Trabajo de fin de Máster en Ingeniería Estructural

Análisis de la diferencia del proceso
puesta en obra del hormigón reforzado
con fibras en el comportamiento
mecánico: Moldeado vs Proyectado
Trabajo Final de Máster
Realizado por:
Carlos Calderón Carranza
Tutor:
Prof. Albert de la Fuente Antequera
Dra. Débora Martinello Carlesso
Dr. Bruno Leporace Guimil
1

2
Introducción Metodología Resultados Conclusiones
Figura 2: Fibra metálica utilizada en campaña experimental
Figura 1: Sección transversal (sup.) y forma (inf.) de las fibras
metálicas
• Nace de las nuevas necesidades que van surgiendo en el amplio sector
de la construcción.
• Nace con el propósito de compensar la deficiencia del hormigón bajo
esfuerzos de tracción
• Según la normativa española, EHE-08, define al HRF como:
“Hormigones que incluyen en su composición fibras cortas, discretas,
distribuidas aleatoriamente en su masa”.
• Existen fibras de diversos tipos según su origen: Orgánicas, Sintéticas,
minerales y metálicas. Diferentes tamaños y geometrías.
Hormigón Reforzado con fibras (HRF)

3
Figura 4: Efecto puente en sección de hormigón reforzada con fibras de
metálicas
Propiedades del HRF:
• Resistencia residual post-fisuración
• Resistencia a flexo-tracción
• Resistencia a cortante
• Control de fisuración
• Tenacidad (habilidad del material de deformarse en su rango plástico sin
que se llegue a rotura)
• Funcionalidad estructural (EHE-08)
Figura 3: Comportamiento post- fisuración de 1- Solo Hormigón 2- HRF

4
Figura 6: Mecanismos de fallo en HRF
Efecto pared:
Capacidad de las fibras de orientarse preferencialmente en dirección
perpendicular a la fisura. Esto se traduce en un aumento de la eficiencia de
estas ante esfuerzos de tracción.
Para que el HRF presente todas estas propiedades, es necesario que:
- Fibras totalmente embebidas en matriz de hormigón.
- Mezcla homogénea.
Tipos de fallos en HRF:
Existen diversos tipos de mecanismos de fallo que se pueden producir en el
HRF sometidos ante esfuerzos de tracción. Estos pueden ser debido al fallo
de la fibra o de la matriz de hormigón.
Figura 5:Efecto pared en HRF

5
Campos de aplicaciones del HRF:
• Soleras y pavimentos industriales
• Construcciones Subterráneas
• Prefabricados de Hormigón
• Reparación y refuerzo de geometrías complejas
• Aliviaderos de presas
• Elementos de mobiliario urbano
• Losas de entrepiso
• Elementos arquitectónicos
Figura 7: Pavimento industrial con HRF
Figura 8: Mobiliario urbanoBancas y
sillas de HRF
Figura 9: Pavimento con fibras vs Pavimento con
refuerzo de malla
Figura 10: Aliviadero de presa con HRF

6
Hormigón Proyectado Reforzado con fibras (HPRF)
Debido al fenómeno del EFECTO REBOTE, únicamente el 63% de las fibras quedan
adheridas a la superficie. Este valor fue obtenido en la campaña experimental
“Evaluación de rebote en hormigón proyectado reforzado con fibras metálicas” realizado
por Carlos Gándara Vivar.
El HPRF es un material de endurecimiento rápido utilizado para la estabilización y
reparación de estructuras mediante hormigones sin moldes el cual contiene fibras.
Propiedades del HPRF:
• Altas tasas de producción
• Capacidad de adaptarse a diferentes superficies
Campos de aplicación:
• Áreas de difícil acceso
• Revestimiento de túneles
• Estabilización de taludes.
Figura 11: Efecto rebote
Figura 12: Proyectado de HRF

7
GENERAL:
• Identificar y analizar las diferencias del proceso de puesta en obra del hormigón reforzado con fibras en el
comportamiento mecánico del hormigón: Moldeado vs Proyectado
ESPECIFICOS:
Realizar la caracterización mecánica del HRF mediante ensayos de:
• Resistencia a compresión y modulo secante elástico a compresión.
• Tracción indirecta en cilindros y mediante ensayos de flexo-tracción en vigas con entallas
• Flexo-tracción en paneles cuadrados con entalla.
OBJETIVOS

8
Esquema de Organización TFM

9
ENSAYOS HRF
Tipo de ensayo N° de probetas Dimensiones de probetas Proceso Normativa
Resistencia a traccion
por flexion en paneles
cuadrados con entalla
10 600 mm x 600 mm x 100 mm Moldeado prEN-14488-3
por flexion en vigas con
entalla
9 150 mm x 150 mm x 600 mm Moldeado UNE-EN 14651
Barcelona 12 150 mm x 150 mm x 150 mm Moldeado UNE-EN 83515
Metodo Inductivo 12 150 mm x 150 mm x 150 mm Moldeado
UNE-EN 12390-13
Resistencia a
compresion
12 150 mm x 300 mm Moldeado UNE-EN 12390-3
Modulo secante de
elasticidad en
compresion
6 150 mm x 300 mm Moldeado

10
ENSAYOS HPRF
Tipo de ensayo N° de probetas Dimensiones de probetas Proceso Normativa
Cortado de paneles para
extraccion de testigos
UNE-EN 12390-3
73 mm x 116,50 mm
Resistencia a
compresion
9 73 mm x 116,50 mm
ENSAYOS HPRF
por flexion en vigas
con entalla
18 100 mm x 100 mm x 600 mm
UNE-EN 14651
Barcelona 15 124 mm x 154 mm
UNE-EN 83515
UNE-EN 12390-13
Metodo Inductivo 15 124 mm x 154 mm
Modulo secante de
elasticidad en
compresion
8
por flexion en paneles
10 600 mm x 600 mm x 100 mm Proyectado en molde prEN-14488-3

11
HRF: Resistencia a compresión
Figura 13:Grafica de barras, ensayo resistencia a compresión HRF
Cilindro Resistencia (MPa) Fuerza (kN)
1 37,48 662,40
2 37,68 665,90
3 37,97 670,97
4 34,39 607,68
5 34,78 614,68
6 38,42 678,98
7 41,17 727,46
8 43,98 777,24
9 43,52 769,01
10 44,47 785,87
11 43,93 776,35
12 42,57 752,22
Resistencia a Compresion
Tabla 1: Resultados de ensayo resistencia a compresión HRF
0
10
20
30
40
50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Resistencia
(MPa)
Cilindro
Promedio (Mpa) Desviacion Estandar Coeficiente de Variacion (CV)
40,03 3,68 9,18%
Tabla 2: Desviación Estándar y CV, Ensayo a compresión
Figura 14: Ensayo resistencia a compresión HRF

12
Figura 15: Módulos secante elástico en compresión de HRF
Tabla 3: Promedio, Desv. Estándar y CV ensayo Modulo Elástico
HRF: Modulo Secante de elasticidad en compresión
26,00
26,50
27,00
27,50
28,00
28,50
SFRC-28-7 SFRC-28-8 SFRC-28-9 SFRC-28-10 SFRC-28-11 SFRC-28-12
Modulo
Elastico
(GPa)
Probeta
Promedio Ec,s (GPa)
27,75
Desviacion Estandar
0,46
Coeficiente de Variacion (CV)
1,67%
Figura 16: Módulos secante elástico en compresión de HRF

13
Tabla 4: Valores de resistencia máxima y post fisuración,
ensayo Barcelona
Figura 17: Curva resistencia residual-Deformacion, ensayo Barcelona, todas las probetas
HRF: Ensayo Barcelona
Probeta Resistencia Maxima (MPa) Resistencia Post-fisuracion (MPa)
SFRC28-1 2,96 2,13
SFRC28-2 2,40 2,04
SFRC28-3 2,39 1,96
SFRC28-4 2,53 1,79
SFRC28-5 2,05 1,53
SFRC28-6 1,93 1,01
SFRC28-7 2,73 1,69
SFRC28-8 2,75 1,61
SFRC28-9 2,10 1,92
SFRC28-10 1,99 1,40
SFRC28-11 2,46 1,70
SFRC28-12 2,34 1,79
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
-0,5 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5
Resistencia
Residual
(MPa)
Deformacion (mm)
SFRC28-1
SFRC28-2
SFRC28-3
SFRC28-4
SFRC28-5
SFRC28-6
SFRC28-7
SFRC28-8
SFRC28-9
SFRC28-10
SFRC28-11
SFRC28-12
Figura 18: Ensayo Barcelona en cubo de HRF, laboratorio UPC
Promedio (Mpa) Desv. Estandar Coefeciente de Variacion
2,39 0,33 14%
Tabla 5:Resultado promedio, Desv estándar y CV, ensayo Barcelona

14
HRF: Resistencia a tracción por flexión en vigas con entalla
Probeta Ffct,L (LOP) fr,1 (MPa) fr,2 (MPa) fr,3 (MPa) fr,4 (MPa)
SFRC28-1 3,62 4,20 5,88 5,88 5,32
SFRC28-2 3,56 3,50 5,00 4,92 4,26
SFRC28-3 3,44 3,12 4,36 4,39 3,81
SFRC28-4 3,54 2,90 4,16 4,35 3,96
SFRC28-5 3,16 3,49 4,73 4,89 4,33
SFRC28-6 3,62 3,38 4,54 4,53 4,03
SFRC28-7 3,16 3,84 4,71 4,84 4,34
SFRC28-8 3,24 2,61 3,55 3,53 3,17
SFRC28-9 3,43 3,33 4,35 4,14 3,49
Resistencia Residual a traccion por flexion fR,j (MPa)
0
1
2
3
4
5
6
7
0,0
0,1
0,3
0,4
0,6
0,7
0,8
1,0
1,1
1,2
1,4
1,5
1,7
1,8
1,9
2,1
2,2
2,3
2,5
2,6
2,8
2,9
3,0
3,2
3,3
3,4
3,6
3,7
3,9
Resistencia
Residual
(MPa)
CMOD (mm)
SFRC28-1
SFRC28-2
SFRC28-3
SFRC28-4
SFRC28-5
SFRC28-6
SFRC28-7
SFRC28-8
SFRC28-9
Tabla 6: Resultados ensayo a tracción por flexión en vigas
Figura 19: Resistencia residual a tracción por flexión de todas las probetas
Figura 20: Resistencia residual a tracción por flexión de todas las probetas
fRIM (MPa) Desv. Estandar Coef. Variacion CV fRik (MPa)
F
f
ct,L (LOP) 3,42 0,19 6% 3,11
fr,1 3,37 0,47 14% 2,60
fr,2 4,59 0,64 14% 3,54
fr,3 4,61 0,65 14% 3,55
fr,4 4,08 0,61 15% 3,08
TABLA RESUMEN
Tabla 7: Resultados ensayo a tracción por flexión en vigas

15
HRF: Resistencia a tracción por flexión en paneles cuadrados con entalla
Probeta Ffct,L (LOP) fr,1 (MPa) fr,2 (MPa) fr,3 (MPa) fr,4 (MPa)
SFRC28-1 3,38 2,00 2,65 2,63 2,24
SFRC28-2 2,87 1,98 2,59 2,55 2,25
SFRC28-3 4,83 3,49 4,79 4,58 3,88
SFRC28-4 3,78 3,19 3,78 3,49 2,84
SFRC28-5 4,46 3,37 4,42 4,22 3,54
SFRC28-6 2,96 2,06 2,83 2,92 2,55
SFRC28-7 2,79 1,79 2,39 2,32 2,03
SFRC28-8 4,58 3,33 4,55 4,43 3,67
SFRC28-9 3,55 2,49 3,46 3,47 2,92
SFRC28-10 3,26 1,96 3,11 3,19 2,85
RESISTENCIA RESIDUAL A LA TRACCION POR FLEXION fR,j (MPa)
0
1
2
3
4
5
6
0,00
0,05
0,10
0,35
0,60
0,85
1,10
1,35
1,60
1,85
2,10
2,35
2,60
2,85
3,10
3,35
3,60
3,85
4,10
4,35
4,60
4,85
Resistencia
Residual
(MPa)
CMOD (mm)
SFRC28-1
SFRC28-2
SFRC28-3
SFRC28-5
SFRC28-6
SFRC28-7
SFRC28-8
SFRC28-9
Figura 21: Resistencia residual a tracción por flexión en paneles
Tabla 8: Resultados de ensayo a tracción por flexión en paneles cuadrados
Figura 22: Resistencia residual a tracción por flexión en paneles
fRIM (MPa) Desv. Estandar Coef. Variacion (CV) fRik (MPa)
Ffct,L (LOP) 3,65 0,74 20% 2,42
fr,1 2,57 0,70 27% 1,42
fr,2 3,46 0,89 26% 2,00
fr,3 3,38 0,81 24% 2,05
fr,4 2,88 0,64 22% 1,82
TABLA RESUMEN
Tabla 9: Resultados de ensayo a tracción por flexión en paneles cuadrados

16
HRF: Método Inductivo
Figura 23: Contenido de fibras cubos n°4 y n°6
Tabla 10: Contenido y orientación de fibras metálicas en cubos de hormigón
Figura 24: Medición de inductancia en cubo

17
Resistencia a compresión: HPRF vs HRF
Tabla 11: Comparación de resultados resistencia a compresión
Modulo secante elástico en compresión: HPRF vs HRF
Tabla 12: Comparación de resultados modulo secante elástico
Hormigon Moldeado
Coeficiente de variacion (%)
Promedio (Mpa)
Hormigon Proyectado
Tipo
38,35
11,67%
40,03
9,18%
Dimensiones (mm) 73 x 116,50 150 x 300
150 x 300
7,22%
27,75
1,67%
Tipo
Promedio (Gpa)
Coeficiente de Variacion (%)
Hormigon Proyectado Hormigon Moldeado
31,89
Dimensiones (mm) 73 x 116,50

18
Ensayo Barcelona: HPRF vs HRF
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Resistencia
Reisudual
(MPa)
Desplazamiento Axial (mm)
Resistencia Residual HRF (MPa) Resistencia Residual HPRF (MPa)
Tabla 13: Comparación de resultados Ensayo Barcelona
Figura 25: Grafica comparativa de resultados Ensayo Barcelona
Probeta Hormigon Proyectado Probeta Hormigon Moldeado
Dimensiones (mm) 124 x 154 150 x 150 x 150
Carga de Fisuracion (MPa) 2,85 2,39
fctrx,2mm (MPa) 0,99 (17,34%) 1,48 (17,61%)
fctrx,2,5mm (MPa) 0,92 (17,73%) 1,38 (18,82%)
fctrx,4mm (MPa) 0,77 (17,52%) 1,12 (22,57%)

19
Probeta Hormigon Proyectado Probeta Hormigon Moldeado
Dimensiones probeta (mm) 100x100x600 150x150x600
f lop (MPa) 6,14 (7%) 3,42 (6%)
f R,1 (Mpa) 2,42 (28%) 3,37 (14%)
f R,2 (Mpa) 2,91 (29%) 4,59 (14%)
f R,3 (Mpa) 2,96 (27%) 4,61 (14%)
f R,4 (Mpa) 2,75 (26%) 4,08 (15%)
f lop,k (Mpa) 5,43 3,11
f R,1k (Mpa) 1,30 2,60
f R,3k (Mpa) 1,65 3,55
f R,1k / f lop,k 0,24 0,84
f R,3k / f R1,k 1,27 1,37
Tabla 14: Comparación de resultados de resistencia residual en vigas
Resistencia a tracción por flexión en vigas: HPRF vs HRF
0
1
2
3
4
5
6
7
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Resistencia
Residual
(MPa)
Desplazamiento CMOD (mm)
Promedio fR,j (MPa) HRF Promedio fR,j (MPa) HPRF
Figura 26: Grafica comparativa de resultados de resistencia residual en
vigas

20
Resistencia a tracción por flexión en paneles cuadrados: HPRF vs HRF
Panel Hormigon Proyectado Panel Hormigon Moldeado
Dimensiones panel (mm) 600x600x100 600x600x100
f lop (MPa) 4,86 (18%) 3,65 (20%)
f R,1 (Mpa) 2,87 (14%) 2,57 (27%)
f R,2 (Mpa) 3,30 (15%) 3,46 (26%)
f R,3 (Mpa) 3,29 (16%) 3,38 (24%)
f R,4 (Mpa) 3,06 (15%) 2,88 (22%)
f lop,k (Mpa) 3,43 2,42
f R,1k (Mpa) 2,20 1,42
f R,3k (Mpa) 2,45 2,05
f R,1k / f lop,k 0,64 0,59
f R,3k / f R1,k 1,11 1,44
0
1
2
3
4
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Resistencia
Residual
(MPa)
Desplazamiento CMOD (mm)
Promedio fR,j HRF (MPa) Promedio fR,j HPRF (MPa)
Tabla 15: Comparación de resultados de resistencia residual en paneles
Figura 27: Grafica comparativa de resistencia residual en paneles cuadrados

21
Orientación de fibras: HPRF vs HRF
Figura 28: Grafica comparativa de orientación de fibras Figura 29: Sección de panel cuadrado
con entalla
Figura 30: Ensayo de flexo-tracción en
panel cuadrado

22
Conclusiones
• Los valores de la resistencia a compresión y del modulo secante elástico son similares en ambos procesos de puesta en obra.
Mientras que los valores de CV se vieron afectados debido al efecto tamaño y al proceso.
• El ensayo Barcelona demostró que la resistencia residual se ve influenciada por el tipo de proceso de puesta en obra.
• El método inductivo demostró la orientación y distribución de las fibras en el HRF. Determinando que estas tienen una
orientación preferencial en 2D, en los ejes X y Y.
• El ensayo de flexo-tracción en vigas demostró que el efecto pared influye en la resistencia residual del HRF. Mientras que el
CV viene afectado por el efecto tamaño de las probetas.
• El proceso de puesta en obra no influyo en la resistencia residual de los paneles cuadrados, pero si altero la variabilidad en el
CV.

Trabajo Final de Máster
Realizado por:
Carlos Calderón Carranza
Tutor:
Prof. Albert de la Fuente
Dra. Débora Martinello Carlesso
Dr. Bruno Leporace Guimil
23
Análisis de la diferencia del proceso
puesta en obra del hormigón reforzado
con fibras en el comportamiento
mecánico: Moldeado vs Proyectado

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