03/04/2014 - Hormigón reforzado con fibras de acero, también para trabajos de construcción convencionales

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Reforzar el hormigón con armaduras de acero es una práctica muy frecuente en la construcción.  El ingeniero industrial Aimar Orbe Mateo (UPV/EHU) ha analizado la posible utilización para dichas labores de un material que se usa para otras aplicaciones: el hormigón reforzado con fibras de acero.

Según se desprende del estudio, dicho material presenta algunas ventajas con respecto al hormigón armado convencional; entre otras, que se agrieta menos, y que puede utilizarse para usos tales como la fabricación de tanques de sujeción cilíndricos.

Según Aimar Orbe Mateo, investigador y profesor de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao, desde el inicio mismo del estudio era evidente que "tenía que ser algo que tuviera aplicación práctica, no un simple trabajo de investigación". Así pues, el equipo elaboró, como elemento de investigación, un material susceptible de ser utilizado en la construcción: el hormigón autocompactante reforzado con fibras de acero (HACRFA).

Se trata de materiales que ya se utilizan en la construcción, pero que "tienen otras aplicaciones. El hormigón autocompactante, por ejemplo, se utiliza en los prefabricados. Si se usa en trabajos de construcción convencionales, es difícil dosificarlo, ya que este hormigón es muy fluido, muy líquido. Dicha textura permite, en cambio, prescindir de procedimientos que sí se utilizan con el hormigón convencional (vibración, arrastre con palas...), ya que se mueve y compacta por sí solo", señala Orbe.

También se utilizan fibras de acero para reforzar el vidrio, "pero, sobre todo, para fabricar elementos secundarios: pavimentaciones de polígonos industriales, túneles, conductos de alcantarillado y similares", añade. Estas fibras son pequeñas, tanto en longitud (50 mm) como en diámetro (1 mm), de dimensiones similares a las de un clip abierto.

Expresión tridimensional de la distribución de las fibras de acero. (Fuente: UPV/EHU)

Del laboratorio a la realidad
 

Junto con los ensayos de laboratorio, el equipo probó también el uso que pueda darse al citado material en la realidad. Se levantó, a tal fin, una pared de tres metros de alto y seis de largo, y se dividió en 380 muestras, con las que se hicieron diversos ensayos, tanto destructivos como no destructivos, "para determinar las capacidades estructurales de las fibras de acero y, en general, la capacidad de resistencia de la pared", subraya Orbe.
Dado que la resistencia de la estructura depende de la orientación y de la distribución de las fibras en el hormigón (imposibles de observar a simple vista), el equipo de investigación recurrió a un sistema magnético.

En primer lugar, se creó un campo magnético en el interior de las muestras; a continuación, se analizaron los cambios producidos en dicho campo. Quedaban despejadas, por tanto, la incógnita de hacia qué eje se orientaban preferentemente las fibras, y la de qué cantidad de fibra había en cada muestra. Según este estudio, "las fibras se orientan en la dirección que nos interesa gracias a la fluidez del hormigón autocompactante", señala el investigador. Además de los citados ensayos, el equipo realizó simulaciones computacionales de dinámica de fluidos. "Dichas simulaciones nos mostraron que la orientación que vayan a tomar las fibras es predecible. Así, podemos detectar con antelación los puntos débiles y los procesos de hormigonado inadecuados", señala el investigador.

Otros ensayos de la investigación mostraron que las fibras de acero controlan mejor que las armaduras de hormigón armado convencional las grietas que puedan abrirse al secarse el hormigón. "Hay miles de fibras, distribuidas en toda la masa, que compactan ésta continuamente", afirma el ingeniero.

Ensayos y pruebas con las muestras extraídas de la pared levantada. (Fuente: UPV/EHU)

Opina Orbe que, con las citadas investigaciones, el material "ha alcanzado un punto de madurez" y que puede contribuir a hacer más fáciles algunos trabajos de construcción. Propone, concretamente, su utilización para la fabricación de tanques de sujeción cilíndricos para la recogida de aguas. Habida cuenta de la capacidad del HACRFA para controlar mejor las grietas y los resultados de otros análisis realizados por este equipo de investigación, "la conclusión es la siguiente: es más económico y más sostenible que el diseño estructural convencional", afirma Orbe.

Pero su utilización (tanto para los usos propuestos por el equipo de investigación como para otros distintos) exige que "los contratistas sean conscientes de las ventajas de este material. Y es difícil convencer a los contratistas de que no coloquen las tradicionales barras de acero, de que todo debe ir mezclado dentro del hormigón, que así se refuerza éste...  Asimismo, es motivo de desconfianza el hecho de que al secarse el hormigón no pueda verse dónde están las fibras, si están bien distribuidas o debidamente orientadas. Además -subraya Orbe- hay pocos ejemplos de construcciones realizadas con este sistema".

Información complementaria

La presente investigación se enmarca en la tesis del ingeniero industrial Aimar Orbe Mateo. La mayoría de las investigaciones se han efectuado en la ETSI de Bilbao, pero también ha contado con la colaboración puntual de varios miembros de Tecnalia, la Universitat Politécnica de Catalunya (UPC), Arcelormittal, Financiera y Minera (Italcementi Group), y el equipo de investigación del Instituto Jean le Rond d'Alembert.

La tesis se titula Erresistentzia moderatuko ohiko aplikazioetan altzairu zuntzez indarturiko hormigoi autotrinkotzailearen erabileraren optimizazioa (Optimización del uso de hormigones autocompactantes reforzados con fibras de acero en aplicaciones convencionales de resistencias moderadas).

Referencias bibliográficas

A. Orbe, E. Rojí, R. Losada, J. Cuadrado. 2014. "Calibration patterns for predicting residual strengths of steel fibre reinforced concrete (SFRC)", Composites Part B: Engineering, 58: 408-417, http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.10.086. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836813006616)
A. Orbe, J. Cuadrado, R. Losada, E. Rojí, 2012. "Framework for the design and analysis of steel fiber reinforced self-compacting concrete structures", Construction and Building Materials, 35: 676-686, ISSN 0950-0618, http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.04.135. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095006181200339X)

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