Tesis ( Magíster en Ingeniería Civil con énfasis en Estructuras )

El avance constante de la ciencia y la tecnología ha permitido el desarrollo de concretos especiales como los concretos de ultra altas prestaciones (UHPC, por sus siglas en inglés). Para contrarrestar la fragilidad de estos concretos, y a su vez, para mejorar las condiciones mecánicas del mismo es habitual la incorporación de fibras, generando así los concretos de ultra altas prestaciones reforzados con fibras (UHPFRC, por sus siglas en inglés). El UHPFRC es un material que tiene mayor durabilidad, ductilidad, resistencia y tenacidad debido a su baja porosidad y la densificación de su matriz, en comparación a un concreto convencional o un concreto reforzado con fibras (FRC, por sus siglas en inglés). La adición de fibras a la matriz densificada permite desarrollar un comportamiento aceptable a tracción directa y a flexión. A través del tiempo las investigaciones relacionadas con el comportamiento de los UHPFRC han coincidido en que la mezcla hibrida de fibras, permite optimizar las prestaciones mecánicas de este material compuesto. No obstante, las investigaciones también han evidenciado que la incorporación de fibras metálicas a la matriz incrementa notablemente el costo inicial del UHPFRC, junto con las altas dosificaciones de cemento y humo de sílice requeridas para obtener una matriz densa. En consecuencia, el alto costo, la reciente incursión del material y la falta de lineamientos que indiquen sus parámetros de diseño estructural han limitado el desarrollo y la aplicabilidad del UHPFRC en Latinoamérica.

Conscientes de esta problemática en el presente documento se exponen los resultados de un proyecto de investigación donde se evaluó el efecto de la mezcla de micro-fibras y macro-fibras poliméricas en el comportamiento a flexión y compresión del UHPFRC. Fue necesario y pertinente desarrollar un programa experimental para evaluar el comportamiento del UHPFRC reforzado con fibras poliméricas.

En el programa experimental se elaboraron 36 dosificaciones, con las cuales se buscaba demostrar que el comportamiento a flexión y compresión de los UHPFRC reforzados con fibras poliméricas puede ser similar o mejor en algunos casos, al comportamiento a flexión y compresión de los UHPFRC reforzados con micro-fibras metálicas. Las dosificaciones presentaron las siguientes variables y proporciones de fibras:

• 2 dosificaciones de UHPC fueron elaboradas para lograr el flujo estático adecuado de la mezcla patrón.

• 2 dosificaciones de UHPFRC fueron reforzadas con 1 o 2% de micro-fibras metálicas (OL 13/.20) en volumen. Estas dosificaciones permitieron comparar los resultados obtenidos por las dosificaciones de UHPFRC reforzadas con fibras poliméricas con igual contenido de fibras en volumen.

• 32 dosificaciones de UHPFRC fueron reforzadas con micro y/o macro fibras poliméricas. El material de las micro-fibras (mF) fue nylon o polivinilo de alcohol y el material de las macro-fibras (MF) fue polipropileno o una mezcla entre polipropileno y polietileno. La proporción de fibras poliméricas en volumen fue el siguiente:

1.0% de fibras en volumen
2 mezclas con (1% - mF)
4 mezclas con (0.75% - mF y 0.25% - MF)
4 mezclas con (0.5% - mF y 0.5% - MF)
4 mezclas con (0.25% - mF y 0.75% - MF)
2 mezclas con (1% - MF)

2.0% de fibras en volumen
2 mezclas con (2% - mF).
4 mezclas con (1.5% - mF y 0.5% - MF)
4 mezclas con (1% - mF y 1% - MF)
4 mezclas con (0.5% - mF y 1.5% - MF)
2 mezclas con (2% - MF)

Los resultados permitieron observar que las probetas de UHPFRC reforzadas con 1.5 o 2% de macro-fibras poliméricas en volumen, presentaron un comportamiento a flexión sobresaliente. Incluso fue similar al comportamiento a flexión de las probetas reforzadas con 1 o 2% de micro-fibras metálicas. Además, al realizar una comparativa técnico-económica de las propiedades mecánicas de los UHPFRC, se evidenció que las probetas de UHPFRC reforzadas con 2% de macro-fibras poliméricas en volumen tienen la mejor relación costo beneficio en cuanto a la capacidad de absorción de energía se refiere, en comparación al costo beneficio ofrecido por las probetas reforzadas con 2% de micro-fibras metálicas. Sin embargo, se observó que las probetas reforzadas con 2% de macro-fibras poliméricas en volumen absorben solo el 79% de la energía absorbida por las probetas reforzadas con 2% de micro-fibras metálicas en volumen.

Por último, los resultados permitieron evidenciar que la resistencia a compresión de las probetas de UHPFRC reforzadas con 0.75 o 1% de micro-fibras poliméricas en volumen, son capaces de resistir un 14% más de carga a compresión en comparación a las probetas de UHPC. Además, esta resistencia a compresión fue similar a la obtenida por las probetas de UHPFRC reforzadas con 1 o 2% de micro-fibras metálicas en volumen.