DURABILIDAD Y DESEMPEÑO CON FIBRAS DE ACERO PARA PAVIMENTOS DE CONCRETO

Experto

Ingeniero Civil

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RESUMEN: 

Con el paso de los años investigaciones y avances tecnológicos han generado nuevos materiales que además de considerarse un avance como refuerzo mejoran en gran medida la durabilidad y el desempeño en pavimentos de concreto. Adicionalmente y gracias al constante crecimiento en necesidades y frecuencias de carga en vías, carreteras, y demás estructuras de tránsito, es necesario mejorar el desempeño y garantizar una mayor durabilidad, que pueden obtenerse de lo que ya hemos mencionado.

La disminución de juntas, la rapidez en la colocación y las mejoras en el desempeño en el concreto han llevado a que la inclusión de las fibras de acero en los diversos tipos de pavimento represente por sus cualidades, una solución suficientemente probada y atractiva para la industria del transporte.

Los pavimentos rígidos, están constituidos fundamentalmente por una capa de rodamiento o carpeta de concreto hidráulico que se apoya sobre una sub-rasante o bien sobre una capa de material seleccionado, denominada sub-base. Debido a la alta rigidez del concreto hidráulico y a su elevado coeficiente de elasticidad, la distribución de los esfuerzos se produce en una zona muy amplia. Además, el concreto es capaz de resistir en cierto grado, esfuerzos de tensión por flexión. El comportamiento de un pavimento rígido es suficientemente satisfactorio aun cuando en la sub-rasante existan zonas de soporte débil. La capacidad estructural de un pavimento rígido depende,

en gran medida, de la resistencia a flexión de las losas y, por lo tanto, el apoyo que ofrecen las capas subyacentes ejerce menor influencia en el diseño del espesor del pavimento rígido, en relación al pavimento flexible.

Crédito: Cortesía Omex Tech

Las funciones de una losa de concreto son proporcionar al tránsito una superficie uniforme, estable, de textura y color conveniente; resistir los efectos abrasivos del tránsito, soportar estructuralmente en un nivel adecuado los esfuerzos que se le apliquen y transmitirlos de una manera eficiente a la capa inferior.

Las losas de concreto fallan por esfuerzos de tracción en la cara inferior, producidos por la aplicación de las cargas del tránsito; por flexión (o deflexión) de la cara superior al quedar la losa sin soporte al producirse erosión de la capa de apoyo, y por fatiga del material provocado por la acción repetida de las cargas (tránsito alto).

Crédito: Cortesía WSDOT

En pavimentos rígidos, la resistencia al agrietamiento de la losa es una función de la frecuencia y amplitud (velocidad y magnitud vehicular) de carga, del espesor de la losa, de la resistencia a la flexión del concreto hidráulico y de la capacidad de soporte del sistema sub-rasante/sub-base (estabilizada o no).

Como componente principal de un pavimento rígido, y cuando llega a su etapa de endurecimiento, el concreto se convierte en un material de alta resistencia mecánica y con elevado módulo de elasticidad. Un concreto para pavimentos debe tener una resistencia a la tracción por flexión superior a 40 MPa y un módulo de elasticidad del orden de los 30 GPa. Estas características mecánicas aseguran que las losas de concreto queden correctamente dimensionadas, con baja deformación ante el tránsito de cargas pesadas, y permiten una buena distribución de presiones.

La fluencia del concreto endurecido es mínima cuando se encuentra bajo la acción de cargas, por lo que no existe riesgo de ahuellamiento provocado por tráficos concentrados, pesados o lentos, ni de fisuras causadas por efecto de temperaturas elevadas, como ocurriría en un pavimento

flexible. Pero el concreto simple sí es un material frágil, ya que solamente puede resistir las cargas para las que se diseñó y se acomoda muy mal a las sobrecargas. Este material, después de que se rompe debido a una sobrecarga, no presenta una deformación plástica apreciable. Su elongación a la ruptura es muy baja (del orden de un diezmilésimo).

Crédito: Cortesía Winteccouk

A diferencia de un pavimento comúnmente reforzado, el pavimento reforzado con fibras de acero, está reforzado con estas dentro de la mezcla, que realizan una función de refuerzo tridimensional. La inclusión de fibras de acero como refuerzo del concreto representa una mejora destacable en el comportamiento del concreto, que se traduce en mayor vida útil del pavimento. Con este tipo de reforzamiento se obtiene capacidad suficiente para resistir una gran variedad de cargas en grado e intensidad y, por consiguiente, una distribución de estas al suelo portante. Resistencia al desgaste, fatiga, mayor durabilidad y agilidad en la construcción.

Entre las propiedades a destacar se encuentran:

Crédito: Cortesía tetex

La inclusión de fibras de acero en el concreto incrementa sustancialmente la capacidad portante de la losa bajo acciones de flexión, por lo cual es posible admitir mayores requerimientos en aplicación de cargas repetidas (fatiga en carreteras) y magnitudes de carga (altos volúmenes de carga porturaria). Gracias a lo anterior es posible mejorar los espesores sin afectar el desempeño o la capacidad del concreto. Para que cualquier fibra de refuerzo sea efectiva, se recomienda que su módulo de elasticidad sea por lo menos 3 veces superior al del concreto. En este sentido es

destacable el módulo de elasticidad de las fibras de acero, 210.000 MPa, que es 7 veces mayor que el del concreto (30.000 MPa). El concreto adquiere ductilidad (la propiedad opuesta a la fragilidad) que se reconoce cuando un material no acepta ninguna deformación en estado plástico. Se incrementa la tenacidad (energía necesaria para la ruptura completa del material) y las fibras de acero se comportan como puntos de “sutura” dentro del concreto impidiendo así la propagación de las fisuras hacia su interior y retardando el colapso.

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Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.

«A diferencia de un pavimento comúnmente reforzado, el pavimento reforzado con fibras de acero, está reforzado con estas dentro de la mezcla, que realizan una función de refuerzo tridimensional».

CONCLUSIÓN

Para dar resistencia superficial a la abrasión del tráfico, seguridad por textura y rugosidad adecuadas de la superficie de pavimento en contacto vehículo-pavimento, el uso de materiales adecuados y buenas prácticas constructivas es de vital importancia para garantizar la funcionalidad y seguridad de la vía, por lo cual las fibras de acero dentro de la mezcla de concreto, son una gran alternativa de durabilidad, estabilidad y economía en esta práctica.

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Acerca del autor

  • Profesión: Ingeniero Civil
    País: Colombia

    Mi primer acercamiento con el concreto lo encontré de niño en uno de mis hobbies: los carros. Sabía que el concreto lo llevaban en unos camiones muy grandes, con algo atrás que daba vueltas. Esos vehículos siempre despertaban mi interés, además de que mi abuelo era ingeniero civil, constructor, y tal vez el concreto venía en la sangre... Soy ingeniero civil de la Pontificia Universidad Javeriana, con especialización en Tecnología de Construcción de Edificaciones de esa misma universidad. Desde el año 2007 estoy vinculado con la Asociación Colombiana de Productores de Concreto – Asocreto-, donde me desempeño como Jefe de Publicaciones.

    'El concreto más que un material de construcción es un estilo de vida'.

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