Categoría: hormigón

El mortero de cemento reforzado con fibra de vidrio (GRC, en inglés), combina un mortero de cemento con fibras cortas de vidrio. Su evolución comenzó en la década de 1950 con la idea de incorporar fibras de vidrio en lugar de usar armaduras de hormigón. Sin embargo, el GRC actual surgió en los años 60 debido al reemplazar las fibras de amianto, que eran cancerígenas. Los primeros tipos empleaban fibras de vidrio basadas en sílice y mortero de cemento Portland. Sin embargo, estas propiedades a corto plazo se deterioraban debido a la corrosión de las fibras por el cemento. Para ampliar las aplicaciones del GRC, se desarrollaron fibras de vidrio resistentes a ambientes alcalinos, con circonio como elemento base, denominadas “alcali resistant “o AR.

El GRC sobresale por su resistencia mecánica y capacidad de adaptación en aplicaciones no estructurales, lo que lo convierte en un valioso recurso en proyectos de ingeniería civil y arquitectura que buscan soluciones estéticas y funcionales. Su flexibilidad en el diseño lo hace idóneo para la creación de diversas formas con grosores de aproximadamente 10 mm, sin el uso de armaduras. En la ingeniería civil, el GRC se aplica a elementos prefabricados para saneamiento, encofrados perdidos, pantallas de aislamiento acústico y revestimiento de túneles. La versatilidad de este material, en términos de diseño, permite la creación de encofrados perdidos con mosaicos y formas sumamente complejas.

El mortero reforzado con fibra de vidrio se caracteriza por su resistencia al agrietamiento y a la tracción mecánica. Además, es eficaz en la prevención de daños por impacto y aumenta su capacidad de deformación, lo que contribuye a una mayor resistencia a las tensiones externas. También destaca su resistencia a la congelación, la descongelación, la fatiga, el peso y los cortes. Además, reduce significativamente la segregación, el sangrado y las filtraciones de líquidos, mejorando la integridad de las estructuras en las que se utiliza.

Las fibras de vidrio suelen tener un módulo de elasticidad a 25 °C de 70 GPa, una resistencia a tracción de una fibra de 3600 MPa (de 1750 MPa si es un haz de fibras) y una deformación en rotura del 2%. Es importante destacar que las fibras de vidrio no son monolíticas, pues se componen por un haz de alrededor de 200 filamentos de vidrio, cada uno con un diámetro de unos 10-20 μm.

La cantidad necesaria de fibra de vidrio varía en función del método de fabricación. Hay que prestar cuidado a que las cantidades de cada componente sea la justa. Así se evita que la fibra de vidrio aparezca en la superficie, al tiempo que se consigue obtener la máxima resistencia. Si el GRC se proyecta, se añade una fracción volumétrica del 5% de fibras de vidrio. Cuando se opta por una mezcla premezclada de fibras y mortero de cemento, la fracción se reduce al 3,5%. La longitud de las fibras empleadas se encuentra en el rango de 25 a 40 mm. El cemento Portland es prácticamente el único empleado en la fabricación de GRC. La arena suele ser de origen silíceo. Además, suele añadirse un plastificante que confiere al mortero la viscosidad adecuada. Asimismo, se pueden introducir diversos aditivos y pigmentos para lograr que los elementos adquieran el aspecto deseado.

Por lo general, se emplean cantidades iguales de cemento y arena, con una relación agua/cemento en torno a 0,4. No obstante, esta relación puede ajustarse para lograr la fluidez adecuada al proceso de fabricación. Para evitar un exceso de agua, se recurre a superplastificantes. Para mantener las características del material en etapas avanzadas de su vida útil, en ocasiones se recurre al humo de sílice o al metacaolín. Es importante destacar que el GRC cambia sus propiedades con el paso del tiempo, con una pérdida apreciable de ductilidad y capacidad de carga.

Hoy día se emplean tres métodos principales para la fabricación del GRC: la proyección conjunta del GRC, la mezcla previa de GRC y la mezcla previa de GRC con posterior proyección. Cada uno de estos métodos presenta sus propias variantes y particularidades. Veamos las características de cada uno de ellos.

Fabricación por proyección conjunta

La proyección se ejecuta mediante una pistola que dispara las fibras y el mortero por orificios separados, los cuales se unen y mezclan en el molde. Una bobina suministra una cuerda de fibras de vidrio que se corta a la longitud deseada en el cabezal de la pistola. Por su parte inferior fluye el mortero a través de una manguera. La consistencia del mortero debe ser fluida para facilitar la proyección. Hay dos posibilidades, la proyección manual y la proyección automática.

En la proyección manual, se aplica un desencofrante en el molde y se efectúa una primera pasada depositando el material mediante movimientos oscilantes. Una vez que el molde presenta una fina capa del material, se utiliza un rodillo helicoidal para que el mortero y las fibras se adapten a la forma del encofrado. La proyección continúa hasta alcanzar el espesor deseado, y finalmente, se emplea una llana sobre la superficie libre para lograr uniformidad. Requiere una gran cantidad de mano de obra, pero este método ofrece resultados de alta calidad, particularmente cuando el operario posee la experiencia adecuada. En España, este método de fabricación es el habitual.

La proyección automática se emplea en la fabricación de paneles rectangulares de formas simples y planas. Aunque es menos versátil que el método manual, también existen dos variantes: una utiliza un cabezal de proyección móvil, mientras que el otro implica el movimiento del molde. En ambos casos, se regula la velocidad de proyección para asegurar una distribución precisa del material. Para igualar el espesor de la pieza, se recurre a un sistema automático que pasa una llana, un rodillo u otra herramienta sobre la cara expuesta del material.

La principal ventaja de este método es su capacidad para lograr una mayor producción a un menor costo. Además, el sistema automatizado se ha mejorado mediante moldes con pequeños agujeros que evacuan el exceso de agua. Esto reduce la relación agua/cemento, aumenta la densidad del material y mejora sus propiedades mecánicas. Otra variante de este método pasa por aplicar una carga en la cara libre del material para que la mezcla se adapte con precisión a los diseños y patrones del molde.

Fabricación por premezclado

El método de premezclado implica la combinación previa del cemento, fibras de vidrio, agua, arena, plastificante y adiciones, antes de verterlos en el molde. Hay que preparar el mortero de cemento y luego incorporar las fibras de vidrio. Para evitar que las fibras se enreden, se sumergen en aditivos que las lubrican, facilitando su dispersión en la matriz de mortero. Es esencial minimizar el tiempo de mezcla del mortero y las fibras para prevenir la segregación y la pérdida de agua en la mezcla. Una vez se han mezclado los componentes, la pasta se vierte en los moldes. Luego, se someten los moldes a una vibración externa para eliminar burbujas de aire y espacios vacíos. Si es necesario rellenar moldes con cavidades, es preferible la inyección del GRC premezclado, aunque puede dañar las fibras y, a veces, introducir burbujas de aire.

Fabricación por premezclado y proyección

En los últimos años, ha surgido un método conocido como “sprayed premix.” Las fibras de vidrio se integran durante la mezcla del mortero y, posteriormente, se proyectan ambos componentes, ya mezclados, en el molde. A pesar de obtener resultados similares a la proyección tradicional, la calidad de los elementos fabricados depende en menor medida de la destreza del operario; la determinación del contenido de fibra se realiza en peso, más preciso que el método tradicional; se elimina la formación de burbujas en la mezcla, y la maquinaria de proyección se simplifica considerablemente.

Os dejo algún vídeo explicativo que espero os sea de interés.

Referencias:

ACHE (2000). Monografía M-2. Manual de tecnología del hormigón reforzado con fibras de acero.

GÁLVEZ, J.C.; ALBERTI, M.G.; ENFEDAQUE, A.; PICAZO, A. (2019). Fundamentos de hormigón reforzado con fibras. García-Maroto Editores, 51 pp.

SERNA, P. (2007). Recientes ejemplos estructurales de aplicación de hormigón de fibras. Monografía sobre aplicaciones estructurales de hormigones con fibras, pp. 33-47.