EL CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS DE VIDRIO

Experto
JESÚS DAVID OSORIO

Ingeniero Civil

RESUMEN: 

El concreto es un material que ha permitido hacer numerosas investigaciones y ha tolerado utilizar más materiales para mejoran sus propiedades físicas y mecánicas, uno de los componentes que ha revolucionado la calidad del concreto son las familias de las fibras como un elemento adicional en el concreto.

Podemos de definir que son materiales compuestos, aquellos que se obtienen mediante la unión de diferentes materiales, los cuales de forma individual presentan inferiores características mecánicas, físicas o químicas de las que presenta el conjunto del material compuesto. Es pues el material compuesto un elemento fabricado expresamente para mejorar los valores de las propiedades que los materiales constituyentes presentan por separado.

Los materiales compuestos generados por las fibras de vidrio, son ampliamente conocidos en el mercado mundial con el nombre de GRC (Glass Fibre Reinforced Cement). Este es pues un material en el cual su matriz resistente es un mortero de cemento Portland armada con fibras de vidrio las cuales son resistentes a los álcalis liberados con la hidratación del cemento.

El concreto  presenta muy buenas características ante la compresión, como les ocurre a las piedras naturales, pero ofrece muy escasa resistencia a la tracción, por lo que resulta inadecuado para piezas que tengan que trabajar a flexión o tracción. Esta característica ha conducido a numerosas investigaciones y desarrollos para mejorar las resistencias ante estos sometimientos. Intentando lograr dentro del mundo de los materiales compuestos a la solución a esta carencia.

 

Los primeros grandes desarrollos se lograron con la utilización de fibras de amianto. El material resultante, llamado “Fibrocemento”, presentaba grandes ventajas de costo y trabajabilidad. En búsqueda de un refuerzo que permitiera la consecución de un material compuesto robusto, con excelentes prestaciones, se han desarrollado numerosas experiencias con otras fibras de refuerzo tales como las de origen orgánico (aramidas, nylon, rayon, polipropileno, entre otras), inorgánico (vidrio, boro, carbono, etc.) y metálicas (hierro, fundicióndúctil, acero, aluminio).

Entre todas ellas la mejor relación costo propiedades mecánicas la ostentan las fibras de vidrio ofreciendo una gran facilidad de trabajo y manejabilidad, conjugada con un carácter inocuo y seguro, otorgando a los materiales compuestos, generados por ellas; grandes resistencias mecánicas.

Los primeros ensayos y experiencias para el refuerzo de los cementos y sus morteros se realizaron con fibras de vidrio tipo “E”, (usadas normalmente para el refuerzo de plásticos y poliésteres) dada la alta resistencia inherente de las mismas. Sin embargo, dichas tentativas fracasaron debido a que, este tipo de fibra al ser incorporada al mortero, estaba sujeta al ataque químico de los cristales alcalinos producidos en el proceso de hidratación del cemento, sin poderse remediar este problema.

En 1967 el Dr. Majundar, del Building Research Establishment (BRE) del Reino Unido, empezó a investigar los vidrios que contenían Circonio, logrando convertir en fibra alguno de ellos y demostrarlo la resistencia que presentaban estas fibras ante el ataque alcalino en un medio agresivo como el que suponía el refuerzo de los cementos Portland. Tras 4 años de continuas investigaciones al refuerzo duradero para los cementos se logró y la patente de esta investigación fue solicitada por el National Research Development Corporation (NRDC).

Frente a todas las aplicaciones de transformación de las fibras de vidrio, es el esfuerzo de concreto convencional la que mayores posibilidades perspectivas a futuro presenta.

Las aplicaciones de las fibras encuentran en el refuerzo del concreto o en proceso de estudio por las universidades y laboratorio en todo el mundo, dada la actual necesidad de materiales alternativos a los tradicionales y ante la gran familia de productos de fibra.

El empleo de la fibras, resistentes a los álcalis, en morteros de cemento ha aumentado firme y progresivamente desde hace más de 30 años pero, por el contrario, se ha presentado relativamente poca atención a su uso en mezclas de concreto convencionales y a los grandes beneficios que a estas pueden aportar.

La fibras de vidrio presentan un módulo elástico muy superior al de la mayoría de las fibras orgánicas, como las de polipropileno, pero menor que el del acero. Todas las fibras (inorgánicas, orgánicas y metálicas) han sido estudiadas con profundidad, pero en el caso de las fibras de vidrio han llevado a un menor conocimiento de su empleo, hasta de existencia entre los diseñadores, especificadores y productores de concreto y la misma industria de prefabricación.

Estas son algunas de las ventajas en las propiedades del concreto con la dosificación de la fibra de vidrio:

  • Las fibras de vidrio distribuyen a toda la masa del hormigón fuertes solicitaciones locales.
  • La presencia física de las fibras de vidrio inhibe el movimiento de la humedad en el concreto, durante y después de su colocación, obteniendo un concreto más homogéneo y en consecuencia, con una mayor resistencia media global.
  • Las fibras de vidrio mejoran la resistencia a los daños, particularmente durante la manipulación de componentes “jóvenes”.
  • Mejora la resistencia a la tracción / flexión, consiguiendo eliminar los refuerzos de acero en algunos elementos no estructurales.
  • Las fibras de vidrio disminuyen el agrietamiento del hormigón por contracciones plásticas.

Los resultados de ensayos realizados muestran que las fibras de vidrio consiguen suprimir las grietas y fisuras por contracción plástica. Es lógico que las fibras de vidrio que tienen un módulo elástico aproximadamente 10 veces superior al polipropileno, sean más efectivas durante un mayor periodo de tiempo.

Unas de las ventajas que mencionamos en este artículo sobre el uso del concreto con fibras es evitar las fisuras por contracción plástica que  se presentan generalmente en superficies horizontales, debido a la evaporación excesivamente rápida del agua de la superficie del concreto. Las grietas pueden formarse durante las primeras horas después del vaciado, cuando la resistencia a la tracción del concretoes superada por las fuerzas de retracción. Dado que, inmediatamente después de su vaciado, la resistencia a la tracción del concreto es casi de cero, la adición de cantidades incluso muy pequeñas de fibras de vidrio hace que el concreto pueda resistir las fuerzas de agrietamiento, consiguiendo el mismo tiempo una ligazón adecuada para soportar los esfuerzos al interior de la masa.

Otra propiedad que desarrolla el concreto reforzado con fibras de vidrio es la dureza a la fractura que cada vez es más fuerte como medida de la resistencia al impacto, los procedimientos de ensayo pueden variar y hacen difíciles las comparaciones, pero hay que considerar que los ensayos de impacto son comparativos no obstante, las investigaciones y ensayos que se han hecho en el mundo han llevado a concluir que las fibras ayudan aumentar la resistencia al impacto.

Como conclusión las propiedades del concreto fresco se pueden mejorar si se utilizan pequeñas cantidades de fibras de vidrio. En particular se minimiza el agrietamiento, el agrietamiento por contracción plástica, además las fibras de vidrio de alta integridad pueden dosificarse en cantidades elevadas y proporcionan una mejor resistencia al impacto y mejora el comportamiento del módulo elástico.

Nota aclaratoria de responsabilidadLas 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.
 

Este es pues un material en el cual su matriz resistente es un mortero de cemento Portland armada con fibras de vidrio las cuales son resistentes a los álcalis liberados con la hidratación del cemento.

CONCLUSIÓN

El material resultante, llamado “Fibrocemento”, presentaba grandes ventajas de costo y trabajabilidad. Entre todas ellas la mejor relación costo propiedades mecánicas la ostentan las fibras de vidrio ofreciendo una gran facilidad de trabajo y manejabilidad, conjugada con un carácter inocuo y seguro, otorgando a los materiales compuestos, generados por ellas; grandes resistencias mecánicas.

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Acerca del autor

  • JESÚS DAVID OSORIO

    Profesión: Ingeniero Civil
    País: Colombia

    Soy Ingeniero Civil , Especialista en Gerencia de Calidad y Gerencia de Proyectos con 16 años de experiencia en el campo de la tecnología del concreto y sus aplicaciones en obras civiles. Como investigador me han interesado las patologías y la petrografía del concreto, el módulo de elasticidad, contracción y permeabilidad del concreto, así como la reactividad álcali de los agregados. Soy docente de cátedra en la Universidad Javeriana de Cali y actualmente trabajo en Argos como Asesor Técnico del Negocio Industrial. En los últimos años he trabajado en el desarrollo de estrategias de investigación enfocadas a la venta y al mercado de la construcción.

    'La ingeniería combina disciplina, conocimiento y métodos de ejecución que se aplican creativamente al diseño, optimización y control, para satisfacer las necesidades del ser humano para mejorar su calidad de vida.'.

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