La combinación de fibra macro con fibra de acero puede modificar la forma en que el hormigón soporta la carga tras la aparición de fisuras. El resultado positivo puede ser una pérdida de carga más gradual o una mayor absorción de energía en un rango de deformación determinado. La mezcla óptima depende de qué aspecto de la respuesta requiera el diseño, junto con la trabajabilidad, la resistencia a la compresión y el coste.
En Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., suministramos fibras de refuerzo Ecocretefiber™ y ayudamos a los compradores a comparar los sistemas candidatos para realizar ensayos. Esta guía analiza una serie experimental de siete mezclas y traduce sus conclusiones en preguntas prácticas para la selección de hormigón híbrido. Los resultados muestran una vía prometedora para la sustitución parcial de las fibras de acero, con compensaciones cuantificables que deben evaluarse en cada proyecto.
¿Por qué combinar Macro Fiber con fibra de acero?
La fibra de acero y la fibra Macro de polipropileno se diferencian en rigidez, densidad, geometría y deformación. Una fibra de acero bien anclada puede resistir la apertura de una fisura con una deformación relativamente pequeña. Una fibra de polímero más larga puede permanecer anclada a medida que la fisura se abre aún más, dependiendo de su adherencia, extensión y comportamiento frente al desprendimiento. La combinación de ambos materiales puede proporcionar una respuesta útil en un rango de deformación más amplio.
Se trata de una hipótesis de diseño que hay que comprobar. El hecho de que haya dos fibras en un mismo lote no implica automáticamente que se produzca una sinergia. Sus proporciones pueden reducir el caudal, aumentar la cantidad de aire o hacer que la distribución sea menos uniforme. La curva completa de carga-deformación y las propiedades de aceptación especificadas indican si el híbrido resulta útil.
En el Estudio de 2006 realizado por Cao Jifeng y Ding Yining, los investigadores compararon el hormigón normal, el hormigón con fibras de acero, el hormigón Macro Fiber y dos mezclas híbridas. El estudio analizó el comportamiento en estado fresco, la resistencia del cubo, la absorción de energía y la resistencia a la flexión equivalente. Se trata de resultados de laboratorio correspondientes a los materiales identificados, y no de resultados certificados para los grados actuales de Ecocretefiber™.
Comprender los materiales y las condiciones de ensayo
Dos fibras con propiedades diferentes
En el estudio se utilizó una fibra de acero dentada de 32 mm de longitud y 0,70 mm de diámetro. Según los datos facilitados, su densidad era de 7,85 g/cm³, su resistencia a la tracción superior a 600 MPa y su módulo elástico de 200 GPa.
La fibra Macro de polipropileno tenía una longitud de 50 mm y un diámetro equivalente de 0,984 mm. Su densidad declarada era de 0,91 g/cm³, su resistencia a la tracción de 490 MPa y su módulo elástico de 8 GPa. Los autores también indicaron un alargamiento a la rotura de 10,71 TP3T. Estos valores se refieren a los materiales del estudio; no deben copiarse en una orden de compra de un producto diferente.
La diferencia de rigidez fue considerable: el módulo de elasticidad de la fibra de acero era 25 veces mayor que el de la Macro Fiber. Sin embargo, la rigidez por sí sola no determina el rendimiento de un compuesto. Las diferentes longitudes, superficies, cantidades y números de fibras también influyen en la interceptación de grietas y en la transferencia de carga.
Un hormigón base y siete mezclas
La mezcla base se diseñó para obtener un hormigón chino C50. Por metro cúbico, contenía 420 kg de cemento, 180 kg de cenizas volantes, 669 kg de arena, 818 kg de árido grueso, 210 kg de agua y 4,2 kg de reductor de agua. La relación agua-aglutinante indicada era de 0,35, y el tamaño del árido grueso era de 5-10 mm. Se trata de una formulación experimental, no de una receta de producción general.
Se utilizó fibra de acero en proporciones de 30 o 50 kg/m³. Se utilizó Macro Fiber en proporciones de 4 o 6 kg/m³. Las combinaciones híbridas fueron 30 kg/m³ de fibra de acero más 4 kg/m³ de Macro Fiber, y 50 kg/m³ de fibra de acero más 6 kg/m³ de Macro Fiber. Las etiquetas que aparecen a continuación permiten tener a la vista dichas cantidades a la hora de comparar los resultados.
Para el ensayo de flexión, los investigadores utilizaron vigas con muesca de 150 × 150 × 550 mm, con una luz de 500 mm y una muesca de 25 mm. Registraron la deflexión y la apertura de la boca de la fisura durante la carga controlada y evaluaron la tenacidad mediante un procedimiento basado en las normas RILEM. Los detalles de las probetas y del método son importantes, ya que los resultados obtenidos con esta configuración no pueden extrapolarse directamente a otro método de ensayo con vigas ni a otro elemento estructural.
¿Qué ha pasado con la trabajabilidad y el contenido de aire?
La incorporación de fibras redujo la extensión del flujo observada y aumentó el contenido de aire medido. La extensión del hormigón base fue de 670 mm. El híbrido con la dosis más alta registró una extensión de 350 mm. El contenido de aire aumentó de 2,00% en el hormigón normal a 3,15% en ese híbrido.
| Mezcla | Dosis de acero / fibra macro, kg/m³ | Diferencial de caudal declarado, mm | Contenido de aire, % |
| NC | 0 / 0 | 670 | 2.00 |
| SF30 | 30 / 0 | 475 | 2.36 |
| SF50 | 50 / 0 | 355 | 2.60 |
| PP4 | 0 / 4 | 575 | 2.50 |
| PP6 | 0 / 6 | 445 | 2.65 |
| SF30PP4 | 30 / 4 | 405 | 2.95 |
| SF50PP6 | 50 / 6 | 350 | 3.15 |
Los investigadores describieron las mezclas como estables y no observaron segregación ni sangrado en las condiciones de ensayo. Los valores de extensión deben mantenerse según su procedimiento original. No se trata de alturas de asentamiento habituales y, por sí solos, no establecen una clasificación moderna del hormigón autoconsolidante.
En lo que respecta a la producción, la tarea práctica consiste en mantener un flujo suficiente sin alterar el equilibrio hídrico aprobado. Selecciona los aditivos compatibles, el volumen de la pasta y la granulometría de los áridos mediante ensayos. Comprueba la bombeabilidad, el llenado de los encofrados, el acabado y el contenido de aire en el punto de muestreo establecido en el contrato. Los valores más elevados de aire también indican que no debe darse por sentado que las fibras hacen que todas las mezclas sean automáticamente más densas.
La resistencia a la compresión no siguió la misma tendencia que la tenacidad
En esta serie, las mezclas compuestas únicamente por acero presentaron resistencias a la compresión de los cubos a los 28 días superiores a las del ensayo de control sin aditivos. Las mezclas compuestas únicamente por macrofibras se situaron ligeramente por debajo del ensayo de control. Las mezclas híbridas también mostraron resultados de compresión diferentes a los de sus homólogas compuestas únicamente por acero.
| Mezcla | Resistencia del cubo a los 1 día, MPa | Resistencia del cubo a los 28 días, MPa |
| NC | 18.19 | 64.26 |
| SF30 | 17.03 | 71.76 |
| SF50 | 15.98 | 73.29 |
| PP4 | 16.00 | 60.75 |
| PP6 | 16.78 | 60.66 |
| SF30PP4 | 14.80 | 58.98 |
| SF50PP6 | 13.92 | 64.83 |
Se trata de medias de grupo comunicadas. Las medias por sí solas no establecen equivalencia estadística ni una característica de resistencia de la producción. En concreto, el SF30PP4 registró un valor de 58,98 MPa, frente a los 73,29 MPa del SF50, lo que supone unos 19,51 TP3T menos. Por lo tanto, su resultado favorable en la prueba de flexión en etapas posteriores debe tenerse en cuenta junto con los requisitos de compresión.
La conclusión práctica es evaluar la resistencia a la compresión por separado. Un material híbrido seleccionado para la absorción de energía debe cumplir, no obstante, con el grado de resistencia del proyecto, las normas de muestreo, las condiciones de curado y los criterios de aceptación. No se deben deducir mejoras garantizadas en la resistencia a la compresión a partir de los datos de resistencia a la tracción de las fibras.
Leer el comportamiento a flexión en el rango de deformación requerido
El estudio calculó la resistencia a la flexión equivalente a partir de la absorción de energía en partes definidas de la respuesta a la flexión. Los dos índices de resistencia equivalente que se indicaron utilizaban las deflexiones en los puntos extremos correspondientes a la deflexión de referencia más 0,65 mm y más 2,65 mm. La referencia se asoció al criterio de carga de flexión inicial.
Para mayor claridad, en la tabla se denominan «índices anteriores» e «índices posteriores». Se trata de valores basados en la energía en los intervalos definidos. No son simplemente la tensión en un punto concreto de la curva, ni son intercambiables con las resistencias residuales de otra norma.
| Mezcla | Resistencia equivalente anterior, MPa | Resistencia equivalente posterior, MPa |
| SF30 | 2.959 | 1.119 |
| SF50 | 5.125 | 2.058 |
| PP4 | 1.289 | 1.624 |
| PP6 | 1.340 | 1.639 |
| SF30PP4 | 4.599 | 2.432 |
| SF50PP6 | 6.291 | 3.580 |
Añadir Macro Fiber a una dosis fija de acero
En comparación con el SF30, el SF30PP4 aumentó la resistencia equivalente inicial de 2,959 a 4,599 MPa, lo que supone aproximadamente 55%. El valor posterior aumentó de 1,119 a 2,432 MPa, lo que supone un incremento de aproximadamente 117%. Esto sugiere una mayor ventaja en el intervalo de deformación posterior para esa combinación.
Con la dosis más alta de acero, el SF50PP6 superó al SF50 en aproximadamente 23% en el índice anterior y en unos 74% en el índice posterior, según los cálculos realizados a partir de las medias tabuladas. Se trata de adiciones de Macro Fiber a las cantidades de acero existentes. Por sí solas, no demuestran una sustitución del acero ni aíslan un efecto de interacción puro: el contenido total de fibra también aumentó.
Reducir el acero y añadir Macro Fiber
La comparación útil entre sustitutos es la del SF30PP4 frente al SF50. El contenido de acero se redujo de 50 a 30 kg/m³, lo que supone una reducción de 40% en la masa de acero, mientras que se añadieron 4 kg/m³ de Macro Fiber. La resistencia equivalente anterior era aproximadamente 10% inferior, y la resistencia equivalente posterior era aproximadamente 18% superior.
Se trata de una compensación condicional. Permite estudiar la sustitución parcial cuando el rango de deformación posterior es relevante. No garantiza un rendimiento equivalente en todas las aperturas de grieta, ni una resistencia a la compresión equivalente, ni autoriza a reducir el acero según la norma 40% en otro proyecto. La respuesta de diseño aceptable debe determinar qué mezcla cumple los requisitos.
Por qué la sustitución masiva puede resultar engañosa
El acero y el polipropileno tienen densidades muy diferentes. Según los valores del estudio, 50 kg/m³ de acero equivalen aproximadamente a 0,64% de volumen de hormigón. La combinación de 30 kg/m³ de acero y 4 kg/m³ de macrofibra equivale aproximadamente a 0,38% de acero más 0,44% de macrofibra, lo que supone un volumen total de fibra de 0,82%.
Por lo tanto, el híbrido utilizaba menos masa de acero, pero más volumen total de fibra que el SF50. Su comportamiento refleja los cambios en el material, la geometría, el número de fibras y el contenido total. Una sustitución «kilogramo por kilogramo» ocultaría esas diferencias.
Para realizar una comparación de compras, anota tanto la dosis en masa como la fracción volumétrica calculada utilizando las densidades reales de cada tipo de material. Incluye el coste por metro cúbico y cualquier variación en la mezcla, los aditivos, los ensayos y el acabado. Reducir la masa de acero en un 40% no es lo mismo que reducir el coste total del hormigón en un 40%.
Convierte la investigación en un plan de calificación del proyecto
Define primero la respuesta requerida
Especifique la resistencia a la compresión, la exposición, la trabajabilidad y la respuesta tras la aparición de fisuras que debe tener el elemento. Si la capacidad de servicio viene determinada por la apertura limitada de las fisuras, la respuesta inicial puede resultar fundamental. Si la aplicación requiere absorción de energía ante deformaciones mayores, puede ser importante un intervalo posterior. El diseñador estructural selecciona el criterio pertinente.
ASTM C1609/C1609M-24 distingue entre la resistencia a la flexión de primer pico y la resistencia residual a deflexiones específicas. Un proyecto que utilice ese método debe validar las mezclas propuestas con arreglo a dicho método. No se deben convertir directamente los valores históricos de resistencia equivalente en valores de aceptación según la norma C1609 sin una correlación justificada.
Comparar una matriz de ensayos prácticos
Incluye un control, la mezcla actual compuesta únicamente por acero y las mezclas candidatas. Cuando el objetivo sea estudiar la sinergia, considera realizar comparaciones en las que se controle tanto el volumen total de fibra como las alternativas de producción. Mantén la uniformidad en los materiales y el curado, y comunica la variabilidad de las probetas junto con las medias. Esto ayuda a distinguir una mezcla útil de la dispersión normal o de un aumento del refuerzo total.
Comprueba la dispersión a escala de producción. Introduce ambos tipos de fibra a un ritmo controlado en la mezcla en movimiento, siguiendo la secuencia aprobada en los ensayos. El hecho de que la mezcla haya salido bien en el recipiente de laboratorio no garantiza que vaya a salir bien en una hormigonera, una línea de bombeo o un sistema de hormigón proyectado. Registra el aire, la retención del flujo, el rendimiento del lote, las cantidades de fibra y el comportamiento durante el vertido.
Comprobar las condiciones de diseño más allá del ensayo de vigas
La carga sostenida y la fluencia, la fatiga, los impactos, el fuego, la exposición a la corrosión, las uniones y los detalles de los elementos pueden requerir pruebas independientes. El hecho de que un componente sea de polipropileno no implica que el acero restante en una estructura híbrida esté libre de corrosión. Del mismo modo, los resultados de un ensayo estático en una viga no permiten determinar todas las propiedades de impacto o sísmicas.
ACI SPEC-544.12-23 establece una especificación basada en el rendimiento para losas sobre terreno y capas de recubrimiento reforzadas con fibra. Se deben respetar el ámbito de aplicación definido y el rendimiento residual exigido. La sustitución de fibras de acero discretas en una mezcla es, además, una decisión distinta a la de eliminar barras o armaduras de alambre soldado de una estructura.
Selecciona los grados actuales de Ecocretefiber™ para la prueba
Nuestro Macrofibra Ecocretefiber™ y gama de fibras de acero Ofrezca opciones para la evaluación del proyecto actual. Confirme la calidad exacta, las dimensiones, la forma, las propiedades de tracción, la densidad y los informes de ensayo correspondientes. Un producto de acero con extremo en forma de gancho no es lo mismo que la fibra de acero con muesca utilizada en el experimento histórico.
Shandong Jianbang puede analizar las longitudes propuestas, el embalaje y los detalles de suministro para la producción de prueba. Facilite la dosificación de acero actual, la mezcla base, el método de colocación, los criterios de diseño y el objetivo de coste. La prueba debe demostrar si el híbrido propuesto cumple con todas las especificaciones antes de que se fije el precio o se apruebe la sustitución.
Preguntas frecuentes
¿La fibra macro siempre aumenta la resistencia a la compresión?
No. En la serie de siete mezclas, los resultados de compresión y de tenacidad siguieron tendencias diferentes. Especifica el grado de resistencia requerido por separado para cada mezcla propuesta.
¿Pueden las fibras Macro Fiber de 4 kg/m³ sustituir a las fibras de acero de 20 kg/m³?
Esa combinación arrojó un resultado prometedor en ensayos de flexión en fase avanzada en un sistema de laboratorio concreto. El índice de resistencia equivalente y la resistencia a la compresión iniciales fueron inferiores a los de la mezcla compuesta únicamente por acero de 50 kg/m³. Un nuevo proyecto requiere sus propios ensayos de mezcla y la aprobación del diseño.
¿La resistencia a la flexión equivalente es lo mismo que la resistencia residual?
Aunque ambos puedan describir aspectos del comportamiento tras la rotura, el método de cálculo y ensayo es importante. Los índices históricos que aquí se mencionan se basan en la energía. El valor residual en una deflexión C1609 especificada es una magnitud diferente que se indica en los informes.
¿Por qué un híbrido puede mejorar el comportamiento en las últimas fases?
Las fibras con diferentes niveles de rigidez, longitud, unión y extensión pueden comportarse de forma distinta a medida que se abre una grieta. Las curvas y los resultados de resistencia equivalente del estudio respaldan la investigación de ese mecanismo. No lo garantizan para todas las combinaciones de fibras.
¿Un híbrido con menor contenido de acero es automáticamente más barato?
No. Compara el coste total por metro cúbico, incluyendo ambas fibras, los ajustes en la mezcla, la producción, los ensayos y cualquier modificación en la construcción. Aproba el rendimiento antes de afirmar que se han conseguido ahorros.
Analizar con Jianbang una prueba con fibras macro y fibras de acero
Un sistema híbrido resulta útil cuando su respuesta medida se ajusta a los requisitos reales del elemento. Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. ofrece opciones de refuerzo Ecocretefiber™ y ayuda a los clientes a preparar la información del producto para ensayos controlados. Ponte en contacto con nuestro equipo con su referencia de fibra de acero, el rango de deformación deseado y los criterios de aceptación para analizar una posible mezcla de Macro Fiber.
