9 - Jose Antonio Collazos - Fibras de Refuerzo
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Corporacin de Desarrollo Tecnolgico
Corporacin de Desarrollo Tecnolgico
26 y 27 de marzo de 2012
SIMPOSIO INTERNACIONAL: TNELES Y TECNOLOGAS
DE HORMIGN PROYECTADO
Jos Antonio Collazos Gerente Tcnico Prodalam
www.cdt.cl
Fibras de refuerzo para hormign proyectado
91 pginas
-
Sprayed concrete reinforcement: Mesh Steel/polymer fibers
Ing. Jos Antonio Collazos
Simposio Internacional de Tneles y Tecnologas de
Hormign Proyectado Santiago, Chile 26 y 27 de Marzo de 2012
Logo of the
Company
-
Concreto simple
h = ?
Mu = 9,264 N.m/m
Concreto: C30/37
fcu = ?
h
-
Concreto simple
h = ?
Mu = 3,088 N.m/m
Concreto: C30/37
fcu = ?
fcu = 3.86 N/mm2
s = 3 h
-
h = ?
Mu = 3,088 N.m/m
Concreto: C30/37
fcu = ?
fcu = 3.86 N/mm2
s = 3 h
-
Dificilmente predecible, falla sbita de la
placa de concreto simple.
Pero las fisuras en el fondo raramente
pueden ser vistas, el modo de falla es
ms bien inpredecible, con riesgo de
vidas aunque limitado
Capacidad del sistema Capacidad de la seccin
F F
F
w
System: Section:
F F
F
w
deflection-
controlled
Section:
F F
F
w
load-
controlled
-
Refuerzo? Mallas?
Fibras? fibras
sintticas?
Fibras de Acero?
-
Refuerzo con malla
h = 120mm
Mu = 3,088 N.m/m
Concreto: C30/37
fcu = 3.86 N/mm2
ssu = 549.36 N/mm2
As = ? 120mm
-
Predecible, falla dctil del concreto
reforzado con malla.
Fisuras en las superficies superior e
inferior sern visibles y pueden tomarse
medidas de seguridad.
Capacidad del sistema >> Capacidad
de la seccin Section:
F F
F
w
deflection-
controlled
Section:
F F
F
w
load-
controlled
bottom
view
F F
F
w
System:
-
Refuerzo con malla
h = 120mm
Mu = 3,088 N.m/m
Concreto: C30/37
fcu = 3.86 N/mm2
ssu = 549.36 N/mm2
As = ? 120mm
Malla:
4.5mm@150mm
-
La ubicacin irregular de la malla no
asegura un refuerzo eficiente
Consumo extra de concreto para llenar
los bolsones detrs de la malla
Llenado parcial de los bolsones no
previene la infiltracin de agua
Consumo adicional de concreto debido
a los requerimientos de recubrimiento
-
Concreto reforzado con fibras
h = ?
Mu = 3,088 N.m/m
Concreto: C30/37
fcu = 3.86 N/mm2
Fibra: RC 65/35 BN
Re = 50% (20kg/m3)
fe = Re x fcu
= 1.93 N/mm2
h
-
Concreto reforzado con fibras
h = ?
Mu = 3,088 N.m/m
Concreto: C30/37
fcu = 3.86 N/mm2
Fibra: RC 65/35 BN
Re = 50% (20kg/m3)
fe = Re x fcu
= 1.93 N/mm2
h
-
El uso de fibras de acero, permite al
concreto proyectado seguir el contorno
del terreno
El concreto reforzado homogneamente con excelente
densidad e impermeabilidad, previene la formacin de vas de
agua
Las fibras brindan resistencia a los esfuerzos de tensin en
cada punto del sostenimiento con concreto proyectado
-
Re,3?
-
Re,3?
-
Re,3: Informacin suficiente?
F
w feq fres,I fres,II
-
19
concreto reforzada con fibras de
Acero
concreto reforzada con Macrofibras
Sintticas
-
20
concreto reforzada con fibras de
Acero
concreto reforzada con Macrofibras
Sintticas
-
21
concreto reforzada con fibras de
Acero
concreto reforzada con Macrofibras
Sintticas
-
22
concreto reforzada con fibras de
Acero
concreto reforzada con Macrofibras
Sintticas
-
23
concreto reforzada con fibras de
Acero
concreto reforzada con Macrofibras
Sintticas
-
Acero o polipropileno?
-
Mdulo de elasticidad
-
Mdulo de elasticidad
-
Comportamiento CREEP
-
Comportamiento CREEP
-
Comportamiento CREEP
Long term behaviour of steel
and macro-synthetic-
fibre reinforced
concrete beams - University of
Bologna
Published in CPI
-
Comportamiento CREEP
Comportamiento creep en placas Paneles probados usando
el ensayo EN a 25mm Al
aplicar el 60% de la carga
final algunos paneles
fallaron luego de 14 das.
-
Sostenimiento
-
Esfuerzos en el terreno
NATURAL GROUND
Fp Los desplazamientos
radiales movilizan la
resistencia inherente del
terreno.
-
Esfuerzos en el terreno
Fp
Zona de
Tensin
EQUILIBRIO
F
F
-
Esfuerzos en el terreno
Agrietamiento
por tensin y
desprendimiento
Fp
EQUILIBRIO
F
F
-
Esfuerzos en el terreno
Fp
EQUILIBRIO
F
F
-
Esfuerzos en el terreno
Fp
EQUILIBRIO
F
F
-
Esfuerzos en el terreno
Los movimientos del terreno causan
que la roca se deforme
plsticamente (flujo) en el permetro
del tnel aplicando presin al
revestimiento de concreto
-
Caracterizacin del sistema
-
EFNARC - EN 14488-5
Este ensayo es presentado
en 1989 por la ferroviaria
francesa, y con el tiempo,
aceptado por EFNARC, y
est desde 2006 en las
normas EN
- Un shotcrete de
tnel se comporta
como una losa
- Las condiciones
hiperestticas del
ensayo permiten
redistribucin de
carga
- El ensayo tambin
puede llevarse a
cabo con refuerzo
de malla
-
EFNARC - EN 14488-5
EN14488-5 test
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 5 10 15 20 25 30
deflection in mm
load
in
kN
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
ab
so
rpti
on
en
erg
y i
n J
ou
le
load
energy
-
Proceso de fisuracin- Fibras de acero
80 J 400 J 800 J 1250 J
-
Proceso de fisuracin- Fibras sintticas
0.5 vol %
4.55kg/m3 0.5 vol %
4.55kg/m3
1.0 vol %
9.1kg/m3
1.0 vol %
9.1kg/m3
-
P
Deflexin
Acero
25 mm
Poliprop.
-
Criterio de desempeo
Criterio de desempeo usado para fibras de
acero con concreto de referencia: 30/37 Mpa
500 - J: requerimiento
mnimo; roca; tnel de
dimetro pequeo
700 - J: estndar; roca
menos buena
1000 - J: alta ductilidad
para condicin de
suelo malo
load
-
Criterio de desempeo
L
700 Joules
SEGURO
25 mm
C30/37
-
Criterio de desempeo
L
700 Joules
INSEGURO
25 mm
C50/60
-
Criterio de desempeo
L 1000 Joules
SEGURO
25 mm
C50/60
-
Criterio de desempeo
Sistema-Q propuesto para revestimientos de concreto lanzado 1 Sin soporte
2 Pernos de anclaje puntuales, sb
3 Pernos de anclaje sistemticos, B
4 Pernos de anclaje sistemticos, (y concreto simple lanzado, 4-10 cm),
B(+S)
5 Concreto lanzado reforzado con fibras y pernos de anclaje, 5-9 cm, Sfr+B
6 Concreto lanzado reforzado con fibras y pernos de anclaje, 9-12 cm, Sfr+B
7 Concreto lanzado reforzado con fibras y pernos de anclaje, 12-15 cm, Sfr+B
8 Concreto reforzado con fibras > 15 cm, costillas de refuerzo y pernos
de anclaje, Sfr+Hrs.+B
9 Revestimiento de concreto vertido, CCA E) Absorcin de energa en ensayo de panel de shotcrete reforzado con fibra de acero a at 25 mm
Categoras de refuerzo:
-
RESITENCIA RESIDUAL EFNARC 3 point bending test on square panel with notch
-
De acuerdo con el Model Code, el refuerzo con fibras puede substituir al refuerzo convencional si se
cumplen las siguientes relaciones:
- fres,1/fl> 0,4
- fres,3/fres1>0,5
RESITENCIA RESIDUAL EFNARC 3 point bending test on square panel with notch
-
Ensayos de precalificacin
-
Recomendaciones mnimas
1 Fibras que cumplan con la Norma
Europea EN 14889-1: dosificacin
mnima (kg/m3)
2 Fibras con sello CE sistema 1, fibras de
acero para uso estructural (conforme a
EN 14889-1-2006) Para ms detalles,
hoja informativa CE a solicitud.
3 Fibras de alambre trefilado, con
resistencia a traccin del alambre de
acero > 1.000 MPa mnimo.
(La resistencia a la traccin del alambre
debe ser consistente con el de la
mezcla, para Concreto de Alto
Desempeo (HPC) se requiere un
alambre de alta resistencia a la traccin)
De acuerdo con EN
14889,
un nivel mnimo de
desempeo debe ser
alcanzado. Como tal,
para cada tipo de fibra
una dosificacin mnima
es requerida para tener
un sello CE sistema 1.
Descargue hoja
informativa en:
www.bekaert.com/
building
CE info sheet
-
Recomendaciones mnimas
4 Tolerancias dimensionales de acuerdo con la siguiente tabla:
-
Recomendaciones mnimas
5 Mejor sistema de anclaje: terminaciones en forma de gancho para conseguir un anclaje inmejorable
6 Longitud de la fibra: entre 30-35 mm
7 Longitud mxima de la fibra: 2/3 del dimetro de la manguera de la mquina de lanzado
8 Longitud mnima de la fibra: 2 veces el tamao mximo del agregado grueso
9 Fibras encoladas para mejorar una distribucin homognea
-
0
2
4
6
8
10
12
14
16
10 20 30 40 50
Dosis de fibras [kg/m]
Resis
ten
cia
x 1
0-1
N/m
m2
Tipos de Fibras: Desempeo
59
-
Desempeo: Efecto debido a la cantidad
fuerza
ancho de fisura
altas dosis
bajas dosis
Igual l, l/d
60
-
fuerza
ancho de fisura
mayor l/d
menor l/d
Igual dosis
Desempeo: Efecto debido a la relacin de aspecto l/d
61
-
62
-
63
-
fuerza
ancho de fisura
fibra larga
fibra corta
Igual forma
Desempeo: Efecto debido a la longitud
64
-
fuerza
ancho de fisura
con ganchos
ondulada
Igual l, l/d
Desempeo: Efecto debido al anclaje
65
-
fuerza
ancho de fisura
concreto superior
concreto inferior
Igual fibra
Desempeo: Efecto debido al concreto
66
-
fuerza
ancho de fisura
suficiente
insuficiente
resistencia del
alambre
Desempeo: Efecto debido a la resistencia del alambre
67
-
Cmo seleccionar la fibra apropiada?
68
Parmetro Fibra A Fibra B
-
Cmo seleccionar la fibra apropiada?
69
Parmetro Fibra A Fibra B
Longitud mm 35 20
-
Cmo seleccionar la fibra apropiada?
70
Parmetro Fibra A Fibra B
Longitud mm 35 20
Dimetro mm 0.75 0.55
-
Cmo seleccionar la fibra apropiada?
71
Parmetro Fibra A Fibra B
Longitud mm 35 20
Dimetro mm 0.75 0.55
Relacin l/d 47 36
-
Cmo seleccionar la fibra apropiada?
72
Parmetro Fibra A Fibra B
Longitud mm 35 20
Dimetro mm 0.75 0.55
Relacin l/d 47 36
Resistencia MPa 1245 1345
-
Cmo seleccionar la fibra apropiada?
73
Parmetro Fibra A Fibra B
Longitud mm 35 20
Dimetro mm 0.75 0.55
Relacin l/d 47 36
Resistencia MPa 1245 1345
Precio $/kg 2 2.1
-
F
w feq fres,I fres,II
Desempeo: Efecto debido al mtodo de evaluacin
Igual feq pero qu CRFA es mejor?
74
-
Cmo seleccionar la fibra apropiada?
75
-
Si las caractersticas NOMINALES fueran iguales?
76
Parmetro Fibra D Fibra S
Longitud mm 35 35
Dimetro mm 0.55 0.55
Relacin l/d 65 65
Resistencia MPa 1345 1345
Precio $/kg 2.0 1.98
-
La norma de fabricacin tiene alguna influencia?
Parmetro Fibra D Fibra S
Longitud mm 35 35
Dimetro mm 0.55 0.55
Relacin l/d 65 65
Resistencia MPa 1345 1345
Precio $/kg 2.0 1.98
Norma EN 14889-1 ASTM A820
77
-
78
Revisin de Tolerancias segn Norma
Norma: EN 14889-1 Fibers For Concrete Part 1, Steel Fibers
Certificacin C:
-
79
Revisin de Tolerancias segn Norma
Norma: ASTM A 820
-
80
Teora de Espaciamiento de Mc. Kee
Longitud de la fibra de acero: lf = (s2 + 2s2)1/2 = 31/2 . s
Arista del cubo de concreto: s = lf / 31/2
Dimetro de la fibra de acero: df
Peso especfico de la fibra de acero: g = 7850 kg/m3
Volumen de una fibra: Vf = (p . df2 / 4) . lf
-
81
Teora de Espaciamiento de Mc. Kee
Peso de una fibra: Pf = g . Vf = g . (p . df2 / 4) . lf
Volumen de concreto que ocupa una fibra: Vc = s3 = (lf / 3
1/2 )3
Factor de seguridad = 1.5
Factor de traslape: t s / 1.5 = (lf / 31/2) / 1.5 0.4 lf
Volumen efectivo de concreto: Ve = t3 (0.4 lf )
3 = 0.064 lf 3
Dosificacin mnima de la fibra de acero:
Dm = Peso de una fibra / Volumen efectivo de concreto = Pf / Ve
Dm g . (p . df2 / 4) . lf / 0.064 lf
3 = (p / 0.256) . g . df2 / lf
2
Relacin de esbeltez: l = lf / df
-
82
Teora de Espaciamiento de Mc. Kee
Dosificacin mnima: Dm (g . p) / (0.256 l2)
Peso especfico de la fibra de acero: g = 7850 kg/m3
Para l = lf / df = 35 mm / 0.55 mm = 64, entonces Dm 23 kg/m3
-
83
Dosificacin mnima para el caso ms desfavorable
Revisando la menor longitud y el mayor dimetro posibles para las tolerancias de cada norma:
Dramix RC 80/60 BN Sika Fiber CHO 80/60 NB
Longitud (mm) 60 60
Dimetro (mm) 0.75 0.75
80 80-5% Longitud (mm) 57
+5% Dimetro (mm) 0.7875
72.38-10% Longitud (mm) 54
+10% Dimetro (mm) 0.825
65.45
18.39 22.49
1 1.22Relacin
Tolerancias
Tolerancias
Relacin de Aspecto
Relacin de Aspecto
Nominal
Relacin de Aspecto
Dosificacin Mnima (kg/m3): Dm
Fibra D Fibra S
35 35 0.55 0.55
63.64 63.64
34.3 0.5775
59.39
31.5 0.605
52.07
27.31 35.53
1.30
-
84
-
85
Efecto en la resistencia del concreto
-
Variabilidad en los ensayos
0,1
1,0
standard beams
round determinate panels
round indeterminate panels
pipes
0,5
0,0
0,0
0,2
0,3
approximate area in tension [m]
co
effic
ien
t o
f va
ria
tio
n [%
]
86
-
87
Prueba Vebe
Prueba de viga EN 14651
Certificacin CE Clase 1
-
Cmo seleccionar la fibra apropiada?
Parmetro Fibra D Fibra M
Longitud mm 60 60
Dimetro mm 0.75 0.75
Relacin l/d 80 80
Resistencia MPa 1225 1225
Precio $/kg 2.0 1.98
Norma EN 14889-1 EN 14889-1
Certificacin Sello CE Sello CE
Dosis mnima CE 10 25
88
-
Referencias
Tunneling is an art Bekaert
Three Point Bending Test on Square Panel with Notch - EFNARC
CE marking - www.bekaert.com/building
-
Disclaimer a) The speakers are presenting their own personal views and are not expressing the view of the Foundation. b) Papers and documents displayed or handed out during the Event are copyrighted. The participants must observe and comply with all applicable law regulations concerning the copyright.
Simposio Internacional de Tneles y Tecnologas de
Hormign Proyectado Santiago, Chile 26 y 27 de Marzo de 2012