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Hormigón estructural con fibras de madera

Versátil hormigón especial que utiliza materiales locales naturales en un flexible proceso de fabricación

Boletín ICPA N° 136

 

El hormigón estructural con fibras de madera es un material extremadamente versátil. Puede ser usado, tanto en climas fríos como cálidos, para la elaboración de elementos estructurales y no estructurales para edificios, que pueden fabricarse mediante procesos manuales como mecanizados, automáticamente controlados mediante computadoras. Su versatilidad permite su producción y utilización en variados ambientes climáticos y sociales.

Este hormigón especial fue desarrollado con la idea de utilizar los materiales naturales locales de cada país y área de construcción. Su tecnología ha sido aplicada fundamentalmente a las fibras de madera (árboles coníferos y gomeros), pero otras fibras naturales como papel de desecho, bambú, lino, cáscara y paja de arroz, pueden usarse si los ensayos acusan resultados aceptables.

El hormigón estructural con fibras de madera fue originalmente desarrollado por el centro de Investigaciones Técnicas de Finlandia, entre los años 1984 y 1987. Esta investigación fue aplicada por la Compañía Finlandesa ACOTEC(Advanced Construction Technology) que desarrolló una planta para la fabricación de paneles de hormigón con fibras de madera. Una empresa constructora comenzó en Singapur en 1987 la fabricación de los paneles empleando el equipo desarrollado por ACOTEC. Más recientemente una compañía constructora finlandesa(Finna Housing Ltd) ha estado usando el hormigón con fibras de madera para la construcción de pequeñas casas en Indonesia. Los elementos prefabricados para este hormigón con fibras son los paneles para paredes y losas. Para la producción de estos elementos se usan procesos altamente mecanizados y automatizados, pero procesos manuales de fabricación son posibles en países en desarrollo, en forma económica.

Las propiedades básicas del hormigón, principalmente densidad, resistencia, trabajabilidad del hormigón y conductividad térmica, pueden modificarse dependiendo del uso que ha de darse al hormigón. El hormigón se clasifica sobre la base de su densidad. Las densidades están usualmente comprendidas entre 1200 kg/m3 y 2000 kg/m3, pero en casos especiales pueden usarse hormigones con menores densidades. Los requerimientos relativos a su resistencia a las acciones del medio ambiente, termitas y fuego son satisfechos por las diferentes variedades del hormigón con fibras de madera.

 

Propiedades del material. El hormigón estructural con fibras puede ser clasificado sobre la base de su densidad (las propiedades físicas y mecánicas de este material están relacionadas con la densidad).

Es normal trabajar con hormigones de 1200 y 1500 kg/m3 y los segundos están destinados a soportar cargas. Ambos hormigones pueden ser aserrados y clavados con herramientas ligeras, pero solamente los segundos proveen buena adherencia con los clavos. En cuanto a resistencias a compresión y flexión, los que tienen una densidad de 1200 kg/m3 alcanzan valores a compresión de 60 a 80 kg/cm2 y a flexión de 20 a 30 kg/cm2, y los segundos de 100 a 150 kg/cm2 y de 30 a 60 kg/cm2 a compresión y flexión, respectivamente. Ambos son resistentes a la humedad, al hielo y a la acción de las termitas y del fugo, presentando buena aislamiento y absorción de los sonidos, y sus constituyentes no afectan la salud.

 

Efectos de la humedad sobre las propiedades mecánicas. El efecto del contenido de humedad sobre la resistencia y módulo de elasticidad de este hormigón es similar al del hormigón convencional. Los ensayos comparativos realizados sobre un hormigón con fibras de madera almacenado en un ambiente con 40% de humedad relativa, con otro guardado en un ambiente con 70% de humedad relativa, indican una reducción de la resistencia a la compresión y del módulo de elasticidad del hormigón. Por ejemplo, para hormigón con fibras de madera en la resistencia a la compresión y módulo de elasticidad a humedades relativas de 40% y 80&, son 13% y 5% respectivamente.

 

Fluencia y tracción. El coeficiente de fluencia del hormigón con fibras de madera decrece con el crecimiento de la densidad. La contracción es afectada tanto por el secado como por los factores químicos.

En hormigones con fibras naturales, las fibras controlan el comportamiento de la humedad en la pasta de cemento. Los cambios en el contenido de humedad de la pasta a su vez afectan la tensión en la totalidad del material. La contracción de las fibras naturales es controlada primordialmente por el contenido de cemento de la pasta, mientras las fibras naturales controlan el contenido de humedad del hormigón.

A causa de que las fibras naturales causan porosidad capilar del hormigón, el contenido de humedad del hormigón con fibras naturales cambia rápidamente con los cambios de las condiciones externas de humedad. La porosidad capilar también causa la contracción rápida del hormigón.

La contracción es afectada por la relación agua – cemento y puede ser determinada para cada mezcla de hormigón. En los elementos prefabricados con hormigón con fibras de madera, la mayor parte de la contracción tiene lugar rápidamente después del moldeo(durante el acopio y almacenamiento) y la menor parte cuando el elemento deja el almacenamiento.

 

Resistencia al fuego. La resistencia al fuego de una estructura depende parcialmente del material de que esté compuesta y de sus propiedades estructurales.

El hormigón con fibras de madera está clasificado como no inflamable(incombustible) para densidades de 1000 kg/m3 o mayores. En usos estructurales, la capilaridad de las fibras y la alta resistencia a la tracción son propiedades muy favorables, desde que ellas previenen el cuarteo de la cubierta de hormigón cuando está sometida al fuego.

Por ejemplo, un panel de hormigón con fibras de madera con canalículos interiores de 37 mm de diámetro y una densidad de 1000 kg/m3, con una humedad relativa del 40%, se sometió a un ensayo estandardizado. El tiempo de resistencia al fuego del panel fue de 84 min, cundo la temperatura de la superficie no expuesta al fuego excedía del límite de 180 °C. Al finalizar el ensayo, 90 min después de iniciado, el panel de l pared reunía las condiciones de estabilidad requeridas.

 

Aislamiento y absorción del sonido. El hormigón de fibras naturales reúne buenas condiciones para la aislamiento de los sonidos, a causa de su bajo módulo de elasticidad y falta de homogeneidad. La aislamiento del sonido depende del conjunto de la estructura y debe ser evaluada caso por caso. La absorción del sonido del hormigón con fibras de madera varía aproximadamente entre un 25% para una densidad de 2000 kg/m3 hasta aproximadamente un 35& para una densidad de 1200 kg/m3.

 

Resistencia a la intemperie. El hormigón estructural con fibras naturales es resistente a la acción de la humedad y de la intemperie. En estructuras al aire libre, las superficies pintadas, enlucidas o tratadas con agentes impregnantes limitan la absorción de agua y minimizan la contracción.

 

Resistencia a las termitas. Esta resistencia se obtiene en hormigones con densidades superiores a 1000 kg/m3.

 

Resistencia a la congelación. Se obtiene dosificando adecuadamente el hormigón reforzado con fibras de madera. Las superficies pintadas, enlucidas o tratadas, expuestas al medio ambiente, previenen la absorción de la humedad y mejoran su resistencia a la intemperie.

 

Producción mecanizada. La planta de producción instalada en Singapur, a la que se hizo referencia, es totalmente automática.

La producción del hormigón con fibras de madera se controla mediante computadora de modo de asegurar la calidad de la mezcla.

 

Empleo de paneles de hormigón con fibras de madera en la construcción. Los paneles son ensamblados en sitio para la construcción de paredes. Mediante clavos y mortero de cemento se unen para formar las paredes y se conectan con el cielorraso.

Después de recibir un delgado enlucido en ambas superficies, una vez terminadas las paredes, pueden ser empapeladas o pintadas. Los paneles pueden ser modificados y usados como base.

Igualmente pueden usarse para muros que soportan cargas en pequeñas viviendas de uno o dos pisos o en fachadas tanto de edificios pequeños como de varios pisos.

Usados como unidades de fachada la superficie externa debe ser cubierta con un impermeabilizante para evitar la penetración de la humedad en los poros del material.

 

Bombeo del hormigón con fibras de madera. Este hormigón puede ser empleado para la construcción en sitio (no premoldeada).

En una experiencia realizada en Finlandia, las paredes portantes de una pecunia casa fueron construidas bombeando el hormigón dentro de moldes formados con bloques de poliestireno. El hormigón con fibras de madera constituye el elemento resistente de las paredes, mientras el revestimiento o moldes con bloques de poliestireno que lo rodea provee la aislamiento necesaria.

Estas paredes proveen una alta aislamiento del calor. La instalación de las paredes y el bombeo del hormigón con fibras de madera en una pequeña vivienda insumen el tiempo de un día. Las paredes como siempre, deben llevar un enlucido o tratamiento impermeabilizante y ser revocadas.

 

Versatilidad. El hormigón con fibras de madera puede ser mezclado en cualquier planta convencional de hormigón y ser bombeado en las mismas condiciones de este último.

Su alta resistencia a la tracción y su tenacidad son suficientemente buenas como para no requerir refuerzos de acero sino en grandes aberturas, y pequeños estribos en algunas esquinas.

La baja densidad y la facilidad de trabajo del material endurecido para el aserrado, clavado y barrenado lo hacen un material altamente adecuado en trabajos de reparaciones.

La tecnología del hormigón con fibras naturales tiene un alto grado de flexibilidad. Materiales naturales y de desecho pueden usarse, especialmente en países en desarrollo. En países industrializados es posible la utilización de astillas de madera y de papel de desecho.

El único material costoso a utilizar es el cemento cuyo consumo puede disminuirse utilizando puzolanas naturales, cenizas volantes, polvo de cáscara de arroz o escoria de alto horno.

El hormigón con fibras de madera puede ser usado para componentes verticales no estructurales y componentes horizontales secundarios estructurales en edificios de varios pisos. En casas de uno o dos pisos puede ser usado en miembros estructurales tanto horizontales como verticales. Los paneles de paredes pueden ser livianos y delgados, y usarse sin ninguna aislamiento en climas cálidos, o pesados con aislamiento especial en climas fríos.

 

Instituto del Cemento Portland Argentino

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