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Fibras en hormigones
y morteros de cemento

Los hormigones y morteros de cemento tienen la característica de ser muy resistentes al ser sometidos a fuerzas de compresión, pero no ocurre lo mismo con respecto de las fuerzas de tensión. Para aumentar la resistencia a la tensión, son reforzados con barras convencionales de acero, generando un refuerzo continuo de gran efectividad en la construcción de grandes estructuras.

Si el refuerzo de estructuras de hormigón es efectuado también en forma discontinua, mediante fibras cortas, es posible mejorar las propiedades de resistencia a la tensión y, a su vez, disminuir el fisuramiento del hormigón fresco y endurecido.

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Imagen 1. Hormigón con fibra sintética.

La norma ASTM C 1116 define las fibras como: "Filamentos finos y elongados en forma de haz, malla o trenza, de algún material natural o manufacturado que pueda ser distribuido a través de una mezcla de hormigón fresco." A su vez, ACI 544 considera como fibras para el hormigón los filamentos discontinuos de acero, las fibras sintéticas, las de vidrio y las naturales.

El avance de la tecnología ha permitido crear una gran cantidad de materiales sintéticos, tras la idea de reforzar los materiales constructivos, similar a la observada en el adobe, y así dar refuerzo discontinuo a hormigones y morteros.

La fibra de acero fue una de las primeras en ser introducida al mercado, a principios del siglo pasado, y su forma ha variado desde un simple alambre cortado en trozos, más o menos equivalentes, a las fibras actuales de longitudes que varían entre 7 y 70 mm y diámetros equivalentes desde 0,15 a 2 mm con formas muy diversas, ya sean lisas, rugosas, onduladas, con extremos cónicos o de gancho, entre otras.

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Imagen 2. Acción de la fibra en control de fisura.

En dosificaciones que oscilan entre 2% y 0,25  en volumen, las fibras de acero han mostrado dar al hormigón mejoras en la resistencia al impacto, flexotracción y una mayor ductilidad en la falla por compresión.

En los últimos cuarenta años han salido al mercado una gran variedad de fibras sintéticas entre las que se pueden mencionar las fibras acrílicas, de carbono, de poliéster, de vidrio, de polietileno, de nylon, de polipropileno, entre otras, siendo las dos últimas fibras aquéllas de mayor desarrollo, pues han permitido mejorar, a un costo razonable, algunas propiedades de morteros y hormigones y han facilitado la creación de nuevos materiales de construcción. La fibra de nylon de PRODUCTOS CAVE tiene una presencia de larga data en el mercado nacional, con excelentes resultados.

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Imagen 3. Hormigón bajo flexión. Un refuerzo con alto contenido de fibras produce un hormigón “flexible”. Las fibras naturales de refuerzo son obtenidas a bajo costo y son de particular interés en regiones de menos desarrollo, donde los materiales de construcción son de menor accesibilidad o muy caros. Son especialmente útiles en la confección de paneles, tejas, tuberías, etc. Ejemplos de ellas son las fibras de madera (pulpa Kraft) coco, sisal, bambú y yute, entre otras.

Las fibras son relativamente estables cuando forman parte del mortero u hormigón y aunque la resistencia a factores ambientales, como la acción hielo-deshielo, depende de la calidad de los materiales presentes en la matriz de hormigón, no difiere sustancialmente de la de un hormigón convencional. Las fibras son efectivas al reducir el daño por congelamiento debido a sus propiedades de control de fisuración.

Aunque se han usado dosificaciones en volúmenes mayores, la aplicación de fibras sintéticas está en el rango de 0,1 a 0,3%, volumen al cual la resistencia del hormigón no se ve afectada.

Nylon es un nombre genérico que identifica un tipo de polímero, cuyas fibras son estables al calor, hidrofílicas y resistentes a una gran cantidad de materiales. La hidrofilicidad le da a la fibra una interesante adherencia a la matriz de hormigón o mortero. Esta fibra absorbe entre 4% y 5% de humedad, lo que permite maximizar la hidratación de las partículas de cemento en su entorno. Estas fibras son especialmente efectivas en entregar resistencia al impacto y a la flexión, además de incrementar la capacidad de carga del hormigón después de la primera fisura.

La fibra de polipropileno fue una de las fibras sintéticas pioneras en el mercado para este uso y es producida como monofilamento de sección circular, el cual es luego cortado según la longitud requerida. Esta fibra es manufacturada también fibrilada o como cinta de sección rectangular. La fibra de polipropileno es hidrofóbica, disminuyendo por ello comparativamente su adherencia y, además, las longitudes mayores poseen mayor dificultad en su dispersión.

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Figura 1. Curvas típicas Carga-Deformación en hormigón reforzado con fibras.

La fibra de polietileno es producida como monofilamento y cierta textura en su superficie. En dosificaciones de 2% en volumen, muestra hormigones con deflexión lineal bajo carga hasta la primera fisura, seguida, aparentemente, por una transferencia de la carga hacia las fibras, permitiendo un incremento en la carga hasta la rotura de las fibras.

La capacidad de soportar carga por parte del hormigón, está definida como tenacidad (área bajo la curva carga-deformación). Como se observa en la figura 1, la adición de fibras al hormigón incrementa significativamente esta capacidad del material. Es decir, un hormigón reforzado con fibras puede soportar una carga de flexión mayor que aquélla en la cual aparece la primera fisura en la matriz.

Diciembre 2006
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