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ago. 22 de 2014
Aditivos, adiciones y fibras
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Resumen:

En los últimos años las fibras de polímero se posicionando en el mercado como una de las opciones preferidas para el refuerzo de concretos pretensados y, estructuras de acero y concreto en general.

Productos especiales en la construcción, la nueva tendencia de la industria: Concreto Autocompactante

El peso ligero y la gran resistencia han hecho que cada día sean más utilizadas en la construcción de placas y otros elementos estructurales.


Las fibras de polímero se posicionan como una opción de refuerzo

Concreto con fibras.

Por lo general las fibras de polímero reforzadas son a base de resina termoestable (poliésteres insaturados, ésteres de vinilo y epoxis), cuyo principal problema es que se pueden encender con facilidad y quemar, produciendo humos tóxicos. Es por esto que algunos expertos consideran que este tipo de materiales pone en peligro la vida de los ocupantes de esta clase de edificaciones y además complica notoriamente cualquier tipo de rescate en caso de incendio.

Cuando ocurre un incendio, la temperatura es mayor que la temperatura de deflexión de las fibras de polímero, que generalmente oscila entre 60 °C y 82 °C. El comité ACI 440 establece que las fibras de refuerzo de polímero pierden su resistencia durante el incendio. Es poco probable aumentar el volumen de las estructuras como aislamiento, pues los espesores para lograr este tipo de protección no son realistas.

Para evaluar el desempeño de las fibras durante un incendio se hicieron estudios e investigaciones experimentales:

  • El primer estudio consistió en reforzar losas, columnas y vigas con fibras de polímero de carbono y aislar los elementos con diferentes sistemas de protección. Se examinaron dos matrices a temperaturas entre 71 °C y 93 °C y se comprobó que tras cerca de dos horas de fuego se superó la temperatura de deflexión de la fibra. Sin embargo, los elementos estructurales continuaron con la resistencia necesaria para sostener las cargas impuestas por más de cuatro horas. Los investigadores concluyeron que aunque se haya superado la temperatura límite de la resina, la capa de aislamiento de protección contra incendios y calor excesivo funcionó.

Se pueden implementar por capas o esquemas de aislamiento

Crédito: Archivo Asocreto.

  • En un segundo ensayo se pusieron a prueba tres esquemas de aislamiento. El primer esquema consistió en la aplicación de una capa de un cemento de nuevo desarrollo con características de protección contra incendios. El segundo esquema incluyó tres capas de 16 mm de espesor de tableros de yeso contra incendios y, el tercer esquema fue la aplicación de placas de yeso resistente al fuego de 25 mm de espesor.

Para describir la primera capa o esquema de aislamiento (cemento de nuevo desarrollo) es necesario establecer algunas características del polvo de cemento y de la vermiculita, ya que son sus componentes principales. El polvo de cemento tiene una densidad aproximada de 2.100 kg/m3, una conductividad térmica de 0,53 W/Mk, y calor específico de 850 kJ/kg.K. La vermiculita es un mineral compuesto principalmente por óxido de magnesio y fosfato de potasio, que cuando se calienta puede expandirse hasta 30 veces en comparación con su tamaño inicial. Su densidad oscila entre 64 y 160 kg/m3. Al ser un material no combustible tiene calor específico de 0,84 a 1,08 kJ /kg.K y conductividad térmica dentro del intervalo de 0,058 hasta 0,071 W/Mk.

Para la obtención del cemento de nuevo desarrollo, se mezclaron los dos materiales (polvo de cemento y vermiculita) con relación de volumen 1:1 y una cantidad adecuada de agua. El funcionamiento de esta capa se basa básicamente en dos partes, la primera la baja conductividad térmica de la vermiculita, y la segunda, la reserva de agua que tiene la capa de cemento la cual corresponde entre el 10 y el 20% del peso del material.

En el ensayo se empleó una pistola de un compresor para esparcir la capa de la mezcla de cemento y vermiculita sobre la viga, hasta obtener un espesor promedio de 51 mm de aislamiento.

Debido a las características de resistencia contra el fuego del yeso, generalmente ha sido usado para proteger elementos estructurales de acero como vigas y columnas. Sin embargo, en la protección de concreto reforzado con fibras de polímero no se tiene ningún precedente. Por esto, el siguiente esquema de protección consistió en usar tres capas de 16 mm de paneles de yeso para formar una capa de protección para las vigas de concreto reforzadas con fibras de polímero.

  • El tercer esquema de aislamiento contra incendios consta también de tres capas de 16 mm de espesor de paneles de yeso y una capa de 25 mm de espesor de una manta térmica, la cual está producida a partir de una mezcla de alúmina de alta calidad, sílice y caolín. La manta térmica es de color blanco, tiene densidad de 128 kg/m3 y puede no ser afectada por temperaturas de hasta 1.260°C.

La investigación de los mecanismos de protección contra incendios solamente fue realizada para vigas sometidas a flexión.

Después de los ensayos con el sistema de protección, se concluyó que una viga de concreto reforzada con fibras de polímero y actuando a flexión, puede mantener su integridad estructural durante el incendio mientras no sea excedida la temperatura de la matriz. Por lo tanto si se tiene un refuerzo con una capa de aislamiento adecuada, el rendimiento de la matriz puede ser considerado como estable. También se observó que cuando el sistema de refuerzo de fibras de polímero se prepara utilizando una matriz orgánica con temperatura de pérdida de resistencia en las fibras mayor a 100 °C, es probable lograr resistencia al fuego durante aproximadamente dos horas.

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Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.

 

"Una viga de concreto reforzada con fibras de polímero y actuando a flexión, puede mantener su integridad estructural durante el incendio mientras no sea excedida la temperatura de la matriz".

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Conclusión

El uso de fibras de polímero en el concreto genera buenos resultados en situaciones o eventos de fuego, ya que permite tener una mayor capacidad de carga y mayor carga de rotura.

Las propiedades térmicas de las capas de protección contra incendios influyen en gran medida en la resistencia al fuego de la estructura y por ende en el comportamiento de las fibras de polímero. Características como el contenido de humedad y la conductividad térmica, permiten una adecuada protección de la viga.

También te recomendamos la lectura de Propiedades del concreto frente al fuego.

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