DISEÑO Y APLICACIÓN ESTRUCTURAL DE HORMIGONES CON FIBRAS (PICT 2006-01231)

DESIGN AND STRUCTURAL APPLICATION OF FIBER REINFORCED CONCRETE

Director: Dr. Ing. Luccioni, Bibiana María

 

Resumen

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El hormigón estructural es el material de construcción más ampliamente utilizado debido a su baja relación costo/resistencia en comparación con otros materiales. En la actualidad no existen dudas de que la incorporación de fibras cortas dispersas en una matriz frágil como la que posee el hormigón le confiere una mayor capacidad al mismo para controlar el desarrollo de la fisuración, con beneficios directos en las propiedades en estado endurecido, particularmente en la tenacidad, aumento de la capacidad de absorción de energía, aumento de la ductilidad antes de la falla última y mejoras en la durabilidad, entre otras contribuciones.

Su campo de aplicación ha crecido notablemente y existen en la actualidad diversos ejemplos de uso de fibras en hormigón como revestimientos de túneles, elementos premoldeados, construcción y reparación de pavimentos o tableros de puentes. Inicialmente las principales aplicaciones se realizaron con fibras de acero, pero recientemente han aparecido en el mercado fibras sintéticas estructurales que pueden competir en varios casos con las primeras. Además de las mejoras en las fibras disponibles, se ha avanzado en el desarrollo del Hormigón Reforzado con Fibras (HRF) como material, se han obtenido HRF de alta resistencia y en los últimos años Hormigones Autocompactables Reforzados con Fibras (HACRF). El HACRF posee una fluidez muy elevada sin riesgos de segregación y permite la construcción de estructuras en menos tiempo y fundamentalmente libres de defectos (oquedades, terminación superficial, etc.).

Dadas las probadas ventajas que confieren las fibras a los elementos estructurales de hormigón, cabe preguntarse por qué su utilización está restringida a aplicaciones no estructurales o estructuras especiales. Parte de la respuesta reside en el hecho de que las pautas de diseño para HRF no han acompañado el desarrollo del material. Los procedimientos de diseño existentes no valoran adecuadamente el aporte de las fibras. Ante esta situación hace unos pocos años se desarrolló el proyecto europeo Brite-Euram BRPR–CT98–08013 “Test and Design Methods for Steel Fiber Reinforced Concrete” (1999-2002), donde además de avanzar en la caracterización del HRF a nivel de propiedades constitutivas se propuso un procedimiento de diseño estructural para hormigones con fibras de acero.

Considerando lo expuesto, el presente proyecto tiene como objetivo general desarrollar criterios para el diseño estructural de hormigones reforzados con fibras, de forma tal de lograr bases para una mejor aplicación y mayor aprovechamiento de las ventajas y alternativas que brinda este nuevo material.

El desarrollo del conocimiento propuesto en el proyecto tendrá un impacto directo tanto en la construcción de estructuras civiles nuevas como en la realización de reparaciones en estructuras existentes, dando lugar a una mayor vida en servicio de las mismas. Las construcciones civiles constituyen un porcentaje significativo del patrimonio de un país, tanto las tareas de mantenimiento como la reconstrucción implican la disponibilidad de recursos importantes, que no hay dudas deben ser optimizados. Desde este punto de vista, el proyecto posee un impacto directo ya que procura contribuir al desarrollo sustentable realizando un aporte concreto para el mejor uso y conservación de las obras de infraestructura.

El proyecto será llevado a cabo por un grupo formado por investigadores altamente calificados a nivel nacional e internacional que se complementan en los dos aspectos requeridos para abordar el tema. Una parte de ellos pertenecen al LEMIT-CIC y poseen numerosos antecedentes en el desarrollo de hormigones especiales. Son referentes en el tema de HRF con contribuciones destacadas a nivel internacional. A su vez, los investigadores pertenecientes al Instituto de Estructuras de la UNT, que es un referente en el análisis y evaluación de estructuras de hormigón y reparación y/o refuerzo de estructuras de hormigón y ha llevado a cabo una destacadísima labor en la formación de recursos humanos, cuentan con contribuciones relevantes en la modelación teórico, numérica y experimental del problema. Debe remarcarse, además, que existen antecedentes de trabajo conjunto, tanto a nivel de proyectos de investigación como a nivel de formación de recursos humanos. En este sentido, el proyecto procura fortalecer el vínculo existente, favoreciendo el intercambio científico y contribuyendo a la formación de recursos humanos.

Abstract

The addition of short fibers to a brittle matrix like that of concrete provides to the material more ability to control the cracking process fibers with direct improvement in the properties of hardened concrete. Particularly, a considerably increase in toughness and in the energy absorption capacity that leads to a more ductile behavior prior to the ultimate failure, reduced cracking and improved durability, is attained. Despite the great number of experimental results obtained, the structural use of fiber reinforced concrete (FRC) is still rather limited. The lack of proper models for FRC has been the main drawback for its use. Although the improvements provided by the fibers are well known, their contribution is not properly accounted for by available design procedures and design is still traditionally done. The general objective of the present project is the development of structural design criteria for fiber reinforced concrete in order to take advantage of the alternatives of this new material. Therefore, the characterization of FRC material and structural response, especially when it is used in structures repairment or retrofitting is proposed, as well as the development of a numerical tool for the analysis or assessment of structural elements cast, repaired or retrofitted with FRC.