LO QUE DEBES SABER SOBRE MICROFIBRAS Y MACROFIBRAS PARA INFRAESTRUCTURA

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RESUMEN: 

La experiencia con las macrofibras y microfibras manufacturadas con acero y polipropileno en mezclas de concreto para el desarrollo de infraestructura llegó a Latinoamérica a través de los proyectos. Presentando ventajas constructivas y tecnológicas para la construcción, e indicando la vanguardia tecnológica disponible en los próximos años.

El Concreto Reforzado con Fibras (CRF) es un concreto que incorpora refuerzos con fibras estructurales discontinuas o discretas –pueden ser de acero o sintéticas– denominadas macrofibras. Según el contenido de fibras que se utilice, el concreto recibe una serie de propiedades especiales, entre las cuales se destaca la tenacidad que surge a causa de la respuesta post-fisuración del material. 

Al presentarse la primera fisura o agrietamiento, las macrofibras ejercen una acción de puenteo a través de estas microgrietas, limitando mecánicamente su propagación y permitiendo la transmisión de esfuerzos al mantener limitado el ancho de la fisura. Este efecto confiere al hormigón una resistencia adicional que se denomina capacidad residual.

Las microfibras, por su parte, están destinadas a evitar la fisuración del concreto en estado fresco antes de que alcance el fraguado final. Esta fisuración se denomina agrietamiento plástico y es uno de los fenómenos más indeseables en el concreto, ya que este permite que ingresen al concreto, agentes que pueden causar patologías como corrosión además de afectar el aspecto superficial.

Foto 1 Fibras Crédito: GTMChemicals

Microfibras en concreto premezclado
En 1990, y luego de múltiples estudios de la primera compañía norteamericana que fabricó y comercializó microfibras de polipropileno, se determinó que la dosificación adecuada para el concreto correspondía a 454 g/yd3. Posteriormente, se estableció que 450 g/m3 eran adecuados para mitigar el agrietamiento plástico. 

En América Latina se ha estandarizado la dosificación en 600 g/m3. La proporción de 450 g/m3 funcionó para la Industria del concreto, sin embargo, su implementación estuvo acompañada por la aplicación de diferentes fórmulas que mejoraban el concreto con dosificaciones menores. Las fibras de polipropileno se presentaron en forma de multifilamentos o de monofilamentos, lo cual se generalizó hasta la actualidad.

Adicionalmente, aparecieron en diferentes longitudes: normalmente de 19 mm (3/4”), y luego de 12 mm (1/2”) y 6 mm (1/4”). Estas últimas versiones fueron ampliamente aceptadas por productores de morteros cementicios como un recurso para mejorar el desempeño de los productos para afinado de muros, o de obtener morteros de reparación y otros productos sofisticados. En la vanguardia tecnológica, hoy se emplean microfibras que con solo 300 g/m3 cumplen la misma función que las que exigen dosificaciones de 450 a 600 g/m3.

Las microfibras de alto desempeño, HP, (High Performance), basaron su optimización en mantener la misma cantidad de microfibras por metro cúbico, modificando la resistencia a la elongación de cada uno de sus filamentos para absorber los esfuerzos de separación que se ejercen en los agrietamientos plásticos del concreto en estado fresco.

Otra de las ventajas tecnológicas, es la capacidad de dosificar estas microfibras utilizando un envase hidrosoluble, es decir, que la bolsa de empaque pueda disolverse con el agua del concreto sin dejar un desecho plástico, no ecológico. 

La novedad tecnológica más reciente en Latinoamérica son las microfibras aditivadas. Estas fibras, a las que se han agregado diversos compuestos, solucionan otras necesidades de los productores de concreto y los usuarios de alta tecnología. Esta versión nació de algunas deficiencias en la dosificación de las microfibras y en la conservación del asentamiento del concreto, dado que la dispersión y mezclado homogéneo de las microfibras es más difícil con una dosificación de 600 g/m3, y considerando también su mayor grosor, las dosificaciones de 300 g/m3 de microfibras HP representan no solo ventajas económicas, sino que garantizan, además, que el asentamiento original se mantenga sin cambio alguno. 

En las Microfibras aditivadas, la incorporación activa dentro del empaque del producto se disuelve y modifica el concreto, incorporando fluidificación extra mediante lignosulfonatos o policarboxilatos.

Una de las modificaciones más avanzadas es la incorporación de nanomateriales como el nanografeno, del cual bastan 1 o 2 g/m3 para dar al concreto mayor flexión y resistencia a la abrasión, por mencionar algunas mejoras que aporta. 

El nanografeno ya está incorporado a los nuevos aditivos de policarboxilatos que, en lugar de contar con las dos cadenas originales (corta y larga), tiene ahora seis moléculas diferentes que imparten variadas características al concreto.

Estos aditivos moleculares a base de policarboxilatos que incorporan nanografeno mejoran las características del concreto: mayor reducción de agua (más del 50%), prolongado mantenimiento de la manejabilidad (de 2 hasta 6 horas), mayor desarrollo de resistencia a la compresión a edad temprana (desde 4 hasta 72 horas), mayor surfactancia del concreto para disminuir la fricción al bombearlo a grandes alturas (hasta 700 metros), mejor mitigación del efecto de las arcillas en los agregados finos y un efecto de delay performance o desarrollo del asentamiento o de la extensibilidad, que ofrece ahora manejabilidades que se incrementan con el tiempo, en lugar de reducirse.

Los nanomateriales usan como vehículo de dosificación, además de los aditivos moleculares, las microfibras HP. Es importante que los especificadores y los constructores comprendan que los productores de concreto van de la mano de las empresas que manufacturan las fibras y que las soluciones que presentan representan grandes beneficios para el propietario y los usuarios finales.

Las macrofibras en la infraestructura
A diferencia de las microfibras, las soluciones estructurales secundarias de las macrofibras son más complejas de establecer y tienen aplicaciones específicas dentro de las obras de infraestructura como pavimentos de concreto, soportes de taludes en vías, túneles vehiculares, hidráulicos o de minería, y elementos prefabricados. Los usos más reconocidos de las macrofibras son en el concreto lanzado y los pisos industriales.

Foto 2 Concreto lanzado Crédito: TMChemicals

Desde el desarrollo del concreto lanzado vía húmeda, la denominada “construcción subterránea” ha implementado gran cantidad de productos tecnológicos, entre los cuales se cuentan las macrofibras, que han eliminado en gran proporción el uso de malla electrosoldada y el reforzamiento tradicional con barras de acero. 

Las macrofibras fueron desarrolladas en diversas longitudes, espesores, diámetros y formas. Las macrofibras de acero pueden reemplazar en su totalidad al acero estructural con dosificaciones que van de 30 a 45 kg/m3, debido al trabajo tridimensional en toda la masa del concreto, por lo que las macrofibras de tan solo 5,0 a 7,5 cm (2,0 a 2,5 pulgadas), resisten los esfuerzos estructurales que recibe el concreto en estas aplicaciones.

El macro-refuerzo, como también se denomina el uso macrofibras en el concreto como refuerzo estructural, también puede ser un complemento secundario. En el caso de los túneles perforados con máquinas tuneladoras, en que las dovelas, que son los fragmentos prefabricados del túnel que el equipo coloca para revestirlo, tienen un refuerzo estructural principal, este se complementa con macrofibras, lo que permite izar los elementos a corta edad y lograr mayor producción industrial, además de reducir el espesor de la sección.

Sin embargo, la aplicación de macrofibras de acero se ha venido sustituyendo por el uso de macrofibras de polipropileno rígido, las cuales cumplen con menor dosificación, el mismo trabajo que el doble o triple de fibras de acero. Comparada con la microfibra HP, la macrofibra polipropileno rígido (PR) tiene mayor cantidad por metro cúbico, aun cuando su dosificación unitaria es menor. Nuevamente, la resistencia a la elongación y sus formas igualan los efectos en la resistencia residual.

Es común asociar el empleo de macrofibras de acero con las aglomeraciones de fibras en el concreto llamadas “erizos”. Esta deficiencia en la manufactura se debía a que algunas de estas fibras de metal venían adheridas con una goma y cuando no eran adecuadamente dosificadas o dispersadas dentro del concreto, el adhesivo funcionaba como aglutinante. 

Actualmente, las macrofibras ya no cuentan con este pegamento, pues ahora están impregnadas con nanografeno, que sirve como vehículo de dosificación en la mezcla. 

Adicionalmente, otra ventaja que presentan las macrofibras PR sobre las de acero es la seguridad para los operarios que lanzan el concreto pues, aunque no son proyectiles que pongan en riesgo la integridad del trabajador, éste si debe portar adecuadamente los equipos de seguridad personal para evitar que la macrofibra PR penetre la piel en el rebote del concreto.

La macrofibra es un elemento punzocortante, lo cual ha limitado su aplicación en pavimentos de concreto debido a la creencia de que algunas partículas de acero queden expuestas y limiten la vida útil de las llantas, o que pueden causar accidentes en vía. Sin embargo, estas posibilidades son muy remotas cuando se aplican buenas prácticas en la colocación y el acabado en la superficie de los pavimentos.

En casos como Europa, la cantidad de fibras que pueden quedar expuestas sobre la superficie está especificada y cuantificada por metro cuadrado y, aunque pudiera considerarse un defecto, no se afecta la durabilidad del piso o pavimento, permitiendo construir pisos industriales en Europa de hasta 50 m x 50 m no obstante, las recomendaciones técnicas y constructivas indican que, si no se tienen todos los materiales y equipos totalmente controlados, se recomienda optar por dimensiones ligeramente menores, como son paños de 30 m x 30 m. 

En países como Estados Unidos y Panamá, se han construido pisos de tránsito y estacionamientos exteriores usando macrofibras y pavimentos de gran área, sin juntas y con durabilidad superior a 10 años.

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.

CONCLUSIÓN

El aporte de cada uno de los actores que participa en la industria del concreto en América Latina permitirá mejorar el uso de productos tecnológicos como las microfibras y las macrofibras, por lo cual se debe contar con los estudios técnicos suficientes y suministrar la información técnica necesaria para su correcta utilización, abriendo paso a tecnologías de vanguardia y entender que la utilización de un producto mejor aporta grandes beneficios económicos y constructivos.

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