CONCRETO CON FIBRAS

Clasificación y campos de aplicación

En la actualidad las fibras sintéticas se fabrican con materiales como nylon, poliéster, polietileno y polipropileno, que al ser incorporadas ayudan a disminuir las fisuras que se puedan presentar. La fisuración del concreto es un fenómeno indeseable cuyas causas van desde variaciones en la composición del material, hasta efectos de cambios térmicos; una fisura evidencia realmente la “competencia perdida” entre la capacidad del material de resistir un esfuerzo, frente al efecto de un esfuerzo actuante. La fisuración es así un mal con el que hemos aprendido a convivir como lo demuestra también el caso de los pavimentos donde su control es anticipado ante esta fisuración.
Para el caso de las juntas, son los lugares donde las placas tienen el espacio para llevar a cabo los cambios dimensionales sin mayor restricción; estos cambios dimensionales son producidos principalmente por la retracción del material en el tiempo (horizontal), por las dilataciones y contracciones de origen hídrico y térmico (alabeo, giro, horizontal-vertical) y por los movimientos verticales y horizontales producidos por las cargas. En la medida posible en que una estructura de concreto no se fisure, proporciona mejores beneficios en cuanto a su durabilidad, transmisión y continuidad de las cargas. 

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¿ Qué son las fibras ?

Las fibras están presentes en materiales  que tienen usos estructurales como lo es: el concreto, el adobe, la tapia pisada, los morteros de cal, entre otros. El uso de las fibras naturales como un componente más en materiales de relleno o aglomerantes, no ha sido nuevo y se remonta a varios siglos atrás.  
Probablemente el uso más extendido de las fibras como un componente más en materiales aglomerantes haya sido en elementos como tejas o prefabricados de asbesto- cemento. En este caso las fibras de asbesto le conferían al material el monolitismo y la resistencia a la tensión buscada, sin embargo por consideraciones de salud estas fibras de asbesto han sido reemplazadas por otras de diferentes materiales que no tienen ningún efecto dañino sobre la salud humana. 

Clasificación de las fibras

Las fibras como refuerzo secundario para concreto, pueden clasificarse según diferente normatividad, (ASTMC 1116, EN 14889. EN 14889), pero hoy en día se 
emplean principalmente dos tipos de clasificación:

1) Según el material: De acuerdo a su
material de fabricación, pueden ser: 

Fibras metálicas: Secciones discretas de acero con bajo contenido de carbono, que tienen una relación de aspecto (relación entre la longitud y el diámetro) que va desde 20 hasta 100. 

Fibras sintéticas: Filamentos que
se distribuyen aleatoriamente dentro del concreto y que pueden estar compuestas por
Acrílico, Aramid, Carbón, Polipropileno, Poliestileno, Nylon, Poliester, entre otros.

Fibras de vidrio: Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes a la
sustancias alcalinas.

Fibras naturales: Filamentos de
origen como coco, sisal, madera, caña
de azucar, yute, bambú, entre otros, cuyos diámetros varían entre 0.5 y 0.2 mm, con valores de absorción superiores al 12%.

2) Según la funcionalidad, geometría y dosificación:

Microfibras:
Estas fibras estándestinadas para evitar la fisuración del
concreto en estado fresco o antes de transcurrir las 24 horas. Su dosificación está sujeta para volúmenes entre 0.03% a 0.15% del concreto, se trata de dosificaciones
extremadamente bajas pero muy eficientes que previenen  la fisuración del concreto por retracción plástica. Estas fibras tienen diámetros  entre 0.023 mm a 0.050 mm y pueden ser monofilamento o fibriladas. 
Las microfibras al tener diámetros tan  pequeños se califican con un parámetro denominado Denier. Denier es el peso en gramos de 9.000 metros de una sola fibra.  Las microfibras son una excelente y muy económica forma de prevenir la fisuración, es por ello que su uso resulta muy extendido sobre todo en pisos,  pavimentos, prefabricados y en general 
a todos los materiales cementicios, con
una relación superficie expuesta/volumen alta.

Macrofibras:
Estas fibras están destinadas a: prevenir la fisuración en 
estado endurecido, reducir el ancho de  la fisura si ésta se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de la estructura fisurada. Las dosificaciones más  frecuentes oscilan entre 0.2% a 0.8%  del volumen del concreto. 
Las macrofibras más usadas son las sintéticas y las metálicas cuyos diámetros  varían entre 0.05 mm a 2.00 mm. La 
relación de aspecto (L/d) de las macrofibras varía entre 20 a 100.  Las macrofibras se incluyen y mezclan en el concreto como si fuesen un agregado más, normalmente exigen un 
tiempo de mezclado adicional entre 3 a  5 minutos para garantizar su completa dispersión. Para las dosificaciones y volúmenes antes mencionados, las macrofibras metálicas o sintéticas no alteran  la resistencia a la compresión y lo hacen 
de una manera muy leve (o despreciable) sobre las resistencias a la tensión y  flexión.

Aplicaciones de las fibras

Pisos y pavimentos:
Las microfibras a pesar de su baja dosis en masa (< 1 kg/m3 de concreto) representan una verdadera dispersión de millones de fibras dentro de la matriz del concreto que absorben los microesfuerzos generados por la retracción plástica e impiden que nazca o se propague la fisuración. 
Entre más delgada sea la aplicación menos costosa será la inclusión por metro cuadrado y más eficiente será su funcionamiento. Nota: El uso de las microfibras no exime al constructor de curar el concreto (su 
costo por metro cuadrado puede ser similar), pero se constituye en un factor de
seguridad adicional muy apreciado en la construcción. 
Por otro parte, las macrofibras en pisos y pavimentos reemplazan la malla electrosoldada que es colocada en el centro del espesor (también se puede localizar en el centro del tercio superior), destinada a absorber los esfuerzos de temperatura y retracción en dichos elementos. Las macrofibras en pisos y pavimentos previenen la aparición de fisuras a larga 
edad (en estado endurecido), si la fisuración tiene lugar impiden el incremento
en el ancho de la misma, pero más importante aún permiten que la estructura
continúe en servicio al aumentar su tenacidad. Este hecho multiplica la vida útil
de la estructura.




Prefabricados:
Para elemetos prefabricados cuyas dimensiones y espesores están optimizadas, las fibras han sido un elemento común. El transporte y la 
colocación de estos elementos hacen que sean susceptibles a desportillamientos, agrietamientos y descascaramientos. Las fibras (micro y macro) en estos casos resultan muy útiles debido a que el agrietamiento de los elementos se reduce y si 
tiene lugar, le permiten a la unidad continuar funcionando sin desecharla.
Hoy en día las fibras de polipropileno, nylon, polietileno, metal etc, que son inofensivas frente a la salud humana, se emplean con fines similares en 
la producción de prefabricados. Tanto en la prefabricación pesada (pilotes, 
postes, dovelas, vigas) como en la prefabricación liviana 
(ladrillos, láminas, etc).

Concreto lanzado:
Más allá del aumento en el rendimiento de excavación,
el uso de las fibras como refuerzo, permite un ahorro muy importante en la
cantidad de concreto lanzado debido a que pueden seguirse estrictamente los 
espesores del concreto colocado. Al igual que en pisos y pavimentos en 
concreto lanzado las macrofibras sustituyen la malla electrosoldada, que en este
caso se constituye en parte de la ruta crítica de un ciclo de excavación. Los tiempos de ahorro que representan eliminar la colocación y fijación de la malla justifican ampliamente la diferencia en costo por metro cuadro del material colocado.

Concretos resistentes a explosiones:
Un elemento de concreto al recibir cargas (dinámicas y cíclicas) podría evitar colapsar apelando tanto a su capacidad de resistencia mecánica como a su capacidad de deformación. Ambas respuestas (generación de esfuerzos internos y generación de deformaciones) absorben la energía (carga*distancia/ tiempo) de esta súbita carga hasta sus límites. Un concreto reforzado de la manera convencional cederá fácilmente el concreto de recubrimiento y aún más material dependiendo de la magnitud de la explosión. Esto se debe justamente a que la capacidad de deformación del concreto en general es muy limitada (v.g. 0.02%)L; en cambio, un concreto reforzado con fibras le permite al material llegar a su máxima resistencia a la tensión fallar y seguir funcionando deformandose (fisurado) de modo que el elemento no colapsa.

Concreto de ultra-alta resistencia:
El uso de fibras en los concretos de polvos reactivos elimina la falla súbita y le confiere al material una mayor ductilidad. Las fibras que se emplean en los concretos de ultra alta resistencia o BPR (Béton des Poudres Reactives) tienen en general una longitud entre 4 mm y 15 mm con un diámetro cercano a 0.2 mm de acero de alto carbono. La dosificación es muy superior a la empleada para aplicaciones normales, considerando que por metro cúbico de concreto se utilizan cuantías cercanas a los 160 kg/m3, es decir para un volumen aproximado del 2%.

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