ES2626279T3 - Estructura de hormigón que comprende fibras de alto alargamiento con buen anclaje - Google Patents
Estructura de hormigón que comprende fibras de alto alargamiento con buen anclaje Download PDFInfo
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Abstract
Una estructura de hormigón que comprende hormigón convencional y fibras de acero (502) para armar el hormigón convencional, teniendo cada una de dichas fibras de acero (502) una porción central (503) y unos extremos de anclaje (504) en uno o en ambos extremos de dicha porción central (503), teniendo dicha porción central (503) un diámetro que va de 0,10 mm a 1,20 mm y teniendo dicha porción central (503) una relación de longitud a diámetro L/D que va de 40 a 100, teniendo dicha porción central (503) una capacidad de carga máxima Fm y un alargamiento a carga máxima Ag+e, caracterizada por que dicho alargamiento a carga máxima Ag+e es de al menos un 4%, dicha fibra de acero (502) tiene una fuerza de anclaje en dicho hormigón de al menos un 90% de dicha capacidad de carga máxima Fm y dicha fuerza de anclaje es la carga máxima obtenida durante un ensayo de extracción de una fibra de acero (502) empotrada con uno de dichos extremos de anclaje (504) en dicho hormigón.
Description
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DESCRIPCION
Estructura de hormigon que comprende fibras de alto alargamiento con buen anclaje.
Campo tecnico
La invencion concierne a una estructura de hormigon que comprende fibras de acero, en la que estas fibras de acero tienen un alto alargamiento y estan provistas de extremos de anclaje que permiten obtener un buen anclaje cuando se incrustan en el hormigon o el mortero.
Tecnica anterior
Es bien conocido el recurso de armar hormigon o mortero con fibras de acero para mejorar la calidad del material de hormigon.
El documento EP-B1-0851957 (NV Bekaert SA) revela una fibra de acero con extremos de forma de gancho aplanados mediante los cuales se refuerzan en gran medida la resistencia a la flexion posagrietamiento del hormigon armado por medio de tales fibras.
El documento US-A-4883713 (Eurosteel) revela una fibra de acero que comprende un cuerpo de acero cilmdrico que tiene extremos conicamente configurados para mejorar la caractenstica de anclaje de la fibra de acero en el hormigon armado con fibras de acero.
Estos dos documentos citados, asf como otros documentos, revelan que las propiedades del hormigon convencional con fibras de acero pueden mejorarse en gran medida gracias a las caractensticas de anclaje mejoradas de las fibras de acero en el hormigon con fibras de acero.
El documento DE 43 15 270 A1 revela una estructura de hormigon segun el preambulo de la reivindicacion 1.
Actualmente, las fibras de acero conocidas de la tecnica anterior para la armadura de hormigon funcionan muy bien para mejorar el estado lfmite de la capacidad de servicio (SLS) de una estructura de hormigon, es decir que puentean muy bien las grietas o los desplazamientos de la abertura de la boca de las grietas (CMOD) hasta los 0,5 mm tfpicamente requeridos, por ejemplo CMODs que oscilan entre 0,1 mm y 0,3 mm, durante un ensayo de flexion tfpico de tres puntos - en cuando al ensayo, vease la Norma Europea EN 14651 (metodo de ensayo para hormigon con fibras metalicas, midiendo la resistencia a la tension por flexion). En otras palabras, las fibras de acero conocidas, tales como las fibras con extremos de forma de gancho y las fibras que tienen extremos conicamente configurados, funcionan bien para limitar la anchura o el crecimiento de grietas hasta aproximadamente 0,5 mm (SLS).
La desventaja hoy en dfa de estas fibras son las prestaciones relativamente bajas en el estado lfmite final (ULS). Especialmente, la relacion entre la resistencia posagrietamiento del estado lfmite final (ULS) y la resistencia posagrietamiento del estado lfmite de la capacidad de servicio (SLS) es relativamente baja. Esta relacion viene determinada por los valores de carga Fr,1 (CMOD = 0,5 mm) y Fr,4 (CMOD = 3,5 mm).
Algunas fibras de la tecnica anterior no funcionan en ULS, ya que se rompen a un CMOD inferior al que se requiere para ULS. Otras fibras, tales como las fibras de extremos en forma de gancho, estan disenadas para ser extrafdas. Debido a la extraccion, esas fibras muestran ya para pequenos desplazamientos un comportamiento de desplazamiento-reblandecimiento.
A pesar de estas bajas prestaciones en ULS, las fibras de acero actualmente conocidas pueden utilizarse tambien en las llamadas aplicaciones estructurales a fin de mejorar el estado lfmite final (ULS). Se espera aqrn que las fibras de acero conocidas soporten o aguanten carga en lugar o ademas de la armadura clasica, tal como barras de armadura, mallas, pretensado y postensionado. Sin embargo, para que sean efectivas en tal funcion portadora de carga, estas fibras de acero actuales tienen que utilizarse en enormes dosificaciones que exceden considerablemente de las dosificaciones normales de 20 kg/m3 a 40 kg/m3. Las enormes dosificaciones pueden causar problemas de trabajabilidad, tales como los problemas de mezclado y colocacion.
El documento US 6.235.108 describe fibras de acero para la armadura de hormigon o mortero de altas prestaciones. Las fibras de acero tienen una alta resistencia a la traccion y estan provistas de microanclajes, es decir, anclajes cuya dimension en una direccion perpendicular al eje longitudinal de las fibras de acero es como maximo un 50% del espesor de las fibras.
Exposicion de la invencion.
Un objeto de la presente invencion consiste en proporcionar una estructura de acero que comprende hormigon convencional y un nuevo tipo de fibras de acero capaces de realizar una nueva funcion una vez empotradas en el
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hormigon.
Otro objeto de la presente invencion consiste en proporcionar una estructura de hormigon que comprende hormigon convencional y fibras de acero que son capaces de puentear permanentemente los desplazamientos de la abertura de la boca de las grietas superiores a 0,5 mm durante el ensayo de flexion de tres puntos segun la Norma Europea EN 14651 (Junio de 2005).
Un objeto de la presente invencion consiste en proporcionar una estructura de hormigon que comprende hormigon convencional y fibras de acero que pueden utilizarse ventajosamente en dosificaciones normales para aplicaciones estructurales.
Otro objeto de la presente invencion consiste en proporcionar una estructura de hormigon que comprende hormigon convencional y fibras de acero que permiten reducir o evitar el comportamiento de fluencia lenta de estructuras de hormigon armadas con esas fibras en la zona de tension.
Un objeto mas consiste en proporcionar fibras de acero que permitan calcular el esfuerzo en la fibra a partir de la deformacion (o CMOD) no solo en SLS, sino tambien en ULS. Las fibras de acero tradicionales muestran tfpicamente dos mecanismos de trabajo. El primer mecanismo es la extraccion de las fibras sin ninguna rotura de la fibra, tal como para las fibras de acero con extremos de forma de gancho, segun se conoce, por ejemplo, por el documento EP-B1-0851957 y para algunas fibras onduladas. En este caso, no existe una relacion directa entre el CMOD y la deformacion en la fibra.
El segundo mecanismo es el fallo de las fibras. En este caso, las fibras estan bien ancladas de modo que puede tener solamente una extraccion limitada de las fibras, pero, debido a la baja capacidad de deformacion de los alambres de los que estan hechas las fibras, estas fibras fallaran a CMODs inferiores al requerido en ULS. Especialmente, la relacion entre la resistencia posagrietamiento ULS y SLS es relativamente baja. Cuanto se produce un fallo de las fibras, no existe una relacion directa entre el CMOd y la deformacion en la fibra. Las fibras segun la invencion estan completa o casi completamente ancladas en el hormigon o el mortero, pero, dado que las fibras estan hechas de un alambre de acero que tiene una alta deformacion de fallo, estas fibras no se rompen antes de alcanzar el ULS. La relacion ULS/SLS es igual o superior a 1 para una fibra. Para fibras segun esta invencion, la deformacion de las fibras (derivada del CMOD) es mas o menos igual a la deformacion del alambre del que estan hechas las fibras, de modo que, a diferencia de las fibras tradicionales, el esfuerzo en una fibra puede calcularse a partir de la deformacion.
Segun la presente invencion, se proporciona una estructura de hormigon que comprende hormigon convencional y fibras de acero para armar dicho hormigon. Cada una de las fibras de acero tiene una porcion central y unos extremos de anclaje en uno o ambos extremos de la porcion central. La porcion central de la fibra de acero tiene una longitud L, una capacidad de carga maxima Fm (en N) y un alargamiento a carga maxima Ag+e. La porcion central tiene un diametro que va de 0,10 mm a 1,20 mm y una relacion de longitud a diametro L/D que va de 40 a 100. La porcion central de cada fibra de acero tiene un alargamiento a carga maxima que es de al menos un 4%.
Cada fibra de acero tiene una fuerza de anclaje en hormigon que es de al menos un 90% de la capacidad de carga maxima Fm.
La fuerza de anclaje viene determinada por la carga maxima que se alcanza durante un ensayo de extraccion. Para este ensayo de extraccion se empotra una fibra de acero con un extremo en hormigon.
El ensayo se describira mas adelante con mayor detalle.
Alargamiento a carga maxima
Dentro del contexto de la presente invencion se utiliza el alargamiento a carga maxima Ag+e y no el alargamiento a fractura At para caracterizar el alargamiento de una fibra de acero, mas particularmente de la porcion central de una fibra de acero.
La razon es que, una vez que se haya alcanzado la carga maxima, comienza la constriccion de la superficie disponible de la fibra de acero y no se absorben cargas mayores.
El alargamiento a carga maxima Ag+e es la suma del alargamiento plastico a carga maxima Ag y el alargamiento elastico.
El alargamiento a carga maxima no comprende el alargamiento estructural As, el cual puede deberse al caracter ondulado de la parte central de la fibra de acero (si lo hay). En el caso de una fibra de acero ondulada, se endereza primero la fibra de acero antes de que se mida la Ag+e.
El alargamiento a carga maxima Ag+e de la porcion central de una fibra de acero segun la presente invencion es de al
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menos un 4%.
Segun realizaciones particulares de la presente invencion, la porcion central de la fibra de acero tiene una alargamiento a carga maxima Ag+e superior a un 4,25%, superior a un 4,5%, superior a un 4,75%, superior a un 5,0%, superior a un 5,25%, superior a un 5,5%, superior a un 5,75% o incluso superior a un 6,0%.
El alto grado de alargamiento a carga maxima Ag+e puede obtenerse aplicando un tratamiento particular de alivios de esfuerzos, tal como un tratamiento termico, a los alambres de acero de los que estaran hechas las fibras de acero.
Capacidad de carga maxima Fm - resistencia a la traccion Rm
La porcion central de una fibra de acero segun la presente invencion tiene una alta capacidad de carga maxima Fm. La capacidad de carga maxima Fm es la carga mas grande que aguanta la fibra de acero durante un ensayo de traccion. La capacidad de carga maxima Fm de la porcion central esta directamente relacionada con la resistencia a la traccion Rm de la porcion central, ya que la resistencia a la traccion Rm es la capacidad de carga maxima Fm dividida por el area original del corte transversal de la fibra de acero.
Para una fibra de acero segun la presente invencion la resistencia a la traccion de la porcion central de la fibra de acero es preferiblemente superior a 1000 MPa y mas particularmente superior a 1400 MPa, por ejemplo superior a 1500 MPa, por ejemplo superior a 1750 MPa, por ejemplo superior a 2000 MPa; por ejemplo superior a 2500 MPa.
La alta resistencia a la traccion de las fibras de acero segun la presente invencion permite que las fibras de acero aguanten altas cargas.
Una resistencia a la traccion mas alta se refleja asf directamente en una dosificacion mas baja de las fibras.
Fuerza de anclaje
La fuerza de anclaje de una fibra de acero provista de extremos de anclaje empotrados en hormigon se determina por un ensayo de extraccion. Mas particularmente, la fuerza de anclaje se corresponde con la carga maxima que se alcanza durante un ensayo de extraccion. El ensayo de extraccion se explicara mas adelante con mayor detalle.
La fibra de acero segun la presente invencion ofrece un anclaje muy bueno (casi perfecto) en el hormigon.
Segun la presente invencion, la fuerza de anclaje de una fibra de acero en hormigon es de al menos un 90% de la capacidad de carga maxima Fm de la porcion central de la fibra de acero.
En algunas realizaciones la fuerza de anclaje es superior a un 92%, 95%, 98% o incluso superior a un 99% de la capacidad de carga maxima Fm de la porcion central de la fibra de acero.
El alto grado de anclaje en hormigon dara a la estructura de hormigon armado una resistencia residual de mas de un 90% o bien se puede utilizar una mayor proporcion de la resistencia total del alambre de acero. En realidad, se impedira que las fibras de acero se deslicen saliendose del hormigon.
El alto de anclaje en hormigon puede obtenerse de maneras diferentes, tal como, por ejemplo, mediante engrosamiento o agrandamiento de los extremos, mediante recalcado en fno, mediante aplanamiento de las fibras de acero, mediante la produccion de ganchos pronunciados en los extremos de las fibras de acero, mediante ondulacion de los extremos o mediante combinaciones de esto.
Los extremos de anclaje son, por ejemplo, extremos de anclaje engrosados, extremos de anclaje agrandados, extremos de anclaje recalcados en fno, extremos de anclaje aplanados, extremos de anclaje doblados, extremos de anclaje ondulados o cualquier combinacion de estos.
El mecanismo por el que algunos extremos de anclaje funcionan mejor que otros extremos de anclaje no se comprende plenamente y el grado de anclaje no puede predecirse mediante, por ejemplo, una modelacion matematica. Por tanto, segun la presente invencion, se propone determinar la fuerza de anclaje de una fibra de acero empotrando la fibra de acero provista de un extremo de anclaje en hormigon y sometiendo la fibra de acero a un ensayo de extraccion (ensayo de carga-desplazamiento). Si la fuerza de anclaje es de al menos un 90% de la capacidad de carga maxima Fm, la fibra de acero satisface los requisitos de la presente invencion con respecto al anclaje.
El ensayo de anclaje comprende los pasos siguientes:
- empotrar una fibra de acero segun la presente invencion con uno de sus extremos de anclaje en dicho hormigon, preferiblemente en un bloque de hormigon. Parte de la porcion central de la fibra de acero se empotra asf en el hormigon (= parte empotrada de la porcion central de la fibra de acero) y parte de la porcion central de la fibra de acero sobresale del hormigon (= parte sobresaliente de la porcion central de la fibra de acero);
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- fijar abrazaderas sobre dicha parte sobresaliente de la porcion central de dicha fibra de acero;
- ejercer un desplazamiento sobre dichas abrazaderas.
Mediante este ensayo se registra una curva de carga-alargamiento.
En el ensayo de extraccion se empotra completamente uno de los extremos de anclaje de la fibra de acero en el hormigon.
La parte empotrada de la porcion central de la fibra de acero tiene una longitud Lporcion central empotradao Lmp emp.
La parte sobresaliente de la porcion central hasta las abrazaderas tiene una longitud Lporcion central sobresaliente abrazaderas o
LMP sobr abrazaderas.
La suma de la longitud Lmp emp y Lmp sobr abrazaderas se define como la longitud de la porcion central hasta las
abrazaderas Lporcion central abrazaderas o LMP abrazaderas.
Preferiblemente, la fibra de acero se empotra en un bloque de hormigon de 50 x 50 x 50 mm, 60 x 60 x 50 mm u 80 x 80 x 60 mm.
Lporcion central empotrada es preferiblemente de al menos 15 mm.
Las fibras de acero segun la presente invencion permiten en el ensayo de extraccion a la carga maxima que pueda obtenerse durante el ensayo de extraccion un desplazamiento absoluto de x*Lporcion central abrazaderas/100, siendo x al menos 2,5. Preferiblemente, x es al menos igual al alargamiento a carga maxima Ag+e.
En una realizacion preferida las fibras de acero segun la presente invencion permiten a carga maxima en el ensayo de extraccion un desplazamiento absoluto de al menos 4*Lporcion central abrazaderas/100, al menos 5*Lporcion central
abrazaderas/100 o al menos 6 Lporcion central abrazaderas/10°.
Debido a la alta ductilidad o al alto alargamiento de las fibras de acero segun la presente invencion las fibras no se romperan a CMODs superiores a 1,5 mm, superiores a 2,5 mm o superiores a 3,5 mm en el ensayo de flexion de tres puntos segun la norma EN 14651.
Ademas del alto alargamiento a carga maxima Ag+e, las fibras de acero segun la presente invencion se caracterizan tambien por un alto grado de anclaje. Como se ha mencionado anteriormente, el alto grado de anclaje evitara la extraccion de las fibras. El algo grado de anclaje combinado con el alto alargamiento a resistencia maxima evitara la extraccion de las fibras y evitara el fallo de las fibras.
La alta resistencia a la traccion Rm de la fibra de acero segun la presente invencion permite que la fibra de acero aguante altas cargas. El alto grado de anclaje combinado con la alta resistencia a la traccion permite que se haga un uso mejor de la resistencia a la traccion despues de la aparicion de grietas. Por tanto, una resistencia a la traccion mas alta se refleja directamente en una dosificacion mas baja de las fibras, necesaria en el hormigon convencional.
La extraccion o el fallo de las fibras debido a una baja capacidad de deformacion maxima de la fibra de acero son fenomenos dependientes del tiempo y gobiernan el comportamiento de fluencia lenta de una estructura en tension. Se espera un comportamiento de fluencia lenta mas baja de hormigon armado con fibras de acero segun la presente invencion, ya que las fibras de acero no se extraen ni se rompen prematuramente.
La porcion central de las fibras de acero tiene un diametro D que va de 0,10 mm a 1,20 mm. En caso de que el corte transversal de la porcion central de la fibra de acero no sea redondo, el diametro es igual al diametro de un cfrculo con la misma area superficial que el corte transversal de la porcion central de la fibra de acero.
La porcion central de las fibras de acero tiene una relacion de longitud a diametro L/D que va de 40 a 100.
La porcion central de la fibra de acero puede ser recta o rectilmea; o bien puede ser de naturaleza sinuosa u ondulada.
La estructura de hormigon tiene una resistencia residual media posagrietamiento en ULS superior a 3 MPa, por ejemplo mas de 4 MPa, por ejemplo mas de 5 MPa, 6 MPa, 7 MPa, 7,5 MPa.
La dosificacion de las fibras de acero en la estructura de hormigon es de preferencia, pero no necesariamente, inferior a 80 kg/m3, preferiblemente inferior a 60 kg/m3. La dosificacion de las fibras de acero en hormigon puede ir tfpicamente desde 20 kg/m3 hasta 50 kg/m3, por ejemplo desde 30 kg/m3 hasta 40 kg/m3.
Las estructuras de hormigon preferidas tienen una resistencia residual media posagrietamiento en ULS superior a 5 MPa con una dosificacion de dichas fibras de acero de menos de 40 kg/m3.
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Breve descripcion de las figuras de los dibujos
Se describira ahora la invencion con mas detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 ilustra un ensayo de traccion (ensayo de carga-deformacion) de una fibra de acero;
La figura 2 ilustra un ensayo de extraccion (ensayo de carga-desplazamiento) de una fibra de acero empotrada en hormigon;
La figura 3a y la figura 4a muestran curvas de carga-deformacion de dos fibras de acero de la tecnica anterior y una fibra de acero segun la presente invencion;
La figura 3b y la figura 4b muestran curvas de carga-desplazamiento de dos fibras de acero de la tecnica anterior y una fibra de acero segun la presente invencion; y
La figura 5a, la figura 5b y la figura 5c son ilustraciones de fibras de acero provistas de extremos de anclaje segun la presente invencion.
Modo(s) de realizacion de la invencion
Se describira la presente invencion con respecto a realizaciones particulares y con referencia a ciertos dibujos, pero la invencion no queda limitada a esto, sino que solamente sera limitada por las reivindicaciones. Los dibujos descritos son solo esquematicos y no limitativos. En los dibujos el tamano de algunos de los elementos puede haberse exagerado y no dibujado a escala para fines ilustrativos. Las dimensiones y las dimensiones relativas no se corresponden con reducciones reales para la puesta en practica de la invencion.
Se proporcionan los terminos siguientes solamente para ayudar a entender las invenciones.
- Capacidad de carga maxima (Fm): la carga mas grande que aguanta la fibra de acero durante un ensayo de traccion;
- Alargamiento a carga maxima (%): aumento de la longitud de calibre de la fibra de acero a fuerza maxima, expresado como un porcentaje de la longitud de calibre original;
- Alargamiento a fractura (%): aumento de la longitud de calibre en el momento de una fractura, expresado como un porcentaje de la longitud de calibre original;
- Resistencia a la traccion (Rm): esfuerzo correspondiente a la carga maxima (Fm);
- Esfuerzo: fuerza dividida por el area del corte transversal original de la fibra de acero;
- Dosificacion: cantidad de fibras anadidas a un volumen de hormigon (expresada en kg/m3).
Para ilustrar la invencion se somete una pluralidad de fibras de acero diferentes, fibras de acero de la tecnica anterior y fibras de acero segun la presente invencion a una serie de ensayos diferentes:
- un ensayo de traccion (ensayo de carga-deformacion); y
- un ensayo de extraccion (ensayo de carga-desplazamiento).
El ensayo de traccion se aplica a la fibra de acero, particularmente a la porcion central de la fibra de acero. Alternativamente, el ensayo de traccion se aplica al alambre utilizado para hacer la fibra de acero.
El ensayo de traccion se utiliza para determinar la capacidad de carga maxima Fm de la fibra de acero y para determinar el alargamiento a carga maxima Ag+e.
El ensayo de extraccion se aplica a la fibra de acero empotrada con un extremo de anclaje en hormigon.
El ensayo de extraccion se utiliza para medir la fuerza de anclaje de una fibra de acero en hormigon y para determinar el desplazamiento absoluto de la fibra de acero empotrada en el hormigon. Los ensayos se ilustran en la figura 1 y la figura 2, respectivamente.
La figura 1 muestra una instalacion de ensayo 60 para medir el alargamiento de fibras de acero adaptadas para la armadura de hormigon. Se cortan primero los extremos de anclaje (por ejemplo, los extremos agrandados o configurados en forma de ganchos) de la fibra de hormigon que se debe ensayar. La porcion central restante 14 de la fibra de acero se fija entre dos pares de abrazaderas 62, 63. A traves de las abrazaderas 62, 63 se ejerce una fuerza de traccion creciente F sobre la porcion central 14 de la fibra de acero. Se mide el desplazamiento o alargamiento como resultado de la fuerza de traccion creciente F midiendo el desplazamiento de las mordazas 64, 65 del extensfmetro. L1 es la longitud de la parte central de la fibra de acero y es, por ejemplo, de 50 mm, 60 mm o
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70 mm. L2 es la distancia entre las abrazaderas y es, por ejemplo, de 20 mm o 25 mm. L3 es la longitud de calibre del extensfmetro y es de un mmimo de 10 mm, por ejemplo 12 mm, por ejemplo 15 mm. Para proporcionar un agarre mejorado del extensfmetro a la porcion central 14 de la fibra de acero, se puede revestir o cubrir la porcion central de la fibra de acero con una delgada cinta para evitar un resbalamiento del extensfmetro sobre la fibra de acero. Mediante este ensayo se registra una curva de carga-alargamiento.
El porcentaje de alargamiento total a carga maxima se calcula por medio de la formula siguiente:
Con ayuda de la instalacion de ensayo 60 se ensayan una pluralidad de alambres diferentes en cuanto a capacidad de carga maxima Fm (carga de rotura), resistencia a la traccion Rm y alargamiento total a carga maxima Ag+e. Se ensayan en total diez alambres: nueve alambres de la tecnica anterior y un alambre de la invencion. Se han hecho cinco ensayos por probeta. La tabla 1 resume los resultados.
Tabla 1
- Tipo de fibra
- Diametro (mm) Fm (N) Rm (MPa) Ag+e (%)
- Tecnica anterior 1
- 0,90 879 + 8 1382 + 12 1,37 + 0,07
- Tecnica anterior 2
- 1,0 911 +14 1160 + 18 1,86 + 0,24
- Tecnica anterior 3
- 1,0 1509 + 12 1922 + 15 2,36 + 0,19
- Tecnica anterior 4
- 1,0 873 + 10 1111 +13 1,95 + 0,21
- Tecnica anterior 5
- 1,0 1548 + 15 1972 + 19 1,99 + 0,27
- Tecnica anterior 6
- 1,0 1548 + 45 1971 +58 2,33 + 0,29
- Tecnica anterior 7
- 0,75 533 + 19 1206 + 43 2,20 + 0,24
- Tecnica anterior 8
- 0,9 751 +29 1181 +46 2,16 + 0,13
- Tecnica anterior 9
- 0,77 1051 +20 2562 + 44 1,88 + 0,15
- Alambre de la invencion
- 0,89 1442 + 3 2318 + 4 5,06 + 0,32
Solamente el alambre de la invencion tiene un alargamiento a carga maximo superior a al menos un 4%.
La figura 2 ilustra una instalacion de ensayo 200 para medir el anclaje de una fibra de acero 202 en hormigon. La fibra de acero 202 tiene una porcion central 204 y unos extremos de anclaje 206. La fibra de acero 202 esta anclada con uno de sus extremos de anclaje 206 en un cubo de hormigon 208. El cubo de hormigon 208 es, por ejemplo, un cubo de 50 x 50 x 50 mm. Como alternativa, el cubo 208 es un cubo de 60 x 60 x 50 mm o un cubo de 80 x 80 x 60 mm. El cubo 208 esta hecho, por ejemplo, de hormigon convencional.
La fibra de acero 202 esta empotrada en el centro de una cara 210 del cubo 208 perpendicularmente a esa cara 210. El extremo de anclaje 206 esta asf completamente empotrado en el cubo de hormigon.
La longitud de la porcion central de la fibra de acero que esta empotrada en el hormigon o mortero se define como
Lporcion central empotrada o LMP emp y se representa por 222.
La longitud de la porcion central de la fibra de acero que no esta empotrada en el hormigon o el mortero hasta las
abrazaderas se define como Lporcion central sobresaliente abrazaderas o LMP sobr abrazaderas y se representa por 224.
La suma de la longitud Lmp emp y Lmp sobr abrazaderas se define como la longitud de la porcion central hasta las abrazaderas Lporcion central abrazaderas o Lmp abrazaderas y se representa por 226.
Lporcion central empotrada es preferiblemente de al menos 15 mm.
El cubo 208 se coloca luego sobre una plataforma 214 con una abertura central 216 a traves de la cual se extiende la fibra de acero 202.
La plataforma 214 esta sujeta por unas barras 218 que constituyen una jaula alrededor del cubo 208. El otro extremo de la fibra de acero 202 se ha recortado y esta fijado en unas abrazaderas 220. Se ejerce un desplazamiento sobre la fibra de acero 202 hasta que esta fibra de acero 202 se rompa o sea extrafda del cubo 208. Se registra un diagrama de fuerza-desplazamiento o de carga-desplazamiento.
La figura 3a muestra una curva de carga-deformacion de tres fibras de acero diferentes que tienen un diametro de 0,90 mm:
- La curva de carga-deformacion 32 es una curva de carga-deformacion de un alambre de la tecnica anterior, mas
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particularmente del alambre de la tecnica anterior 1 de la tabla 1;
- La curva de carga-deformacion 33 es una curva de carga-deformacion de un segundo alambre de la tecnica anterior, mas particularmente del alambre de la tecnica anterior 8 de la tabla 1;
- La curva de carga-deformacion 34 es la curva de carga-deformacion de un alambre utilizado para una fibra de acero segun la presente invencion, mas particularmente del alambre de la invencion de la tabla 1.
Las curvas de carga-deformacion se obtienen sometiendo las fibras de acero a un ensayo como el descrito en relacion con la figura 1.
La curva de carga-deformacion 32 y la curva de carga-deformacion 33 son similares.
La curva de carga-deformacion 32 muestra una capacidad de carga maxima Fm de 879 N. Esta capacidad de carga maxima Fm es equivalente a una resistencia a la traccion maxima Rm de aproximadamente 1382 MPa. La curva de carga-deformacion 32 muestra, ademas, un alargamiento a carga maxima Ag+e de un 1,37%.
La curva de carga-deformacion 33 muestra una capacidad de carga maxima Fm de 751 N. Esta capacidad de carga maxima Fm es equivalente a una resistencia a la traccion maxima Rm de aproximadamente 1181 MPa. La curva de carga-deformacion 33 muestra un alargamiento a carga maxima Ag+e de un 2,16%.
Cuando la curva de carga-deformacion 34 de una fibra de acero segun la presente invencion se compara con las curvas de carga-deformacion 32 y 33 de las fibras de acero de la tecnica anterior se pueden hacer notar dos diferencias:
En primer lugar, la capacidad de carga maxima Fm es superior a 1400 newton, es decir, mucho mayor que la capacidad de carga maxima Fm de la fibra de la tecnica anterior de la curva 32 y de la curva 33.
En segundo lugar, el alargamiento a carga maxima Ag+e es tambien mayor que el alargamiento a carga maxima Ag+e de la fibra de la tecnica anterior de la curva 32 y de la fibra de la tecnica anterior de la curva 33. El alargamiento a carga maxima Ag+e de la fibra de acero segun la presente invencion es superior a un 4,0%, mas preferiblemente un 5%.
La figura 3b muestra las curvas de carga-desplazamiento de las fibras ensayadas en el ensayo de carga- deformacion de la figura 3a:
- La curva de carga-desplazamiento 42 es la curva de carga-desplazamiento de una primera fibra de acero de la tecnica anterior, mas particularmente de una fibra de acero hecha del alambre de la tecnica anterior 1 de la tabla 1; la fibra de acero esta provista de cabezas de clavo como extremos de anclaje en ambos extremos.
- La curva de carga-desplazamiento 43 es la curva de carga-desplazamiento de una segunda fibra de acero de la tecnica anterior, mas particularmente de una fibra de acero hecha del alambre de la tecnica anterior 8 de la tabla 1; la fibra de acero esta provista de extremos de forma de gancho en ambos extremos;
- La curva de carga-desplazamiento 44 se corresponde con la curva de carga-deformacion de una fibra segun la presente invencion, mas particularmente de una fibra de acero hecha del alambre de la invencion de la tabla 1; la fibra de acero esta provista de cabezas de clavo como extremos de anclaje en ambos extremos.
Durante el ensayo de extraccion la primera fibra de acero de la tecnica anterior (curva 42) muestra una carga maxima (= fuerza de anclaje) que es aproximadamente igual que la capacidad de carga maxima Fm del alambre correspondiente determinada en la figura 3a (curva 32). Esto es una indicacion de un buen anclaje de la fibra en hormigon. La capacidad de carga maxima Fm de la fibra en hormigon se alcanza a desplazamientos relativamente pequenos. Sin embargo, la primera fibra de la tecnica anterior falla a un CMOD bajo, muy inferior al CMOD requerido para ULS debido a la fractura de la fibra.
La segunda fibra de la fibra anterior (curva 43) muestra un comportamiento completamente diferente. La curva 43 se refiere al comportamiento de extraccion de una fibra de la tecnica anterior con extremos de forma de gancho. Los extremos de forma de gancho estan disenados para ser extrafdos del hormigon.
Durante el ensayo de extraccion la segunda fibra de acero de la tecnica anterior (curva 43) muestra una carga maxima que esta bastante por debajo de la capacidad de carga maxima Fm del alambre correspondiente determinada en la figura 3a (curva 33). Cuando se carga aun mas la fibra de acero en el ensayo de extraccion, los ganchos comienzan a deformarse para permitir que la fibra de acero se deslice hacia fuera del hormigon. Esto da como resultado mayores desplazamientos, pero a cargas decrecientes. En consecuencia, la segunda fibra de acero de la tecnica anterior con extremos de forma de gancho no hace uso de toda la resistencia a la traccion de la fibra. Las fibras son extrafdas sin fractura de la fibra.
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Contemplando la curva 44, la carga maxima obtenida durante un ensayo de extraccion es aproximadamente igual que la capacidad de carga maxima Fm del alambre correspondiente determinada en la figura 3a (curva 44). Esto es una indicacion de la buena fuerza de anclaje de la fibra de acero segun la presente invencion en hormigon.
La fibra de acero de la curva 44 permite en el ensayo de extraccion a la carga maxima obtenida en dicho ensayo de extraccion un desplazamiento absoluto de x*Lporcion central abrazaderas/100, siendo x de al menos 2,5. Preferiblemente, x es al menos igual al alargamiento a carga maxima Ag+e.
En una realizacion preferida las fibras de acero segun la presente invencion permiten a carga maxima en el ensayo de extraccion un desplazamiento absoluto de al menos 4*Lporcion central abrazaderas/100, al menos 5*Lporcion central
abrazaderas/100 o al menos 6 l_porcion central abrazaderas/10°.
La fibra de acero segun la presente invencion no se rompera a CMODs superiores a 1,5 mm, superiores a 2,5 mm o superiores a 3,5 mm en el ensayo de flexion de tres puntos segun la norma EN 14651.
Debido a la alta resistencia a la traccion, el alto alargamiento y el buen anclaje de la fibra de acero se cumple que esta fibra de acero, una vez cargada, hara uso de casi toda su resistencia a la traccion sin que se rompa ni sea extrafda. En consecuencia, pueden utilizarse dosificaciones mas bajas.
Ademas, el hormigon armado con este tipo de fibras de acero mostrara una fluencia lenta mas baja.
La figura 4a muestra una curva de carga-deformacion de tres fibras de acero diferentes que tienen un diametro de, respectivamente, 0,75 mm, 0,77 mm y 0,70 mm.
- La curva de carga-deformacion 35 es la curva de carga-deformacion de un alambre de la tecnica anterior, mas particularmente del alambre de la tecnica anterior 7 de la tabla 1;
- La curva de carga-deformacion 36 es la curva de carga-deformacion de un segundo alambre de la tecnica anterior, mas particularmente del alambre de la tecnica anterior 9 de la tabla 1;
- La curva de carga-deformacion 37 es la curva de carga-deformacion de un alambre utilizado para una fibra de acero segun la presente invencion.
Las curvas de carga-deformacion se obtienen sometiendo las fibras de acero a un ensayo como el descrito en relacion con la figura 1.
La curva de carga-deformacion 35 muestra una capacidad de carga maxima Fm de 533 N. Esta capacidad de carga maxima Fm es equivalente a una resistencia a la traccion maxima Rm de aproximadamente 1206 MPa. La curva de carga-deformacion 35 muestra, ademas, un alargamiento a carga maxima Ag+e de un 2,20%.
La curva de carga-deformacion 36 muestra una capacidad de carga maxima Fm de 1051 N. Esta capacidad de carga maxima Fm es equivalente a una resistencia a la traccion maxima Rm de aproximadamente 2562 MPa. El alambre esta hecho de un acero que tiene un alto contenido de carbono. Esto explica la alta capacidad de carga maxima Fm. La curva de carga-deformacion 36 muestra un alargamiento a carga maxima Ag+e de un 1,88%.
La curva de carga-deformacion 37 muestra una capacidad de carga maxima Fm de 890 N. Esta capacidad de carga maxima Fm es equivalente a una resistencia a la traccion maxima Rm de aproximadamente 2313 MPa. La curva de carga-deformacion 35 muestra, ademas, un alargamiento a carga maxima Ag+e de mas de un 4%, por ejemplo un 5%. Cuando se compara la curva de carga-deformacion 37 del alambre de la invencion con las curvas de carga- deformacion 35 y 36 de los alambres de la tecnica anterior, se observa que
- la capacidad de carga maxima Fm del alambre de la invencion esta entre la capacidad de carga maxima Fm de los dos alambres de la tecnica anterior;
- el alargamiento a carga maxima Ag+e del alambre de la invencion es mucho mayor que el alargamiento a carga maxima Ag+e de los dos alambres de la tecnica anterior.
La figura 4b muestra las curvas de carga-desplazamiento de las fibras ensayadas en el ensayo de carga- deformacion de la figura 4a:
- La curva de carga-desplazamiento 45 es la curva de carga-desplazamiento de una fibra de acero de la tecnica anterior, mas particularmente de una fibra de acero hecha del alambre de la tecnica anterior 7 de la tabla 1; la fibra de acero esta provista de extremos de forma de gancho;
- La curva de carga-desplazamiento 46 es la curva de carga-desplazamiento de otra fibra de acero de la tecnica anterior, mas particularmente de una fibra de acero hecha del alambre de la tecnica anterior 9 de la tabla 1; la fibra de acero esta provista de extremos de forma de gancho;
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- La curva de carga-desplazamiento 44 se corresponde con la curva de carga-deformacion de una fibra segun la presente invencion, mas particularmente de una fibra de acero hecha del alambre de la invencion de la tabla 1; la fibra de acero esta provista de cabezas de clavo como extremos de anclaje.
Durante el ensayo de extraccion la primera fibra de acero de la tecnica anterior (curva 45) muestra una carga maxima que es sustancialmente inferior a la capacidad de carga maxima Fm del alambre correspondiente determinada en la figura 4a (curva 35). La curva 45 muestra el comportamiento de extraccion de una fibra de la tecnica anterior con extremos de forma de gancho. Cuando se carga la fibra de acero en el ensayo de extraccion, los ganchos comienzan a deformarse para permitir que la fibra de acero resbale hacia fuera del hormigon. Esto da como resultado mayores desplazamientos a cargas decrecientes. En consecuencia, la fibra de la tecnica anterior con extremos de forma de gancho no hace uso de toda la resistencia a la traccion del acero. Las fibras son extrafdas sin fractura de las mismas.
La curva 46 es muy similar a la curva 44. La carga maxima obtenida en el ensayo de extraccion de la curva 46 es algo mas alta que la carga maxima de la curva 45. Analogamente a la curva 45, la carga maxima obtenida en el ensayo de extraccion de la curva 46 es mucho mas baja que la capacidad de carga maxima Fm del alambre correspondiente determinada en la figura 4a (curva 36).
Cuando se carga aun mas la fibra de acero en el ensayo de extraccion, los ganchos comienzan a deformarse para permitir que la fibra de acero resbale hacia fuera del hormigon. Esto da como resultado mayores desplazamientos, pero a cargas decrecientes. En consecuencia, la fibra de acero de la tecnica anterior con extremos de forma de gancho no hace uso de toda la resistencia a la traccion del acero. Las fibras son extrafdas sin fractura de las mismas.
Contemplando la curva 47, la carga maxima obtenida durante un ensayo de extraccion es aproximadamente igual que la capacidad de carga maxima Fm del alambre correspondiente determinada en la figura 4a (curva 37). Esto es una indicacion de la buena fuerza de anclaje de la fibra de acero segun la presente invencion en hormigon. Aunque la porcion central de la fibra de acero de la curva 46 tiene una capacidad de carga mas alta Fm que la porcion central de la fibra de acero de la curva 47, la carga maxima obtenida durante un ensayo de extraccion de la misma fibra de la curva 47 es mas alta que la carga maxima obtenida durante un ensayo de extraccion de la fibra de acero de la curva 46.
La fibra de acero de la curva 47 hace uso de casi toda su resistencia a la traccion sin que se rompa ni se extraiga, mientras que la fibra de acero de la curva 46 resbalara hacia fuera sin hacer uso de su resistencia.
La fibra de acero de la curva 47 muestra en el ensayo de extraccion a carga maxima en dicho ensayo de extraccion un desplazamiento absoluto de x*Lporcion central abrazaderas/100, siendo x de al menos 2,5. Preferiblemente, x es al menos igual al alargamiento a carga maxima Ag+e.
En una realizacion preferida las fibras de acero segun la presente invencion muestran a carga maxima en el ensayo de extraccion un desplazamiento absoluto de al menos 4*Lporcion central abrazaderas/100, al menos 5*Lporcion central
abrazaderas/100 o al menos 6 Lporcion central abrazaderas/10°.
La figura 5a, la figura 5b y la figura 5c muestran diferentes realizaciones de fibras de acero segun la presente invencion que proporcionan una buena fuerza de anclaje una vez que la fibra de acero este empotrada en hormigon o mortero.
No se entiende plenamente la razon por la que algunos extremos de anclaje funcionan mejor que otros extremos de anclaje. Por tanto, segun la presente invencion, se propone determinar la fuerza de anclaje de una fibra de acero empotrando dicha fibra de acero provista de sus extremos de anclaje en hormigon y sometiendo la fibra de acero a un ensayo de extraccion (ensayo de carga-desplazamiento). Si la fuerza de anclaje es de al menos un 90% de la capacidad de carga maxima Fm, la fibra de acero satisface los requisitos de la presente invencion.
La figura 5a muestra una fibra de acero 502 que tiene una porcion central 503 provista de unos extremos de anclaje 504. Los extremos de anclaje 504 son extremos agrandados a ambos lados de la porcion central 503. Estos extremos agrandados 504 son comparables a una cabeza de clavo. En la realizacion mostrada en la figura 5a la cabeza de clavo es redonda. Aunque esto no constituye una limitacion. Son adecuadas tambien cabezas de clavo que tengan otra forma, tal como cabezas cuadradas o cabezas rectangulares.
La figura 5b muestra otra fibra de acero 506 que tiene una porcion central 507 provista de unos extremos de anclaje 508 en ambos extremos de la porcion central 507. Los extremos de anclaje 508 son ganchos.
La figura 5c muestra una realizacion mas de una fibra de acero 510 segun la presente invencion que proporciona un anclaje superior a un 90% una vez empotrada en hormigon.
La fibra de acero 510 tiene una porcion central 511 provista de unos extremos de anclaje 512 en ambos extremos de la porcion central 511. Los extremos de anclaje 512 tienen la forma de un gancho cerrado o sustancialmente
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cerrado.
Como ejemplo, las fibras de acero segun la invencion pueden hacerse de la manera siguiente.
El material de partida es una varilla de alambre con un diametro de, por ejemplo, 5,5 mm o 6,5 mm y una composicion de acero que tiene un contenido de carbono mfriimo de 0,50 por ciento en peso (%p), por ejemplo igual o superior a 0,60%p, un contenido de manganeso que va de 0,20%p a 0,80%p, y un contenido de silicio que va de 0,10%p a 0,40%p. El contenido de azufre es un maximo de 0,04%p y el contenido de fosforo es un maximo de 0,04%p.
Una composicion de acero tfpica comprende 0,725% de carbono, 0,550% de manganeso, 0,250% de silicio, 0,015% de azufre y 0,015% de fosforo. Una composicion de acero alternativa comprende 0,825% de carbono, 0,520% de manganeso, 0,230% de silicio, 0,008% de azufre y 0,010% de fosforo.
La varilla de alambre se estira en fno en una serie pasos de estirado hasta que su diametro final sea de 0,20 mm a 1,20 mm.
Para dar a la fibra de acero su alto alargamiento a fractura y a carga maxima, el alambre asf estirado puede ser sometido a un tratamiento de alivio de esfuerzos, por ejemplo haciendo pasar el alambre a traves de una bobina de induccion de alta frecuencia o de media frecuencia de una longitud que este adaptada a la velocidad del alambre que esta pasando. Se ha observado que un tratamiento termico a una temperatura de aproximadamente 300°C durante un cierto periodo de tiempo da como resultado una reduccion de la resistencia a la traccion de aproximadamente un 10% sin aumentar el alargamiento a fractura y el alargamiento a carga maxima. Sin embargo, aumentando ligeramente la temperatura hasta mas de 400°C se observan una disminucion adicional de la resistencia a la traccion y al mismo tiempo un aumento del alargamiento a fractura y un aumento del alargamiento a carga maxima.
Los alambres pueden estar recubiertos o no con un revestimiento resistencia a la corrosion, tal como un revestimiento de cinc o un revestimiento de una aleacion de cinc, mas particularmente un revestimiento de cinc- aluminio o un revestimiento de cinc-aluminio-magnesio. Antes del estirado o durante el estirado se pueden revestir tambien los alambres con un revestimiento de cobre o de aleacion de cobre a fin de facilitar la operacion de estirado.
Los alambres aliviados de esfuerzos se cortan luego a las longitudes apropiadas de las fibras de acero y se da a los extremos de las fibras de acero el anclaje o el engrosamiento adecuado. El corte y la configuracion en forma de gancho pueden hacerse tambien en un mismo paso operativo por medio de rodillos apropiados.
Las fibras de acero asf obtenidas pueden ser encoladas o no una con otra segun el documento US-A-4284667.
Ademas o alternativamente, las fibras de acero obtenidas pueden ponerse en un envase de cadena segun el documento EP-B1-1383634 o en un envase semejante a una correa, tal como el revelado en la solicitud de patente europea con numero de solicitud 09150267.4 de la solicitante.
Claims (8)
- 510152025REIVINDICACIONES1. Una estructura de hormigon que comprende hormigon convencional y fibras de acero (502) para armar el hormigon convencional, teniendo cada una de dichas fibras de acero (502) una porcion central (503) y unos extremos de anclaje (504) en uno o en ambos extremos de dicha porcion central (503), teniendo dicha porcion central (503) un diametro que va de 0,10 mm a 1,20 mm y teniendo dicha porcion central (503) una relacion de longitud a diametro L/D que va de 40 a 100, teniendo dicha porcion central (503) una capacidad de carga maxima Fm y un alargamiento a carga maxima Ag+e, caracterizada por que dicho alargamiento a carga maxima Ag+e es de al menos un 4%, dicha fibra de acero (502) tiene una fuerza de anclaje en dicho hormigon de al menos un 90% de dicha capacidad de carga maxima Fm y dicha fuerza de anclaje es la carga maxima obtenida durante un ensayo de extraccion de una fibra de acero (502) empotrada con uno de dichos extremos de anclaje (504) en dicho hormigon.
- 2. Una estructura de hormigon segun la reivindicacion 1, en la que dicha porcion central (503) de dichas fibras de acero (502) tiene una resistencia a la traccion Rm de al menos 1000 MPa.
- 3. Una estructura de hormigon segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en la que dicha porcion central (503) tiene una resistencia a la traccion Rm de al menos 1400 MPa.
- 4. Una estructura de hormigon segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha porcion central (503) de dichas fibras de acero (502) tiene un alargamiento a carga maxima Ag+e de al menos un 5%.
- 5. Una estructura de hormigon segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha porcion central (503) de dichas fibras de acero (502) tiene un alargamiento a carga maxima Ag+e de al menos un 6%.
- 6. Una estructura de hormigon segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos extremos de anclaje (504) son extremos de anclaje engrosados, extremos de anclaje agrandados, extremos de anclaje recalcados en frio, extremos de anclaje aplanados, extremos de anclaje doblados, extremos de anclaje ondulados o una combinacion de estos.
- 7. Una estructura de hormigon segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichas fibras de acero (502) estan en un estado de esfuerzos aliviados.
- 8. Una estructura de hormigon segun la reivindicacion 1, en la que dicha estructura de hormigon tiene una resistencia residual media posagrietamiento en el estado ULS superior a 5 MPa con una dosificacion de dichas fibras de acero (502) inferior a 40 kg/m3.
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