ES2641065T3 - Hormigón reforzado con fibra de acero - Google Patents

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Abstract

Una estructura de hormigón, donde el hormigón tiene una resistencia menor o igual a la resistencia del hormigón de las clases de resistencia C50/60 como se define en EN206, reforzándose dicha estructura de hormigón con fibras de acero (600, 700) con una dosis de dichas fibras de acero de menos del 1 % en volumen, teniendo dichas fibras de acero (600, 700) un diámetro D de 0,1 mm a 1,20 mm y que tienen una relación entre la longitud y el diámetro L/D de 40 a 100, comprendiendo dicha fibra de acero (600, 700) una porción media recta (602, 702) y un extremo de anclaje (606, 608, 706, 708) en uno o ambos extremos de dicha porción media (602, 702), teniendo dicha porción media (602, 702) un eje principal (604, 704), teniendo dicha porción media (602, 702) una longitud superior a 25 mm, desviándose dicho extremo de anclaje (606, 608, 706, 708) de dicho eje principal (604, 704) de dicha porción media (602, 702) en una sección de desviación (610, 710), teniendo dicho extremo de anclaje (606, 608, 706, 708) n secciones dobladas (620, 622, 712, 714), siendo n igual o mayor que 2, con lo cual las secciones dobladas (620, 622) consecutivas están conectadas entre sí mediante una sección recta (614), teniendo dicha sección recta (614) una longitud comprendida entre 0,1 mm y 5 mm, definiendo dichas fibras de acero (600, 700), cuando están en una posición estable sobre una superficie horizontal, una proyección vertical sobre dicha superficie horizontal, las proyecciones verticales de todas dichas n secciones dobladas (620, 622, 712, 714) de dicho extremo de anclaje (606, 608, 706, 708) están situadas en un lado de la proyección vertical de dicho eje principal (604, 704) y en dicha proyección vertical sobre dicha superficie horizontal, la proyección vertical de ninguna de dichas n secciones dobladas (620, 622, 712, 714) está situada en la proyección vertical de dicho eje principal (604, 704) o en la proyección vertical de una línea que se extiende desde dicho eje principal (604, 704), dicha porción media (602, 702) tiene una elongación en carga máxima Ag+e de al menos el 4 %.

Description

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-Hormigón de alta resistencia: hormigón con una resistencia superior a la resistencia del hormigón de las clases de resistencia C50/60, tal como se define en la norma EN 206.
Para ilustrar la invención, un número de diferentes fibras de acero, ambas fibras de acero de la técnica anterior y fibras de acero utilizadas en la presente invención se someten a dos pruebas diferentes:
-una prueba de tracción (prueba de carga-deformación); y -una prueba de flexión de tres puntos (curva de desplazamiento de abertura de boca de fisura de carga o curva
de carga-deformación).
La prueba de tracción se aplica sobre la fibra de acero, más particularmente, sobre la porción media de la fibra de acero. Alternativamente, la prueba de tracción se aplica sobre el cable utilizado para fabricar la fibra de acero.
La prueba de tracción se utiliza para determinar la máxima capacidad de carga Fm de la fibra de acero y para determinar la elongación en carga máxima Ag+e.
La prueba de flexión de tres puntos se aplica sobre una viga reforzada con muescas como se especifica en la norma EN 14651.
La prueba se utiliza para determinar las resistencias a la tracción residuales.
Las pruebas se ilustran en la figura 1 y en la figura 2, respectivamente.
La figura 1 muestra una configuración de prueba 60 de una prueba de tracción (prueba de carga-deformación) de una fibra de acero. Con la ayuda de la configuración de prueba 60 se prueban fibras de acero en cuanto a la capacidad de carga máxima Fm (carga de rotura), resistencia a la tracción Rm y elongación total en carga máxima Ag+e.
Se cortan primero los extremos de anclaje (por ejemplo, los extremos ampliados o en gancho en forma) de la fibra de acero a probar. La porción media restante 14 de la fibra de acero se fija entre dos pares de abrazaderas 62, 63. A través de las abrazaderas 62, 63 se ejerce una fuerza de tracción creciente F sobre la porción media 14 de la fibra de acero. El desplazamiento o la elongación como resultado de esta fuerza de tracción creciente F se mide midiendo el desplazamiento de los agarres 64, 65 del extensómetro. L1 es la longitud de la porción media de la fibra de acero y es, por ejemplo, de 50 mm, 60 mm o 70 mm. L2 es la distancia entre las abrazaderas y es, por ejemplo, de 20 mm o 25 mm. L3 es la longitud de calibración del extensómetro y es mínimo 10 mm, por ejemplo, 12 mm, por ejemplo, 15 mm. Para una sujeción mejorada del extensómetro a la porción media 14 de la fibra de acero, la porción media de la fibra de acero puede revestirse o puede cubrirse con una cinta delgada para evitar el deslizamiento del extensómetro sobre la fibra de acero. Mediante esta prueba se registra una curva de carga-elongación.
La elongación total porcentual en carga máxima se calcula mediante la siguiente fórmula:
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Con la ayuda de la configuración 60 de la figura 1, un número de diferentes cables se prueban en cuanto a la capacidad máxima de carga Fm (carga de rotura), resistencia a la tracción Rm y la elongación total en carga máxima Ag+e.
Se realizan cinco pruebas por espécimen. La Tabla 1 da una visión general de los cables que se prueban.
Tabla 1
Tipo de cable
Contenido de carbono Diámetro (mm) Fm (N) Rm (MPa) Ag+e (%)
1
Bajo 1,0 911 1160 1,86
2
Bajo 0,9 751 1181 2,16
3
Alto 0,89 1442 2318 5,06
4
Medio 0,75 533 1206 2,20
5
Medio 0,90 944 1423 1,84
Acero bajo en carbono se define como de acero que tiene un contenido de carbono de un máximo del 0,15 %, por ejemplo, 0,12 %; se define acero medio en carbono como acero que tiene un contenido de carbono comprendido entre el 0,15 % y el 0,44 %, por ejemplo, 0,18 %, y acero alto en carbono se define como acero que tiene un contenido de carbono superior al 0,44 %, por ejemplo, 0,5 % o 0,6 %.
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La figura 2 muestra la configuración experimental 200 de una prueba de flexión de tres puntos. La prueba de flexión de tres puntos se realizó a los 28 días de acuerdo con la norma europea EN 14651 usando un espécimen prismático 210 de 150 x 150 x 600 mm. En la extensión media del espécimen 210 se cortó una única muesca 512 con una profundidad de 25 mm con una cuchilla de diamante para localizar la grieta. La configuración comprende dos rodillos de soporte 214, 216 y un rodillo de carga 218. La configuración es capaz de operar de una manera controlada, es decir, producir una velocidad de desplazamiento constante (CMOD o desviación). Las pruebas se realizaron con una velocidad de desplazamiento tal como se especifica en la norma EN 14651. Se registra una curva de desplazamiento de abertura de boca de grieta de carga o una curva de carga-deformación.
Un ejemplo de una curva de desplazamiento de boca de abertura de grieta de carga 302 se da en la figura 3.
La resistencia a la flexión residual fR,i (i = 1, 2, 3 o 4) se evalúa de acuerdo con la norma EN 14651 y se puede calcular mediante la siguiente expresión:
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con: FR,i = la carga correspondiente a CMOD = CMODi o δ = δR,i (i = 1,2,3,4); b = anchura del espécimen (mm); hsp = distancia entre la punta de la muesca y la parte superior del espécimen (mm); L = longitud de extensión del espécimen (mm).
A continuación, se describen algunas realizaciones de fibras de acero utilizadas en la presente invención.
Una primera fibra de acero 400 se muestra en la figura 4. La fibra de acero 400 comprende una porción media 402 que tiene un eje principal 404. La fibra de acero 400 tiene dos extremos de anclaje 406, 408, uno en cada extremo de la porción media 402. Los extremos de anclaje 406, 408 se desvían del eje principal 404 de la porción media 402 en la sección de desviación 410. Los extremos de anclaje 406, 408 se desvían del eje principal 404 en una primera sección doblada 410. En la realización mostrada en la figura 4, ambos extremos de anclaje se desvían en la misma dirección desde el eje principal 404 de la porción media 402. Sin embargo, es evidente para una persona experta en la técnica que también puede considerar realizaciones con extremos de anclaje que se desvían en diferentes direcciones.
Ambos extremos de anclaje 406, 408 comprenden Ambos extremos de anclaje 406, 408 tienen dos secciones dobladas: una primera sección doblada 420 y una segunda sección doblada 422. La primera sección doblada 420 está conectada a la sección de desviación 410 mediante una primera sección recta 412; la segunda sección doblada 422 está conectada a la primera sección doblada 422 mediante una segunda sección recta 414. Los extremos de anclaje 406, 408 comprenden además una tercera sección recta 416 conectada a la segunda sección 422. La segunda sección recta 414 se curva hacia el eje principal 404 de la porción media 402 en la sección doblada 420; la tercera sección recta 416 se dobla hacia fuera del eje principal 404 de la porción media 402 en la sección doblada 422.
Cuando la fibra de acero 400 en una posición estable sobre una superficie horizontal se proyecta verticalmente sobre esta superficie horizontal, las proyecciones verticales de la primera sección doblada 420 y de la segunda sección doblada 422 están situadas en un lado de la proyección vertical en esta superficie horizontal del eje principal 404 de la porción media 402 de la fibra de acero 400.
Ninguna de las proyecciones verticales de la primera sección doblada 420 de la segunda sección doblada 422 está situada en la proyección vertical del eje principal 404 de la porción media 402 de las fibras de acero 400.
Una segunda realización de una fibra de acero 500 utilizada en la presente invención se muestra en la figura 5. La fibra de acero 500 comprende una porción media 502 que tiene un eje principal 504. La fibra de acero 500 tiene dos extremos de anclaje 506, 508, uno en cada extremo de la porción media 502. Ambos extremos de anclaje 506, 508 se desvían del eje principal 504 en la sección de desviación 510. En la realización mostrada en la figura 5, ambos extremos de anclaje se desvían en una dirección opuesta desde el eje principal 504 de la porción media 502. Ambos extremos de anclaje 506, 508 comprenden tres secciones dobladas: una primera sección doblada 520, una segunda sección doblada 522 y una tercera sección doblada 524. La primera sección doblada 520 está conectada a la sección de desviación 510 mediante una primera sección recta 512; la segunda sección doblada 522 está conectada a la primera sección doblada 520 mediante una segunda sección recta 514; la tercera sección doblada 524 está conectada a la segunda sección doblada 522 mediante una tercera sección recta 516. Los extremos de anclaje 506, 506 comprenden además una cuarta sección recta 418 conectada a la tercera sección doblada 524.
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Un inconveniente de este tipo de fibras de acero es que estas fibras tienden a coagularse durante la mezcla. Las fibras de acero se entrelazan y se forman bolas durante el mezclado.
El resultado es que las fibras de acero no se distribuyen homogéneamente en el hormigón o mortero.
La figura 9 muestra una fibra de acero 900 que tiene una porción media 902 que tiene un eje principal 904. La fibra de acero tiene dos extremos de anclaje 906, 908, uno en cada extremo de la porción media 902. Ambos extremos de anclaje 906, 908 están conectados a la porción media 902 mediante una sección de desviación 910. Los extremos de anclaje 906, 908 comprenden dos secciones dobladas: una primera sección doblada 912 y una segunda sección doblada 914. La primera sección doblada 912 está conectada directamente a la sección de desviación 910; la segunda sección doblada 914 está conectada directamente a la primera sección doblada 912.
Cuando la fibra de acero 900 que está en una posición estable sobre una superficie horizontal se proyecta verticalmente sobre esta superficie horizontal, la proyección vertical en esta superficie horizontal de la primera sección doblada 912 está situada en un lado de la proyección vertical del eje principal 904 de la porción media 902 de la fibra de acero 900. La proyección vertical sobre esta superficie horizontal de la segunda sección doblada 914 está situada sobre la proyección vertical del eje principal 904 de la porción media 902 de la fibra de acero 900.
Un inconveniente de este tipo de fibras de acero es que estas fibras tienden a coagularse durante la mezcla. Las fibras de acero se entrelazan y se forman bolas durante el mezclado.
El resultado es que las fibras de acero no se distribuyen homogéneamente en el hormigón o mortero.
Con la ayuda de la configuración 200 de la figura 2, se prueba el rendimiento de un número de diferentes fibras de acero (FIB1 hasta FIB5) en hormigón. Para la prueba, las fibras de acero están incrustadas en hormigón C35/45. El tiempo de curado fue de 28 días.
Una visión general de las fibras de acero que se prueban se da en la Tabla 2. Los resultados de las pruebas de las fibras de acero de la técnica anterior (FIB1 y FIB5) se dan en la Tabla 3. Los resultados de las pruebas de las fibras de acero según la presente invención (FIB2, FIB3 y FIB4) se dan en la Tabla 4.
Las fibras de acero se especifican por la longitud de la fibra de acero, el tipo de alambre utilizado para hacer la fibra de acero, el diámetro de la fibra de acero (más particularmente el diámetro de la porción media de la fibra de acero), el número de secciones rectas del extremo del anclaje, el ángulo incluido entre el eje principal de la porción media y el eje principal de la primera sección recta, la orientación de la segunda sección recta hacia la porción media, el ángulo incluido entre el eje principal de la segunda sección recta y el eje principal de la tercera sección recta, la orientación de la cuarta sección recta hacia la porción media, el ángulo incluido entre el eje principal de la cuarta sección recta y el eje principal de la quinta sección recta.
La geometría de las diferentes fibras se muestra en la figura 10a a la figura 10e. Todas las fibras 1000 probadas tienen extremos de anclaje 1002 en ambos extremos de las porciones medias 1004.
FIB1 y FIB5 son fibras de la técnica anterior. FIB1 es una fibra de bajo carbono que tiene extremos de anclaje con dos secciones rectas y una sección doblada (figura 10a). FIB5 es una fibra que tiene en ambos extremos una cabeza de clavo como extremo de anclaje (figura 10e).
FIB2, FIB3 y FIB4 son fibras usadas en la presente invención. FIB2 tiene extremos de anclaje con 2 secciones dobladas y 3 secciones rectas (figura 10b). FIB3 tiene extremos de anclaje con 3 secciones dobladas y 4 secciones rectas (figura 10c). FIB4 tiene extremos de anclaje con 4 secciones dobladas y 5 secciones rectas (figura 10d).
Dos secciones rectas con un vértice común definen dos ángulos. La suma de estos dos ángulos es igual a 360º.
Para el propósito de esta invención, el menor de los dos ángulos definidos por dos secciones rectas con un vértice común se denomina "ángulo incluido".
Esto significa que el ángulo incluido entre el eje principal de la porción media y el eje principal de la primera sección recta se define como el ángulo formado por el eje principal de la porción media y el eje principal de la primera sección recta. Del mismo modo, el ángulo incluido entre el eje principal de la segunda sección recta y el eje principal de la tercera sección recta se realiza por el eje principal de la segunda sección recta y el eje principal de la tercera sección recta.
La fibra de acero 1000 que se muestra en la figura 10a comprende una porción media 1004 y un extremo de anclaje 1002 en ambos extremos de la porción media 1004. La porción media 1004 tiene un eje principal 1003. Cada uno de los extremos de anclaje 1002 se desvía desde el eje principal 1003 de la porción media 1004 en la sección de desviación 1005. Cada uno de los extremos de anclaje 1002 comprende una primera sección recta 1006, una
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