Optimización del concreto hidráulico de alta resistencia inicial, reforzado con fibras macro sintéticas y de acero Wirand en losas industriales

Abstract

La incorporación de fibras estructurales al concreto es una técnica eficaz para prevenir la propagación de grietas, mejorando así la ductilidad, durabilidad, tenacidad y resistencia del concreto. La presente investigación muestra los resultados de un estudio experimental de caracterización de concretos reforzados con fibras de acero y microfibras sintéticas para utilizarse en losas industriales, analizando parámetros como trabajabilidad, peso volumétrico, resistencia a compresión, módulo de elasticidad, resistencia residual y tenacidad. El programa de ensayos consistió en la elaboración de probetas cilíndricas y prismáticas de concreto reforzado con fibras estructurales donde se seleccionaron dos tipos de fibras de acero y dos tipos de fibras macro sintéticas con relaciones de aspecto longitud- diámetro de 50, 80, 59 y 44. Asimismo se fabricaron probetas de concreto sin ningún tipo de refuerzo como parámetro de referencia, tomando como base el concreto utilizado para losas industriales de 280 kg/cm² a 7 días de resistencia a compresión. La dosificación para cada tipo de fibras se expresó como peso por volumen de concreto de 20, 25 y 30 kg/m³. El parámetro del diseño de mezcla para el concreto sin fibra se dosificó con un asentamiento de 8 ½” y una relación de agua/cemento de 0.55. En el caso de las mezclas con fibras, se mantuvo el diseño de mezcla del concreto sin fibra, más la adición de la fibra estructural. De los resultados se observó que la longitud, diámetro y dosificación de las fibras aporta beneficios a las propiedades físicas y mecánicas del concreto hidráulico. La resistencia residual y la tenacidad de todos los conjuntos de muestras aumentó significativamente. También se observó que la relación de aspecto más alta de las fibras estudiadas resultó en un mejor rendimiento de la resistencia a flexión, entre las muestras de concreto reforzado con fibras. Con respecto al costo de fabricación de una losa industrial fibroreforzada, se obtuvo un ahorro de hasta el 33% con respecto a losas industriales reforzadas con acero tradicional.

The incorporation of structural fibers into concrete is an effective technique to prevent the propagation of cracks, thus improving the ductility, durability, toughness and strength of concrete. This research shows the results of an experimental study of characterization of concrete reinforced with steel fibers and synthetic macrofibers to be used in industrial slabs, analyzing parameters such as workability, volumetric weight, compressive strength, modulus of elasticity, residual strength and toughness. The test program consisted of the development of cylindrical and prismatic concrete probes reinforced with structural fibers where two types of steel fibers and two types of macrosynthetic fibers were selected with aspect ratios length-diameter of 50, 80, 59 and 44. Concrete probes without any type of reinforcement will also be manufactured as a reference parameter, taking as a base the concrete used for industrial slabs with a compressive strength of 280 kg/cm² at 7 days. The dosage for each type of fiber is expressed as weight per volume of concrete of 20, 25 and 30 kg/m³. The mix design parameter for the non-fiber concrete was dosed with a slump of 8 ½” and a water/cement ratio of 0.55. In the case of the mixtures with fibers, the mix design of the non-fiber concrete was maintained, plus the addition of the structural fiber. From the results it will be verified that the length, diameter and dosage of the fibers provide benefits to the physical and mechanical properties of hydraulic concrete. The residual strength and toughness of all the sample sets increased significantly. It will also be observed that the higher aspect ratio of the studied fibers resulted in a better flexural strength performance, among the fiber-reinforced concrete samples. Regarding the manufacturing cost of a fiber-reinforced industrial slab, savings of up to 33% were obtained compared to industrial slabs reinforced with traditional steel.