hormigon proyectado

1. Corporación de Desarrollo Tecnológico
Corporación de Desarrollo
Tecnológico
26 y 27 de marzo de 2012
SIMPOSIO INTERNACIONAL:
TÚNELES Y TECNOLOGÍAS
DE HORMIGÓN PROYECTADO
José Antonio Collazos
Gerente Técnico Prodalam
www.cdt.cl
Fibras de refuerzo para hormigón proyectado
91 páginas

2. Sprayed concrete reinforcement: Mesh –
Steel/polymer fibers
Ing. José Antonio Collazos
Simposio Internacional de Túneles y Tecnologías de
Hormigón Proyectado
Santiago, Chile – 26 y 27 de Marzo de 2012
Logo of the
Company

3. Concreto simple
h = ?
Mu = 9,264 N.m/m
Concreto: C30/37
fcu = ?
h

5. Concreto simple
h = ?
Mu = 3,088 N.m/m
Concreto: C30/37
fcu = ?
fcu = 3.86 N/mm2
s = 3
h

6. h = ?
Mu = 3,088 N.m/m
Concreto: C30/37
fcu = ?
fcu = 3.86 N/mm2
s = 3
h

7. Dificilmente predecible, falla súbita de la
placa de concreto simple.
Pero las fisuras en el fondo raramente
pueden ser vistas, el modo de falla es
más bien inpredecible, con riesgo de
vidas aunque limitado
Capacidad del sistema ≈ Capacidad
de la sección
F F
F
w
System:Section:
F F
F
w
deflection-
controlled
Section:
F F
F
w
load-
controlled


8. ¿Refuerzo?
¿Mallas?
¿Fibras?
¿fibras
sintéticas?
¿Fibras de
Acero?

9. 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

10. Predecible, falla dúctil del concreto
reforzado con malla.
Fisuras en las superficies superior e
inferior serán visibles y pueden tomarse
medidas de seguridad.
Capacidad del sistema >> Capacidad
de la sección
Section:
F F
F
w
deflection-
controlled
Section:
F F
F
w
load-
controlled
bottom
view
F F
F
w
System:


11. 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

12. La ubicación irregular de la malla no
asegura un refuerzo eficiente
Consumo extra de concreto para llenar
los bolsones detrás de la malla
Llenado parcial de los bolsones no
previene la infiltración de agua
Consumo adicional de concreto debido
a los requerimientos de recubrimiento

13. 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

14. 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

15. El uso de fibras de acero, permite al
concreto proyectado seguir el contorno
del terreno
El concreto reforzado homogéneamente con excelente
densidad e impermeabilidad, previene la formación de vías de
agua
Las fibras brindan resistencia a los esfuerzos de tensión en
cada punto del sostenimiento con concreto proyectado

16. ¿Re,3?

17. ¿Re,3?

18. ¿Re,3: Información suficiente?
F
w≈ feqfres,I fres,II

19. 19
concreto reforzada con fibras de
Acero
concreto reforzada con Macrofibras
Sintéticas

20. 20
concreto reforzada con fibras de
Acero
concreto reforzada con Macrofibras
Sintéticas

21. 21
concreto reforzada con fibras de
Acero
concreto reforzada con Macrofibras
Sintéticas

22. 22
concreto reforzada con fibras de
Acero
concreto reforzada con Macrofibras
Sintéticas

23. 23
concreto reforzada con fibras de
Acero
concreto reforzada con Macrofibras
Sintéticas

24. ¿Acero o polipropileno?

25. Módulo de elasticidad

26. Módulo de elasticidad

27. Comportamiento CREEP

28. Comportamiento CREEP

29. Comportamiento CREEP
“Long term
behaviour of steel
and macro-synthetic-
fibre reinforced
concrete beams”
- University of
Bologna
Published in CPI

30. 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 días.

34. Sostenimiento

35. Esfuerzos en el terreno
NATURAL GROUND
Fp
Los desplazamientos
radiales movilizan la
resistencia inherente del
terreno.

36. Esfuerzos en el terreno
Fp
Zona de
Tensión
EQUILIBRIO
F
F’

37. Esfuerzos en el terreno
Agrietamiento
por tensión y
desprendimiento
Fp
EQUILIBRIO
F
F’

38. Esfuerzos en el terreno
Fp
EQUILIBRIO
F
F’

39. Esfuerzos en el terreno
Fp
EQUILIBRIO
F
F’

40. Esfuerzos en el terreno
Los movimientos del terreno causan
que la roca se deforme
plásticamente (flujo) en el perímetro
del túnel aplicando presión al
revestimiento de concreto

41. Caracterización del sistema

42. EFNARC - EN 14488-5
Este ensayo es presentado
en 1989 por la ferroviaria
francesa, y con el tiempo,
aceptado por EFNARC, y
está desde 2006 en las
normas EN
- Un shotcrete de
túnel se comporta
como una losa
- Las condiciones
hiperestáticas del
ensayo permiten
redistribución de
carga
- El ensayo también
puede llevarse a
cabo con refuerzo
de malla

43. 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
loadinkN
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
absorptionenergyinJoule
load
energy

44. Proceso de fisuración- Fibras de
acero
80 J 400 J 800 J 1250 J

45. Proceso de fisuración- Fibras
sintéticas
0.5 vol %
4.55kg/m3 0.5 vol %
4.55kg/m3
1.0 vol %
9.1kg/m3
1.0 vol %
9.1kg/m3

46. P
Deflexión
Acero
25 mm
Poliprop.

47. Criterio de desempeño
Criterio de desempeño usado para fibras de
acero con concreto de referencia: 30/37 Mpa
500 - J: requerimiento
mínimo; roca; túnel de
diámetro pequeño
700 - J: estándar; roca
menos buena
1000 - J: alta ductilidad
para condición de
suelo malo
load

48. Criterio de desempeño
L
700 Joules
SEGURO
25 mm
C30/37

49. Criterio de desempeño
L
700 Joules
INSEGURO
25 mm
C50/60

50. Criterio de desempeño
L 1000 Joules
SEGURO
25 mm
C50/60

51. Criterio de desempeño
Sistema-Q propuesto para revestimientos de concreto lanzado
1 Sin soporte
2 Pernos de anclaje puntuales, sb
3 Pernos de anclaje sistemáticos, B
4 Pernos de anclaje sistemáticos, (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) Absorción de energía en ensayo de panel de shotcrete reforzado con fibra de acero a at 25 mm
Categorías de refuerzo:

53. RESITENCIA RESIDUAL
« EFNARC 3 point bending test on square panel with notch »

54. 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 »

55. Ensayos de precalificación

56. Recomendaciones mínimas
1 Fibras que cumplan con la Norma
Europea EN 14889-1: dosificación
mínima (kg/m3)
2 Fibras con sello CE sistema 1, fibras de
acero para uso estructural (conforme a
EN 14889-1-2006) Para más detalles,
hoja informativa CE a solicitud.
3 Fibras de alambre trefilado, con
resistencia a tracción del alambre de
acero > 1.000 MPa mínimo.
(La resistencia a la tracción del alambre
debe ser consistente con el de la
mezcla, para Concreto de Alto
Desempeño (HPC) se requiere un
alambre de alta resistencia a la tracción)
De acuerdo con EN
14889,
un nivel mínimo de
desempeño debe ser
alcanzado. Como tal,
para cada tipo de fibra
una dosificación mínima
es requerida para tener
un sello CE sistema 1.
Descargue hoja
informativa en:
www.bekaert.com/
building
CE info sheet

57. Recomendaciones mínimas
4 Tolerancias dimensionales de acuerdo con la siguiente tabla:

58. Recomendaciones mínimas
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 máxima de la fibra: 2/3 del diámetro de la manguera de la máquina de lanzado
8 Longitud mínima de la fibra: 2 veces el tamaño máximo del agregado grueso
9 Fibras encoladas para mejorar una distribución homogénea

59. 0
2
4
6
8
10
12
14
16
10 20 30 40 50
Dosis de fibras [kg/m³]
Resistenciax10-1N/mm2
Tipos de Fibras: Desempeño
59

60. Desempeño: Efecto debido a la
cantidad
fuerza
ancho de fisura
altas dosis
bajas dosis
Igual l, l/d
60

61. fuerza
ancho de fisura
mayor l/d
menor l/d
Igual dosis
Desempeño: Efecto debido a la
relación de aspecto l/d
61

62. 62

63. 63

64. fuerza
ancho de fisura
fibra larga
fibra corta
Igual forma
Desempeño: Efecto debido a la
longitud
64

65. fuerza
ancho de fisura
con ganchos
ondulada
Igual l, l/d
Desempeño: Efecto debido al
anclaje
65

66. fuerza
ancho de fisura
concreto superior
concreto inferior
Igual fibra
Desempeño: Efecto debido al
concreto
66

67. fuerza
ancho de fisura
suficiente
insuficiente
resistencia del
alambre
Desempeño: Efecto debido a la
resistencia del alambre
67

68. ¿Cómo seleccionar la fibra
apropiada?
68
Parámetro Fibra «A» Fibra «B»

69. ¿Cómo seleccionar la fibra
apropiada?
69
Parámetro Fibra «A» Fibra «B»
Longitud mm 35 20

70. ¿Cómo seleccionar la fibra
apropiada?
70
Parámetro Fibra «A» Fibra «B»
Longitud mm 35 20
Diámetro mm 0.75 0.55

71. ¿Cómo seleccionar la fibra
apropiada?
71
Parámetro Fibra «A» Fibra «B»
Longitud mm 35 20
Diámetro mm 0.75 0.55
Relación l/d 47 36

72. ¿Cómo seleccionar la fibra
apropiada?
72
Parámetro Fibra «A» Fibra «B»
Longitud mm 35 20
Diámetro mm 0.75 0.55
Relación l/d 47 36
Resistencia MPa 1245 1345

73. ¿Cómo seleccionar la fibra
apropiada?
73
Parámetro Fibra «A» Fibra «B»
Longitud mm 35 20
Diámetro mm 0.75 0.55
Relación l/d 47 36
Resistencia MPa 1245 1345
Precio $/kg 2 2.1

74. F
w≈ feqfres,I fres,II
Desempeño: Efecto debido al
método de evaluación
Igual feq – pero ¿qué
CRFA es mejor?
74

75. ¿Cómo seleccionar la fibra
apropiada?
75

76. ¿Si las características
«NOMINALES» fueran iguales?
76
Parámetro Fibra «D» Fibra «S»
Longitud mm 35 35
Diámetro mm 0.55 0.55
Relación l/d 65 65
Resistencia MPa 1345 1345
Precio $/kg 2.0 1.98

77. ¿La norma de fabricación tiene
alguna influencia?
Parámetro Fibra «D» Fibra «S»
Longitud mm 35 35
Diámetro mm 0.55 0.55
Relación l/d 65 65
Resistencia MPa 1345 1345
Precio $/kg 2.0 1.98
Norma EN 14889-1 ASTM A820
77

78. 7
Revisión de Tolerancias según
Norma
• Norma: EN 14889-1 Fibers For
Concrete – Part 1, Steel Fibers
• Certificación C€:

79. 7
Revisión de Tolerancias según
Norma
• Norma: ASTM A 820

80. 8
0
Teoría 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
• Diámetro de la fibra de acero: df
• Peso específico de la fibra de acero: g = 7850 kg/m3
• Volumen de una fibra: Vf = (p . df
2 / 4) . lf

81. 81
Teoría de Espaciamiento de Mc.
Kee
• Peso de una fibra: Pf = g . Vf = g . (p . df
2 / 4) . lf
• Volumen de concreto que ocupa una fibra: Vc = s3 = (lf / 31/2 )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
• Dosificación mínima de la fibra de acero:
– Dm = Peso de una fibra / Volumen efectivo de concreto = Pf / Ve
– Dm ≥ g . (p . df
2 / 4) . lf / 0.064 lf
3 = (p / 0.256) . g . df
2 / lf
2
• Relación de esbeltez: l = lf / df

82. 82
Teoría de Espaciamiento de Mc.
Kee
• Dosificación mínima: Dm ≥ (g . p) / (0.256 l2)
• Peso específico 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. 8
3
Dosificación mínima para el caso
más desfavorable
• Revisando la menor longitud y el mayor diámetro posibles para las
tolerancias de cada norma:
Dramix® RC 80/60 BN Sika® Fiber CHO 80/60 NB
Longitud (mm) 60 60
Diámetro (mm) 0.75 0.75
80 80
-5% Longitud (mm) 57
+5% Diámetro (mm) 0.7875
72.38
-10% Longitud (mm) 54
+10% Diámetro (mm) 0.825
65.45
18.39 22.49
1 1.22Relación
Tolerancias
Tolerancias
Relación de Aspecto
Relación de Aspecto
Nominal
Relación de Aspecto
Dosificación Mínima (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. 84

85. 85
Efecto en la resistencia del
concreto

86. 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 [m²]
coefficientofvariation[%]
86

87. 87
Prueba Vebe
Prueba de viga EN 14651
Certificación CE Clase 1

88. ¿Cómo seleccionar la fibra
apropiada?
Parámetro Fibra «D» Fibra «M»
Longitud mm 60 60
Diámetro mm 0.75 0.75
Relación l/d 80 80
Resistencia MPa 1225 1225
Precio $/kg 2.0 1.98
Norma EN 14889-1 EN 14889-1
Certificación Sello CE Sello CE
Dosis mínima CE 10 25
88

89. Referencias
• «Tunneling is an art» – Bekaert
• «Three Point Bending Test on Square Panel
with Notch» - EFNARC
• «CE marking» - www.bekaert.com/building

91. 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 Túneles y Tecnologías de
Hormigón Proyectado
Santiago, Chile – 26 y 27 de Marzo de 2012