El uso de las fibras metálicas como refuerzo del concreto es cada día más cotidiano en México.
Sus aplicaciones más comunes van desde el refuerzo de pisos industriales, comerciales y pistas de aeropuertos, hasta el de lineamientos de túneles y la estabilización de taludes a través de concreto lanzado por vía húmeda o seca.
Las fibras metálicas ofrecen muchos beneficios al concreto. A 10 años de haberse comenzado a utilizar este material en nuestro país, un gran número de constructores, diseñadores, ingenieros, arquitectos y usuarios finales ya incorporan en sus especificaciones este tipo de refuerzo. Sin embargo, pocos comprenden realmente las propiedades que las fibras metálicas aportan al concreto.

¿Qué hacen las fibras metálicas en el concreto?

Muchos autores y publicaciones aseguran que éstas en dosificaciones típicas (20 a 40 kg/m 3 de concreto), no brindan incrementos significativos del módulo de ruptura MR, ni del módulo de compresión 1 f´c del concreto. Entonces, ¿qué hacen las fibras metálicas en el concreto?

Ductilidad.

Las fibras metálicas han demostrado incrementos notables del comportamiento dúctil (flexural toughness) del concreto, que es la capacidad de redistribuir esfuerzos en la masa. Esta absorción de energía prácticamente ofrece una mayor capacidad de carga al concreto (fig. 1A y 1B), por lo que en muchos casos el incorporar fibras metálicas permite disminuir el espesor de los pisos de concreto.
El incremento del comportamiento dúctil del concreto se puede medir a través del método de prueba normalizado ASTM C 1018 4. Esta prueba consiste en aplicar tres puntos de esfuerzo a una viga (fig. 2A); la ductilidad o absorción de energía que ofrecen las fibras metálicas al concreto corresponde al área debajo de la curva carga-deflección; la primera falla (fig 2B, Punto Pe) corresponde a lo que normalmente se conoce
como módulo de ruptura del concreto, a partir de este punto se calcula el área debajo de la curva en distintos intervalos. La realización de esta prueba requiere un deflectómetro para evaluar la deflección de la viga.

Reforzar el concreto con fibras metálicas ofrece a los constructores la posibilidad de eliminar el habilitado y la colocación de mallas o varillas; las fibras metálicas se incorporan directamente al concreto,como si se tratara de un agregado o aditivo más.

Resistencia a la fatiga.

Gracias a la redistribución de esfuerzos en la masa de concreto que se logra con la incorporación de fibras metálicas, se observa un incremento significativo a la resistencia a la fatiga. El concreto reforzado con fibras metálicas asegura resistencia a un mayor número de repeticiones de carga, de 1.2 a 2 veces más de las que el concreto simple soporta.

Resistencia al cortante.

Las fibras metálicas brindan resistencia al cortante, que es primordial en la construcción de pisos, tanto de uso industrial como comercial. Esta ventaja permite prescindir de elementos como canastillas con pasajuntas en las juntas aserradas o de control. Las fibras metálicas, gracias a su capacidad de anclaje y resistencia, ofrecen transferencia de carga a través de las juntas de contracción, primordial cuando van a circular vehículos pesados o montacargas

Resistencia al impacto.

Las fibras metálicas son el único elemento de refuerzo que brinda al concreto un incremento de la resistencia al impacto que va de 15 a 100 veces más de lo que el concreto simple soporta.

Tipos de fibras metálicas

Los beneficios mencionados anteriormente se manifiestan en mayor o menor medida dependiendo del tipo de fibra metálica que se esté evaluando. Las características físicas y mecánicas de la fibra metálica, anclaje, resistencia a la tensión, dosificación y lo que la norma ASTM A 820 5 define como aspecto de radio (longitud dividida entre diámetro equivalente), desempeñan un papel muy importante en los resultados de las pruebas.

¿Cómo evaluarlas?

La norma ASTM A 820 se utiliza para clasificar los distintos tipos de fibra metálica que hay disponibles en el mercado mundial. Dicha norma divide los tipos de fibra metálica de acuerdo con su procedencia: Tipo I Alambre rolado en frío; Tipo II Lámina de acero; Tipo III Extracción de fundición; Tipo IV Otros.
Sin embargo, la norma ASTM A 820 es muy limitada para especificar un tipo de fibra metálica para algún proyecto, pues diferentes fibras metálicas que pertenecen a un mismo grupo o tipo no ofrecen los mismos resultados en la pruebas ASTM C 1018.
Otro factor que descarta la posibilidad de utilizar únicamente la norma ASTM A 820 es el hecho de que para todas las fibras metálicas especifica una resistencia mínima promedio a la tensión de 50,000 psi (345 MPa), lo máximo que las fibras Tipo II pueden lograr, mientras que fibras de otros tipos dan entre el doble y el triple de este valor. La resistencia a la tensión es importante, no por la cuestión del momento de falla de la fibra, sino porque de ésta depende el anclaje de la misma en el concreto, y por consiguiente, influye en los resultados a la ductilidad y al cortante.

Todos los métodos de diseño de pisos que utilizan refuerzo en base de fibras metálicas se basan en los resultados obtenidos en las pruebas que miden la ductilidad. El ASTM Internacional ha desarrollado tres métodos: el ASTM C 1018; ASTM C 1399 6 , y el ASTM C 1550 7 . El Instituto del Concreto de Japón también desarrolló un método para evaluar la ductilidad de las fibras metálicas: el JCI SF-4. 8 De estos métodos, se ha normalizado la obtención de un valor para evaluar el desempeño de las fibras metálicas en el concreto, denominado R e , 3 (Equivalent Flexural Strength Ratio). El primer documento que formaliza estos métodos es el “Technical Report 34 of the Concrete Society, Concrete Industrial Slab Floors”,9 proveniente de los estudios emprendidos por la Universidad de Greenwich, Reino Unido, y por la Universidad de Brunswick, Alemania, basados en las fórmulas de Meyerhof.

Muchos fabricantes de fibras metálicas ofrecen diseñar pisos de concreto reforzados con fibra metálica, usando software que incluye los valores Re 3 de sus productos .

Respuestas a las preguntas más frecuentes sobre fibras metálicas

¿Son más susceptibles a la corrosión?

Las fibras metálicas se han utilizado como refuerzo del concreto en medios muy agresivos, en donde existen niveles de salinidad muy elevados, y se ha observado una corrosión muy moderada en casos sumamente extremos.
Por lo general, las fibras metálicas no son de acero inoxidable. Sin embargo, los bajos niveles de corrosión que se presentan en el concreto se deben a estar embebidas en la masa de concreto. El refuerzo en base de fibras metálicas es discontinuo, a diferencia del tradicional corrido, como la malla o la varilla, por lo que no son capaces de transmitir la corrosión a través de todo el refuerzo. En el caso en el que alguna fibra metálica se encuentre expuesta, por cuestiones de desgaste del mismo concreto, no será ca-paz de promover la corrosión en otras fibras. Si por desgaste llegara a mostrarse alguna fibra metálica en la superficie del piso, es recomendable removerla o cortar la parte expuesta con unas pinzas.

¿Las fibras metálicas incrementan la resistencia a la abrasión?

Las fibras metálicas no brindan incrementos significativos de la resistencia a la abrasión. Según el ACI 302.1R 10 , para lograr dicha resistencia en la superficie de concreto conviene utilizar allanadoras mecánicas para flotear y pulir, pues la resistencia superficial se consigue al cerrar los poros del concreto en la superficie. También ayuda incorporar endurecedores minerales, metálicos o químicos a la superficie durante el floteado del concreto.

¿El peso volumétrico de las fibras metálicas influye en su desempeño en el concreto?

No, éste depende de las propiedades mecánicas y físicas de las fibras metálicas. En la fig. 5 se muestra la actuación de un mismo tipo de fibra metálica, en iguales dosificaciones, pero variando la longitud. Aunque el
volumen físico por kg de la fibra de 25 mm es el doble del la de 50 mm, se observa que la de 50 mm ofrece un mejor desempeño, desmintiendo esta hipótesis.

Las fibras metálicas de mayor longitud ofrecen una relación mayor y, por tanto, un mejor desempeño, ¿por qué no usar fibras más largas?

Es cierto, mientras mayor es la longitud y el aspecto de radio de las fibras metálicas, mejor será su desempeño en el concreto. Sin embargo, la trabajabilidad es el factor que limita la longitud y aspecto de radio de las fibras. De nada sirve una fibra metálica que nos ofrece resultados formidables en laboratorio, y en cuanto la llevamos a la obra nos resulta prácticamente imposible de incorporar, mezclar y terminar el concreto.

Si el ASTM A 820 no es adecuado para especificar fibras metálicas para algún proyecto, ¿cómo se puede especificar fibra metálica sin mencionar marcas?

El término “similar” definitivamente no se aplica en las especificaciones de fibra metálica como se ha explicado en el presente artículo. Lo recomendable es solicitar al fabricante o representante de la fibra que realice un análisis utilizando criterios de carga y especificaciones de concreto y terreno del proyecto, y a partir de los resultados que su fibra ofrece a las pruebas mencionadas, éste debe ser capaz de ofrecer una dosificación y especificación documentada, adecuada para el proyecto en cuestión.

¿Las fibras metálicas afectan el revenimiento del concreto?

Sí, en dosificaciones típicas de 20 a 40 kg/ m 3 disminuyen el revenimiento de 0.25 a un cm. aproximadamente. Y, obviamente, debe esperarse más disminución de revenimiento cuando se utilizan dosificaciones mayores. Sin embargo, es importante mencionar que esto no es un parámetro que debe afectar las especificaciones del concreto; el revenimiento debe ser el más bajo utilizable, siempre y cuando no se ponga en juego la trabajabilidad del concreto.

¿Qué tipo de vibrado se recomien-da cuando se utilizan fibras metálicas?

El vibrado del concreto reforzado con fibras metálicas debe ser superficial y se recomienda el uso de reglas vibratorias o de extendedoras láser. Los vibradores de chicote, además de poder ocasionar segregación por sobrevibrado, pueden contribuir a romper con la distribución y orientación aleatoria de las fibras en el concreto. El vibrado superficial también contribuye a incorporar mejor las fibras al concreto, evitando que se presenten superficialmente.

¿Qué diferencia hay entre las fi-bras metálicas y las sintéticas?

Según el ACI 302R, las fibras sintéticas únicamente ofrecen control de agrietamiento durante el asentamiento plástico del concreto, por lo que su uso se limita a pisos de concreto en las que no habrá cargas considerables. Las fibras metálicas brindan control de agrietamiento durante el asentamiento plástico del concreto y después de que el concreto se ha endurecido, por lo que su uso se extiende a pisos de concreto que estarán sometidos a cargas considerables, como los comerciales e industriales.