Coeficiente de orientación en hormigones de ultra alta resistencia reforzados con fibras y surelación con los métodos de hormigonado

Abstract

[ES] El hormigón de ultra alta resistencia reforzado con fibras es un material que presenta diversas propiedades como una muy alta resistencia a la compresión, durabilidad, entre otros. Además, el uso de fibras refuerza y compensan la fragilidad del hormigón, contribuyen frente a la fisuración, incrementa su ductilidad y mejora su comportamiento a tracción. Si bien se utiliza 3 veces más cantidad de cemento que el hormigón tradicional, como mínimo el volumen total de hormigón se reduce a a un tercio para la estructura, por lo que se mantiene o reduce el volumen de cemento consumido y se consigue una reducción más importante de otros materiales. Esto representa un ahorro económico y contribuye en cierta medida a la sostenibilidad. El diseño de hormigón reforzado con fibras considera que las fibras están distribuidas dentro del material, pero con cierta orientación influenciada por el método de vertido y geometría de la estructura. Esta investigación experimental ha considerado estimar o proponer un punto de partida en el cálculo del coeficiente de orientación en hormigones de ultra alta resistencia reforzados con fibras, en relación con los métodos de hormigonado. Se han realizado elementos tipo viga hormigonados en horizontal (9 prismas de 10x10x50cm y 9 prismas de 15x15x60 cm) con diferentes condiciones de hormigonado: vertido desde un punto fijo en un extremo, desde un punto fijo en el centro y variando el punto de vertido para que acompañe al avance de hormigón. También se elaboraron elementos tipo viga hormigonados en vertical (9 prismas de 10x10x50cm y 9 primas de 15x15x60 cm) a diferentes niveles de velocidad (baja, media y alta). Por otro lado, para estudiar el efecto de orientación de fibras en dos direcciones se elaboraron 3 losas de 100x100x5 cm para comparar 3 métodos de hormigonado: con punto fijo en la esquina, en el centro y variando el punto de vertido en zigzag. Se cortaron 16 especímenes por losa (8 en dirección longitudinal y 8 en transversal), sumando un total de 48 prismas ensayados a flexión para cada losa. Los resultados obtenidos muestran una evidente diferencia en las propiedades de los elementos hormigonados en horizontal y vertical. Adicionalmente, se comprobó que los parámetros de la ley constitutiva están fuertemente influenciados con la orientación 6 de las fibras que, a su vez, está relacionada con el tamaño de los elementos y el método de hormigonado. Este último, principalmente, debido al efecto del flujo del hormigón y el efecto pared. Los elementos tipo viga hormigonados en horizontal mostraron una menor diferencia en sus propiedades entre las tres condiciones de hormigonado. Los elementos tipo losa presentaron una notoria diferencia con las probetas estándar de ensayo a flexión de 10x10x50 cm. Se evidencia que este tipo de elementos son diseñados para trabajar en dos direcciones. También se comprobó la similitud entre los resultados obtenidos mediante la norma PNE 83519 y la aplicación UHPFRCMat desarrollada en la UPV. Finalmente, el presente trabajo propone coeficientes de orientación referenciales en función del método de hormigonado, tipo y espesor del elemento.

[EN] Ultra-high strength fibre-reinforced concrete is a material that has several properties such as very high compressive strength, durability, among others. In addition, the use of fibres reinforces and compensates for the brittleness of concrete, contributes to cracking, increases its ductility and improves its tensile behaviour. Although 3 times more cement is used than traditional concrete, at least the total volume of concrete is reduced to at least one third for the structure, thus maintaining or reducing the volume of cement consumed and achieving a more significant reduction of other materials. This represents an economic saving and contributes to some extent to sustainability. The design of fibre-reinforced concrete considers that the fibres are distributed within the material, but with a certain orientation influenced by the pouring method and geometry of the structure. This experimental research has considered estimating or proposing a starting point in the calculation of the orientation coefficient in ultra-high strength fibre-reinforced concretes, in relation to concreting methods. Horizontal concreted beam-type elements (9 prisms of 10x10x50cm and 9 prisms of 15x15x60cm) have been made with different concreting conditions: pouring from a fixed point at one end, from a fixed point in the centre and varying the pouring point to accompany the concrete advance. Vertically concreted beam-type elements (9 prisms of 10x10x50cm and 9 15x15x60cm) were also produced at different speed levels (low, medium and high). On the other hand, to study the effect of fibre orientation in two directions, 3 slabs of 100x100x5 cm were prepared to compare 3 concreting methods: with a fixed point in the corner, in the centre and varying the pouring point in zigzag. Sixteen specimens were cut per slab (8 in the longitudinal direction and 8 in the transverse direction), for a total of 48 prisms tested in bending for each slab. The results obtained show a clear difference in the properties of the elements concreted horizontally and vertically. In addition, it was found that the constitutive law parameters are strongly influenced by the fibre orientation, which in turn is related to the size of the elements and the method of concreting. The latter is mainly due to the effect of concrete flow and the wall effect. The horizontally concreted beam elements showed a smaller difference in properties between the three concreting conditions. The slab-type elements showed a noticeable difference with the standard 10x10x50 cm flexural test specimens. It is evident that this type of elements are designed to work in two directions. The similarity between the results obtained using the PNE 83519 standard and the UHPFRCMat application developed at the UPV was also verified. Finally, this work proposes referential orientation coefficients depending on the concreting method, type and thickness of the element.