Parámetros que influyen en el comportamiento del concreto proyectado reforzado con fibras de acero aplicado en labores subterráneas

Abstract

Muchas de las investigaciones realizadas acerca del desempeño de la fibra de acero en el comportamiento del concreto proyectado enfocan su estudio en base a los parámetros de calidad y cantidad de fibra; obviando a la matriz de concreto dentro del entorno del análisis. Y es que según la teoría del proceso de fisuramiento del concreto y la de un material compuesto, el desempeño del material compuesto no solamente depende de las características del refuerzo, sino también de las características de la matriz que lo envuelve. Y, además, caracterizar al material solo en base de su propiedad de tenacidad es excluir a otras propiedades físicas y mecánicas de interés que podrían ayudar a comprender su comportamiento en su totalidad. Por lo que esta investigación centra su estudio del concreto proyectado reforzado en base a tres parámetros: calidad de fibra, cantidad de fibra y calidad de la matriz de concreto. Donde para el análisis nos basaremos en caracterizar al material, no solamente en base a su tenacidad, sino también en base a sus propiedades en estado fresco, esfuerzo a la compresión, tracción y esfuerzos residuales que surgen después del fisuramiento del concreto. Los objetivos es llegar a demostrar cuál de los tres parámetros tiene una mayor implicancia en el comportamiento del concreto proyectado reforzado; y, además, de caracterizar al CPRF, para analizar el efecto de la fibra como refuerzo y del aditivo acelerante en el comportamiento del concreto proyectado. Aplicando una metodología experimental llegamos a concluir que los 3 parámetros tienen una influencia significativa en el comportamiento CPRF, específicamente en el comportamiento a la flexión del material. Estableciendo una relación de dependencia entre ellos, que, para una determinada calidad de fibra, el parámetro de calidad de la matriz de concreto logra obtener una preponderancia mayor a la cantidad de fibra; conclusión que se sustenta al lograr obtener las mayores desviaciones favorables de las propiedades mecánicas comparadas. Además, del estudio de la caracterización del CP, se demuestra el efecto de las fibras de acero en la mejora de las propiedades mecánicas de resistencia a la tracción, tenacidad y ductilidad; y el efecto negativo del aditivo acelerante en las propiedades mecánicas de resistencia a la compresión, tracción y ductilidad.

Many of the investigations carried out on the performance of steel fiber in the behavior of shotcrete focus their study based on the quality and quantity parameters of fiber; ignoring the concrete matrix within the analysis environment. And according to the theory of the cracking process of concrete and that of a composite material, the performance of the composite material not only depends on the characteristics of the reinforcement, but also on the matrix that surrounds it. And, furthermore, characterizing the material only on the basis of its toughness property is to exclude other physical and mechanical properties of interest that could help to understand entirely its behavior. Therefore, this research focuses its study of reinforced shotcrete based on three parameters: fiber quality, fiber quantity and quality of the concrete matrix. Where for the analysis we will base ourselves on characterizing the material, not only based on its toughness, but also based on its properties in the fresh state, compressive stress, traction and residual stresses that arise after cracking of the concrete. The goals are to demonstrate which of the three parameters has the greatest implication in the behavior of reinforced shotcrete; and, in addition, take advantage of the analysis of the first objective, to analyze the effect of the fiber as reinforcement and the accelerator additive on the behavior of the shotcrete. Applying an experimental methodology; led us to conclude that the 3 parameters have a significant influence on the CPRF behavior, specifically on the flexural behavior of the material. Setting up a relationship of dependence between them, that, for a given fiber quality, the quality parameter of the concrete matrix manages to get a greater preponderance than the quantity of fiber; conclusion that is supported by achieving the greatest favorable deviations of the compared mechanical properties. In addition, from the study of the characterization of CP, the effect of steel fibers in improving the mechanical properties of tensile strength, toughness and ductility is demonstrated; and the negative effect of the accelerator additive on the mechanical properties of compressive strength, tensile and ductility.