Pavimentos industriales

L lt hi t ti id d d lLa alta hiperestaticidad de lasestructuras de dos dimensionescomo los pisos genera, incluso enpresencia de una buena ductilidadpresencia de una buena ductilidaddebida al renfuerzo con fibras, unaumento significativo en la cargade rotura por esfuerzos de flexión.

En este caso la armadura de fibras deEn este caso, la armadura de fibras deacero puede sustituir integralmente labarras de acero o malla soldada.

Además, las fibras juegan un contrastef i l ió lefectivo para la retración y las

tensiones cíclica (fatiga) aumentandola DURABILIDAD de la estructura .

Pisos Industriales en Hormigon Fibroreforzado.Por que una solución eficiente?q

•Operación mas RÁPIDA Y ECONÓMICA (eliminación de mano de obra y tiempo de colocación de refuerzo) Eliminación del acero

convencional sea por retracción o por flexiónconvencional, sea por retracción o por flexión.

•Optimización de cantidad de juntas.

•Mayor resistencia al IMPACTO

•Mayor resistencia al CONGELAMIENTO–DESCONGELAMIENTOMayor resistencia al CONGELAMIENTO DESCONGELAMIENTO

•Mejor comportamiento a FATIGA, incremento de la durabilidad de la superficie y juntas.p y j

•Sección resistente a flexión HOMOGENEAMENTE EN TODO SU ESPESOR

Esquema de las etapas de ejecución de un piso industrialEsquema de las etapas de ejecución de un piso industrial

4. Adictivos en la superficie;5. Acabadoras de Superficie (helicópteros);6. Corte de las Juntas;

0. Preparo de la Base;1. Vaciado del Concreto; 2. Proceso de Vibrado (regla vibratoria o Laser Screed); ;

7. Proceso de Curado y Sello de las juntas.( g );

3. Acabado superficial con Aplanadora;

Reducción de espesores con la Reducción de espesores con la li ió d l h i ó fib f dli ió d l h i ó fib f daplicación del hormigón fibroreforzadoaplicación del hormigón fibroreforzado

Solución convencional:Solución convencional:• 20 cm de hormigón;

Solución fibrorefrozada:Solución fibrorefrozada:• 17 cm de hormigón fibroreforzado;20 cm de hormigón;

• 2 capas de refuerzo;• 5 cm de hormigón pobre.

• 17 cm de hormigón fibroreforzado;• 30 kg/m³ de fibras de acero;• 0,6 kg/m³ de fibras de PP.

Misma capacidad de carga, menor costo, mayor eficiencia!Misma capacidad de carga, menor costo, mayor eficiencia!

Problema de spalling en los bordesProblema de spalling en los bordes

Menor mantenimiento con la solución fibroreforzada!Menor mantenimiento con la solución fibroreforzada!Menor mantenimiento con la solución fibroreforzada!Menor mantenimiento con la solución fibroreforzada!

Pisos de juntas ampliadas o estandard?

Definición:Definición:“Significativa ampliación del espaciado de juntas de control„medidas desde 10 mts en adelantemedidas desde 10 mts en adelante.

• Disminución o minimización de juntas de control.j

• Manutención.

Sistema de juntas ampliadasDefinicion:Definicion: SistemaSistema Hormigón fibrorefrozadoHormigón fibrorefrozadoDefinicion: Definicion: SistemaSistema –– Hormigón fibrorefrozadoHormigón fibrorefrozado

C t dC t dConcepto de Concepto de optimización de optimización de

mezcla demezcla de

Optimización Optimización del compuesto del compuesto fibrorefor adofibrorefor adomezcla de mezcla de

hormigónhormigónfibroreforzadofibroreforzado

Concepto de Concepto de optimización de curadooptimización de curadooptimización de curadooptimización de curado

Obj ti lObjetivo general :

• Material de construcción optimizado• Material de construcción optimizado.

• Estructuras mas resistentes.

• Espesores optimizados y eficientes.

• Pisos libres de mantenimiento de juntas.

• Alta durabilidad

Obj ti T ló iObjetivo Tecnológico:

Hormigón con:Hormigón con:

• Bajo potencial de encogimientoj p g

• Control de temperatura

• Alta durabilidad

P á t id l l ió l dParámetros a considerar para la colocación y el curado:

• Exposición (Externo/Interno)• Exposición (Externo/Interno)• Temperatura ambiental• Velocidad del viento• Humedad• Temperatura del hormigón• Aditivos de la mezcla

Tipo y duración del curadoTipo y duración del curado

Obj ti d l t l i d fibObjetivo de la tecnologia de fibras:

• Doble efecto en el hormigón verde y endurecido;• Doble efecto en el hormigón verde y endurecido;

• Usar apropiados compuestos fibrosos;p p p

• Trabajabilidad.

Performance de las fibras:

t=0 t=28 d

Fase temprana:• Retracción capilar

(retracción plástica debido

Fase final:• Cargas aplicadas

durante el desempeño(retracción plástica debido a la evaporación)

• Cargas aplicadas en

durante el desempeño de la estructura

• Contracción a largo g pconcreto verde

• MICRO FIBRA PLASTICA

gplazo.

• MACRO FIBRA ACERO• MICRO FIBRA PLASTICA • MACRO FIBRA ACERO

Mix designsAreas ≤ 500 m²Areas ≤ 500 m²

C li i di

DiseñoDiseño de de mezclamezcla::

Cargar livianas a medias • Concrete class C20/25• 300 kg/m³ CEM I 32.5

(4 .. 6 ton cargaconcentrada, montacargas ligero a

• Max. agregado16 .. 32 mm2 30 k / ³ fib dmontacargas ligero a

medio)• 25 .. 30 kg/m³ fibras de

acero600 / ³ fib PP• 600 g/m³ fibras PP

Mix designsAreas Areas >> 500 m²500 m²

C Li i di

Mix design example:Mix design example:

Cargas Livianas a medias • Concrete class C25/30• 300 kg/m³ CEM

(4 .. 6 ton cargas concentradas, montacargas liviano a

g• 40 kg/m³ fly ash• Max. aggregate sizemontacargas liviano a

medio)Max. aggregate size16 .. 32 mm

• 35 kg/m³ steel fibersg• 900 g/m³ PP fibers

AA 500 ²500 ²Mix designs

Areas Areas >> 500 m²500 m²

Cargas altas

Mix design example:Mix design example:Cargas altas

(6 .. 10 ton cargas • Concrete class C30/37• 340 kg/m³ CEM( g

concentradas, montacargas mediano a alto)

340 kg/m CEM• 40 .. 50 kg/m³ fly ash• Max agregado• Max. agregado

25 -32 mm• 40-45 kg/m³ fibras de40 45 kg/m fibras de

acero• 900 g/m³ fibras PPg

Sistema optimizado - HormigónObjetivo: Hormigón de baja contracción plastica y

A i d ti tid d d t

Objetivo: Hormigón de baja contracción plastica y temperatura controlada

Apropiado tipo y cantidad de cementoAlto grado de hidratación:– Fibras de polipropilenoFibras de polipropileno – Fly ashBaja cantidad de agua:– Debajo de w/c - ratio: < 0.50Línea máxima de agregados max. 32 mmS tit ió d tSustitución de cemento:– Fly ash para consistencia

Fibras de AceroDosificaciones Típicas:Dosificaciones Típicas:

•• Pisos Pisos 20 20 –– 40 kg/m³40 kg/m³(0.25 (0.25 –– 0.51 Vol.0.51 Vol.--%)%)

promedio:promedio: 25 kg/m³25 kg/m³

•• Proyectado:Proyectado: 25 25 –– 60 kg/m³60 kg/m³yy gg(0.32 (0.32 –– 0.76 Vol.0.76 Vol.--%)%)

promedio:promedio: 40 kg/m³40 kg/m³promedio:promedio: 40 kg/m40 kg/m

Dosificación de fibras de acero

Efectividad:Efectividad:• Altas dosificaciones incrementa la resistencia y capacidad

M t í i d d ifi ió it d i i• Mantener un mínimo de dosificación para evitar desviaciones sustánciales de los resultados.

TrabajabilidadTrabajabilidad::• Altas dosificaciones afectan levemente el revenimientoAltas dosificaciones afectan levemente el revenimiento

MetodoMetodo de de deseñodeseño

Método de Diseño Método de Diseño σσ−−εεResistencia Resistencia à RelacciónEquivalente

xtracción axial

εI

σ − ε

Mhh-x

εII

εI

σeq

σfax,II

σfax,I

Factores Relacción

II

σfax,II

σfax,I

Factores Relacción

RILEMRILEM, 2001, 2001DBVDBV, 2001, 2001DBVDBV, 2001, 2001

CompresiónTensión − σfc [N/mm²] Compresión(Eurocode 2)

Tensiónfctd,2 = 0.45 · feq,2 · αfc/ γct

f = 0 37 f α / γ

σfc [N/mm ]

fctd,3 = 0.37 · feq,3 · αfc/ γct

αfc = 0.85 (long term load factor)γct = partial safety factorγct partial safety factor

εf [%0] ε [%0]

10

f (f i l)

εfc [%0] − εfc [%0]

2.0 3.5

0.1fctd,2fctd,3

fctd,ax (fuerza axial)

σfc [N/mm²]fc

Método de Diseño Método de Diseño σσ−−εεétodo de se oétodo de se o σσ εε

Transición para el Estado FisuradoTransición para el Estado Fisurado

eqf=σ cteq,f

2dbfWM I ⋅⋅=⋅= σ bzxdfM t

II ⋅⋅−⋅= )(

Resistencia Equivalente Resistencia Equivalente

6fWM eqσ bzxdfM cteq, )(

COMPARATIVO MECÁNICO MALLA COMPARATIVO MECÁNICO MALLA -- FIBRAFIBRA

PISOS Y PAVIMENTOS - DIMENSIONAMIENTO

ESCUELA AMERICANA:• Más Conservadora;• Pisos de mayor espesor;Pisos de mayor espesor;• Concreto simple;

Fórmulas Clásicas de Westergaard;• Fórmulas Clásicas de Westergaard;• Losas con pequeñas dimensiones.

(1927 – Westergaard - Limite Elástico del Material)

Teoria ElásticaTeoría segúnTeoría segúnWestergaard (1926)Westergaard (1926)• Losa y base consideradas como

elásticas• Tensiones ficticias• Aplicable para pisos no reforzados• Aplicable para pisos no reforzados

flctf ,max ≤σ f,

PISOS Y PAVIMENTOS - DIMENSIONAMIENTO

ESCUELA EUROPEA:• Fundamentada en ensayos con baseen los trabajos de Mayerhof y Lösberg;j y y g;

• Losas más delgadas;• Utiliza refuerzos: Mallas fibras etc ;Utiliza refuerzos: Mallas, fibras, etc.;• Losas de dimensiones elevadas.

(1961 – Losberg y 1962 Mayerhof)( g y y )

PISOS Y PAVIMENTOS - DIMENSIONAMIENTO(1980 – Modelos Plásticos)

LUSAS Modeller 14.0-3 - C:\Lusas140\Projects\Slab.mdl February 06, 2007

Loadcase: 1

Title: Loadcase 1

Yeld Line Theory: • Europa (TR34)

Title: Loadcase 1

Results File: 0

Entity: Displacement

Component: DZ

-0.212749

-0.425499

-0.638248

-0.850997

-1.06375

-1.2765

-1.48925

• Europa – (TR34)• EUA – (ACI 360R-06)

0.212749

0.0

Max 0.374119 at Node 2

Min -1.54062 at Node 541

XY

Z

Mecánica de la Fractura No LinealTitle: Maccaferri Test Slab on ground Units: N,mm,t,s,K

Elementos FinitosElementos Finitos

Yield line theoryTeoría segúnTeoría segúnMeyerhof (1962)Meyerhof (1962)• Base considerada como elástica• Losa considerada como elasto-

plásticaTensiones medidas• Tensiones medidas

• Tensiones verificadas con pruebas experimentales

)(fF )( uu mfF =

Mecánica de la Fractura (NLFM – method)

Officine Maccaferri S.p.A. en conjunto con las Universidades de Bergamo y Brescia Itália:Bergamo y Brescia, Itália:

• Ensayos experimentales en escala natural de pisos en CRFA e RC• Desarrollo del método NLFM para pisos en CRFA• Validación del modelo experimental vs. numérico • Caracterización en viguetas (prueba de tenacidad)• Desarrollo de herramientas para proyecto de pisos y pavimentos

reforzados con fibrase o ados co b as

Comparación entre los Métodos500

400

L=4mt=0.2m

300

oad

[kN

]

200

laps

e Lo

100

Col

l

NLFM analysisYield lines methodWestergaard method

0 0 03 0 06 0 09 0 12 0 15 0 18 0 21 0 240

0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24Winkler constant k [N/mm3]

Las características mecánicas de los hormigones (con diferentes clases de resistencia)reforzados con diferentes tipos y dosis de fibras Wirand se determinaron en una

Investigación y experimentación

reforzados con diferentes tipos y dosis de fibras Wirand se determinaron en unainvestigación teórica y experimental de la Universidad, diseñada para utilizar este materialcompuesto en la producción pisos industriales.

FaseFase 11:FaseFase 11:Los tests de flexión sobre la vigueta UNI 11039 para determinar el comportamiento carga-apertura de fissura de el hormigón reforzado con fibras de acero, en diferentes dosis ydiferentes clases de hormigón.

FaseFase 22:Determinación de la ley constitutiva tensión-apertura de las grietas.

FaseFase 33:Las simulaciones numéricas del comportamiento de las placas de hormigón reforzado confibras sometidas a una carga concentrada central, para diferentes espesores, modulos de

ió l d ifi i d l fib l á d li ió d l freacción, las dosificaciones de las fibras y las áreas de aplicaión de la fuerza.

FaseFase 44:La comparación entre simulaciones numéricas y la placa de prueba en tamaño realLa comparación entre simulaciones numéricas y la placa de prueba en tamaño real(3.00x3.00m).

FaseFase 11:Los tests de flexión sobre la vigueta UNI 11039 para determinar elcomportamiento carga-apertura de fisura de el hormigón reforzado con fibrascomportamiento carga apertura de fisura de el hormigón reforzado con fibrasde acero, en diferentes dosis y diferentes clases de hormigón.

Tests su travettiC25/30 C30/37 C40/50

0 8 8 820 8 8 830 8 8 8 Mix design per 1 m3 U. M. Quantity30 8 8 840 8 8 850 8 8 8

g p ySand (0-4) kg/m3 1000Gravel (0-16) kg/m3 450Gravel (0-20) kg/m3 450Cem II/A-II 32,5 R kg/m3 345Plasticizer addictive kg/m3 3 8Plasticizer addictive kg/m3 3,8Water (W/C = 0.55) kg/m3 190Wirand Fibres FF1 (1.00x50) kg/m3 30Compressive concrete class (Rck) (Mpa) 30Exposure (EN 206) 2aMaximum aggregate diameter 20Maximum aggregate diameter 20Consistence class (EN 206) S5

Stress

FaseFase 22:Determinación de la ley constitutiva tensión-apertura σσ--ww de las grietas.

fct

Stressσ

Break point

wcw1

s1

Break point

GF Crack width w

Wirand HR fibers-fc,cube=30 MPa4

2

2,5

3

3,5

ss

sn

[MPa

]

plain concreteVf=0.38% (30 kg/m3)

0

0,5

1

1,5

0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 3 5

Nom

inal

stre

s

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5CTOD m [mm]

FaseFase 33:Las simulaciones numéricas del comportamiento de las placas de hormigónreforzado con fibras sometidas a una carga concentrada central para diferentesreforzado con fibras sometidas a una carga concentrada central, para diferentesespesores, modulos de reacción, las dosificaciones de las fibras y las áreas deaplicaión de la fuerza.

L = 4000 mm

Parametri strutturali:

S = 150 – 200 – 250 – 300 – 350 mm

Kw = 0.03 – 0.06 – 0.09 – 0.12 – 0.15 – 0.18 – 0.21 N/mm3

a = 20 - 380 mm

Parametri Materiali:5 x 7 x 2 = 70

Vf = 0 - 20 - 30 - 40 - 50 kg/m3

C25/30 - C30/37 - C40/50

70 x 5 x 3 = 1050

Análisis Numérica – Resultados

900

1000C30/37 20 kg fibre - Impronta Max

700

800

900

kk

500

600

d Fa

ilure

[kN

]

200

300

400Load

0

100

200

Slab thickness [mm]

100 150 200 250 300 350 400

FaseFase 44:La comparación entre simulaciones numéricas y la placa de prueba en tamañoreal (3.00x3.00m).

Suolo alla WinklerSuolo alla Winkler 64 molle64 molle

FaseFase 44: ParticolaresParticolares

Suolo alla Winkler Suolo alla Winkler –– 64 molle64 molle

k=0.08 N/mm3

FaseFase 44: StrumentacionesStrumentaciones parapara laslas deformacionesdeformaciones verticalesverticales yy parapara lala medidamedidadede aberturaabertura dede lala grietagrieta

Vertical displacement

Crack opening

FaseFase 44: Comparación de las simulacionessimulaciones numericasnumericas y de la pruebaprueba enmedida real (3.00x3.00m)

250

300oa

d [k

N]

Fu,num=245.3

200

250

Lo Fu,exp=238.6

150

50

100

0

50

Displacement [mm]

0 1 2 3 4

Experimental vs. numérica

LosLos diversosdiversosLosLos diversosdiversospuntospuntos dede cargacarga

1500

3000

200

200 15

00

1500

3000

R60 - FF1 - 35 kg/m3 - Vf=0,45%6

R60 - FF1 - 45 kg/m3 - Vf=0,57%9

Comparación: Numerica vs. Experimental

3

4

5

6

ess

sN [M

Pa]

5

6

7

8

ress

sN [M

Pa]

0

1

2

3

Nom

inal

Str

e Experimental

Numerical

0

1

2

3

4

Nom

inal

Str

Experimental

Numerical

00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

CTODm [mm]

00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

CTODm [mm]

R60 - FF3 - 25 kg/m3- Vf=0,32%-6 R60 - FF3 - 35 kg/m3- Vf=0,45%6

-5

-4

-3ress

sN [M

Pa]

3

4

5

ess

sN [M

Pa]

-2

-1

0

Nom

inal

St

ExperimentalNumerical

1

2

3

Nom

inal

Str

e

Experimental

Numerical

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5CTODm [mm]

00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

CTODm [mm]

Consideraciones Finales• El concreto con fibras puede ser dosificado y controlado

correctamente según normas y métodos precisos, sin el uso de condiciones empíricas.

E i t d l l b• Es importe que quede claro en lo que se busca como prestación de servicio con la utilización del HRFA, para que se pueda obtener una adecuada orientación sobre leque se pueda obtener una adecuada orientación sobre le

dosificación, tipo de fibra y concretos adecuados para cada aplicación, de acuerdo con la buena técnica y atendiendo las

á ti d i i íprácticas de ingeniería.

Muchas Gracias! uc as G ac as