Por qué los segmentos de túnel necesitan hormigón reforzado con fibra
Los segmentos de túnel no son simples productos de hormigón. Deben soportar la presión del terreno, la presión del agua, la fuerza de montaje, la presión de empuje del escudo, las tensiones del transporte y la carga de servicio a largo plazo. Además, deben presentar una precisión dimensional estable, un rendimiento fiable de las juntas y una buena durabilidad.
Hormigón armado común puede satisfacer muchas necesidades en materia de revestimiento de túneles. Sin embargo, en muchos proyectos modernos, los diseñadores también necesitan un mejor control de las grietas, mayor tenacidad, mayor resistencia a la corrosión y mayor resistencia a la fatiga. Por eso segmentos de hormigón reforzado con fibra están cobrando cada vez más importancia en la construcción de túneles.
Shandong Jianbang descubre que El hormigón reforzado con fibra puede mejorar el rendimiento de los segmentos de túnel de varias maneras. Puede mejorar la tenacidad. Puede reducir el riesgo de fisuras. Puede mejorar la resistencia a la fatiga. Puede mejorar la resistencia a la corrosión. También puede ayudar a que el segmento mantenga una mayor integridad bajo cargas repetidas y en condiciones de construcción adversas.
En Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., nuestra marca de fibra de hormigón Ecocretefiber™. suministra fibra de acero, fibra de polipropileno, fibra sintética macro y otras fibras de refuerzo para hormigón destinadas al revestimiento de túneles, segmentos prefabricados, hormigón proyectado, tableros de puentes, pavimentos de carreteras y hormigón para infraestructuras.
En los proyectos de segmentos de túnel, la fibra no debe seleccionarse únicamente en función del precio. Debe seleccionarse teniendo en cuenta los objetivos de rendimiento, la composición del hormigón, los requisitos estructurales, el método de producción y la precisión de la instalación.
¿Qué es un segmento de hormigón reforzado con fibra?
A segmento de hormigón reforzado con fibra es un segmento prefabricado para el revestimiento de túneles fabricado con hormigón y fibras cortas. Las fibras se mezclan con el hormigón antes del vertido. Una vez endurecido, las fibras pasan a formar parte de la matriz del hormigón.
La fibra de acero se utiliza a menudo cuando el segmento requiere una mayor tenacidad, una mejor capacidad de puenteo de fisuras y un comportamiento más resistente tras la aparición de fisuras. La fibra de polipropileno se utiliza a menudo cuando el segmento requiere control de microfisuras o protección contra el desprendimiento a altas temperaturas. También se puede emplear un sistema de fibra híbrida cuando el proyecto requiere tanto refuerzo mecánico como control de microfisuras.
La clave está en que la fibra se distribuye por el interior del hormigón. No se coloca como una jaula de barras de refuerzo. Actúa a lo largo de numerosas fisuras de pequeño tamaño. Cuando las fisuras comienzan a abrirse, las fibras pueden cubrir la fisura y evitar que siga extendiéndose.
Esto resulta muy útil para los segmentos de túnel. Durante la fabricación, el transporte, la elevación, la instalación y el mantenimiento, un segmento puede sufrir tensiones locales y daños en los bordes. El refuerzo con fibra puede ayudar a reducir el riesgo de rotura por fragilidad.
Principales ventajas de los segmentos de hormigón reforzado con fibra
Shandong Jianbang descubre que hormigón reforzado con fibras Estos segmentos ofrecen varias ventajas importantes con respecto a los segmentos de hormigón convencionales.
Mayor resistencia a la fatiga
Los segmentos de túnel están sometidos a fuerzas repetidas durante su vida útil. Los túneles ferroviarios, de metro, de carretera y de servicios públicos pueden verse expuestos a vibraciones y cargas repetidas. La resistencia a la fatiga es importante, ya que las pequeñas tensiones repetidas pueden provocar daños con el paso del tiempo.
Cuando la dosis de fibra es lo suficientemente elevada y el diseño de la mezcla es estable, el hormigón reforzado con fibra puede presentar un mejor comportamiento frente a la fatiga que el hormigón normal. Esto significa que el segmento puede resistir cargas repetidas con mayor eficacia.
Para los propietarios de los proyectos, una mayor resistencia a la fatiga se traduce en una vida útil más larga y una menor carga de mantenimiento.
Mayor resistencia a la corrosión
Los entornos de los túneles pueden ser húmedos, agresivos o químicamente activos. Algunos túneles están expuestos a las aguas subterráneas. Otros, a la exposición al cloruro. Otros, a la agresión química. El hormigón común puede agrietarse, y las sustancias nocivas pueden penetrar a través de las grietas. Cuando esto ocurre, puede aumentar el riesgo de corrosión del armado de acero.
El hormigón reforzado con fibras puede ayudar a reducir la aparición de grietas. Un mejor control de las grietas puede limitar el paso del agua y de los iones nocivos. Algunas fibras sintéticas, como fibra de polipropileno o macrofibra sintética, también son resistentes a la corrosión.
Shandong Jianbang ha descubierto que el hormigón reforzado con fibra ofrece una mayor resistencia a la erosión hídrica, la erosión atmosférica, la corrosión química y los problemas de durabilidad asociados.
Mayor resistencia y mejor tenacidad
Las fibras de acero pueden mejorar varias propiedades mecánicas del hormigón. Cuando la dosificación de las fibras de acero se calcula adecuadamente, el hormigón puede presentar una mayor resistencia a la tracción, a la flexión y al cizallamiento, y en ocasiones también a la compresión.
En el caso de los segmentos de túnel, esto es importante porque el segmento debe resistir la flexión, la compresión, la presión local de los gatos y las tensiones derivadas de su manipulación.
Pero la resistencia no es el único objetivo. La tenacidad también es importante. Un material tenaz no falla de repente tras agrietarse. Puede seguir soportando la carga incluso después de que aparezca la primera grieta. Esto comportamiento posterior a la fisura es una de las principales razones para utilizar hormigón reforzado con fibra de acero.
Diseño con fibra de acero para segmentos de túnel
La selección de la fibra de acero es uno de los aspectos más importantes del diseño de los segmentos de hormigón fibrorreforzado. Shandong Jianbang ha descubierto que fibra de acero cortada de alta resistencia es una orientación adecuada para el hormigón de los segmentos de túnel.
La fibra de acero se puede suministrar en diferentes formatos. Algunas fibras de acero se suministran en haces unidos en hileras. Otras se suministran sueltas. La forma de las fibras influye en la mezcla, la dispersión y el riesgo de que se formen grumos.
Si la fibra de acero está compuesta por alambres de acero unidos en hileras, se debe controlar la dosificación para reducir el riesgo de que las fibras se apelmacen. Si la fibra de acero está compuesta por alambres de acero sueltos, también se debe controlar la dosificación con cuidado.
En el hormigón de los segmentos de túnel, una dosis demasiado alta puede provocar la formación de grumos. La formación de grumos de fibra puede reducir la uniformidad. Puede crear zonas débiles. También puede dificultar el vertido del hormigón en el molde.
Por eso, una dosificación adecuada de la fibra de acero debe equilibrar tres aspectos: el comportamiento mecánico, la trabajabilidad y la estabilidad de la producción.
Una buena combinación de segmentos de túnel debería permitir que las fibras repartir uniformemente. El hormigón debe llenar bien el molde del segmento. No debe segregarse. Debe alcanzar la calidad superficial y la precisión dimensional requeridas.
Diseño de fibra de polipropileno para segmentos de túnel
La fibra de polipropileno también se puede utilizar en el hormigón de los segmentos de túnel. Su función es diferente a la de la fibra de acero.
Shandong Jianbang descubre que la fibra de polipropileno puede utilizarse para mejorar comportamiento frente a la desintegración a altas temperaturas. En caso de incendio en un túnel, el hormigón puede sufrir un rápido aumento de temperatura. La presión del vapor de agua en el interior del hormigón puede aumentar. Esto puede provocar desprendimientos explosivos en algunos sistemas de hormigón denso.
La fibra de polipropileno puede fundirse a altas temperaturas. Esto puede crear pequeños canales en el interior del hormigón. Estos canales facilitan la salida del vapor. Esto puede reducir el riesgo de desprendimiento.
La fibra de polipropileno también puede ayudar a control de microfisuras. Es ligero, resistente a la corrosión y fácil de distribuir cuando el diseño de la mezcla es el adecuado.
Para el diseño de segmentos de túnel, la dosis de fibra de PP debe seleccionarse en función de los requisitos de resistencia al desprendimiento y del tipo de hormigón. No se debe aumentar la dosis de forma indiscriminada. Un exceso de fibra de PP puede afectar a la trabajabilidad y es posible que no mejore la capacidad estructural de la misma manera que la fibra de acero.
Un enfoque práctico habitual consiste en utilizar fibra de acero para el refuerzo mecánico y fibra de PP para la protección contra la desintegración en caso de incendio. Esto da lugar a un sistema de fibra más completo.
Relación agua-cemento y cálculo de la resistencia
La relación agua-ligante influye considerablemente en la resistencia, la durabilidad, la contracción y la trabajabilidad del hormigón. En el caso del hormigón para segmentos de túnel C50, Shandong Jianbang ha determinado que una relación agua-ligante de entre 0,31 y 0,33 puede servir como referencia práctica.
Una menor proporción de agua con respecto al aglutinante puede mejorar la resistencia y la durabilidad. Sin embargo, también puede reducir la trabajabilidad. Dado que la fibra aumenta la fricción interna, la mezcla debe incorporar un sistema de aditivos adecuado.
El hormigón con fibra de acero suele requerir una dosificación del aditivo que el hormigón normal. El objetivo es mantener una trabajabilidad estable sin añadir demasiada agua.
La mezcla no solo debe cumplir los requisitos de resistencia, sino que también debe ser apta para su uso en una planta de prefabricados. Debe ser fácil de verter en el molde. Debe compactarse bien. Debe mantener las fibras distribuidas de manera uniforme. No debe presentar poros, defectos en los bordes ni segregación.
Por eso es necesario someter a ensayo el hormigón con fibra para segmentos de túnel antes de su producción en serie.
Proporción de arena y control de la segregación
El hormigón reforzado con fibras puede presentar un riesgo de segregación ligeramente mayor que el hormigón normal. Al añadir fibras, cambia la estructura interna del hormigón. La mezcla puede volverse más difícil de verter. La arena y los áridos pueden comportarse de forma diferente. Las fibras también pueden acumularse en algunas zonas si la mezcla no es estable.
Shandong Jianbang ha descubierto que es necesario aumentar adecuadamente la proporción de arena para mejorar la estabilidad de la mezcla. En el caso del hormigón C50, se puede utilizar como referencia práctica una proporción de arena de entre 40,1 % y 42,1 %.
Un mayor porcentaje de arena puede ayudar a mejorar la cohesión. También puede favorecer la dispersión de las fibras. Sin embargo, un exceso de arena puede aumentar el consumo de pasta y reducir la eficiencia de la resistencia. El porcentaje adecuado de arena debe verificarse mediante mezclas de prueba.
El control de la segregación es muy importante en los segmentos prefabricados para túneles. Un segmento es un componente estructural. Las irregularidades en el hormigón pueden crear puntos débiles. Una distribución desigual de las fibras puede reducir la eficacia en el control de las grietas. Una buena mezcla debe mantener la estable en cuanto a fibra, áridos y pasta desde la mezcla hasta el moldeo.
Selección de aditivos para segmentos de hormigón fibroso
La selección de aditivos debe tener en cuenta compatibilidad de materiales, el coste, el comportamiento frente a la contracción, la trabajabilidad y el rendimiento final.
Los segmentos de túnel suelen ser elementos prefabricados. Deben tener unas dimensiones precisas y un riesgo reducido de contracción inicial. Si la contracción inicial es demasiado elevada, pueden formarse grietas antes de que el segmento entre en servicio.
Shandong Jianbang ha constatado que los aditivos pueden ayudar a reducir la contracción inicial y a mantener la trabajabilidad. En función del proyecto y de las materias primas, se puede optar por un reductor de agua de melamina modificada, un reductor de agua de policarboxilato o un reductor de agua de naftaleno de alta eficiencia.
La mejor aditiva debe seleccionarse mediante pruebas de mezcla. El tipo de cemento, la aditiva mineral, la arena, el árido, el tipo de fibra y la relación agua-ligante influyen en el rendimiento de la aditiva.
Un reductor de agua que funciona bien en el hormigón convencional puede que no tenga el mismo efecto en el hormigón con fibras de acero. Las fibras modifican el comportamiento del flujo. Es posible que la mezcla requiera una dosificación diferente o un sistema de aditivos distinto.
Diseño mecánico de segmentos de hormigón reforzado con fibra
El diseño mecánico debe basarse en la posición y el estado de tensión del segmento. Shandong Jianbang ha constatado que unas condiciones de tensión distintas requieren una lógica de diseño diferente.
Segmentos de compresión pequeños y excéntricos
En el caso de los componentes de compresión pequeños y excéntricos, hormigón reforzado con fibras puede suponer una mejora limitada, pero útil, de la capacidad portante. A modo de referencia práctica, la relación de capacidad portante entre el hormigón reforzado con fibras y el hormigón normal puede situarse en torno a 1,019.
Esto significa que los diseñadores pueden plantearse realizar un pequeño ajuste en el parámetro de capacidad portante cuando la normativa del proyecto lo permita.
Segmentos de compresión axial
En el caso de los elementos sometidos a compresión axial, es posible que la mejora que aportan las fibras de acero y de polipropileno no sea muy evidente. En tal caso, el segmento puede diseñarse siguiendo principalmente las normas habituales de diseño estructural del hormigón.
Es un recordatorio útil. La fibra no es mágica. No mejora todas las propiedades por igual. Su mayor valor reside en aquellos casos en los que son importantes el control de fisuras, el comportamiento a la tracción, el comportamiento a la flexión y la tenacidad tras la aparición de fisuras.
Segmentos de compresión excéntricos de gran tamaño
En el caso de los componentes de compresión excéntrica de grandes dimensiones, el hormigón reforzado con fibras puede ofrecer ventajas más evidentes. Esto se debe a que la tensión de tracción cobra mayor importancia. Las fibras pueden mejorar el comportamiento a la tracción y el control de las fisuras.
En estas circunstancias, los diseñadores no solo deben seguir los parámetros habituales de diseño del hormigón, sino que también deben tener en cuenta la mayor resistencia a la tracción del hormigón fibralado.
Esto es importante para los tramos de túnel situados bajo flexión y compresión excéntrica. Un mejor comportamiento a la tracción puede contribuir al control de las grietas y a la seguridad estructural.
Aplicaciones técnicas de los segmentos de hormigón reforzado con fibra
Shandong Jianbang ha comprobado que los segmentos de hormigón reforzado con fibra ofrecen un buen rendimiento en condiciones difíciles de construcción de túneles.
En uno Caso del proyecto del metro, el túnel de escudo discurría cerca de los pilotes del puente. La distancia mínima hasta el pilote del puente era de unos 3,62 m, y la longitud del tramo afectado era de unos 20 m. Esto supuso una dificultad considerable para el diseño de los segmentos.
En el proyecto se utilizaron dos tipos de segmentos de hormigón reforzado con fibra. Uno de ellos utilizaba Hormigón G56 con una dosificación de fibra de acero de aproximadamente 36 kg/m³. En otro tipo se utilizó hormigón G80 con una dosis de fibra de acero de unos 30 kg/m³.
El efecto de la aplicación se evaluó desde tres perspectivas: la tensión en el segmento, la fuerza en los pernos de unión y el desplazamiento circunferencial.
Se comprobó la tensión de los segmentos en diferentes fases de la construcción. Estas fases incluyeron la situación con el anillo montado, la situación durante el empuje del escudo y la situación una vez que el segmento salió de la cola del escudo.
Se comprobó la fuerza de los pernos colocando puntos de medición alrededor de estos. Se registraron las deformaciones circunferenciales y longitudinales de los pernos.
El desplazamiento circunferencial se comprobó midiendo la variación de la unión entre segmentos adyacentes dentro del mismo anillo.
Shandong Jianbang ha descubierto que, bajo la presión de los gatos locales, la tensión interna y la deformación de los segmentos se mantuvieron en un nivel bajo. Esto significa que los segmentos de hormigón reforzado con fibra pueden cumplir los requisitos de tensión en este tipo de condiciones de ingeniería.
Por qué la precisión en la instalación sigue siendo importante
El hormigón reforzado con fibra puede mejorar el rendimiento de los segmentos, pero no resuelve todos los problemas de construcción. La calidad de la instalación de los segmentos sigue siendo muy importante.
Shandong Jianbang descubre que si calidad de la conexión del segmento si es deficiente, pueden producirse daños en las uniones bajo esfuerzo. Esto significa que el equipo del proyecto debe controlar la precisión del montaje.
Los segmentos del túnel funcionan como un anillo. Todo el anillo debe transferir la carga correctamente. Si un segmento está desalineado, la unión puede sufrir una concentración de tensiones localizada. Si la fuerza de los pernos no se controla adecuadamente, es posible que el anillo no funcione según lo previsto.
Por eso, la construcción con segmentos de hormigón armado debe centrarse tanto en la calidad de los materiales como en la precisión de la instalación.
Un buen material mal instalado puede seguir causando problemas. Una buena instalación con una mezcla de mala calidad también puede causar problemas. El mejor resultado se consigue cuando ambos aspectos se combinan.
Lista de comprobación práctica para el diseño de mezclas
Antes de fabricar segmentos de túnel de hormigón reforzado con fibra, los compradores y las plantas de prefabricados deben confirmar los siguientes detalles.
| Artículo de diseño | Prueba práctica |
|---|---|
| Tipo de fibra | Fibra de acero, fibra de PP, fibra sintética de gran tamaño o sistema híbrido |
| Dosificación de la fibra de acero | Hay que encontrar el equilibrio entre la resistencia, la maleabilidad y el riesgo de que se formen grumos |
| Dosificación de fibra de PP | Debe satisfacer las necesidades de prevención de la desprendimiento y el control de microfisuras |
| Proporción agua-cemento | Debe cumplir los objetivos de resistencia y durabilidad |
| Proporción de arena | Debería favorecer la cohesión y la dispersión de las fibras |
| Tipo de aditivo | Debería favorecer la trabajabilidad y reducir el riesgo de contracción |
| Proceso de mezcla | Hay que evitar que la fibra se apelmace |
| Relleno de moldes | Es imprescindible garantizar una fundición de segmentos densa |
| Diseño mecánico | Debe adaptarse a las condiciones de compresión, flexión y carga excéntrica |
| Precisión en el montaje | Es necesario reducir el riesgo de lesiones articulares |
Esta lista de comprobación ayuda a reducir los riesgos técnicos antes de la producción.
¿Por qué elegir Ecocretefiber™ para el hormigón de los segmentos de túnel?
Ecocretefiber™. es la marca de fibra de hormigón de Shandong Jianbang Chemical Fiber Co. Nos especializamos en soluciones de fibra para hormigón de infraestructura.
Nuestros productos son aptos para el revestimiento de túneles, segmentos prefabricados, hormigón proyectado, pavimentación de carreteras, reparación de tableros de puentes, suelos industriales y otras aplicaciones del hormigón.
En lo que respecta a los proyectos de segmentos de túnel, podemos ayudar a los clientes con fibra de acero, fibra de polipropileno, fibra sintética macromolecular, así como la selección de fibra para proyectos específicos. También podemos prestar apoyo en el embalaje para fabricantes de equipos originales (OEM) y en la planificación de productos para distribuidores.
Somos conscientes de que un segmento de túnel no es solo un bloque de hormigón. Se trata de un componente estructural prefabricado de alta precisión. Debe reunir resistencia, tenacidad, control de fisuras, resistencia a la fatiga, durabilidad y calidad de montaje.
Ecocretefiber™ ayuda a los clientes a elegir la fibra más adecuada en función de las condiciones reales del proyecto. Tenemos en cuenta el tipo de hormigón, el método de producción, el rango de dosificación, la dispersión de la fibra, la trabajabilidad, los requisitos estructurales y la durabilidad a largo plazo.
Preguntas frecuentes de los compradores antes de realizar un pedido de fibra de hormigón
Antes de realizar un pedido de fibra para el hormigón de los segmentos de túnel, los compradores deben tener en cuenta varios aspectos fundamentales.
| Pregunta | Por qué es importante |
|---|---|
| ¿Cuál es el grado de resistencia del hormigón? | El grado de resistencia influye en la relación agua-aglutinante y en el comportamiento de las fibras. |
| ¿El segmento está sometido a compresión, flexión o compresión excéntrica? | El estado de tensión altera el valor de la fibra. |
| ¿Es necesaria la resistencia al desprendimiento por efecto del fuego? | Es posible que se necesite fibra de PP para un diseño resistente al desprendimiento. |
| ¿Qué dosis de fibra de acero se prevé utilizar?? | La dosis influye en el rendimiento y la trabajabilidad. |
| ¿Qué equipo de mezcla se utiliza? | El tipo de mezclador influye en la dispersión de la fibra. |
| ¿Cuál es el ciclo de producción previsto? | La fabricación de elementos prefabricados requiere una resistencia inicial estable y una buena trabajabilidad. |
| ¿Es importante controlar la contracción? | El sistema de aditivos y fibras debe seleccionarse con cuidado. |
| ¿Qué tolerancia de instalación se requiere? | La precisión en el montaje de los segmentos influye en el rendimiento de la unión. |
Estas preguntas ayudan a los proveedores a recomendar un sistema de fibra más adecuado.
Conclusión
Los segmentos de hormigón reforzado con fibra pueden mejorar el rendimiento del revestimiento de los túneles de muchas maneras. Pueden mejorar la tenacidad, la resistencia a la fatiga, la resistencia a la corrosión, el control de fisuras y el comportamiento de los apoyos. La fibra de acero puede mejorar el rendimiento mecánico y el comportamiento tras la aparición de fisuras. La fibra de polipropileno puede contribuir al control de microfisuras y a la resistencia a la desconchadura a altas temperaturas. Un sistema híbrido de fibras puede ofrecer una solución más completa para proyectos de túneles exigentes.
Shandong Jianbang ha constatado que el diseño de los segmentos de hormigón fibroso debe abordarse como un sistema integral. Son factores importantes el tipo de fibra, la dosificación, la relación agua-ligante, la proporción de arena, los aditivos, el diseño mecánico, el proceso de producción y la precisión en la instalación.
En el caso de una compresión excéntrica leve, el hormigón fibroso puede ofrecer una mejora moderada de la capacidad portante. En el caso de la compresión axial, la mejora puede ser limitada. En el caso de una compresión excéntrica importante, la ventaja cobra mayor relevancia, ya que el comportamiento a tracción y el control de fisuras adquieren mayor importancia.
Shandong Jianbang Chemical Fiber Co. suministros Ecocretefiber™. soluciones de hormigón con fibra para segmentos de túnel, revestimiento prefabricado, hormigón proyectado, ingeniería de carreteras y puentes, y proyectos de infraestructura. Si su proyecto requiere un mejor control de las grietas, una mayor resistencia o un sistema de hormigón para segmentos de túnel más fiable, Ecocretefiber™ puede ayudarle a elegir la solución de fibra adecuada.
