Una viga de hormigón puede soportar una carga considerable antes de que aparezca su primera grieta importante, para luego perder capacidad rápidamente. En el caso de un forjado, un recubrimiento, un elemento prefabricado o una capa de reparación, la carga tras la aparición de grietas puede ser tan importante como el primer pico de carga. Resistencia a la flexión describe cómo el material sigue resistiendo a la flexión y absorbiendo energía a medida que se deforma.
En Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., ayudamos a los compradores a relacionar la elección de la fibra con el comportamiento del hormigón acabado. La cuestión fundamental no es si una fibra es resistente por sí misma, sino si la fibra elegida, la dosis y la mezcla permiten que el hormigón soporte la carga requerida una vez que comienza a abrirse una fisura.
Pruebas controladas sobre Fibras de PAN y PVA Veamos un ejemplo ilustrativo. Ambas fibras transformaron la respuesta frágil de la viga en una respuesta más gradual tras la aparición de la fisura. Sus resultados también muestran por qué una mayor dosis, un módulo más alto y una carga máxima nunca deben considerarse medidas intercambiables de la tenacidad.
Qué mide la tenacidad a la flexión
La resistencia a la flexión suele indicar un valor relacionado con la carga en una fase concreta de la flexión. La tenacidad describe la energía absorbida en una parte determinada de la curva de carga-deformación. Esa energía viene representada por el área bajo la curva hasta una deformación determinada. Una viga que soporta cierta carga durante un desplazamiento mayor puede absorber más energía que una viga que falla repentinamente tras alcanzar su valor máximo.
El comportamiento residual a la flexión plantea una cuestión relacionada: ¿cuánta carga o resistencia calculada queda cuando se alcanza una deflexión determinada o se abre una fisura? Estos parámetros tienen fines distintos. Una especificación debería indicar el método de ensayo, la deformación objetivo y el valor de aceptación, en lugar de limitarse a exigir “alta tenacidad”.
Las fibras cubren las grietas porque atraviesan el plano de fractura. A medida que ambos lados se separan, las fibras incrustadas transmiten la carga gracias a la resistencia de adherencia y a la resistencia al desprendimiento. Su número, orientación, longitud y grado de incrustación determinan el resultado. La resistencia a la tracción de las fibras solo resulta útil si la matriz transfiere la fuerza a las fibras y estas siguen siendo eficaces en los anchos de grieta que son relevantes para el proyecto.
El hormigón normal suele presentar una caída brusca de la carga una vez que se forma una fisura dominante. Una viga reforzada con fibras puede presentar una carga decreciente, pero sostenida, tras alcanzar el pico. Esto sigue siendo una mejora significativa, incluso cuando el primer pico no aumenta mucho. No significa que el elemento pueda sustituir al armadura diseñada sin una comprobación técnica.
Lo que revelan las pruebas de vigas PAN y PVA
A estudio publicado sobre la flexión Se comparó el hormigón simple con dos familias de hormigón con fibras sintéticas. Los investigadores utilizaron fibras de poliacrilonitrilo (PAN) y alcohol polivinílico (PVA) de 12 mm. Cada familia contaba con cuatro dosificaciones: 0,9; 1,2; 1,5 y 1,8 kg/m³. La mezcla base tenía una relación agua-ligante declarada de 0,4, y estaba compuesta por cemento, cenizas volantes, arena, piedra triturada, agua y un aditivo de policarboxilato.
Las vigas medían 400 × 100 × 100 mm y se sometieron a ensayo en un vano de 300 mm. Se practicó una muesca de 15 mm de profundidad en la parte inferior de la viga. En el ensayo se aplicó una carga central en flexión de tres puntos. Un sensor de desplazamiento registró la deflexión en el centro del vano, mientras que un medidor de pinza situado en la muesca registró el desplazamiento de apertura de la boca de la fisura (CMOD).
La viga de control sin revestimiento perdió capacidad rápidamente tras alcanzar su valor máximo. Las vigas de PAN y PVA continuaron soportando carga tras la aparición de grietas. Este cambio se aprecia en la forma de las curvas de carga-deformación y se cuantifica mediante la energía y la resistencia a la flexión equivalente en intervalos de deformación específicos.
Este hallazgo tiene una limitación clara. Estos resultados corresponden a esas fibras en concreto, a esa mezcla, a esas dimensiones de la viga y a esa configuración de carga. No se debe asignar automáticamente el mismo rendimiento numérico al producto de un proveedor que, aunque tenga el mismo nombre de polímero, presente una geometría, un acabado o una resistencia diferentes.
Los resultados de la dosificación en su contexto
Los ensayos midieron la contribución de las fibras a la energía absorbida en dos intervalos posteriores a la rotura, expresados como D1f y D2f en N·mm. También se calcularon las resistencias a la flexión equivalentes, feq1 y feq2, en MPa. El valor feq2, más tardío, resulta útil para determinar si la viga conserva su capacidad a mayor profundidad en su deformación.
| Fibra | Dosis en kg/m³ | Energía inicial D1f N·mm | Energía posterior D2f N·mm | Resistencia equivalente posterior: feq2 MPa |
| PVA | 0.9 | 2,000.60 | 2,271.56 | 0.40 |
| PVA | 1.2 | 1,809.05 | 2,230.07 | 0.41 |
| PVA | 1.5 | 2,169.46 | 2,828.77 | 0.51 |
| PVA | 1.8 | 2,178.34 | 2,747.70 | 0.49 |
| PAN | 0.9 | 1,384.95 | 1,518.90 | 0.27 |
| PAN | 1.2 | 1,453.10 | 1,740.58 | 0.32 |
| PAN | 1.5 | 1,867.18 | 2,170.55 | 0.39 |
| PAN | 1.8 | 2,150.93 | 2,562.25 | 0.46 |
Estos valores son resultados de estudios, no garantías del producto Ecocretefiber™. Solo deben compararse dentro de la configuración de ensayo indicada. El significado exacto de cada índice de energía y de resistencia equivalente se ajusta a los intervalos de desplazamiento definidos en dicho ensayo; no se trata de un valor universal de resistencia residual.
El rendimiento del PAN aumentó por encima del nivel probado de 1,8 kg/m³. El estudio señala la formación de grumos de fibra por encima de ese nivel en las condiciones de mezcla utilizadas. La resistencia equivalente tardía del PVA alcanzó los 0,51 MPa a 1,5 kg/m³ y descendió a 0,49 MPa a 1,8 kg/m³. Su valor energético tardío también disminuyó ligeramente. Por lo tanto, una mayor cantidad no proporcionó un mejor resultado en la fase tardía para todas las fibras.
Para esa mezcla concreta, el texto principal y la conclusión sugerían aproximadamente entre 1,5 y 1,8 kg/m³ de PAN y entre 1,2 y 1,5 kg/m³ de PVA para la tenacidad a la flexión. El resumen indica un límite inferior ligeramente diferente para el PVA. Aquí nos basamos en el análisis principal de los ensayos. Ninguno de estos intervalos constituye una dosificación predeterminada para otro proyecto. Comience con la mezcla del proyecto y defina el resultado deseado antes de establecer un rango de prueba.
Por qué un mayor consumo de fibra puede dejar de ser beneficioso
La incorporación de fibras aumenta el número potencial de puentes que se forman a lo largo de una fisura. Además, modifica la mezcla fresca. A un contenido más elevado, las fibras pueden formar grumos, restringir el movimiento de los áridos y dificultar la compactación. El aire atrapado o una zona local débil pueden contrarrestar el beneficio del refuerzo adicional.
El límite práctico depende de las dimensiones de las fibras, la estructura del haz, el tratamiento superficial, la granulometría de los áridos, el contenido de pasta, la compatibilidad de los aditivos, la energía de la mezcladora y el método de colocación. Una dosificación que se disperse bien en una mezcladora de bandeja de laboratorio puede comportarse de forma diferente en una hormigonera o en una planta de prefabricados.
Fíjate tanto en la parte inicial como en la final de la curva. Una mezcla podría mejorar su resistencia equivalente inicial, pero no lograr mejorar la retención de carga con una deflexión mayor. La serie PVA ilustra esa distinción. Un único “porcentaje de mejora” puede ocultar qué parte del comportamiento ha cambiado.
Por lo tanto, la mejor dosificación es una decisión de ingeniería, no la cantidad máxima que pueda admitir una mezcladora. Mide la trabajabilidad en fresco, el aire, la distribución, el acabado y la respuesta a la flexión en estado endurecido en cada nivel de ensayo. Descarta las bolas de fibra antes de interpretar un resultado favorable a partir de un número reducido de vigas.
PAN frente a PVA: lo que la comparación puede y no puede demostrar
En la comparación controlada, el hormigón con PVA absorbió más energía y presentó una resistencia a la flexión equivalente mayor que el hormigón con PAN con la misma dosificación en masa. La fibra de PVA utilizada en ese trabajo tenía un módulo de elasticidad de aproximadamente 12,45 GPa, mientras que el de la fibra de PAN era de unos 11,48 GPa. Ambas tenían la misma longitud nominal de 12 mm.
El módulo de elasticidad no era la única diferencia. También variaban los diámetros de los filamentos, las fuerzas de tracción medidas, las densidades y la interacción con la matriz de cemento. Los investigadores no mantuvieron constantes todas las propiedades y modificaron únicamente el módulo. Es más preciso afirmar que el producto de PVA analizado superó al producto de PAN analizado que afirmar que el módulo por sí solo fue la causa de toda la diferencia.
Las fibras de PVA suelen tener una gran afinidad con la pasta de cemento. La adherencia puede ayudar a transferir la carga en una fisura fina, mientras que una adherencia excesiva en un compuesto específico diseñado a medida puede provocar la rotura de la fibra en lugar de un desprendimiento útil. Las fibras de PAN también pueden salvar microfisuras, pero su respuesta real depende del tipo y de la interfaz. Solicita datos sobre vigas de hormigón cuando la decisión de compra dependa del comportamiento tras la aparición de fisuras.
La dosificación en masa también enmascara una diferencia de densidad. El estudio indicaba que el PVA tenía una densidad de 1,26 g/cm³ y el PAN, de 1,18 g/cm³. Unos kilogramos por metro cúbico iguales no equivalen exactamente a volúmenes de fibra iguales. El diámetro influye en el número de filamentos y en el número total de posibles puntos de intersección con una grieta. Para realizar una comparación justa se necesita algo más que una etiqueta de masa equivalente.
Ecocretefiber™ ofrece Fibra de PVA para materiales cementosos y Fibra PAN para hormigón y asfalto. En nuestras páginas de productos actuales se describen varias longitudes y diferentes especificaciones de calidades. No sustituya los valores de fibra individual publicados por las fibras exactas utilizadas en el estudio. Solicite la ficha técnica actualizada y pruebe la calidad seleccionada en su propia mezcla.
Preguntas relacionadas con la deflexión y el CMOD
La deflexión en el punto medio es el movimiento que experimenta la viga en su centro al someterse a una flexión. El CMOD mide la abertura en la boca de la muesca realizada con sierra. A menudo, ambas lecturas evolucionan de forma paralela una vez que se desarrolla una fisura dominante, pero no corresponden al mismo desplazamiento.
En los ensayos con PAN, la relación durante el intervalo posterior al pico seleccionado fue casi lineal. El estudio propuso una expresión empírica que relaciona la deflexión, el CMOD y la dosis de PAN para sus vigas. Dicha ecuación se ajustó tras excluir una región inicial no lineal y simplificar las intersecciones individuales de la regresión. No debe copiarse en una hoja de cálculo de diseño para diferentes tamaños de vigas, tipos de fibra o métodos de carga sin una nueva validación.
La medición del CMOD puede resultar práctica cuando el medidor de clip está firmemente fijado en una muesca controlada. La deflexión en el punto medio del vano requiere una configuración cuidadosa de los sensores y una medición de referencia. Ninguno de los dos métodos justifica un bastidor de carga inestable, una geometría deficiente de la muesca o un curado irregular de la probeta.
El comprador debe preguntar qué señal ha dado lugar al rendimiento indicado: carga-deformación o carga-CMOD. Si dos laboratorios indican métricas diferentes, es posible que sus valores numéricos de tenacidad no sean directamente comparables. En cada informe deben incluirse las dimensiones de la probeta, la luz, los detalles de la muesca, el modo de control, el punto de medición y las reglas exactas de cálculo.
Elige la prueba adecuada para el contrato
En el estudio se utilizaron vigas de tres puntos con muesca y carga central, así como los métodos de ensayo y evaluación chinos indicados. ASTM C1609/C1609M-24 En su lugar, evalúa las vigas sometidas a una carga en el tercer punto mediante una curva de carga-deflexión. El método ASTM proporciona datos sobre el comportamiento en el primer pico y en el pico máximo, las cargas y resistencias residuales en deflexiones especificadas, y la tenacidad hasta una deflexión prescrita.
Se trata de sistemas de probetas y de carga diferentes. Un valor calculado a partir del ensayo de tres puntos con muesca no debe volver a etiquetarse como un resultado conforme a la norma ASTM C1609. Aunque ambos métodos se refieran a la tenacidad, la geometría de la viga, la ubicación de la fisura y los puntos finales influyen en el resultado.
Para un proyecto, incluye el método y la edición especificados en el plan de compra y ensayo. Solicita la curva completa y los resultados individuales de cada viga, no solo un promedio. Cuando un contratista deba cumplir un objetivo de rendimiento residual, el informe de ensayo deberá indicar ese valor exacto según el método exigido.
El método de ensayo también debe ajustarse a la decisión de diseño. El control de las grietas por contracción plástica, el comportamiento ante impactos, la capacidad de flexión tras la aparición de grietas y la durabilidad química son cuestiones distintas. Un ensayo de flexión es útil, pero por sí solo no puede demostrar todas estas propiedades.
Un plan de prueba para fabricantes de hormigón
Empieza por el hormigón que se vaya a suministrar realmente. Mantén una mezcla de referencia sencilla y anota los materiales cementosos, la granulometría de los áridos, el agua, los aditivos, el aire y la trabajabilidad deseada. Identifica el objetivo estructural o funcional: fisuración temprana, carga residual posterior, acabado, resistencia al impacto o una combinación de estos.
Selecciona los tipos de fibra PAN o PVA con datos documentados sobre longitud, diámetro, módulo de elasticidad, especificaciones de resistencia a la tracción, tratamiento superficial e identificación del lote. Establece una escala de dosificación práctica en torno al punto de partida propuesto. El rango de valores de laboratorio anterior puede servir de base para iniciar el debate, pero no debe predeterminar la respuesta para otra mezcla.
Añade la fibra siguiendo las instrucciones del producto seleccionado y la secuencia validada de la planta. Aumenta la mezcla lo suficiente como para conseguir una distribución uniforme sin dañar la forma prevista de la fibra. Mantén los ajustes de agua medidos y controlados. Realiza una prueba de la operación prevista de bombeo, pulverización, vertido o acabado como parte de la cualificación.
Prepara suficientes probetas para poder realizar una comparación útil según el método establecido en el contrato. Deja que se endurezcan y somete a ensayo de forma sistemática. Registra la respuesta a carga máxima, el primer pico, los puntos residuales especificados y el punto final de tenacidad. Anota los grumos visibles, los defectos superficiales y las diferencias de aire. Una viga con una concentración inusual de fibras en un plano de fisura no debe considerarse representativa de la producción.
Por último, compara el rendimiento obtenido y el coste total de instalación. El precio de la fibra por kilogramo es solo uno de los factores a tener en cuenta a la hora de tomar una decisión. Una mezcla estable y bien dispersa puede reducir el número de unidades rechazadas y ayudar a la planta a cumplir sus requisitos de aceptación. Pide al proveedor que facilite una prueba con muestras antes de ampliar el pedido.
Cuando la tenacidad a la flexión es fundamental
Las capas de recubrimiento de pavimentos y los suelos industriales deben presentar un comportamiento controlado de las grietas bajo cargas de servicio y tráfico repetido. Los elementos prefabricados deben ofrecer un comportamiento predecible en cuanto a manipulación y flexión. Los morteros de reparación y los elementos cementosos de espesor reducido pueden beneficiarse de la incorporación de fibras que cubran las grietas finas, siempre que la formulación y el acabado sigan siendo prácticos.
El PAN y el PVA deben compararse con otras opciones de refuerzo en función del objetivo del proyecto, y no únicamente por el nombre del polímero. Una microfibra de PP puede seleccionarse principalmente para controlar la contracción plástica temprana. A fibra sintética o de acero de gran tamaño puede tenerse en cuenta cuando la capacidad residual requerida y las disposiciones de diseño pertinentes lo permitan. Nuestro gama de productos de fibra de hormigón incluye estas opciones para diferentes necesidades de aplicación.
El hormigón reforzado con fibras sigue requiriendo un buen curado, una buena planificación de las juntas, una correcta colocación y una buena ingeniería. Las fibras no pueden reparar una subbase deficiente, evitar todas las grietas ni sustituir automáticamente las barras de acero especificadas. La afirmación comercial más sólida es aquella que pueda verificarse mediante un ensayo acordado.
Preguntas frecuentes
¿Una mayor resistencia máxima a la flexión implica una mayor tenacidad?
No. La tenacidad incluye la carga soportada durante la deformación. Dos vigas pueden alcanzar un valor máximo similar, pero soportar cargas muy diferentes tras la aparición de grietas. Solicite la curva completa de carga-deformación y el punto final de tenacidad acordado.
¿Es el PVA siempre mejor que el PAN para la flexión?
N.º 1: Una mezcla controlada arrojó mejores resultados con la fibra de PVA sometida a ensayo, con las mismas dosis en masa. Otros tipos de fibra y fórmulas de hormigón pueden comportarse de forma diferente. Se recomienda validar el producto y el rendimiento deseado en la mezcla del proyecto.
¿Podemos utilizar 1,5 kg por metro cúbico como dosis universal?
No. Esa cifra es una referencia útil para un sistema experimental concreto, no una prescripción estándar. La geometría de la fibra, su clasificación, la pasta, la trabajabilidad, el mezclado y el punto final residual requerido pueden influir en la dosificación adecuada.
¿Qué nos indica el CMOD?
El CMOD es la apertura medida en la boca de la muesca. Sirve para seguir la evolución de la fisura durante un ensayo de viga con muesca. No equivale a la deflexión de la viga, y no se debe aplicar una conversión empírica de un ensayo a otra geometría sin validarla previamente.
¿Por qué una mezcla rica en fibra a veces ofrece peores resultados?
La formación de grumos y el aire atrapado pueden reducir la uniformidad. Una dosificación elevada también puede dificultar el colocamiento o provocar una orientación desfavorable de las fibras. Comprueba el hormigón fresco y la distribución de los resultados de cada viga antes de volver a aumentar la dosificación.
Conclusión
La tenacidad a la flexión es una propiedad que depende de la interacción entre la fibra, el hormigón y el sistema de ensayo. La comparación entre el PAN y el PVA pone de manifiesto mejoras significativas tras la aparición de fisuras, una respuesta a la dosificación que varía según la fibra y la necesidad de analizar el comportamiento residual posterior junto con los resultados iniciales. Un ensayo reproducible ofrece una base más sólida para la toma de decisiones de compra que una única especificación de fibra.
Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. suministra fibras Ecocretefiber™ de PAN y PVA para aplicaciones en hormigón. Indíquenos su diseño de mezcla, método de colocación, norma de ensayo y rendimiento residual requerido. Ponte en contacto con nuestro equipo para seleccionar calidades de muestra y planificar una prueba práctica con vigas antes de realizar una compra a granel.
