SEMINARIO INTERNACIONAL “Diseño y Durabilidad del Shotcrete” Resistencia residual en la Fibra Metálica, experiencias ICH Capacitación - Discontínuo - Distribuido uniformemente - Refuerzo tri-dimensional ICH Capacitación ICH Capacitación Módulo de Rotura del Concreto Módulo de Rotura del Concreto L/3 L/3 L/3 Módulo de Rotura del Concreto h L/3 L/3 L/3 b Módulo de Rotura del Concreto P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Módulo de Rotura del Concreto P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Módulo de Rotura del Concreto P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Módulo de Rotura del Concreto P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Módulo de Rotura del Concreto P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Módulo de Rotura del Concreto 0 ¡FALLA FRÁGIL! M = P.L/6 COLAPSO L/3 L/3 L/3 h b Módulo de Rotura del Concreto 𝐟𝐟𝐟𝐟 𝐌∙𝐲 = 𝐈 ¡FALLA FRÁGIL! M = P.L/6 COLAPSO L/3 L/3 L/3 h b Módulo de Rotura del Concreto 𝐟𝐟𝐟𝐟 = 𝐋 (𝐏 ∙ 𝟔) ∙ 𝐲 ¡FALLA FRÁGIL! 𝐈 M = P.L/6 COLAPSO L/3 L/3 L/3 h b Módulo de Rotura del Concreto 𝐟𝐟𝐟𝐟 = 𝐡 𝐋 (𝐏 ∙ 𝟔) ∙ (𝟐) ¡FALLA FRÁGIL! 𝐈 M = P.L/6 COLAPSO L/3 L/3 L/3 h b Módulo de Rotura del Concreto 𝐟𝐟𝐟𝐟 = 𝐡 𝐋 (𝐏 ∙ 𝟔) ∙ (𝟐) ¡FALLA FRÁGIL! (𝐛 ∙ 𝒉𝟑 )/𝟏𝟏 M = P.L/6 COLAPSO L/3 L/3 L/3 h b Módulo de Rotura del Concreto 𝐟𝐟𝐟𝐟 𝐏∙𝐋 = 𝐛 ∙ 𝒉𝟐 ¡FALLA FRÁGIL! M = P.L/6 COLAPSO L/3 L/3 L/3 h b La estructura antes del colapso es isostática • Se evalúa la resistencia del material • La primera fisura es la última Módulo de Rotura del Concreto 𝐟𝐟𝐟𝐟 𝐏∙𝐋 = 𝐛 ∙ 𝒉𝟐 ¡FALLA FRÁGIL! M = P.L/6 COLAPSO L/3 L/3 L/3 h b L = 450 mm b = 150 mm h = 150 mm P = 29.0 kN ffct = 3.86 N/mm2 Concreto Simple h=? Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu = ? h Concreto Simple h ICH Capacitación h=? Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu = ? fcu = 3.86 N/mm2 s =3 Concreto Simple h h=? Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu = ? fcu = 3.86 N/mm2 s =3 Concreto Simple Dificilmente predecible, falla súbita de la placa de concreto simple. Pero las fisuras en el fondo raramente pueden ser vistas, el modo de falla es más bien inpredecible, con riesgo de vidas aunque limitado Capacidad del sistema ≈ Capacidad de la sección F F System: Section: Section: F loadcontrolled w F F F F ¡FALLA FRÁGIL! F deflectioncontrolled w F w Solución: LOGRAR DUCTILIDAD ¿Fibras de Acero? ¿Fibras? ¿Mallas? ¿fibras sintéticas? ¿Refuerzo? ICH Capacitación Refuerzo con malla de acero h = 120mm Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu = 3.86 N/mm2 2 120mm σsu = 549.36 N/mm As = ? ICH Capacitación Refuerzo con malla de acero h = 120mm Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu = 3.86 N/mm2 2 120mm σsu = 549.36 N/mm As = ? Malla: 4.5mm@150mm Refuerzo con malla de acero Predecible, falla dúctil del concreto reforzado con malla. Fisuras en las superficies superior e inferior serán visibles y pueden tomarse medidas de seguridad. Capacidad del sistema >> Capacidad de la sección bottom view F F System: Section: Section: F F loadcontrolled F F F deflectioncontrolled w F DUCTILIDAD DUCTILIDAD DUCTILIDAD F w w Refuerzo con malla de acero Consumo adicional de concreto debido a los requerimientos de recubrimiento Llenado parcial de los bolsones no previene la infiltración de agua Consumo extra de concreto para llenar los bolsones detrás de la malla La ubicación irregular de la malla no asegura un refuerzo eficiente Resistencia Residual ICH Capacitación Resistencia Residual h L/3 L/3 L/3 b Resistencia Residual P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Resistencia Residual P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Resistencia Residual P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Resistencia Residual P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Resistencia Residual P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Resistencia Residual P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b Resistencia Residual Pe,3 = 52.2 kN.mm = 17.4 kN 3 mm P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b L = 450 mm b = 150 mm h = 150 mm P = 29.0 kN ffct = 3.86 N/mm2 Resistencia Residual Pu = 29.0 kN Pe,3 = 17.4 kN 𝑃𝑒,3 ∙ 𝐿 𝑓𝑓𝑓𝑓,𝑒𝑒,150 = 𝑏 ∙ ℎ2 P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b L = 450 mm b = 150 mm h = 150 mm P = 29.0 kN ffct = 3.86 N/mm2 Resistencia Residual Pu = 29.0 kN Pe,3 = 17.4 kN 𝑓𝑓𝑓𝑓,𝑒𝑒,150 = 2.32 𝑁/𝑚𝑚2 𝑅𝑒,3 = 𝑓𝑓𝑓𝑓,𝑒𝑒,150 𝑓𝑓𝑓𝑓 P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b L = 450 mm b = 150 mm h = 150 mm P = 29.0 kN ffct = 3.86 N/mm2 Resistencia Residual Pu = 29.0 kN Pe,3 = 17.4 kN 𝑓𝑓𝑓𝑓,𝑒𝑒,150 = 2.32 𝑁/𝑚𝑚2 𝑅𝑒,3 2.32 𝑁/𝑚𝑚2 = = 60% 3.86 𝑁/𝑚𝑚2 P/2 P/2 h δ L/3 L/3 L/3 b L = 450 mm b = 150 mm h = 150 mm P = 29.0 kN ffct = 3.86 N/mm2 Concreto reforzado con fibra h 𝒃 ∙ 𝒉𝟐 𝑴𝒖 = 𝒇𝒆 ∙ 𝟔 ICH Capacitación h=? Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu = 3.86 N/mm2 Re,3 = 60% fe = Re x fcu = 2.32 N/mm2 Concreto reforzado con fibra h h=? Mu = 3,088 N.m/m Concreto: C30/37 fcu = 3.86 N/mm2 Re,3 = 60% fe = Re x fcu = 2.32 N/mm2 𝒃 ∙ 𝒉𝟐 𝑴𝒖 = 𝒇𝒆 ∙ → 𝐡 = 𝟗𝟗 𝐦𝐦 𝟔 ICH Capacitación Un sistema de fibras encoladas permite que fibras con alta relación de aspecto puedan mezclarse fácil y uniformemente en el concreto Relación de aspecto (L/D) Extremo conformado Extracción controlada (debida a la deformación del extremo) Alta resistencia a tracción del acero 43 DUCTILIDAD NULA ALTA DUCTILIDAD ICH Capacitación DUCTILIDAD NULA Re,3 = 60% ALTA DUCTILIDAD ICH Capacitación La estructura es hiperestática por la condición de apoyo continuo • Permite la redistribución de fuerzas • Múltiples fisuras (si estas son controladas) ICH Capacitación P/2 P/2 P/2 ICH Capacitación P/2 P/2 P/2 P/2 ICH Capacitación P/2 P/2 P/2 P/2 ICH Capacitación P/2 P/2 P/2 P/2 ICH Capacitación P/2 P/2 P/2 P/2 ICH Capacitación P/2 P/2 P/2 P/2 ICH Capacitación P/2 P/2 P/2 P/2 ? ? ?? ? ? ? ICH Capacitación P/2 ? ? ? ? ? ? 80 J 800 J 400 J 1250 J 0.5 vol % 4.55kg/m3 1.0 vol % 0.5 vol % 1.0 vol % 9.1kg/m3 4.55kg/m3 9.1kg/m3 ICH Capacitación Ensayo de placa cuadrada EFNARC ¿Porqué fue propuesto el ensayo de panel cuadrado? HIPERESTATICO ICH Capacitación El ensayo de panel cuadrado, también llamado el ensayo de placa EFNARC, simula a escala de laboratorio el comportamiento estructural del sistema perno de anclaje – shotcrete bajo carga de flexión y corte. Ensayo de placa cuadrada EFNARC Este ensayo es presentado en 1989 por la ferroviaria francesa, y con el tiempo, aceptado por EFNARC, y está desde 2006 en las normas EN - Un shotcrete de túnel se comporta como una losa - Las condiciones híper estáticas del ensayo permiten redistribución de carga Permite múltiples fisuras - El ensayo también puede llevarse a cabo con refuerzo de malla ICH Capacitación Ensayo de placa cuadrada EFNARC La curva carga-desplazamiento, indica claramente que durante el ensayo se desarrollan varias fisuras, las cuales actúan entonces como rótulas que permiten redistribuir las cargas a través de las fibras de acero puenteando las fisuras.. ICH Capacitación Sistema-Q propuesto para revestimientos de concreto lanzado E) Absorción de energía en ensayo de panel de shotcrete reforzado con fibra de acero a 25 mm ICH Capacitación Categorías de refuerzo: 1 Sin soporte 2 3 Pernos de anclaje puntuales, sb 4 Pernos de anclaje sistemáticos, (y concreto simple lanzado, 4-10 cm), B(+S) 5 Concreto lanzado reforzado con fibras y pernos de anclaje, 5-9 cm, Sfr+B 6 Concreto lanzado reforzado con fibras y pernos de anclaje, 9-12 cm, Sfr+B 7 Concreto lanzado reforzado con fibras y pernos de anclaje, 12-15 cm, Sfr+B 8 Concreto reforzado con fibras > 15 cm, costillas de refuerzo y pernos de anclaje, Sfr+Hrs.+B 9 Revestimiento de concreto vertido, CCA Pernos de anclaje sistemáticos, B Ensayos de precalificación 59 DUCTILIDAD NULA ALTA DUCTILIDAD DUCTILILDAD P Material 1 700 JOULE Material 2 700 JOULE ¿¿¿DUCTILIDAD??? Deflexión 25 mm ICH Capacitación Ensayo de panel circular ISOSTÁICO Número determinado de fisuras (3) ICH Capacitación 61 Ensayo de Panel Circular FIBRA SINTÉTICA 1 FIBRA SINTÉTICA 2 100% FIBRA DE ACERO 100% 91% MALLA DE ACERO 47% ICH Capacitación Propiedades de los materiales Módulo de elasticidad Módulo de elasticidad P/2 P/2 P/2 ? ? ?? ? ? ? ICH Capacitación P/2 ? ? ? ? ? ? Comportamiento CREEP Comportamiento CREEP Comportamiento CREEP “Long term behaviour of steel and macrosynthetic-fibre reinforced concrete beams” - University of Bologna Published in CPI Comportamiento CREEP Comportamiento creep en placas Paneles probados usando el ensayo EN a 25mm Al aplicar el 60% de la carga final algunos paneles fallaron luego de 14 días. Criterio de desempeño C30/37 L 700 Joules SEGURO 25 mm SÓLO PARA USO INTERNO DE BEKAERT Criterio de desempeño C50/60 L 700 Joules INSEGURO 25 mm SÓLO PARA USO INTERNO DE BEKAERT Criterio de desempeño C50/60 L 1000 Joules SEGURO 25 mm SÓLO PARA USO INTERNO DE BEKAERT SÓLO PARA USO INTERNO DE BEKAERT Enfoque universal de diseño con el Model Code 2010 de la fib SÓLO PARA USO INTERNO DE BEKAERT 100% 100% >40% >50% ICH Capacitación ExpoHormigón Mayo 2013 - El diseño del gancho hace posible una falla balanceada y una fisuramiento controlado. - Cuando las fibras no tienen un correcto balance entre la resistencia del material y la eficiencia del anclaje, el resultado es una disminución en el DESEMPEÑO VS. OPTIMIZADO Test de resistencia No optimizado o se desprenden… 83 ≈ 460 J 87 88 ? 57 MPa 71 MPa < > 45 MPa 74 MPa 29 MPa 39 MPa 90 ASTM1550 = ACT as a beam test = Isostactic test • Round determinate panel – S. Bernard 97 ASTM1560 = ACT as a beam test = Importante: Isostactic test • No se presenta el efecto de múltiple fisuración, • • • • como sí ocurre en el ensayo de placa cuadrada (EFNARC, EN); por lo tanto, no permite redistribución de carga No se simula, a escala de laboratorio, el comportamiento estructural del sistema: perno de anclaje – concreto proyectado), bajo carga la flexión y cortante, como sí ocurre con la placa EFNARC, EN No es apropiado el considerar una correlación, en términos de absorción de energía, entre resultados en panel circular y el de placa cuadrada No debe compararse un ensayo hiperestático (EN), con un ensayo que actúa como una viga (panel circular) No debe compararse la deflexión de 25mm del panel cuadrado con 40mm ni incluso 80mm del panel circular. Panel circular y viga de flexión: Ambas estructuras isostáticas Ancho Deflexión promedio de fisura (mm) (mm) 5 10 15 20 25 30 35 40 1.2 3.4 5.4 7.5 9.7 11.5 13.3 15.1 Nota en ASTM 1550 Una deflexión de 10mm en el panel redondo podría ser considerado como una deflexión de 3mm en ensayos de viga EN o ASTM 1609. • Esta deflexión es la considerada típicamente para diseño en ULS (fR4 / 3.5 mm CMOD / 3.02 mm deflexión) • Para el SLS, típicamente se consideran pequeñas deformaciones (fR1 / 0.5 mm CMOD / 0.47 mm deflexión) Esto significa que una deflexión de 40 mm está mucho más allá que la considerada para ULS, lo que no es relevante en túneles civiles. 101 ≈ 530 J ≈ 445 J ≈ 460 J ≈ 170 J ≈ 28 d ≈ 365 d Ensayo de Panel Circular FIBRA SINTÉTICA 1 FIBRA SINTÉTICA 2 100% FIBRA DE ACERO 100% 91% MALLA DE ACERO 47% ICH Capacitación ≈ 480 d ICH Capacitación • • • • • • • • • • Central Hidroeléctrica Alfalfal Central Hidroeléctrica Ralco Central Hidroeléctrica Chacabuco Túnel Lo Prado etapa II Túnel La Calavera etapa II Túnel Zapata etapa II Túnel Proyecto Relaves Valle-Ovejería Codelco Andina Túnel Proyecto Expansión Minera los Pelambres Compañía Minera El Peñón Codelco Chile División El Salvador (túneles, piques, etc.) ICH Capacitación • Codelco Chile División El Teniente desde 1990-1995 (diversos frentes de trabajo) • Codelco Chile División El Teniente – Proyecto Nuevo Nivel Mina • Metro Línea 4 A • Compañía Minera Disputada de Las Condes, Área El Soldado • Compañía Minera Disputada de Las Condes, Área Los Bronces – Túnel Hortiga • Túnel La Pólvora I y II • Túnel Acceso Mansa Mina – Codelco División Chuqui • Compañía Minera Carolina de Vichilla • Compañía Minera El Indio ICH Capacitación • Central Hidroeléctrica Tehuelche • Central Hidroeléctrica Loma Alta • Túnel de riego Salamanca – Dirección de Riego del MOP • Túnel riego Corrales – Dirección de Riego del MOP • Túnel de Evacuación Embalse Convento Viejo ICH Capacitación Brasil: HIDROELÉCTRICA Presa Simplicio Brasil Dramix® ZP305 Volumen de fibras de acero: 400 T Año: 2007-2008 País: Brasil Desempeño: 750 Joules Calidad del concreto: C30/37 MEXICO: Portal de entrada Maxitunel, Acapulco MEXICO: Acceso desde Acapulco a Ciudad de México IRAN: Presa Ostour MEXICO: Portal de entrada Túnel Loma Larga Acceso hacia San Pedro Garza García, NL. MEXICO: Portal de acceso hacia Monterrey MEXICO: Túneles Río Grijalva Portal de entrada MEXICO: Túneles Río Grijalva - Portal de entrada MEXICO: Túneles Río Grijalva - Portal de Salida MEXICO: Túneles Río Grijalva - Portal de Salida MEXICO: Túneles Río Grijalva - Portal Salida MEXICO: Túneles Río Grijalva – Acabado final MEXICO: Construcción del túnel – Portal de salida – Túnel auxiliar MEXICO: Autopista Nuevo Necaxa - Tihuatlan MEXICO: Portales y túneles Eje 5 poniente (Cd de México) Suecia: Túnel Göta Tipo de fibra: Dramix® RC-65/35-BN+M6 Espesor: Varios Año: 2000-2006 País: Suecia Shotcreting in the Göta Tunnel - Duomix® M6 Fire por razones de seguridad - La dosis más baja de fibras que alcanzó el desempeño con Dramix® RC-65/35-BN Tamaño: > 1000 t Calidad del concreto: De acuerdo con el Departamento de Vías Irán: Proyecto Hidroeléctrico Siah Bishe Tipo de fibra: Dramix®, RC-65/35-BN Layout of the Siah Bishe Pumped Storage Project Espesor: 10-15 cm Año: 2006 País: Irán Vista del portal del túnel - Duomix® aplicado en el túnel de conducción y conducto inclinado, como revestimiento inicial - Soporte de terreno sencillo con Dramix®, incluso en casos de inclinación Tamaño: 2500 m Calidad del concreto: C30/37 España: Túnel Av. Cártama Tipo de fibra: Dramix® RL-45/35-BN Espesor: 15 cm Año: 2002-2003 País: España Túnel para tren de alta velocidad - Aceleración de la construcción - Protección segura al reforzar el revestimiento inicial Tamaño: 2,424 m Calidad del concreto: C30/37 Turquía: Planta de energía hidroeléctrica Uzundere-1 Tipo de fibra: Dramix® RC-65/35-BN Espesor: 7 cm + 13 cm Año: 2009 País: Turquía Excavación del túnel Vista de la sección del túnel - Soporte inicial: 7 cm CLRFA + pernos de anclaje - Segunda capa: 13 cm CLRFA - Reducción del tiempo de construcción en 20% Aplicación: Shotcrete Tamaño del proyecto:: 5,400 m de largo China: Túnel Qinling comprende dos tubos de vías casi paralelas La excavación del túnel este fue realizada por dos TBM. La abertura es soportada inmediatamente por concreto lanzado reforzado con fibras de acero 35 kg/m3 Dramix® ZP305 China: Proyecto Hidro-energético Ertan Ubicado en el río Yalong en el oeste de la provincia Sichuan (China) Vista isométrica del complejo subterráneo de la planta de energía 40kg/m3 Dramix® RC65/35BN Documentación de diseño preparada por el Instituto de Investigación y Diseño de la Hidroeléctrica Chendhu Brasil: HIDROELÉCTRICA Presa Simplicio Brasil 30kg/m3 Dramix® ZP305 Volumen de fibras de acero: 400 T Año: 2007-2008 País: Brasil Desempeño: 750 Joules Calidad del concreto: C30/37 Francia: Vía férrea de alta velocidad Galería geológica – Lyon-Turín Dramix® RC65/35BN (shotcrete vía húmeda) Volumen de fibras de acero: 2000 T País: Francia Desempeño: > 700 Joules siguiendo el criterio de la norma EN Calidad del concreto: C30/37 ESTADOS UNIDOS DE NORTEAMÉRICA: Cumberland gap La especificación incluía requerimientos de tenacidad, permitiendo ambas, fibras de acero y polímero I5 =4 y I10=6 La longitud total del Cumberland gap es 1,25 km con 13 pases transversales construidos entre los dos tubos El polímero no fue usado pues no cumplieron con los requerimientos de tenacidad CLRCFA incluyó 40kg/m3 Dramix® ZP305 Brasil: Autopista Florianpolis Express Inicialmente se usó malla de alambre pero tomaba mucho tiempo para instalar las planchas en la superficie irregular la roca fallada y segmentada. Al substituir la malla de alambre por fibras de acero, que fueron agregadas como un componente más a la mezcla en la planta concretera, se obtuvo ahorros de horas/jornada y también permitió un ahorro substancial en el consumo de concreto lanzado para alcanzar los 15 cm en la superficie irregular de la roca. Concreto lanzado en vía seca reforzado con 50 kg Dramix® ZP30/50 India: Planta de energía hidroeléctrica Uri Los 480 MW de capacidad de la planta producirán 3.200 GWhora en un año normal, lo que se ha estimado como suficiente para abastecer de energía a entre 2.5 a 3 millones de personas en India. Cuando se encontraba roca pobre, se lanzaba inmediatamente concreto lanzado luego de la voladura. Donde la roca era débil, concreto lanzado por vía húmeda reforzado con fibras de acero Dramix® RC 65/35 BN de longitud 35 mm, de lo contrario se usaba concreto simple lanzado por vía húmeda. Sin embargo, donde había mucho agua, se usaba concreto lanzado por vía seca por su mejor adherencia a la superficie de la roca Inglaterra: Metro London Kings Cross 30 kg/m3 Dramix® RC65/35BN Francia - España: Túnel Somport, uno de los más largos en Europa Concreto lanzado con valor promedio de 37 Mpa Dramix® RC65/35BN 25kg a 40kg/m3 de acuerdo a las condiciones del terreno El Director General R. Lopez Guarga declaró acerca del proyecto: “Lo que diferencia a este proyecto es la flexibilidad que el concreto lanzado ofrece al consorcio de contratistas en términos del cumplimiento de un cronograma apretado incluso luego de algunos reveses inesperados y su posibilidad de cumplir con estrictos criterios de seguridad.” Singapur: Proyecto Mandai Cavern es el primero con la tan grande capacidad de almacenaje en Singapur El diseño fue basado en el Sistema-Q desarrollado por Nick Barton - 75mm de espesor de CLRFA (56kg/m3 Dramix® RC65/35BN) para la cara de la roca - 50 a 100mm de espesor de CLRFA (45kg/m3 Dramix® RC65/35BN) para el revestimiento del túnel caverna Para todo el CLRFA, fue requerida una capacidad de absorción de energía (de acuerdo con el ensayo de panel cuadrado) de 1000Joules Noruega: Túnel Laerdal, uno de los túneles viales más largos Los 24.5 km de longitud del Túnel Laerdal El túnel tiene 2 carriles y un pavimento flexible de 7.5 m de ancho, y a cada lado una franja de emergencia de 1 m de ancho. Luego de cada voladura, el techo y muros fueron reforzados con una capa de concreto lanzado reforzado con fibras de acero de 50100 mm de espesor. Se aplicó concreto lanzado por vía seca con 40 kg Dramix® RC65/35BN. No fue provisto un revestimiento secundario. Portugal: Túnel Ponta do Sol Madeira 25 kg/m3 Dramix® RC65/35BN > 500 Joules Suiza: Túnel Sedrun 35 kg Dramix® RC65/35BN 800 Joules Conclusiones: • No olvidar que el principal objetivo es proveer DUCTILIDAD • No es suficiente observar por separado los parámetros de especificación (l, d, Rm…) • Lo más importante es el DESEMPEÑO verificable del refuerzo • Garantizar el control inmediato de las fisuras • La resistencia residual Re,3 y capac. de absorc. de energía no son sufienctes, deberá observarse la progresión de la deformación vs. la capacidad sostenida better together www.bekaert.com/building http://dramixclub.bekaert.com [email protected] www.bekaert.com 144