proteción:
- Las fibras metálicas mejoran de forma significatìva el comportamiento de deformación y
ductilidad.
196

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
- El comportamiento de fricción del hormigón puede ser mejorado de forma significante con
el desarollo de nuevos materiales de construcción.
- La atenuación de la frecuencia del hormigón reforzado puede ser aumentada hasta 10
veces con la agregación de fibras metálicas.
- La capacidad de disipación bajo impacto y carga cíclico estacionario pueden claramente ser
aumentados.
- La resistencia al impacto puede ser aumentada hasta el 2000% con fibras metálicas.
Estos efectos benéficos de las fibras metálicas sobre el factor fricción y deterioro pueden mejorar de
forma significativa la estabilidad de las estructuras sujetas a cargas dinámicas durante terremotos.
El ejemplo de una investigación para medir la ductilidad en la Columna – viga unidas demuestra
que el Método de diseño ACI unidamente a SFRC, pueden aumentar el rendimiento de la unión
(columna-viga), lo cual abre la oportunidad de revaluar la ductilidad global de la estructura.
Junta # 6
Convencional
Junta # 1
SFRC 6-in (15.2cm)
Convencional
Junta # 4
SFRC 8-in (20.3cm)
Convencional
Foto 7.8 - Aplicación del hormigón reforzado por fibra metálica en uniones viga-columna.. Tesis presentada a la Facultad de la Universidad pública de San
Diego, por Michael Gebman Año 2002.
7.4.3 - Topping para entrepisos o forjados metálicos y prefabricados.
La aplicación del hormigón fibrorefrozado puede ser muy bien justificada técnicamente para el
caso de topping, ya sea en entrepisos metálicos para recubrir el encofrado colaborante, ó para los
topping de sistemas de entrepisos prefabricados. En ambos caso es de común aplicación la malla
electrosoldada.
A continuación es mostrado el argumento técnico que ejemplifica que la solución fibroreforzada
al mínimo logra igualar y mejorar las condiciones mecánicas de la alternativa, que está prevista ser
197

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
reforzada para controlar solo efectos de retracción por temperatura.
Como condiciones iniciales presentadas en el diseño original tenemos:
- Piso espesor 8cm promedio útil (5cm de recubrimiento sobre la cresta del Steel Deck), en
concreto f´c= 21MPa,
- Acero de refuerzo en barras de 5,00 mm de diámetro, f y
= 414 Mpa, repartidas cada 15cm
en ambas direcciones, ubicada a 4,0cm de la superficie superior del piso, según recomendaciones
de los fabricantes (fuente www.alcor.com.ar), o similares.
Figura 7.24 - Sección tradicional de armado para Steel Deck.
Figura 7.25 - Perspectiva del Steel Deck.
Tabela 7.1 - Sugerencia de armado por retracción de Steel Deck (Fuente www.alcor.com.ar).
198

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
Análisis para alternativa en concreto fibrorefrozado:
Figura 7.26 - Sección de Steel Deck Fibroreforzada.
Inicialmente obtenemos la característica máxima resistente de la sección tradicional simplemente
armada a través de la siguiente expresión:
Donde :
M res
= Momento resistente;
f y
= Esfuerzo resistente del acero;
d = Altura útil.
Utilizando la equivalencia convencional de resistencia a flexión de la sección considerada
tradicionalmente por las normativas que incluyen aplicación del concreto fibroreforzado, obtenemos
la sustitución total de la armadura prevista por 20kg/m 3 de fibras metálicas Wirand ® FF1, donde se
considera como resistencia a flexión del elemento fibroreforzado de una sección rectangular:
M r
= Momento resistente;
R eq
= Resistencia equivalente del concreto fibroreforzado, considerando que la sección es
homogéneamente distribuida y reforzada;
Sx = b.h 2 = Módulo de sección de la sección rectangular prevista.
6
A continuación se muestra el comparativo:
199

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
Tabela 7.2 - Comparativo mecânico entre seção retangular com armadura tradicional vs. seção retangular reforçada com fibras.
Para la determinación de la resistencia equivalente del hormigón fibroreforzado son considerados
los resultados provenientes de la Norma UNI11039, teniendo como resultados de caracterización
del concreto para la resistencia C25 y dosificaciones 25kg/m 3 los parámetros mostrados en la tabla
anexa. Utilizando como valores sugerido para un hormigón C21, un momento de primera fisuración
de 3,00 MPa, y manteniendo un mínimo de ductilidad de 61,5% para esta dosificación de fibras,
siendo estos datos respaldados por las caracterizaciones de hormigones según RILEM.
200

7. Aplicaciones en hormigón fibroreforzado: Prefabricados.
Gráfico 7.5 - Diagrama Resistencia vs. dosificación.
La metodología anteriormente mostrada, siendo convencional de equivalencia de sección, seria
argumento suficiente para demostrar la equivalencia de materiales, ya logrando la convalidación del
diseño.
201

8 - Dosificadores para fibra Wirand ® .
8.1 - Equipos de incorporación de las fibras al hormigón.
Las fibras pueden ser entregadas en diversos formatos de embalaje, los cuales quedan a la elección
del usuario, dependiendo del sistema de incorporación que se pueda aplicar en la obra.
MACCAFERRI ofrece dos formatos que cubren, de manera flexible, las diversas formas de incorporar
el material en el hormigón. Estos formatos son:
Formato CAJA de Cartón. La caja contiene 20kg de material. Esta diseñada, en dimensión y peso,
para poder ser manipulada por los obreros, tanto en el almacén como en obra. Este formato puede
ser usado para la incorporación manual de las fibras o por los equipos dosificadores del tipo DOSO
BOX.
Foto 8.1 - Vista frontal de la caja.
Foto 8.2 - Vista posterior de la caja.
Foto 8.3 - Embalaje de palet de cajas con 1200 Kgs de material.
Foto 8.4 - Contendido de una caja de fibras sueltas.
Formato BIG BAGS o Sacos. Los Big Bags son sacos que pueden tener un peso entre 500 y 1000kg,
dependiendo del producto despachado. Este formato es de uso exclusivo para los Dosificadores Circulares
del tipo SF-500, DOSO 1.6 ó DOSO 2.0, que poseen una capacidad máxima de almacenamiento
de 1600 Kg. Este tipo de equipos es utilizada en Plantas de hormigón fijas, donde el tiempo por ciclo
de preparación del hormigón es muy estricto y requiere de una mayor autonomía.
203

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Foto 8.5 - Ejemplo de Big Bag.
Foto 8.6 - Big Bags paletizados en Planta de hormigón.
Foto 8.7 - Ejemplo de movilización de Big Bags.
Foto 8.8 - Formato de embalaje doble para Big Bags.
Equipos para la dosificación de las fibras.
En función de los diferentes formatos de despacho del material, MACCAFERRI ofrece, como servicio,
equipos para la dosificación en condición de ajustarse a los niveles de producción del hormigón. El
rendimiento de los equipos varía en función de la fibra utilizada.
DOSO BOX. Equipo liviano, portátil, diseñado para obras donde sean utilizadas fibras en cajas. Este
equipo funciona con un sistema de aire a presión que transporta las fibras, mediante un conducto,
hasta la boca del camión hormigonero, de manera rápida y segura. Su rendimiento puede alcanzar
entre 40 - a 80kg/min.
Foto 8.9 - Doso Box en obra.
Foto 8.10 - Doso Box siendo ensamblado.
204

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Foto 8.11 - Doso Box siendo ensamblado.
Foto 8.12 - Doso Box dosificando fibras al camión hormigonero.
DOSO SF500; DOSO 1.6; DOSO 2.0. Son equipos fijos para plantas de hormigón, que poseen una
capacidad de 1600 Kgs. Son de uso exclusivo para BIG BAGS. Ofrecen un rendimiento de hasta 200
Kg/min y pueden dosificar las fibras de diversas maneras:
- Directamente al camión hormigonero: En este caso es necesario la construcción de una
estructura para ubicar el dosificador a la altura adecuada para la descarga. Esta estructura debe ser
protegida con un pequeño techo, debajo del cual pueda ser colocado un stock de big bags para la
alimentación del equipo. La estructura puede ser equipada con una grúa, eléctrica o manual, para
levantar los Big Bags y cargar el dosificador. En este caso, el equipo puede estar desvinculado de la
planta de hormigón, ya que la dosificación se realizará en el camión hormigonero después de los
otros ingredientes de la mezcla.
- Descarga en bandeja de áridos: En este caso el equipo está dentro de la planta de hormigón,
ubicado de manera que permita descargar las fibras sobre tolva de áridos de la planta. Es necesario
proteger es necesario proteger el equipo de las intemperie y agregar los equipos de levantamiento
para los big bags.
- Descarga en la tolva para la alimentación de la mezcladora (prefabricados). En este caso
el equipo es ubicado en la zona de descarga de la tolva de los áridos, que se encuentra al final de la
planta, logrando así descargar las fibras junto a los áridos. En este caso, por tratarse de dosificaciones
pequeñas, para volúmenes entre 1 y 2m 3 , son utilizados otros equipos en complemento para garantizar
la precisión y la homogeneidad de la descarga. Valen, para la protección y el levantamiento de
los big bags, las consideraciones anteriormente expresadas.
Figura 8.1 - Ejemplo gráfico de dosificador ubicado para descargar en camiones
hormigoneros.
205

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Figura 8.2 - Ejemplo gráfico de dosificador ubicado para descargar sobre bandeja de áridos.
Figura 8.3 - Ejemplo gráfico de dosificador ubicado para descargar sobre tolva de mezcla para
prefabricados.
Foto 8.13 - Dosificador tipo DOSO. 2.0. Foto 8.14 - Dosificador tipo DOSO. 1.6.
206

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Foto 8.15 - Dosificador tipo DOSO SF-500.
Foto 8.16 - Dosificador tipo DOSO SF-500 con grúa para cargar Big Bags.
8.2 - Sistemas de dosificación de las fibras para hormigón proyectado.
La dosificación de las fibras para la preparación de hormigón proyectado puede ser realizada de diversas
maneras, desde la dosificación manual hasta la dosificación industrializada. Las fibras comúnmente
utilizadas en este tipo de mezcla son de formato suelto con relaciones de esbeltez >40 y con longitud
alrededor de 30 a 35mm. A continuación detallamos de las distintas alternativas:
- Alternativa manual: Cuando las cajas son vaciadas directamente sobre la mezcla preparada, ya sea
en camiones hormigoneros, o contenedores para el transporte sobre la bandeja de los áridos en el
caso de plantas mezcladoras.
Foto 8.17 - Producción de hormigón en camión mezclador.
Foto 8.18 - Medición de asentamiento antes de colocar las fibras.
Foto 8.19 - Colocación de las fibras en el camión hormigonero.
Foto 8.20 - Colocación de fibras en la bandeja de áridos
manualmente.
207

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Foto 8.21 - Verificación de homogeneidad de la mezcla luego de hacer
girar el camión hormigonero durantes unos minutos.
Foto 8.22 - Medición del asentamiento luego de colocadas las
fibras.
Foto 8.23 - Camión hormigonero descargando la mezcla en la boca
de la bomba de hormigón.
Foto 8.24 - Realizando el lanzado de hormigón homogéneamente.
- Alternativa Industrial: En este caso, dependiendo de la inversión aplicada en obra, serán utilizadas
todos los equipos disponibles de MACCAFERRI y la elección del equipo será de acuerdo a la conveniencia
operativa del cliente. En este caso utilizarse tanto el DOS BOX como los equipos DOSO 1.6 /
DOSO 2.0 y SF-500.
Foto 8.25 - Camión hormigonero aproximándose al dosificador, luego
de verificar el asentamiento de la mezcla lista sin fibras.
Foto 8.26 - Camión hormigonero aproximándose al dosificador, luego
de verificar el asentamiento de la mezcla lista sin fibras.
Foto 8.27 - Descarga de fibras sobre camión hormigonero.
Foto 8.28 - Medición del asentamiento de la mezcla lista con fibras. La
mezcla es realizada con un par de minutos de girado a alta velocidad
del camión hormigonero luego de incluidas las fibras en el mismo.
208

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Foto 8.29 - En algunos casos es necesario medir la temperatura si se
esta trabajando en lugares de condiciones climáticas adversas.
Foto 8.30 - Descarga de mezcla sobre la tolva del equipo robot para
hormigón lanzado.
Foto 8.31 - Camión hormigonero sirviendo el equipo de hormigón
proyectado.
Foto 8.32 - Equipo Robot de hormigón proyectado finalizando el
trabajo.
8.3 - Sistemas de dosificación de fibras para la producción de dovelas.
La dosificación de fibras en la preparación del hormigón para la prefabricación de las dovelas es un
caso muy particular, en el cual es necesaria la dosificación mecanizada para un riguroso control de
la cantidad de fibras incorporadas a la mezcla.
Los hormigones para la prefabricación de las dovelas poseen una trabajabilidad muy baja y la cantidad
de mezcla, varía entre 1y 2m 3 .
Las dosificaciones de fibras para una pieza pueden variar entre un mínimo de 25kg/m 3 hasta un
máximo de 60 Kg/m 3 . Las fibras adoptadas en este tipo de mezcla tienen una relación de aspecto
>50 y longitud 50mm, por ser mezclas con áridos de diámetro característico máximo de aproximadamente
1” (25mm).
El proceso de mezcla es muy rápido, porque es necesario alcanzar la productividad óptima en la
fabricación de tales elementos.
MACCAFERRI ha diseñado un sistema especial para plantas de prefabricación de dovelas, el cual está
conectado con la computadora de la planta de hormigón, logrando así un control centralizado de la
dosificación de las fibras.
209

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
La planta de hormigón regula la dosificación de los distintos componentes de la mezcla (cemento,
fibras, agregados, etc.) Todo es vertido en la pre mezcladora en la cual es agregada al agua; la mezcla
es así colocada en el molde. El proceso de curado acelerado permite lograr en 12 horas una pieza
lista para ser movilizada y almacenada.
El equipo está formado por:
- Un dosificador tipo SF 500 / DOSO 1,6 / DOSO 2.0;
- Segunda máquina de pesar (por ej. desenmarañador);
- Un sistema de control.
En el proceso de producción, las fibras son descargadas simultáneamente con los agregados en la
tolva de recepción. La cantidad de fibras descargadas viene pre cargada y pesada sobre la segunda
máquina de pesar que, a su vez, es alimentada por el dosificador circular.
A continuación se describe el equipo usado y el ciclo de producción:
Figura 8.4 - Esquema General del Sistema.
Foto 8.33 - Esquema General del Sistema, en foto real de obra.
Foto 8.34 - Conjunto Dosificador, Vibrador, descargando la fibra en
la tolva.
Foto 8.35 - Esquema General del Sistema, visualización de tolva de
material siendo cargada.
210

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Foto 8.36 - Tolva de material cargada.
Foto 8.37 - Ejemplo de mezcla.
Foto 8.38 - Asentamiento típico de mezcla para dovelas, con una muy
baja relación agua/cemento.
Foto 8.39 - Pantalla de software de producción de hormigón donde
son controlados todos los componentes de la mezcla.
Foto 8.40 - Mezcla lista siendo depositada en el molde de dovela.
Foto 8.41 - Dovela luego de ser llenada en cámara de vaciado de
hormigón. Preparado de superficie superior.
Foto 8.42 - Dovela entrando a tren de curado.
Foto 8.43 - Dovela saliendo del tren de curado u hornos.
211

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Foto 8.44 - Dovela luego de curado, lista para ser desencofrada.
Foto 8.45 - Dovela desencofrada, siendo girada para la posición de
almacenamiento.
Foto 8.46 - Dovelas transportadas al patio de almacenamiento.
Foto 8.47 - Dovelas en el patio de almacenamiento.
8.4 - Sistemas de dosificación de fibras para hormigón para pavimentos.
En la dosificación de fibras para hormigones para pavimentaciones, se puede proceder de forma
manual o de forma industrializada. En particular, en este tipo de obras para el caso de producción
industrial, el sistema de dosificación más aplicado es el uso del DOSO BOX.
Las consideraciones técnicas son idénticas a los casos anteriores.
En este caso las mezclas son más fluidas que en el caso de la prefabricación. Las fibras, dependiendo
del tipo de mezcla, podrán ser de formato largo o corto, dependiendo de el árido escogido.
A continuación se ejemplifica un proceso de producción de hormigón para la pavimentación:
Foto 8.48 - Doso Box preparado para dosificar camión hormigonero.
Foto 8.49 - Pico del Doso Box insertado en boca del camión
hormigonero.
212

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Foto 8.50 - Doso Box preparado para dosificar camión hormigonero.
Foto 8.51 - Operador u obrero introduciendo las fibras en formato
de caja en el dosificador.
Foto 8.52 - Fibras vaciadas sobre la boca del DOSO BOX.
Foto 8.53 - Fibras vaciadas sobre la boca del DOSO BOX y siendo
sopladas hacia el camión hormigonero.
Foto 8.54 - Aspecto de la lista para su colocación.
Foto 8.55 - Colocación del hormigón fluido sobre la superficie del
pavimento.
213

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Foto 8.56 - Colocación del hormigón.
Foto 8.57 - Preparado final de la superficie.
8.5 - Sistemas de dosificación de fibras orgánicas y poliméricas.
La introducción de fibras orgánicas ó poliméricas dentro de cualquier mezcla de hormigón, es normalmente
ejecutada de forma manual. Las dosificaciones típicas de este tipo de fibras son del orden
de 0,6kg/m 3 a 1,5kg/m 3 .
Este material es entregado en bolsas introducidas directamente en la mezcla; el embalaje será disuelto
por el agua contenida en la mezcla. Para distribuir su contenido en la mezcla es suficiente hacerla
girar por un par de minutos.
A continuación es mostrado un ejemplo de la inclusión de este tipo de fibras:
Foto 8.58 - Formato de bolsa hidrosoluble de 0,6 Kg.
Foto 8.59 - Operario introduciendo bolsa hidrosoluble dentro del
camión hormigonero.
Informaciones técnicas detalladas sobre los equipos o sistemas aqui expuestos podran ser encontradas
a continuación de el presente manual.
214

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
8.6 - Dosificadores circulares.
8.6.1 - Descripción del equipo.
El equipo está constituido, en su parte superior, por una tolva cilíndrica y en la parte inferior, por la
estructura que incluye una parte fija de apoyo y una parte móvil dotada de motores vibrantes.
La parte inferior está vinculada a la parte móvil por medio de soportes de goma antivibrantes, en el interior
del chasis se encuentran las celdas de carga para el cálculo del peso de las fibras en la tolva.
La tolva contiene, en su interior, una canaleta helicoidal que sobresale, en la parte superior, formando
un canal de sección rectangular.
Para completar el dosificador arriba mencionado (1),también está el cuadro eléctrico (2) y el instrumento
de mando (3).
8.6.2 - Finalidad.
El dosificador sirve para alimentar, de forma automática, con un flujo de fibras Wirand ® otros equipos
ó máquinas, por ejemplo la cinta para los agregados, dosificando una cantidad preestablecida de las
mismas medida en kg.
El dosificador viene unido y controlado por la planta de hormigonado, automatizando la producción
del hormigón fibro-reforzado.
8.6.3 - Tipología.
Existen tres modelos disponibles de dosificadores circulares, que se distinguen substancialmente por
el diámetro de la tolva, pueden además ofrecer diferentes prestaciones en relación a la dotación de
motovibradores.
Nombre: Diámetro nominal (mm)
DOSO 1.6: 1600
SF500-S: 1800
DOSO 2.0: 2000
8.6.4 - Principio de funcionamiento.
Una gran cantidad de fibras es recibida durante la fase de carga del equipo en el interior de la tolva;
esta, debido a la acción de los motovibradores con masas excéntricas, es puesta vibración.
Durante la vibración, las fibras se disponen de forma más uniforme en el fondo de la tolva, ocupando
también la parte baja de la canaleta helicoidal. Por efecto de la vibración las fibras suben por la espiral
salir con flujo constante por el canal superior.
215

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
El volúmen del flujo puede ser controlado interviniendo en la regulación de las masas excéntricas de
los motovibradores.
Durante la fase de trabajo (equipo en vibración), el dosificador controla la cantidad (peso) de fibras
que salen, mediante las celdas de carga.
El dosificador es dotado de aparatos eléctricos/electrónicos que permiten el control, la programación
y monitorización de las principales operaciones de trabajo.
8.6.5 - Principio de utilización.
Las operaciones pueden ser así divididas de la siguiente manera:
Operación de carga
Con esta operación se introducen grandes cantidades de fibras en el interior del dosificador.
El abastecimiento es realizado utilizando big bags movilizados por medio de poleas o equipamientos
apropiados.
Los big bags de fibra, cuyo peso varía de 500 a 1000kg, son colocados encima del dosificador; sucesivamente,
cortando su fondo, se dejan caer las fibras en la zona central de la tolva.
La fase de carga puede también ser efectuada vaciando en el interior del dosificador cajas de fibras
de 20kg.
El proceso de carga es realizado con el equipo parado y tiene que ser efectuada con una frecuencia
tal que el dosificador no se encuentre ni demasiado lleno, ni demasiado vacío.
Para la abertura del fondo de los big bags es necesario mantenerse a una cierta distancia, de manera
tal de evitar no alcanzado por las fibras; generalmente se requiere un andamio alrededor del dosificador
para facilitar esta operación.
Operación de programación
El operador de la planta debe programar la dosificación de las fibras.
Por dosificación se entiende la cantidad de fibras que deben ser extraídas del dosificador.
Fase de trabajo del equipo
Durante esta fase el equipo es puesto en vibración; esta puede ser activada por el operador, en el
caso de modalidad manual, o por la planta de hormigonado la cual sincronizará esta operación con
las otras maquinas presentes (ej: cinta transportadora de agregados).
La duración y la desactivación de esta fase es controlada por el mismo dosificador en función de la
dosificación programada o por otras eventuales señales vinculadas al procedimiento de extracción
de las fibras (ej. paradas de emergencia, detención de la cinta de agregados, etc.).
216

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
8.6.6 - Datos técnicos y dimensiones principales.
(*) El peso es variable en función de la clase de fibra utilizada.
El canal puede encontrarse en posición desfasada en 45° para facilitar el transporte, ya que un posicionamiento
distinto no sería posible con la versión estándar.
Las dimensiones externas totales, por lo tanto, pueden variar en función del tipo elegido.
La posición del dosificador Estándar en el interior de un contenedor puede ocurrir de dos maneras
diferentes ocupando así espacios diferentes.
8.6.7 - Movimiento / transporte.
Antes de mover el dosificador, es necesario bloquear los dispositivos de pesado.
Antes de utilizar el dosificador, es necesario desbloquear los dispositivos de pesado.
Para los detalles sobre las operaciones de bloqueo y desbloqueo recomendamos los manuales de uso
y mantenimiento de los equipos.
8.6.8 - Disposición eléctrica necesaria.
Para la utilización del dosificador hay que disponer una conexión eléctrica con los requisitos indicados
a continuación. El equipo está dotado de algunas extensiones que facilitan el posicionamiento del
mismo y su correspondiente instrumento de mando (suministro ESTÁNDARD)
En el caso que sea necesario separar el cuadro eléctrico del equipo está disponible, como OPCIÓN
217

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
A PEDIDO, una extensión adicional a ser interpuesta entre el cuadro eléctrico y el equipo (20m), en
este caso, la extensión para el instrumento ED231 será de 20m.
Para la opción a pedido o para utilizaciones y configuraciones personalizadas, como por ejemplo
la interacción con otros equipos, es necesario consultar la oficina técnica responsable para obtener
modalidades, tiempos de entrega y eventuales costos adicionales.
ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA
1 - Tensión: 400V
2 - Frecuencia: 50Hz
3 - Potencia instalada: 6,75kw
4 - Corriente total: 13,8A
MATERIAL PROVISTO INCLUIDO EN EL EQUIPO (ENTREGA ESTÁNDARD)
- Cable de extensión de 30m para alimentación.
- Cable de extensión de 30m para el instrumento de mando ED231.
- N°4 aros para el ajuste de seguridad de los pies de apoyo.
MATERIAL ADICIONAL (OPCIÓN A PEDIDO)
- Cable de extensión de 30m para alimentación.
- Cable de extensión de 20m para el instrumento de mando ED231.
- Cable de extensión de 20m para el cuadro eléctrico.
- Cuatro aros para el ajuste de seguridad de los pies de apoyo.
8.6.9 - Herramientas y elementos necesarios para la instalación.
A continuación son indicadas las herramientas mínimas necesarias para realizar las operaciones normales
de instalación de la máquina y de variación de su rendimiento mediante la regulación de sus
masas excéntricas.
* Calibrado de la llave torsionométrica = 130 Nm (hacer referencia a la tabla del específico manual de los MOTOVIBRADORES contenido en la sección anexos
del manual USO y MANTENIMIENTO)
218

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Intervenciones de otro tipo y equipamientos necesarios tendrán que ser realizados en conformidad
con el MANUAL DE USO Y MANTENIMIENTO provisto con el equipo.
8.6.10 - Ubicación.
El dosificador normalmente es posicionado próximo a la cinta de agregados de la planta de hormigonado,
de manera que la parte del canal sobresaliente del equipo de donde caen las fibras se
encuentre encima de la cinta, posiblemente en posición central.
Es preferible que haya una cierta distancia vertical entre el canal y el punto de la cinta adonde caerán
las fibras (1m); considerando que el canal se encuentra a unos 2m del plano de apoyo del mismo
dosificador, es necesario que el punto considerado de la cinta se encuentre aproximadamente a 1m
del mismo plano de apoyo.
A menudo en la obra no está disponible tal posición de la cinta, en estos casos se aconseja la construcción
de estructuras en hormigón armado (bloques de fundación) o planos realzados, donde ubicar
el dosificador. La exacta posición del equipo es, por lo tanto, variable según la real configuración de
la obra.
La localización del dosificador queda sujeta al criterio de la persona responsable de la planta, esta
tendrá que disponer también la construcción de eventuales plataformas, necesarias para las operaciones
de carga del equipo, respetando todas las normativas vigentes de seguridad.
El equipo debe trabajar bajo techo: Será necesario la construcción de una cubierta apropiada en caso
que no exista, evitando que el dosificador quede a la intemperie.
8.6.11 - Ajuste de los pies de apoyo.
El dosificador está dotado de 4 aros que tienen que ser fijados a la estructura donde el mismo ha
sido posicionado.
Los aros cumplen la función de evitar que el dosificador pueda moverse excesivamente en caso de
mal funcionamiento o inestabilidad producto de la vibración del equipo.
Los aros tienen que ser posicionados alrededor de los pies del equipo y ser ajustados mediante soldadura
o ajuste mecánico utilizando las aletas de las cuales están dotados.
En la figura, el tipo de anclaje está evidenciado en rojo.
A continuación se ilustra esquemáticamente la utilización de los bloques de fundación en hormigón
armado.
219

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Las placas de hierro tienen que ser parte integrante de la armadura de los bloques, sobre las mismas
apoyarán los pies del dosificador.
Sobre estas placas será además posible ajustar los 4 aros que bloquearán los pies del dosificador.
8.6.12 - Regulación de las masas excéntricas.
El flujo de fibras puede ser modificado, dentro de ciertos límites, interviniendo sobre la regulación de
las masas de los motovibradores.
El procedimiento de regulación y verificación del sentido de rotación de las masas tiene que ser efectuado
respetando todas las indicaciones del MANUAL DE USO Y MANTENIMIENTO.
8.6.13 - Intervenciones de soldadura.
LOS DOSIFICADORES NO PREVEEN INTERVENCIONES DE SOLDADURA EN LA ESTRUCTURA FIJA O
EN LA TOLVA VIBRANTE
Si en caso de necesidad, mantenimiento, rotura, etc., se hiciera necesario una intervención de soldadura
de tipo electrica en el equipo, es importante soltar los 4 cables a tierra y los estribos de transporte
que unen la tolva a la estructura fija.
Si esto no sucede, la intervención de soldadura eléctrica causará la rotura de las celdas de pesado
contenidas en la parte inferior de la estructura.
8.6.14 - Almacenaje de las fibras.
El almacenaje de las fibras (en big bags o cajas) es de fundamental importancia para la trabajabilidad
de las mismas.
Si esto no es hecho correctamente, podría favorecerse la formación de herrumbre y, en consecuencia,
de aglomerados de fibras difíciles de desenredar.
Se aconseja:
- Que los pallets de fibras sean mantenidos protegidos de los agentes atmosféricos; se sugiere
el almacenamiento en apropiadas estructuras cubiertas y la utilización de lonas impermeables,
siendo mejor proteger las cajas de fibras de la humedad del terreno, utilizando bancadas de madera
o similares.
- Posicionar los pallets de tal forma que se utilicen las fibras que hace más tiempo se encuentran
en la obra, siguiendo así el orden cronológico de entrega de las mismas. Esto evitaría que las
fibras sean utilizadas después de mucho tiempo, con la consecuente exposición prolongada a agentes
atmosféricos.
220

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
8.6.15 - Informaciones a ser tenidas en cuentas para la correcta configuración
del equipo.
1. ¿Puede la planta de hormigonado ubicar el dosificador en una correcta posición
2. ¿Puede el personal de la planta construir las estructuras necesarias para la utilización del dosificador
3. ¿Es necesario prever material y configuraciones diferentes de las estándar, extensiones adicionales,
conexiones eléctricas diferentes
4. ¿La instalación eléctrica de la planta es compatible con la del equipo
5. ¿El dosificador tendrá que ser utilizado en modalidad manual o automática
6. ¿Con cuales calibraciones de dosificación es preferible que venga preparado el dosificador
7. ¿Es necesario capacitar al personal de la planta sobre la utilización del equipo
8. ¿El personal de la planta está dotado de equipamientos para la movilización, instalación y manutención
del equipo
9. ¿La planta está preparada para ubicar en una zona adecuada las fibras en big bags o cajas
10. ¿La instalación puede ser realizada por el cliente o es requerida nuestra asistencia
Si es posible, es recomendable adjuntar adjuntar documentación fotográfica e información de la obra
y de las operaciones de instalación ocurridas.
8.7 - Dosificador neumatico.
8.7.1 - Finalidad.
Los dosificadores neumáticos sirven para introducir las fibras Wirand ® directamente en la hormigonera.
La cantidad de fibras tiene que ser calculada anteriormente, utilizando un número de cajas
pre-dosificadas (normalmente 20kg cada) en función de la dosificación requerida y de la cantidad de
concreto presente en la hormigonera.
El equipo simplifica las operaciones en el interior de una obra; la operación de dosificación de las
fibras puede ocurrir en modalidad manual o automática.
En modalidad automática el dosificador viene conectado y controlado por la planta de hormigonado,
simplificando y automatizando la producción de hormigón fibroreforzado.
221

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
8.7.2 - Tipología.
Existen dos modelos disponibles de dosificadores neumáticos que se diferencian substancialmente
por el principio de funcionamiento de la primera fase de dispersión, además del nivel de seguridad
y aplicabilidad.
Nombre
DOSOBOX
SC99/2
8.7.3 - Principio de funcionamiento.
Una gran cantidad de fibras se recibe, durante la fase de carga de la máquina, en el interior de la tolva
vibrante para el DOSOBOX o el cilindro rotante para el SC99/2, estos equipos permiten regularizar
el flujo de fibras que pasará por el circuito neumático. Después de esta fase la fibra viene impulsada,
a través del tubo, hasta el interior de la hormigonera oportunamente posicionada.
8.7.4 - Principio de utilización.
La utilización del equipo es simple: después de haber posicionado el equipo poniendo el tubo en la
tolva de la hormigonera, comienza el ciclo de carga. Después de un tiempo mínimo de arranque la
tabla vibrante o el cilindro entran en funcionamiento permitiendo al operador vaciar las cajas en el
interior de los mismos.
Se recomienda aumentar al máximo las revoluciones de la hormigonera para facilitar la mezcla de las
fibras durante la incorporación de las mismas.
8.7.5 - DOSOBOX.
El DOSOBOX, mediante el transporte neumático, dirige las fibras al interior de la hormigonera, la
primera fase de dispersión ocurre mediante un canal vibrante.
Alimentando con un número preestablecido de cajas de fibras se obtendrá la dosificación requerida.
El nivel superior de seguridad del equipo implica una menor velocidad de instalación y uso en relación
a la SC99.
Datos técnicos
Dimensiones externas para el transporte:
1600 x 1200 x 1500 (h) mm.
222

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Dimensiones externas con tubo montado:
5000 x 1200 x 5300 (h) mm.
Peso: 1200kg.
Tensión de empleo: 380V.
Frecuencia: 50Hz.
Potencia nominal instalada: 10kw.
8.7.6 - SC99/2.
También el equipo SC 99, mediante el transporte neumático, encamina las fibras en el interior de la
hormigonera; distinto del la dispersión ocurre a través de un cilindro giratorio.
El nivel menor de seguridad del equipo implica una mayor velocidad de instalación y uso en relación
al DOSOBOX.
Datos técnicos
Dimensiones externas para el transporte:
2300 x 1100 x 1400 (h) mm.
Dimensiones externas con tubo montado:
8000 x 1000 x 5000 (h) mm.
Peso: 750kg.
Tensión de empleo: 400V.
Frecuencia 50Hz.
Potencia nominal instalada: 8kw.
8.8 - Equipos especiales.
El desfibrador se utiliza, normalmente, en combinación con los dosificadores circulares; su función es
la de “dispersar” las fibras que salen del dosificador y dejarlas caer sobre una cinta para agregados
o en una tolva de la planta de hormigonado. Viene por lo tanto, utilizado con las fibras con relación
de aspecto elevado superiores a 67.
Una aplicación diferente es operar como segunda etapa de pesada en plantas para dovelas.
La instalación del desfibrador tiene que ser realizada solamente por personal especializado, comprobando
el correcto posicionamiento y en conformidad con las normativas de seguridad.
Debido a la presencia de riesgos elevados y a que su incorrecta instalación y utilización podría generar
223

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
peligros para los operadores y dañar otras máquinas de la planta, es preferible evitar su utilización.
COMBINACIÓN PARA DOBLE PESADA (ej. DOVELAS)
En algunas plantas es necesario introducir pequeñas cantidades de fibra en poco tiempo con una
elevada precisión. Estos requisitos son típicos de plantas para la fabricación de dovelas y donde,
necesariamente, la dosificación solicitada para cada ciclo sea cuantitativamente limitada.
Para satisfacer estas exigencias es necesario combinar y modificar algunas de las máquinas estándar,
por ejemplo una configuración ya utilizada en varias obras se compone de la siguiente manera:
DOSO 2.0 con Kit de cierre
DESFIBRADOR con celdas e instrumento de pesado
La combinación de estas dos máquinas modificadas permite controlar el peso con ciclos de pre-carga,
la cantidad de fibra de la pre-carga puede ser controlada por la planta de hormigonado o por el
instrumento presente en el desfibrador.
El concepto es el de pesar en forma estática una cantidad limitada de fibras en el interior del desfibrador.
El DOSO 2.0 alimenta así el desfibrador durante el ciclo de pre-carga; al alcanzar el peso establecido,
el desfibrador manda el cierre de la ventanilla montada en el dosificador circular impidiendo la caída
no controlada de otras fibras.
En una segunda fase el desfibrador alimentará la cinta o la tolva móvil (skip) donde vienen transportados
los agregados, teniéndose ya una discreta mezcla.
Después de esta fase se activará automáticamente el ciclo de pre-carga.
Para esta clase de instalaciones es necesario conocer bien todos los aspectos de la planta de hormigonado,
tiempos de ciclo y cantidades en juego para la fabricación del hormigón.
8.8.1 - Equipos personalizados.
En algunas plantas es necesario estudiar equipos particulares y personalizados para obtener la introducción
optima de las fibras.
Claramente la construcción de estos equipos es FUERTEMENTE DESACONSEJADA ya que genera
costos muy elevados y largos tiempos de realización.
La realización de equipos en conformidad con la norma CE y de los respectivos manuales inciden
sobre cada equipo, determinando elevados costos y tiempos de puesta en funcionamiento mayores
de lo normal.
224

8. Dosificadores para fibra Wirand ® .
Para equipos especiales se entienden canales vibrantes con o sin sistemas de pesada, cintas transportadoras
o tolvas particulares, a seguir algunos ejemplos llevados a cabo:
CANAL MONO DIRECCIONAL CON CELDAS DE CARGA
Con este equipo es posible alimentar la cinta transportadora de agregados con una pre-carga preestablecida
de fibras.
El canal ejecuta la pesada de la pre-carga estáticamente y, a diferencia del desfibrador no ejecuta la
siguiente dispersión durante el ciclo de introducción de fibras.
CANAL BIDIRECCIONAL Y CELDAS DE CARGA
Con este equipo es posible alimentar con una pre-carga pre-establecida dos puntos diferentes de
introducción de fibras.
El canal superior ejecuta la pesada de la pre-carga y, durante la introducción de fibras, el desviador
y el canal inferior se activarán, para alimentar la boca de carga en que es necesario hacer llegar las
fibras, en función de las instrucciones definidas en la cabina de mando.
225

9. Autores
ANTONIO GALLOVICH SARZALEJO
Ingeniero Civil Estructural formado en la Universidad central de Venezuela (1999). Actuó como consultor
independiente en proyectos estructurales y de rehabilitación sismo resistentes (2000) fue Director
Técnico Comercial de Maccaferri de Venezuela (2001). En el sector de fibras para refuerzo del concreto
(2005) trabajo como consultor técnico para Officine Maccaferri S.p.A. (Italia) y, actualmente,
trabaja como director técnico de producto, fibras para refuerzo del concreto, para Norteamerica,
Maccaferri Inc (EUA).
BRUNO ROSSI
Ingeniero Civil Estructural graduado en la Universidad de Bologna Italia, (1992). Para la empresa
Officine Maccaferri S.p.A. actuó en las áreas de estructuras de suelo reforzado, obras de contención,
obras hidráulicas, (1996). Coordino la investigación y desarrollo del sector de barreras activas para
protección contra de caída de rocas, y actualmente es el responsable técnico y coordinador de investigación
del sector fibras para refuerzo del concreto para Officine Maccaferri S.p.A., en Italia.
GIANFRANCO PERRI
Doctor en Ingeniería de Minas, actúa como docente Universitario en las áreas de geomecánica de
rocas, geotecnia, geoestática y geotecnia vial desde 1974; Jefe del Departamento de Ingeniería de
Minas en la Universidad central de Venezuela, trabaja como proyectista e Ingeniero Consultor en
proyectos de Obras Subterráneas, Túneles, y diversas áreas geotécnicas (2007).
RALF WINTERBERG
Ingeniero Civil y Doctor de la Ruhr-University de Bochum, con especialización en Ingeniería Estructural
y Durabilidad de Estructuras (1992-1998) ; estudios complementarios en Management Academy de
Essen “Specialist Engineer for Project Management” (1999). Actuó como Gerente Técnico responsable
por la investigación y el desarrollo e Ingeniería, Control de Calidad, y Marketing Fibco GmbH (2003).
Actualmente desenvuelve la función de consultor técnico para Officine Maccaferri S.p.A., Bologna,
Italia; como responsable del sector fibras para refuerzo del concreto.
ROBERTO EDUARDO PERRI ARISTEGUIETA
Ingeniero Civil de la Universidad Metropolitana de Caracas, Venezuela (2004); Maestría en Dirección
de Empresas Constructoras e Inmobiliarias ETSAM da Universidad Politécnica de Madrid, España
(2005); MBA Executive en la Escuela Europea de Negocios de Madrid, España (2006). Actualmente
trabaja como técnico responsable del departamento fibras para refuerzo del concreto en la empresa
A.Bianchini Ingeniero S.A., Barcelona, España.
227

10 - Referencias bibliográficas.
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MI, 68 pp.
- ACI Committee 544. 1982. State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete (ACI 544.1R-82).
Concrete International, May, Vol. 4, No. 5, pp. 9-30.
- ACI Committee 544. 1988. Design Considerations for Steel Fiber Reinforced Concrete(ACI 544.4R-
88). Manual of Concrete Practice, Part 5, American Concrete Institute, Detroit, MI, 18 pp.
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Concrete Practice, Part 5, American Concrete Institute, Detroit, MI, 22 pp.
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“calcestruzzi speciali” L’Aquila, 5-6 ottobre 1988;
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