Tesis Materiales constructivos.

Capítulo III

III. Interacción entre el concreto y la fibra de fique

Objetivo específico: Investigar la interacción que tienen las fibras con la matriz del concreto en lo que respecta a la adherencia resistencia.

Para analizar la interacción que se lleva a cabo en la unión fibra-concreto, debemos tomar en cuenta tres cosas primordiales, la microestructura de la fibra expuesta al ambiente alcalino del concreto, la morfología de la interfase y la fuerza de adhesión entre la fibra y el concreto.

* Microestructura de la fibra expuesta al medio alcalino.

Gram ha estudiado ampliamente el efecto que el medio alcalino tiene en las propiedades de la fibra de sisal. Este investigador considera que la principal causa del cambio en las características de la fibra de sisal en el concreto es el deterioro químico de la lignina y la hemicelulosa. La alcalinidad del agua en el poro del concreto disuelve a la lignina y hemicelulosa y rompe los enlaces entre las microceldas. Debido a lo anterior la fibra se fragmenta en pequeñas unidades y pierde su capacidad de reforzar al concreto. Así también, las microceldas se llenan de Ca(OH)2 y las fibras pierden su flexibilidad. De acuerdo a los resultados encontrados hasta este punto, la fibra del fique es afectada de igual manera que la fibra de sisal.

Con la finalidad de corroborar la aseveración anterior, se observó en el microscopio electrónico de barrido la microestructura de la fibra expuesta al medio alcalino durante 12 meses. Se puede observar en la zona señalada en la figura, que prácticamente las microceldas han sido saturadas, lo que puede sugerir un deterioro similar al sugerido por Gram, la fibra mostrada en la micrografia de la figura corresponde a fibras sin tratamiento, la cual después de los 12 meses de exposición al medio alcalino disminuyó su resistencia a tensión en un 70%. En base con lo anterior el proceso de deterioro descrito por Gram, bien puede ser aplicado al deterioro observado y registrado en fibras del fique.

La fibra del fique tiene un comportamiento muy similar a la fibra estudiada por Gram. La respuesta al ataque alcalino de ambas fibras es muy semejante y, por consiguiente, las medidas para proteger a la fibra de sisal bien pueden ser aplicadas a la protección de la fibra del fique.

* Morfología de la interfase fibra - matriz de cemento.

Según Coutts, la interfase que es la región de íntimo contacto entre la fibra y la matriz, tiene como función principal el transmitir los esfuerzos entre las dos fases. La adherencia interfacial puede tener una naturaleza por sí misma química o física, o una combinación de ambas. Es así como el comportamiento mecánico del concreto con fibras está relacionado directamente con la naturaleza y las propiedades de la interfase fibra-matriz.

Se han realizado algunos estudios para tratar de incrementar la adherencia química entre la fibra y la matriz de concreto. Coutts comenta que se han probado como tratamientos en fibras de celulosa compuestos con base de titanio y zirconio, sin embargo, solamente se obtuvieron algunas mejoras en el comportamiento mecánico de estos concretos y el costo resultó prohibitivo. Coutts sostiene que la adherencia química entre la fibra y la matriz puede darse debido a la presencia de grupos hidroxilos en la superficie tanto de la fibra como del concreto, suficientes para propiciar una adecuada interacción química por medio de enlaces de hidrógeno. Otra forma de incrementar la adherencia de la fibra en la matriz es mediante tratamiento físicos-mecánicos que incrementa la energía de fricción en la interfase. Esto puede ser obtenido mediante la formación de fibrillas superficiales producidas por la acción mecánica de friccionar externamente a la fibra. Este método se ilustra de la siguiente manera:

El efecto que se produce puede ser explicado desde el punto de vista de anclaje mecánico, en donde las fibrillas forman puntos adicionales de anclaje que permiten a las fibras tomar los esfuerzos de la matriz y reforzar mejor al concreto.

Estos métodos resultan más costosos y para fines prácticos de la investigación solo son expuestos de forma informativa.

* Fuerza de adhesión y el comportamiento entre el mortero y la fibra de fique

Para poder determinar la fuerza de adhesión y el comportamiento entre el mortero y la fibra de fique fue necesario realizar pruebas de laboratorio.

Estas pruebas se realizaron en el laboratorio de control de calidad de una fábrica de tejidos. Para conocer la fuerza de adhesión entre el mortero y la fibra de fique se construyeron moldes de mortero con las siguientes dimensiones 25.4 x 25.4 x 50.8 mm.

Estas fuerzas de adhesión se evaluaron a los 7 días de curado de las probetas.

Esta prueba no está estandarizada por una norma, por lo cual fue un poco dispendioso su montaje, ya que el dinamómetro no está acondicionado para este ensayo, sin embargo se elaboró una probeta que se ajustara al funcionamiento del dinamómetro, haciendo posible la medición de esta fuerza entre estos dos materiales. Para entender este fenómeno, se tomaron varias profundidades de anclaje de la fibra de fique que varían entre 1 cm. Y 3.5 cm., de acuerdo a las limitaciones de construcción. El esfuerzo de adhesión se presenta hasta donde la fuerza de adhesión es menor que la resistencia a la tensión de la fibra, este esfuerzo se presenta a lo largo de la fibra insertada en el mortero.

Las fuerzas de adhesión varían para una misma profundidad de anclaje, pues esta fuerza depende del diámetro promedio de la fibra anclada, lo mismo ocurre con el esfuerzo de adhesión, del análisis de los resultados se puede asegurar que a una profundidad de 2.0 cm, se encuentra el límite en donde la fuerza de adhesión supera la fuerza de tensión del fique.

Esto se representa en las siguientes gráficas:

Diámetro vs Fuerza

Variación de la fuerza de adhesión entre la fibra de fique y el mortero con el diámetro de la fibra (para profundidades de anclaje de (1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5) cm.).

Diámetro Vs Esfuerzo

La fuerza de adhesión entre los dos materiales mortero-fibra varía con la profundidad de anclaje de la fibra, como se muestra en la siguiente tabla

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