Hormigón reforzado con fibras

El concepto de utilizar fibras como refuerzo no es nuevo. Las fibras se han utilizado como refuerzo desde la antigüedad. Históricamente, la crin de caballo se utilizaba en el mortero y la paja en los ladrillos de barro. En la década de 1900, se utilizaron fibras de amianto en el hormigón. En los años 50, surgió el concepto de materiales compuestos y el hormigón reforzado con fibras fue uno de los temas de interés. Una vez que se descubrieron los riesgos para la salud asociados al amianto, surgió la necesidad de encontrar un sustituto de la sustancia en el hormigón y otros materiales de construcción. En la década de 1960, se utilizaban en el hormigón fibras de acero, de vidrio (GFRC) y sintéticas (como el polipropileno). La investigación de nuevos hormigones reforzados con fibras continúa en la actualidad.

Las fibras se suelen utilizar en el hormigón para controlar el agrietamiento debido a la contracción plástica y a la contracción por secado. También reducen la permeabilidad del hormigón y, por tanto, el sangrado del agua. Algunos tipos de fibras producen una mayor resistencia al impacto, a la abrasión y a la rotura en el hormigón. Las fibras de acero o sintéticas de mayor tamaño pueden sustituir a las barras de refuerzo o al acero por completo en determinadas situaciones. El hormigón reforzado con fibras ha sustituido casi por completo a las barras en la industria de la construcción subterránea, como los segmentos de túneles, donde casi todos los revestimientos de los túneles están reforzados con fibras en lugar de utilizar barras de refuerzo. De hecho, algunas fibras reducen la resistencia a la compresión del hormigón.

La cantidad de fibras añadidas a una mezcla de hormigón se expresa como un porcentaje del volumen total del compuesto (hormigón y fibras), denominado «fracción de volumen» (Vf). La Vf suele oscilar entre el 0,1 y el 3%. La relación de aspecto (l/d) se calcula dividiendo la longitud de la fibra (l) por su diámetro (d). Las fibras con una sección transversal no circular utilizan un diámetro equivalente para el cálculo de la relación de aspecto. Si el módulo de elasticidad de la fibra es mayor que el de la matriz (hormigón o mortero aglutinante), ayudan a soportar la carga aumentando la resistencia a la tracción del material. El aumento de la relación de aspecto de la fibra suele segmentar la resistencia a la flexión y la tenacidad de la matriz. Una mayor longitud da lugar a una mejor matriz dentro del hormigón y un diámetro más fino aumenta el número de fibras. Para garantizar la eficacia de cada hebra de fibra, se recomienda utilizar fibras más largas que el tamaño máximo del árido. El hormigón normal contiene un agregado de 19 mm de diámetro equivalente que es el 35-45% del hormigón, las fibras más largas de 20 mm son más eficaces. Sin embargo, las fibras demasiado largas y no tratadas adecuadamente en el momento del procesamiento tienden a «hacerse bola» en la mezcla y crean problemas de trabajabilidad.

Las fibras se añaden para la durabilidad a largo plazo del hormigón. El vidrio y el poliéster se descomponen en condiciones alcalinas del hormigón y varios aditivos y tratamiento de la superficie del hormigón.

Los revestimientos de túneles de Alta Velocidad 1 incorporaron hormigón que contenía 1 kg/m3 o más de fibras de polipropileno, de diámetro 18 & 32 μm, dando los beneficios que se indican a continuación. La adición de fibras de polipropileno de diámetro fino, no sólo proporciona un refuerzo en el revestimiento del túnel, sino que también evita el «desconchado» y el daño del revestimiento en caso de incendio por accidente.