Vidal_Gaitan_Rodriguez

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID 
 
 
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE 
CAMINOS CANALES Y PUERTOS. 
 
 
 
ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DEL 
HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA 
REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO 
FRENTE AL IMPACTO DE PROYECTILES. 
 
 
 
TESIS DOCTORAL 
 
Por 
Vidal Hernando Gaitán Rodríguez. 
Ingeniero Civil 
 
 
 
 
Madrid 2013 
 
 
 
 
DEPARTAMENTO DE 
INGENIERÍA CIVIL-CONSTRUCCION 
 
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE 
CAMINOS CANALES Y PUERTOS. 
 
 
 
ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DEL 
HORMIGÓN DE ALTA RESISTENCIA 
REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO 
FRENTE AL IMPACTO DE PROYECTILES. 
 
 
Autor 
Vidal Hernando Gaitán Rodríguez. 
Ingeniero Civil 
 
 
Director 
Manuel Fernández Cánovas. 
Doctor Ingeniero de Construcción 
 
 
 
Madrid 2013
 
 
 
Tesis Doctoral 
Estudio del Comportamiento del hormigón de 
Alta Resistencia Reforzado con Fibras de 
Acero frente al impacto de proyectiles. 
 
 
Tribunal nombrado por el Mgfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad 
Politécnica de Madrid, el día ….. de ………………. de 2013. 
 
Presidente: Don ……………………………………………... 
Vocal: Don ……………………………………….…….. 
Vocal: Don ……………………………………………... 
Vocal: Don ……………………………………………... 
Secretario: Don ……………………………………………... 
Suplente: Don ……………………………………………... 
Suplente: Don ……………………………………………... 
 
Realizado el acto de lectura y defensa de la tesis el día ….. de ………… de 2013, 
en la E.T.S. de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos de la U.P.M. 
Calificación de la tesis…………………………………………………….…… 
 
 
 EL PRESIDENTE, LOS VOCALES 
 
 
EL SECRETARIO, 
 
 
 
Agradecimientos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
Esta tesis no se hubiera concluido sin la ayuda y colaboración de innumerables personas que a 
lo largo de los años, de alguna u otra manera, han contribuido a mi desarrollo personal. 
Quiero agradecer de manera muy especial a mi director D. Manuel Fernández Cánovas, por 
haber incluido esta tesis dentro del programa de investigación con el Ministerio de Defensa, 
del cual es coordinador, por haberme brindado la posibilidad de desarrollarla, por la confianza 
depositada en mi, por su dedicación, por su disposición y por el apoyo que me ha dado en 
todo momento. 
 
También quisiera agradecer dentro de la Cátedra de Materiales de Construcción, dependiente 
del Departamento de Ingeniería Civil – Construcción, de la Escuela Técnica Superior de 
Ingenieros de Caminos Canales y Puertos, a los profesores D. Eduardo Moreno y D. Manuel 
Rivas, el apoyo que me han prestado, y a los técnicos por el apoyo en la ejecución y 
desarrollo de los ensayos en el laboratorio de Materiales de Construcción, a Dña. Concepción 
García Viñuela directora de la Biblioteca de la Escuela por su competencia, ayuda en la 
búsqueda de la información necesaria para adelantar esta investigación. 
 
Hay que agradecer la inestimable ayuda de la Dirección General de Infraestructura del 
Ministerio de la Defensa, sin cuyo proyecto de investigación no podría haberse llevado a cabo 
esta tesis. Al Polígono de Experiencias de Carabanchel, a su director Iltmo. Sr. D. Francisco 
Cucharero, al Teniente Coronel D. Rafael Tejada, al Comandante D. Joaquín Rael Otamendi, 
al Capitán D. Miguel Alcalde Herreruela, al Subteniente D. Fernando Lozano Valverde y a 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero frente 
al impacto de proyectiles. 
 
 
los Técnicos D. Ignacio García Torremarín y D. Alfonso Gómez Gutiérrez, por la gran ayuda 
prestada en el desarrollo del plan de ensayos balisticos. 
 
Así mismo debo expresar mis agradecimiento a: Cementos Hispania S.A, a Ferroatlantica, a 
BEKAERT; a la Asociación Nacional Española de Fabricantes de Áridos (ANEFA), a SIKA, 
por su colaboración desinteresada facilitándonos los materiales precisos para los ensayos y 
toda la información necesaria. 
 
Debo agradecer también, la colaboración del Laboratorio de Ciencia de Materiales, 
dependiente del Departamento de Ingeniería Civil – Construcción, de la Escuela Técnica 
Superior de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos, por su colaboración y asesoría para el 
apartado de simulación numérica. 
 
Quisiera agradecer también a mis amigos y compañeros de doctorado, Katia, Ana Cristian, 
Alexandrei, Álvaro, Alfredo, Benjamín por su compañía durante estos años. 
 
También quiero agradecer a mi familia por haberme apoyado e incentivado a adelantar los 
estudios de doctorado. 
 
Por último quiero agradecer a Ana por ser inspiradora y animadora para que esta tesis se 
llevara a cabo. 
 
 
Índice de contenido 
 
 i
 
 
 
 
 
 
INDICE DE CONTENIDO 
 
INDICE DE CONTENIDO i 
LISTA DE FIGURAS v 
LISTA DE TABLAS ix 
RESUMEN xi 
ABSTRACT xiii 
1.0 ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO 1 
1.1 Introducción 1 
1.2 El hormigón de alta resistencia reforzado con fibras metálicas 3 
1.2.1 Propiedades del hormigón de alta resistencia (HAR) 4 
1.3 Impacto de proyectiles sobre blancos de hormigón 35 
1.3.1 El fenómeno del impacto 35 
1.3.1.1 Balística exterior 36 
1.3.1.2 Resistencia aerodinámica 39 
1.3.1.3 Correcciones balísticas 40 
1.3.1.4 Fuerzas y momentos aerodinámicos 44 
1.3.1.5 Movimiento del proyectil 51 
1.3.2 Comportamiento del hormigón frente a impacto de proyectiles 53 
1.3.2.1 Fenómenos generados 55 
1.3.2.2 Penetración de proyectiles en blancos de hormigón 58 
1.3.3 Análisis numérico 69 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 ii 
1.3.4 Formulas empíricas 70 
2.0 OBJETIVOS 91 
3.0 METODOLOGIA Y PLAN EXPERIMENTAL 93 
3.1 Introducción 93 
3.2 Materiales componentes del hormigón 94 
3.2.1 Cemento 95 
3.2.2 Áridos 96 
3.2.3 Agua 98 
3.2.4 Fibras metálicas 98 
3.2.5 Humo de sílice 99 
3.2.6 Aditivos superplastificantes 100 
3.3 Dosificación de los hormigones 101 
3.3.1 Determinación de la dosificación de un HAR 106 
3.3.2 Determinación del contenido de humo de sílice a utilizar 107 
3.3.3 Fabricación de mezclas 110 
3.3.4 Determinación de la resistencia a compresión 111 
3.3.5 HAR reforzado con fibras metálicas 112 
3.4 Ensayos de caracterización 113 
3.4.1 Resistencia a compresión 113 
3.4.2 Resistencia a tracción indirecta 114 
3.4.3 Resistencia a flexotracción 115 
3.4.4 Tenacidad 117 
3.4.5 Retracción 122 
3.4.6 Fluencia 124 
3.4.7 Punzonamiento 126 
3.4.8 Temperatura interna 129 
3.4.9 Impacto de proyectiles 131 
4.0 RESULTADOS DEL PLAN EXPERIMENTAL 139 
4.1 Resultados de las medidas de consistencia 139 
4.2 Resultados de los ensayos de la resistencia a compresión 140 
 
 
Índice de contenido 
 
 iii 
4.3 Resultados del ensayo de resistencia a tracción indirecta 142 
4.4 Resultados de los ensayos de resistencia a flexotración 143 
4.5 Determinación de la Tenacidad 144 
4.6 Resultados del ensayo de retracción 147 
4.7 Resultados del ensayo de fluencia 148 
4.8 Resultados del ensayo de punzonamiento 149 
4.9 Resultados del ensayo de temperatura interna 151 
4.10 Resultados del ensayo de impacto de proyectiles 154 
5.0 ANALISIS DE RESULTADOS 159 
5.1 Análisis de los resultados de las medidas de consistencia y resistencia a 159 
Compresión. 
5.2 Análisisde los resultados del ensayo de resistencia a tracción indirecta 162 
5.3 Análisis de los resultados de los ensayos de resistencia a flexotracción 164 
5.4 Determinación de la tenacidad e índices adimensionales 164 
5.5 Análisis de los resultados del ensayo de retracción 172 
5.6 Análisis de los resultados del ensayo de fluencia 172 
5.7 Análisis de los resultados del ensayo de punzonamiento 173 
5.8 Análisis de los resultados del ensayo de temperatura interna 177 
5.9 Análisis de los resultados del ensayo de impacto de proyectiles 178 
5.9.1 Análisis de la perforación 181 
5.9.2 Análisis del “Scabbing” 190 
5.9.3 Análisis de la penetración 195 
5.9.4 Análisis del modelo 197 
5.9.4 Análisis de los cráteres 198 
5.10 Simulación numérica 200 
5.10.1 Teoría del programa Autodyn 200 
5.10.2 Descripción General de la Simulación 201 
5.10.3 Resultados de las simulaciones 203 
6.0 CONCLUSIONES 205 
7.0 PROPUESTA PARA FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN 211 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 iv 
8.0 BIBLIOGRAFIA 213 
ANEJO I CORRELACION ENTRE PROBETAS CILINDRICAS 10 x 20 Y CUBICA 
10 x 10 cm. 
ANEJO II RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE TENACIDAD. 
ANEJO III RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE PUNZONAMIENTO. 
ANEJO IV MEDICIONES EN EL IMPACTO DE PROYECTILES. 
ANEJO V CARACTERISTICAS DE LOS PROYECTILES EMPLEADOS EN LOS 
ENSAYOS BALISTICOS. 
ANEJO VI FOTOGRAFIAS. 
 
 
Listado figuras 
 
 v 
 
 
 
 
 
 
LISTADO DE FIGURAS 
 
Figura 1.1. Representación esquemática de la Microestructura de la pasta de cemento 6 
Figura 1.2. Interacción fibra – matriz, matriz no fisurada. 9 
Figura 1.3. Interacción fibra – matriz, matriz fisurada. 10 
Figura 1.4. Esquema zona de transición fibra-matriz. 11 
Figura 1.5. Curva Carga-desplazamiento a flexotracción. 16 
Figura 1.6. Índices de Tenacidad. Diagrama Carga-Desplazamiento a Flexión. 19 
Figura 1.7. Índices de Tenacidad. Diagrama Carga-Desplazamiento a flexión según UNE 
83-510. 21 
Figura 1.8. Proyectil en vuelo. 39 
Figura 1.9. Proyectil en rotación. 41 
Figura 1.10. Proyectil en rotación. 42 
Figura 1.11. Sistemas de referencia. 46 
Figura 1.12. Representación fuerza resistente. 47 
Figura 1.13. Fuerzas y momentos actuantes. 48 
Figura 1.14. Angulo de incidencia. 48 
Figura 1.15. Fenómenos en un blanco de hormigón. 57 
Figura 1.16. Angulo de incidencia. 36 
Figura 1.17. Forma del proyectil de Forrestal 64 
Figura 1.18. Coeficiente de forma del proyectil de Kar. 79 
Figura 3.1. Granulometría del árido fino. 96 
Figura 3.2. Granulometría del árido grueso. 97 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 vi 
Figura 3.3. Fibras metálicas. 99 
Figura 3.4. Probetas rotas en el ensayo de tracción indirecta. 115 
Figura 3.5. Configuración del ensayo de primera fisura e índice de tenacidad. 118 
Figura 3.6. Características de la curva carga – deformación a flexotración. 119 
Figura 3.7. Ensayo para la determinación del índice de tenacidad a primera fisura. 122 
Figura 3.8. Ensayo de retracción. 123 
Figura 3.9. Ensayo de fluencia. 125 
Figura 3.10. Esquema del ensayo de punzonamiento. 126 
Figura 3.11. Moldes de probetas para el ensayo de punzonamiento. 128 
Figura 3.12. Ensayo de punzonamiento. 128 
Figura 3.13. Esquema de ubicación de los termopares de lectura. 130 
Figura 3.14. Ensayo temperatura interna. 130 
Figura 3.15. Galería de tiro. 131 
Figura 3.16. Placas para los ensayos de impacto de proyectiles. 132 
Figura 3.17. Placas para los ensayos de impacto de proyectiles. 132 
Figura 3.18. Placa en su soporte después de ser impactada. 134 
Figura 3.19. Arma de 25 mm MAUSER 3134 y radar Doppler. 135 
Figura 3.20. Arma de 20 mm CAAA OERLIKON y radar Doppler. 135 
Figura 3.21. Medición de los cráteres de impacto. 136 
Figura 3.22 Proyectiles utilizados en las pruebas. 137 
Figura 4.1 Resultados de la medida de la consistencia. 140 
Figura 4.2 Resistencia a compresión de las masas de prueba. 141 
Figura 4.3 Resistencia a compresión del hormigón de la masa No 3. 142 
Figura 4.4 Resistencia a tracción indirecta. 143 
Figura 4.5 Presentación en pantalla del programa ICA 1065. 145 
Figura 4.6 Configuración del ensayo de Tenacidad. 145 
Figura 4.7 Curvas carga–deformación en el ensayo de Tenacidad. 146 
Figura 4.8 Resultados de los ensayos de retracción. 148 
Figura 4.9 Resultados de los ensayos de fluencia. 149 
Figura 4.10 Probetas de HC después de ensayada. 150 
Figura 4.11 Curvas carga–deformación en el ensayo de punzonamiento. 150 
 
 
Listado figuras 
 
 vii 
Figura 4.12 Evolución de la temperatura en el HAR. 151 
Figura 4.13 Evolución de la temperatura en el HARFA. 152 
Figura 4.14 Evolución de la temperatura en el HC. 152 
Figura 4.15 Temperaturas alcanzadas en el punto central. 153 
Figura 4.16 Temperaturas alcanzadas en el punto medio. 153 
Figura 4.17 Temperaturas alcanzadas en el punto superior. 154 
Figura 4.18 Configuración de las pruebas de impacto. 155 
Figura 4.19 Zona de impacto en un blanco de hormigón. 156 
Figura 4.20 Velocidades de salida e impacto para cada tipo de proyectil empleado. 157 
Figura 5.1 Contenido de Cemento y Resistencia a compresión. 160 
Figura 5.2 Consistencia y Porcentaje de Superplastificante. 161 
Figura 5.3 Resistencia a Compresión y Contenido de Humo de Sílice. 161 
Figura 5.4 Contenido de Cemento y Resistencia a compresión (Masas estudio de 
correlación). 162 
Figura 5.5 Aumento de la resistencia a tracción indirecta en función de la dosificación de 
fibras. 163 
Figura 5.6 Ensayo a tracción indirecta con y sin fibras. 163 
Figura 5.7 Resistencia a Flexotracción a 1ª fisura. 164 
Figura 5.8 Probetas HAR – 20 – T. 165 
Figura 5.9 Probetas HAR – 40 – T. 165 
Figura 5.10 Probetas HAR – 60 – T. 166 
Figura 5.11 Probetas HAR – 80 – T. 166 
Figura 5.12 Tenacidad de las probetas HAR – 20 - T. 168 
Figura 5.13 Tenacidad de las probetas HAR – 40 - T. 169 
Figura 5.14 Tenacidad de las probetas HAR – 60 - T. 169 
Figura 5.15 Tenacidad de las probetas HAR – 80 - T. 170 
Figura 5.16 Índices de tenacidad para el hormigón HAR con diferentes contenidos de 
fibras. 171 
Figura 5.17 Índices de tenacidad para el hormigón HAR con diferentes contenidos de 
fibras. 171 
Figura 5.18 Curvas Carga–Deformación a punzonamiento en HC - 00. 174 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 viii 
Figura 5.19 Curvas Carga–Deformación a punzonamiento en HAR - 00. 174 
Figura 5.20 Curvas Carga–Deformación a punzonamiento en HAR - 80. 175 
Figura 5.21 Tenacidad en punzonamiento de las probetas de HC - 00. 176 
Figura 5.22 Tenacidad en punzonamiento de las probetas de HAR - 00. 176 
Figura 5.23 Tenacidad en punzonamiento de las probetas de HAR - 80. 177 
Figura 5.24 Temperatura interna para los diferentes hormigones ensayados. 178Figura 5.25 Velocidades inicial y de impacto calibre 7.62 AP. 179 
Figura 5.26 Velocidades inicial y de impacto calibre 12.70 M8. 179 
Figura 5.27 Velocidades inicial y de impacto calibre 20 mm APDS. 180 
Figura 5.28 Velocidades inicial y de impacto calibre 25 mm APDS. 180 
Figura 5.29 Velocidades de impacto placa de 5 cm HARFA 185 
Figura 5.30 Velocidades de impacto placa de 15 cm HARFA 186 
Figura 5.31 Velocidades de impacto placa de 5 cm, proyectil 7.62 AP HARFA 191 
Figura 5.32 Relaciones t-Ei/e 195 
Figura 5.33 Relaciones t-Ei/e 195 
Figura 5.34 Volúmenes de cráteres anteriores proyectil 7.62 AP. HARFA 199 
Figura 5.35 Volúmenes de cráteres anteriores proyectil 12.70 M8. HARFA 199 
Figura 5.36 Disposición general de la simulación numérica 201 
Figura 5.37 Configuración de la simulación numérica 202 
Figura 5.38 Geometría y mallado del modelo 203 
Figura 5.39 Instante de la simulación 204 
Figura 5.40 Secuencia de simulación 204 
Figura I.1 Roturas anómalas. IV -2 
Figura I.2 Juego de probetas cilíndricas y cúbicas. IV -4 
Figura I.3 Rotura de una probeta cúbica de 10 x 10 cm. IV -5 
Figura I.4 Rotura de una probeta cilíndrica de 10 x 20 cm. IV -5 
Figura I.5 Resultados de la resistencia a compresión IV -10 
Figura I.6 Resultados obtenidos IV -12 
 
 
 
 
 
Listado tablas 
 
 ix 
 
 
 
 
 
 
LISTADO DE TABLAS 
 
Tabla 1.1. Valores de Kp de acuerdo al tipo de blanco 72 
Tabla 1.2. Valores de Kp, propuestos por Amirikian 73 
Tabla 1.3. Valores del factor de forma K 76 
Tabla 1.4. Valores del factor de forma K 82 
Tabla 3.1. Características del cemento 95 
Tabla 3.2. Propiedades del árido fino 97 
Tabla 3.3. Propiedades del árido grueso 98 
Tabla 3.4. Característica de las fibras 73 
Tabla 3.5. Característica del humo de sílice 99 
Tabla 3.6. Características de los superplastificantes 100 
Tabla 3.7. Dosificaciones de los hormigones de prueba 107 
Tabla 3.8. Probetas para el ensayo de tracción indirecta 115 
Tabla 3.9. Dosificación del hormigón convencional 116 
Tabla 3.10. Probetas para el ensayo a flexotración 117 
Tabla 3.11. Probetas para el ensayo de tenacidad 121 
Tabla 3.12. Probetas para el ensayo de retracción 123 
Tabla 3.13. Probetas para el ensayo de fluencia 125 
Tabla 3.14. Probetas para el ensayo de punzonamiento 127 
Tabla 3.15. Bloques para el ensayo de temperatura interna 129 
Tabla 3.16. Placas para los ensayos de impacto de proyectiles. 133 
Tabla 3.17. Tipo de munición empleada por probeta ensayada. 138 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 x 
Tabla 4.1 Resultados de la medida de la consistencia. 139 
Tabla 4.2 Resultados de los ensayos de resistencia a compresión. 141 
Tabla 4.3 Resultados del ensayo de tracción indirecta. 143 
Tabla 4.4 Resultados del ensayo de flexotración. 144 
Tabla 4.5 Índices de tenacidad adimensionales HAR. 147 
Tabla 5.1 Valores de E/e sobre los diferentes disparos con datos de cálculo. 182 
Tabla 5.2 Valores de E/e sobre los diferentes disparos por tipo de hormigón. 182 
Tabla 5.3 Valores de E/e sobre los diferentes disparos por tipo de hormigón. 183 
Tabla 5.4 Propiedades acero 4340. 202 
Tabla 5.5 Resultados simulación numérica. 203 
Tabla I.1. Dosificaciones de los hormigones de ensayo. IV -3 
Tabla I.2. Probetas dosificación I. IV -6 
Tabla I.3. Probetas dosificación II. IV -7 
Tabla I.4. Probetas dosificación III. IV -8 
Tabla I.5. Probetas dosificación IV. IV -9 
Tabla I.6. Resultados medios obtenidos. IV -11 
Tabla I.7. Coeficientes de correlación obtenidos. IV -12 
 
 
 
Resumen 
 
 xi 
 
 
 
 
 
 
RESUMEN 
 
En la presente investigación se buscó estudiar el efecto de la adición de fibras metálicas como 
refuerzo en hormigones de alta resistencia, y en especial su comportamiento frente al impacto 
de proyectiles. Se efectuó el estudio sobre un hormigón de alta resistencia (HAR), analizando 
los aspectos mecánicos, durabilidad y trabajabilidad para su colocación en obra. 
 
Las pruebas de laboratorio se llevaron a cabo en el Laboratorio de Materiales de Construcción 
de la Escuela Técnica Superior de Caminos Canales y Puertos de la UPM y los ensayos 
balísticos en la galería de tiro cubierta del Polígono de Experiencia de Carabanchel, adscrito a 
la Dirección General de Infraestructura del Ministerio de la Defensa. 
 
La caracterización del HAR empleado en el estudio se centró en los aspectos de resistencias 
mecánicas a compresión, tracción, flexotracción, tenacidad a flexotracción, punzonamiento, 
retracción, fluencia, temperatura interna y resistencia al impacto de proyectiles, siempre 
buscando de manera primordial analizar el efecto de la adición de fibras en el hormigón de 
alta resistencia. 
 
El programa de ensayos balísticos comprendió la fabricación de 47 placas de hormigón de 
diferentes espesores, desde 5 a 40 cm., 26 de dichas placas eran de HAR con una adición de 
fibras metálicas de 80 kg/m
3
, 11 de ellas eran de HAR sin fibras y 10 de un hormigón de 
resistencia convencional con y sin fibras; sobre dichas placas se efectuaron diversos impactos 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 xii 
con proyectiles de los cuatro calibres siguientes: 7.62 AP, 12.70 M8, 20 mm APDS y 25 mm 
APDS. 
Las pruebas mostraron que el HAR presenta una mayor resistencia a los impactos de 
proyectiles, aunque sin la adición de fibras su fragilidad es un serio inconveniente para su 
utilización como barrera protectora, la adición de fibras reduce considerablemente la 
fragmentación en la cara posterior “scabbing” y en menor medida en la cara anterior 
“spalling”. También se incrementa la capacidad del hormigón a la resistencia de múltiples 
impactos. 
 
Se efectuó un estudio de las diferentes formulas y modelos, en especial el modelo 
desarrollado por Moreno [60], que se vienen utilizando para el diseño de barreras protectoras 
de hormigón contra impacto de proyectiles, analizando su viabilidad en el caso del hormigón 
de alta resistencia, hormigón para el cual no fueron desarrolladas y para el que no existen 
bases de cálculo específicas. 
 
 
 
 Abstract 
 
 xiii 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
In this research we have tried to study the effect of adding metallic fibres as a means of 
reinforcing high strength concrete, and especially its behaviour when impacted upon by 
projectiles. The study was carried out using high strength concrete (HSC), analysing its 
mechanical facets, durability and malleability when used in construction. 
 
The laboratory tests took place in the Laboratorio de Materiales de Construcción of the 
Escuela Técnica Superior de Caminos Canales y Puertos of the Universidad Politécnica de 
Madrid, and the ballistic tests were carried out in the covered shooting gallery of the Polígono 
de Experiencias in Carabanchel (Madrid), belongs to the Departamento de Infraestructura of 
the Ministerio de Defensa. 
 
The aspects of the HSC studied are its mechanical strength to compression, traction, flexo-
traction, resilience to flexo-traction, shear strength, creep, shrinkage, internal temperature and 
strength to the impact of projectiles, always looking to analyse the effect of adding fibres to 
HSC. 
 
The ballistic testing process required the construction of 47 concrete plates of different 
thicknesses,from 5 to 40 cm, 26 made which HSC containing of 80 kg/m
3
 metallic fibres of, 
11 made of HSC without fibres, and 10 made with concrete of normal strength with and 
without fibres. These plates were subjected to a variety of impacts by four projectile, 7.62 AP, 
12.70 M8, 20 mm APDS and 25 mm APDS. 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 xiv 
The results showed that HSC has a greater resistance to the impact of projectiles, although 
without the addition of fibres, its fragility makes it much less suitable for use as a protective 
barrier. The addition of fibres reduces considerably frontal fragmentation, known as 
“scabbing”, and to a lesser extent causes fragmentation of the reverse side, known as 
“spalling”. In addition, the concrete’s capacity to resist multiple impacts is improved by its 
letter ductility. 
 
A study was carried out on the various formulae and models used to design protective 
concrete barriers impacted on by projectiles, analysing their viability in the case of HSC for 
which they were not developed and for which no specific calculations exist. 
 
 
 
 
 
 
 
1.0 ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO 
 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 1 
 
 
 
 
 
 
1.0 ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO 
 
1.1 INTRODUCCIÓN 
 
En general, las características que más interesan a corto plazo de un hormigón son su 
resistencia a compresión, tracción, cortante y retracción plástica, y a largo plazo su retracción 
hidráulica, fluencia y durabilidad. En un hormigón de alta resistencia destaca su alta 
resistencia a edades tempranas, dureza, y mantenimiento de las propiedades mecánicas e 
integridad en ambientes severos, es decir, su durabilidad. La incorporación de fibras de acero 
al hormigón se refleja en su resistencia a flexotracción, resistencia a tracción, restricción de la 
fisuración, y mejora de la capacidad de absorción de energía del material, la cual puede 
interpretarse como la resistencia del material a las acciones de impacto, tenacidad y fatiga. 
 
Los hormigones de alta resistencia presentan algunos inconvenientes como son su falta de 
ductilidad o fragilidad; en algunos casos, su alta velocidad de desarrollo de resistencias con 
una gran exotermicidad y peligro de microfisuración, su mayor sensibilidad a la acción del 
fuego, etc. La incorporación de las fibras de acero suple, en algunos casos, estas deficiencias, 
aportando algunas propiedades adicionales como ya hemos mencionado. 
 
El hormigón tradicional debido a su relativamente alta densidad y resistencia, presenta una 
oposición aceptable a ser penetrado por proyectiles, sin embargo, su baja resistencia a tracción 
hace que se produzcan desprendimientos importantes en la zona de entrada y salida de los 
mismos. La incorporación de fibras metálicas y la alta resistencia a compresión del hormigón 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 2 
aumentan la resistencia a la penetración de los mismos y reducen considerablemente los 
desprendimientos o proyecciones del material, conformando un binomio ideal para este tipo 
de situaciones. 
 
Como la tecnología de los hormigones de alta resistencia (HAR) se ha desarrollado en los 
últimos años, existen pocas investigaciones que evalúen su comportamiento dinámico frente a 
impactos. 
 
La investigación realizada en esta tesis doctoral se ha fundamentado en el estudio de un 
hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero frente al impacto de proyectiles, y 
como consecuencia de la misma, se han analizado algunos aspectos propios del hormigón de 
alta resistencia buscando solución a algunos de los problemas que presenta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 3 
1.2 El hormigón de alta resistencia reforzado con fibras metálicas 
 
El refuerzo con fibras de materiales frágiles usados en la construcción se remonta a los inicios 
de la actividad humana; fibras animales y vegetales se usaron en la antigüedad y es de uso 
extendido actualmente el empleo de hormigones reforzados con fibras en múltiples 
aplicaciones. 
 
A comienzos del siglo XX diferentes investigadores en Francia, Alemania y EEUU 
patentaron diversos métodos de incorporación de fibras al hormigón buscando mejorar sus 
propiedades, especialmente en cuanto a su comportamiento a la fisuración y la capacidad de 
absorción de energía. 
 
A partir de la década de los 60 del siglo pasado se incrementaron las investigaciones y 
aplicaciones de este tipo de hormigones; investigadores como Romualdi y Mandel [1], 
desarrollaron teorías para determinar la carga a primera fisura y carga máxima; en la década 
de los 70 y principio de los 80 aparecen los primeros trabajos sobre el tema realizados por 
Hannant y Ramachandran [15], en los cuales exponen las investigaciones desarrolladas hasta 
el momento. 
 
De estas fechas al presente, el avance en el conocimiento de las propiedades y las aplicaciones 
ha sido constante y vertiginoso, las investigaciones sobre el comportamiento del hormigón 
con fibras se han efectuado en casi todos los países desarrollados, lo cual ha permitido que, de 
las aplicaciones iníciales básicamente en pavimentos, se haya pasado a su uso habitual en 
puentes, túneles, tuberías, etc. 
 
Las incorporación de fibras a hormigones de alta resistencia es una aplicación de uso reciente 
la cual se está desarrollando en los últimos años debido al mayor empleo de los dos tipos de 
materiales y las posibilidades que brindan las fibras a los hormigones de alta resistencia. 
 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 4 
1.2.1 Propiedades del hormigón de alta resistencia (HAR) 
 
 Microestructura del hormigón de alta resistencia: La relación entre la 
microestructura y las propiedades físico-mecánicas de los materiales frágiles, como el 
hormigón, no ha sido establecida, de una forma completa, debido a la complejidad de 
tal relación, sin embargo para su estudio se aplican los principios que rigen el 
comportamiento de estos materiales. 
 
La resistencia a compresión de los materiales frágiles es mucho mayor que su 
resistencia a tracción, debido a que en tracción una sola fisura puede provocar la falla 
del material, caso contrario a la compresión donde se hace necesario un estado 
general de fisuración para producir su rotura [55]. 
 
Con carácter general se ha establecido que la resistencia a compresión de los 
materiales frágiles aumenta cuando disminuye el tamaño de sus poros y disminuye 
cuando aumenta el tamaño del grano; concretamente este comportamiento es típico de 
los materiales metálicos. 
 
El hormigón es un material heterogéneo formado por áridos ocluidos en una matriz 
endurecida formada por la pasta de cemento; sus propiedades mecánicas dependerán 
de las propiedades de estos componentes, sus proporciones entre sí y las características 
físico-químicas de la interfase [45]. 
 
Se puede considerar la hidratación del cemento como un proceso en el cual se produce 
una disolución con reacción de los componentes con el agua, seguida de una difusión 
y precipitación de los componentes hidratados. Los productos hidratados son 
transportados a través de los poros desde las partículas en las que se ha producido la 
disolución y reacción hacia los espacios libres existentes entre otras. El agua en 
contacto con las fracciones que aún no se han hidratado reacciona con ellas y las 
disuelve, formando una disolución que se va saturando y sigue difundiéndose hacia los 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 5 
espacios libres antes citados donde precipita en forma de compuestos sólidos 
hidratados. 
 
La cinética del proceso dehidratación está influenciada por varios factores como son: 
la composición del cemento y su finura de molido, la temperatura de la pasta, la 
relación agua/cemento de la misma, la presencia de adiciones, etc. Cualquiera de estos 
factores aumenta la velocidad de hidratación pero, sin embargo y de forma simultánea, 
se produce un retraso en el grado de hidratación, de aquí la importancia de conocer la 
cinética de la hidratación para controlar el proceso de ésta en las primeras edades, así 
como la extensión y calidad de las mismas [41]. 
 
En los hormigones de alta resistencia la microestructura presenta principalmente tres 
fases: pasta de cemento, zona de transición, y áridos. 
 
- Pasta de cemento: Es la matriz que aloja los áridos, en esta fase es donde los 
productos de la hidratación se cristalizan y ocupan los espacios inicialmente 
ocupados por el agua. En los inicios del proceso de hidratación se forman 
grandes cristales en el exterior de las partículas de cemento, denominados 
“productos externos“. A continuación, al disminuir los vacíos la hidratación 
continua de forma mas lenta y, en estado sólido los productos obtenidos se 
desarrollan dentro de los límites de las partículas en hidratación y son mas 
compactos y amorfos, éstos se denominan “productos internos“. La pasta de 
cemento hidratada está formada por silicatos cálcicos hidratados (gel C-S-H); 
hidróxido calcico (portlandita), aluminatos y ferritos calcicos, sulfoaluminatos 
calcicos (ettringita), y cemento anhidro, y una extensa red de poros capilares 
que contienen una cantidad variable de fase liquida, el hidróxido de calcio 
reacciona con la adición de humo de sílice de los HAR formando nuevos 
silicatos calcicos hidratados (tobermorita secundaria). 
 
- Zona de transición: Corresponde a la interfase árido – pasta, es una capa de 
500 a 100 m de espesor. El uso de bajas relaciones agua/cemento en los HAR 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 6 
mejora la resistencia de esta zona, al disminuir su porosidad y su espesor, 
dando por ello mayores resistencias. 
 
 
Figura 1.1. Representación esquemática de la Microestructura de la pasta de cemento [45]. 
 
La hidratación separada de cada componente del cemento ocurre de la siguiente forma: 
 
- Silicato tricálcico: Reacciona rápidamente con el agua produciéndose 
“tobermorita” C3S2H3 y “portlandita” Ca(OH)2, en forma simplificada CH, 
según las siguientes reacciones: 
 
 2C3S + 6H = C3S2H3 + 3CH 
 
- Silicato bicálcico: Reacciona mas lentamente, según: 
 
 2C2S + 4H = C3S2H3 + 3CH 
 
- Aluminato tricálcico: Aunque la cantidad de C3A en un cemento es pequeña en 
comparación con los silicatos, su reacción con el agua es muy rápida debido al 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 7 
gran poder de disolución del mismo dando lugar a un endurecimiento rápido de 
la pasta; para evitar este fenómeno se añade al clinker un retardador de 
fraguado, que normalmente es yeso. El yeso y el aluminato reaccionan para 
formar sulfaluminato de calcio hidratado insoluble. El aluminato hidratado es 
estable y en la pasta de cemento hidratada aparece en forma de cristales 
cúbicos. La reacción se da según: 
 
 C3A + 6H = C3AH6 
 
El C3A del cemento contribuye poco a nada a las resistencias salvo a edades 
tempranas, sin embargo, es indeseable por ser atacado por los sulfatos con 
producción de sulfoaluminato expansivo que destruye al cemento en los 
morteros y hormigones endurecidos. No obstante, el C3A es necesario porque 
facilita la formación de fase líquida, reduciendo la temperatura del horno y 
contribuyendo a la mejora de las reacciones sobre la caliza y la arcilla. 
 
- Ferrito aluminato tetracálcico:- Reacciona con el agua dando lugar a la 
formación de aluminatos de calcio hidratados cristalizados y ferrito de calcio 
hidratado amorfo, así como hidróxido de hierro. 
 
- Óxidos de cal y magnesio libres: Sus reacciones con el agua son más o menos 
rápidas dependiendo de la temperatura, tiempo de cocción y velocidad de 
enfriamiento del clinker [41]. 
 
 Características de la interacción entre la fibra y la matriz: El beneficio de la adición 
de las fibras se hace notar por el material principalmente después de la fisuración de 
éste. La resistencia a la fisuración y propagación de la misma que introduce la fibra 
depende de las propiedades de la fibra, orientación, volumen y, principalmente, de las 
propiedades de la interfase fibra–matriz. 
 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 8 
La interacción entre la fibra y la matriz del hormigón es la característica básica que 
afecta el comportamiento de los hormigones reforzados con fibras, su análisis y 
estimación es necesaria para determinar el aporte de las fibras a las propiedades del 
hormigón. 
 
En general, la naturaleza y comportamiento de la fibra y la matriz son bastante bien 
conocidos, pero la de la interfase fibra-matriz no son conocidos con detalle. Se ha 
comprobado que reduciendo la relación agua/cemento se aumenta la micro dureza de 
la pasta de hormigón y la fuerza de anclaje de las fibras a ésta [75]. 
 
La matriz de los hormigones de alta resistencia presenta condiciones especiales en 
comparación con los hormigones de resistencia normal, ésta es más homogénea, las 
adiciones incorporadas la hacen menos porosa, las adicionadas con humo de sílice 
presentan menos poros capilares, y hace que los existentes sean más pequeños y estén 
poco interconectados entre sí. Esta adición, produce cambios en la estructura y 
características de la interfase fibra–matriz y árido–pasta, debido a las propiedades del 
humo de sílice. 
 
Aparte de las propiedades de la matriz, también son importantes en el hormigón 
reforzado con fibras, la eficacia y el contenido de éstas, el cual puede ser expresado 
como porcentaje de fibras en volumen o peso por unidad de volumen de hormigón. 
 
El mecanismo de refuerzo de la fibra, consiste en la transmisión de las cargas de 
tensión desde la matriz a la fibra, por medio de la adherencia y por anclaje de la fibra 
en la matriz, en caso de que la fibra sufra deformaciones; este esfuerzo es compartido 
hasta el instante de la fisuración de la matriz, momento en el cual es transferido 
progresivamente a la fibra. 
 
En un sistema de matriz y fibra que contiene una sola fibra como el de la figura 1.2, en 
la fase de descarga se asume que las tensiones existentes las recibe la matriz, mientras 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 9 
que en la fibra son nulas. Al aplicar tensiones o compresiones cambian los resultados 
en el desarrollo de tensiones aunque continúan siendo compatibles. 
 
P
P P
P
Matriz
Fibra
Contorno
deformado
Sin carga Tension Compresión 
Figura 1.2. Interacción fibra-matriz, matriz no fisurada [23]. 
 
Cuando la carga se aplica a la matriz, ésta se transfiere a la fibra a lo largo de su 
superficie y debido a la diferencia de rigidez entre la fibra y la matriz el esfuerzo de 
tensión se desarrolla a lo largo de la superficie de la fibra, ayudando a transferir la 
carga aplicada a la fibra. Las fibras de acero por ser más rígidas que la matriz 
presentan menor deformación a su alrededor que las fibras naturales o de polímeros. 
 
El traslado de tensiones es elástico en un compuesto antes de producirse la fisuración, 
siempre y cuando la fibra y la matriz estén en el rango elástico de tensiones. 
 
Una vez que la matriz se fisura, la fibra sirviendo de puente, traslada los esfuerzos de 
un lado a otro de la fisura. En la práctica varias fibras harán de puente entre las caras 
de la fisura, si las fibras pueden trasmitir suficiente carga a través de la misma, más 
fisuras se formaran a lo largo de la longitud de la probeta. Este estado es llamado“fase 
de fractura múltiple”. 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 10 
P
P
Matriz
Fibra
 
Figura 1.3. Interacción fibra – matriz, matriz fisurada [23]. 
 
En el caso de aplicaciones prácticas, este estado ocurre bajo condiciones de cargas de 
servicio. 
 
Las características de la interacción de la fibra también determinan la capacidad 
máxima de carga y la deformación más allá de la carga pico posterior a la fisuración. 
 
La microestructura de la interfase matriz–fibra es diferente a la del resto de la matriz. 
La zona de interfase tiene un espesor de unas 50 m alrededor de la superficie de la 
fibra, existiendo en primer lugar una zona rica en hidróxido de calcio (portlandita) de 
1 m y otros productos hidratados debido a que los granos de cemento no se depositan 
cerca de la fibra tendiendo a formarse cristales de portlandita en este área, seguida por 
una capa de portlandita anisotrópica bastante porosa. 
 
En los HAR debido a la adición de humo de sílice se ha comprobado que la interfase 
fibra–matriz se fortalece [77], observando una reducción de tamaño de los cristales de 
portlandita, así como en el espesor de la zona de transición. 
 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 11 
 
Figura 1.4. Esquema zona de transición fibra-matriz [15]. 
 
La eficacia de las fibras se determina por la resistencia de éstas al arrancamiento 
(pullout), la cual depende de su anclaje a la matriz. Esta propiedad es mayor cuanto 
más longitud tenga la fibra y su diámetro sea pequeño, es decir fibras con altos valores 
de esbeltez; sin embargo, con valores muy altos de esbeltez se presentan problemas de 
mezclado, los cuales son acentuados en hormigones de alta resistencia dadas las bajas 
relaciones agua/cemento que se utilizan y su mayor cohesividad debido a las 
adiciones. Con el fin de aumentar la capacidad de la fibra al arrancamiento se han 
desarrollado fibras con extremos conformados, ondulaciones corrugas, etc. 
 
Los ensayos de arrancamiento de fibras han permitido determinar que el principal 
aporte está dado por la resistencia por anclaje de la fibra, la resistencia a fricción y en 
mucha menor medida la adherencia. 
 
 Resistencia a compresión: La resistencia a compresión es el parámetro normalmente 
utilizado para caracterizar a un hormigón y el elevado valor de ésta en los HAR es la 
razón de la existencia de estos. Sin embargo, la adición de las fibras de acero no busca 
como objetivo primario una mejora directa de esta resistencia. 
 
En los HAR la alta resistencia a compresión se obtiene debido a las bajas relaciones 
agua/cemento empleadas gracias al empleo de superplastificantes muy activos y el uso 
de adiciones como el humo de sílice. Además la ganancia de resistencia a edades 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 12 
tempranas se efectúa a mayor velocidad que en el hormigón convencional; ésto puede 
deberse, a un aumento de la temperatura interior debido al alto calor generado en la 
hidratación, producido por las elevadas cantidades de cemento usadas, por la menor 
distancia entre partículas del cemento hidratado debido a la baja relación 
agua/cemento y por el elevado carácter puzolanico del humo de sílice. 
 
El efecto de la adición de fibras de acero en la resistencia a compresión en los 
hormigones es despreciable, el aumento de resistencia obtenido en la mayoría de los 
casos es bajo, además no es la propiedad que se busca mejorar con el aporte de las 
mismas. 
 
El parámetro básico de un HAR es la resistencia obtenida en el ensayo de rotura a 
compresión de probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura a la edad 
de 28 días, tiempo al final del cual se produce fundamentalmente el fuerte incremento 
de resistencia de un HAR, sin que ello sea óbice para que se continué ganando 
resistencia, consiguiéndose incrementos de un 10 % a los 56 días e incluso mayores a 
los 90 días. Sin embargo, una resistencia muy representativa se obtiene a los 7 
primeros días, tiempo en el cual se pueden alcanzar resistencias de alrededor del 80 % 
de la obtenida a los 28 días. 
 
Un inconveniente que se presenta en el ensayo de resistencia a compresión de los 
HAR es el refrentado de las probetas cilíndricas. El mortero de azufre empleado (de 
acuerdo a la norma UNE 83 303) induce fallas anómalas debido a la menor resistencia 
del material de refrentado con respecto al hormigón. El refrentado con mortero de 
azufre, siempre y cuando la fusión se realice de forma muy controlada es valido hasta 
resistencias de 80 Mpa, pero puede introducir fuertes dispersiones en los resultados y 
dar lugar a una disminución del valor medio de la resistencia obtenido, para 
resistencias superiores, de aquí que en estos casos sea recomendable recurrir a otros 
métodos [19]. 
 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 13 
En la actualidad el refrentado con azufre prácticamente no se utiliza por razones de 
seguridad e higiene en el trabajo, habiendo sido sustituido por el pulido de las caras de 
las probetas con maquinas pulidoras que actúan de forma muy rápida. Con esto se 
evitan las dispersiones que producía el refrentado, el problema de intoxicación de los 
gases de azufre y los tiempos de espera para lograr que la capa de refrentado hubiera 
endurecido. 
 
Para paliar el inconveniente anterior algunos autores recomiendan el uso de probetas 
cúbicas, en lugar de las cilindricas, con las cuales se evita el problema del refrentado, 
pero se hace necesario establecer el coeficiente de paso de un tipo de probeta a otra. 
Este coeficiente oscila entre 0.70 a 0.90, tomándose como un valor medio 0.80. La 
resistencia del hormigón en probeta cúbica y cilíndrica se va acercando a medida que 
se incrementa la resistencia del hormigón, se estima que para valores ligeramente 
mayores de 100 Mpa ésta tiende a igualarse, esto puede deberse a la disminución del 
coeficiente de Poisson en los HAR, lo que disminuye la importancia de la esbeltez de 
la probeta sobre la resistencia [20]. 
 
El Model Code 1990 especifica los factores de conversión de probeta cilíndrica 15 x 
30 cm a probeta cúbica 15 x 15 cm para varios valores de resistencia; sin embargo 
aclara que para casos especiales estos deben ser hallados de manera directa [31]. 
 
Es normal que, debido al pequeño tamaño máximo del árido usado en los HAR, y a la 
limitación en la capacidad de las prensas para ensayar probetas a compresión se 
empleen probetas de 10 cm de diámetro y 20 cm de altura las cuales tienen la ventaja 
de tener menos peso, ser mas fácilmente almacenables y exigir prensas de menor 
capacidad de carga, pero tiene el inconveniente de que los coeficientes de paso de esta 
probeta a la de 15 x 30 cm no están bien definidos, por lo que deben ser obtenidos 
mediante ensayos. 
 
La “Instrucción de Hormigón Estructural EHE” aclara que la correlación entre las 
tensiones de rotura de los distintos tipos y dimensiones de probetas, precisa en cada 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 14 
caso, de una amplia experimentación directa y, a modo de recomendación, especifica 
que el valor del coeficiente de conversión de probeta cúbica a cilíndrica se puede 
tomar entre 0.85 y 0.90 para hormigones entre 70 y 90 Mpa [34]. 
 
Muchos estudios Patnaik y Patnaikuni [73], [74], Carino y Tanigawa [81], entre otros, 
han investigado el efecto del tamaño de la probeta en el ensayo de resistencia a 
compresión, las comparaciones normalmente se han hecho entre la resistencia a 
compresión de probetas 10 x 20 cm y 15 x 30 cm, generalmente las probetas 10 x 20 
cm, presentan resistencias superiores que las 15 x 30 cm, la diferencia puede variarde 
2 al 10 %, con un valor medio del 5 %. En hormigones de alta resistencia la diferencia 
puede ser menor. Una contradicción a esta tendencia se observa en el estudio de 
Carrasquillo [29], que mostró una resistencia a compresión un 7 % menor para los 
cilindros de 10 x 20 cm con respecto a los de 15 x 30 cm. 
 
El diagrama tensión-deformación a compresión, de un hormigón de alta resistencia, 
presenta algunas particularidades respecto al hormigón tradicional: 
 
- La rama ascendente de la curva presenta en los HAR un tramo de 
proporcionalidad lineal mayor y de pendiente más pronunciada. La 
deformación para la máxima tensión es ligeramente mayor, entre 2 y 3 %. 
 
- La rama descendente de la curva presenta una pendiente más pronunciada. 
 
La linealidad se mantiene hasta los niveles más altos de carga debido a la baja 
microfisuración que experimentan los HAR al estar sometidos a esfuerzos de 
compresión, por lo que desarrollan menores deformaciones laterales que el hormigón 
convencional, esto es debido a la mayor rigidez de la matriz de pasta de hormigón, 
cuya diferencia con la que presenta el árido es menor a la presentada en los 
hormigones convencionales. La concentración de tensiones en la interfase pasta-árido 
es inferior, por lo que su comportamiento es más homogéneo postponiendo la 
aparición de fisuras en los niveles más altos de tensión, cuando las diferencias de 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 15 
rigideces entre la pasta y el árido es mayor. Una vez aparecidas las microfisuras la 
curvatura del diagrama es más apreciable en los niveles próximos a la tensión de 
rotura. 
 
La adición de fibras puede aportar un pequeño aumento de la resistencia, 
incrementando la tensión correspondiente a la máxima compresión aplicada, además la 
curva tensión-deformación en su rama descendente es menos pronunciada, indicativo 
de la disminución de ductilidad del material, medida ésta como la capacidad de 
absorción de energía durante la deformación, propiedad útil en roturas de material de 
características frágiles y súbitas como en el hormigón de alta resistencia. 
 
Para los contenidos de fibras de acero habituales (menores a 1 % en volumen) no se 
han detectados variaciones significativas del modulo de deformación. En ensayos 
efectuados con hormigones de resistencia a compresión entre 35 y 85 Mpa y 
volúmenes de fibras de 30, 45 y 60 Kg/m³, se encontró un aumento marginal en el 
valor del modulo de elasticidad [78]. 
 
El modulo de Poisson para hormigones de alta resistencia es ligeramente menor que el 
de los hormigones de resistencia convencional, y su valor está influenciado por el tipo 
de árido, y en menor grado por la madurez del hormigón [75]; con el aporte de las 
fibras de acero no se ha visto que exista una influencia significativa [4]. 
 
 Resistencia a flexotracción: La resistencia última a flexotracción puede variar 
principalmente debido al volumen, longitud, diámetro y anclaje de las fibras de acero, 
dependiendo de los valores de éstos, la carga última puede ser mayor o menor a la 
carga a primera fisura. 
 
Hay que considerar principalmente tres partes en la curva carga–desplazamiento a 
flexotracción de un hormigón reforzado con fibras de acero, como puede observarse 
en la figura 1.5. 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 16 
 
Figura 1.5. Curva Carga-desplazamiento a flexotracción. 
 
- Una fase lineal hasta el punto A. El mecanismo de resistencia en esta porción 
de la curva involucra un traslado de tensiones de la matriz a las fibras. La 
tensión impuesta está compartida entre la matriz y fibras hasta la fisuración de 
la matriz, punto denominado resistencia a primera fisura. Este punto se obtiene 
bajo la hipótesis de comportamiento elástico, se supone que hasta este punto el 
material cumple la ley de Hooke, éste es el punto donde la curva se aparta de la 
linealidad. 
 
- Una zona de transición no lineal entre el punto A y la carga máxima en el 
punto B (asumiendo B > A), en esta zona después de fisurarse la matriz, la 
tensión de ésta se transfiere progresivamente a las fibras. Con el aumento de la 
carga las fibras tienden a separarse por arrancamiento de la matriz, 
produciéndose a consecuencia de esto, una respuesta no lineal en el incremento 
de la carga. 
 
- Una fase final, “postpico”, descendente hasta la rotura final, en la que la 
respuesta carga–deformación, depende del comportamiento de la perdida de 
carga y es un reflejo de la capacidad de las fibras de absorber grandes 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 17 
cantidades de energía antes de la falla. Ésta es la principal diferencia entre los 
hormigones con y sin refuerzo de fibras. 
 
 Tenacidad: En hormigones con fibras de acero la resistencia no disminuye después 
del inicio de la fisuración, si no que si el contenido de fibras es adecuado se produce 
un aumento gradual de la resistencia a flexotración a partir de un valor mínimo. La 
tensión máxima de la carga en el primer pico, como ya indicamos, es la resistencia a 
primera fisura; en el caso que nos ocupa, este valor representa la resistencia del 
hormigón de base sin el refuerzo de las fibras. La resistencia a flexotración para la 
tensión máxima corresponde así a cargas en el régimen de post-fisuración. 
 
El aumento de la resistencia de un hormigón con fibras de acero después de la 
fisuración conduce a una disipación progresiva de la energía durante el proceso de 
rotura dando lugar a la obtención de un hormigón tenaz y dúctil. La tenacidad del 
material se define como la medida de esta capacidad de absorción de energía. Por otra 
parte, puede considerarse la tenacidad, en cierto modo, como la inversa de la 
fragilidad, teniendo en cuenta que un material dúctil no posee ninguna capacidad de 
deformación plástica antes de llegar a la rotura [16]. 
 
La tenacidad se caracteriza a través de distintos indicadores como pueden ser la 
absorción de energía, los índices adimensionales relacionados con esta última 
capacidad, la resistencia equivalente a flexotración e índices adimensionales basados 
en el desplazamiento. A continuación y por los objetivos buscados nos centraremos 
específicamente en los índices adimensionales relacionados con la capacidad de 
absorción de energía. 
 
 Índices adimensionales relacionados con la absorción de energía: Como ya se ha 
mencionado anteriormente una de las razones para el refuerzo con fibras de acero de 
un HAR es la de mejorar su la capacidad de absorción de energía, la cual puede 
evaluarse como el área bajo la curva carga-deformación o tensión-deformación. En 
nuestro caso, el área bajo la curva carga-deformación será la capacidad de absorción 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 18 
de energía o tenacidad de un HAR reforzado con fibras de acero. La tenacidad va a 
influir en la mejora del comportamiento del material a fatiga, impacto y cargas 
cíclicas. La mejora de la tenacidad proporciona además al material la ductilidad o la 
capacidad de sufrir grandes deformaciones antes de la rotura. 
 
Hay varios procedimientos para cuantificar la tenacidad usando la curva carga-
deformación, como son los índices de tenacidad que son adimensionales, de los cuales 
se pueden mencionar los siguientes: 
 
It: Índice que resulta de dividir el área bajo la curva carga-deformación (energía 
absorbida) en una probeta de hormigón reforzado con fibras dividida por el área bajo 
la curva (energía absorbida) de una probeta del mismo hormigón no reforzada con 
fibras y ensayada en condiciones similares. Como puede observarse en la figura 1.6 
seria: 
AreaOAKL
AreaOABM
It  
 
Este índice representa la mejora relativa en la absorción de energía debido a la 
inclusión de las fibrasen el hormigón. Su determinación presenta los siguientes 
inconvenientes: 
 
- No siempre es práctico la obtención de la curva carga-deformación completa, 
dado que el ensayo es lento y la deformación final es muy grande. 
 
- Llevar hasta la rotura la probeta no reforzada con fibras y que el ensayo 
permanezca estable requiere una maquina de control por lazo cerrado. 
 
- Se requieren dos probetas las cuales deben ser idénticas en cuanto a su matriz. 
 
- No refleja la tenacidad estimada para niveles de servicio o aplicaciones 
especificas. 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 19 
A
B
C
D
E
  
I H L GJ
K.
.
.
.
.
.

.
C
a
rg
a
 T
o
ta
l 
P
Pfc
Hormigón con FibrasHormigón (Matriz)
Deflexión (punto medio)
P
Pfc= Carga Primera Fisura
 = Deflexion a Primera Fisura
F
Capacidad de Carga
Cero.
O 
MN
 
Figura 1.6. Índices de Tenacidad. Diagrama Carga-Desplazamiento a Flexión [24]. 
 
Por lo anterior, se definieron índices que determinan la tenacidad en función niveles de 
servicio y la resistencia a primera fisura. El procedimiento involucra la determinación 
de la energía requerida para una deformación de la probeta de hormigón reforzado con 
fibras seleccionada como múltiplo de la deformación a primera fisura, para cuya 
determinación se consideran las condiciones de servicio. 
 
El índice de tenacidad se calcula como la relación entre el área bajo la curva carga-
deformación hasta el valor especificado (múltiplo de la deformación a primera fisura) 
y el área bajo la curva hasta el valor de la deformación a primera fisura (tenacidad a 
primera fisura). Estos índices según la norma ASTM C 1018-97 son: 
 
I5: Índice que resulta de dividir el área bajo la curva carga-deformación hasta una 
deformación 3 veces la de primera fisura por el área bajo la curva para el valor de la 
deformación a primera fisura. Como puede observarse en la figura 1.6 sería: 
 
AreaOAJ
AreaOABCI
I 5 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 20 
I10: Índice que resulta de dividir el área bajo la curva carga-deformación hasta una 
deformación 5.5 veces la de primera fisura por el área bajo la curva para el valor de la 
deformación a primera fisura. Como puede observarse en la figura 1.6 sería: 
 
AreaOAJ
AreaOABCDH
I 10 
 
I20: Índice que resulta de dividir el área bajo la curva carga-deformación hasta una 
deformación 10.5 veces la de primera fisura por el área bajo la curva para el valor de 
la deformación a primera fisura. Como puede observarse en la figura 1.6 sería: 
 
AreaOAJ
FGAreaOABCDE
I 20 
 
I30: Índice que resulta de dividir el área bajo la curva carga-deformación hasta una 
deformación 15.5 veces la de primera fisura por el área bajo la curva para el valor de 
la deformación a primera fisura. Como puede observarse en la figura 1.6 sería: 
 
AreaOAJ
FGAreaOABCDE
I 30 
 
El ACI 544.2R-89 (aprobada de nuevo en 2009) contempla los índices I5, I10 y I30 y la 
norma ASTM C–1018-98 los índices I5, I10 y I20 [1], [16]. 
 
Los índices tienen un valor mínimo de 1 para un material frágil de comportamiento 
elástico y de 5, 10, 20 y 30 respectivamente para un material de comportamiento 
perfectamente elasto-plástico, es decir elástico hasta la primera fisura y plástico 
después de ésta. La matriz no reforzada con fibras se toma como un material frágil 
elástico. Es así posible tener valores para los índices mayores a su comportamiento 
elasto-plástico respectivo, dependiendo esto del tipo de fibra, volumen y esbeltez. 
 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 21 
La norma UNE 83 510 contempla que la tenacidad es la energía que es necesaria 
aplicar a la probeta en el ensayo de flexión para que ésta alcance una flecha igual a 
1
/150 de la distancia entre apoyos y el índice de tenacidad I30 similar al contemplado en 
la ASTM C 1018 como el área bajo la curva hasta la deformación igual a 15.5 veces 
la de primera fisura dividida por el área bajo la curva hasta la deformación a primera 
fisura, como puede observarse en la figura 1.7 serían: 
 
AreaOAB
AreaOACD
I 30 
 
´´DAreaOACT  
 
A.
..

C
a
rg
a
 T
o
ta
l 
P
Pf
Deflexión (mm)
O 1/150 luz
C
C´
D D´
B
Primera Fisura
 
Figura 1.7. Índices de Tenacidad. Diagrama Carga-Desplazamiento a flexión según UNE 83-510 [11]. 
 
El Japan Concrete Institute (JCI) calcula la tenacidad absoluta TJCI como el área 
delimitada por la curva carga-deformación y el eje de abscisas hasta una flecha de 
l
/150 
siendo l la luz entre apoyos [23], es por lo tanto un índice similar al contemplado en la 
normativa Española; de manera adicional define el factor de tenacidad a flexión b 
como: 
2
150 hb
LTCJI
b



 
Donde: l = Luz entre apoyos 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 22 
 b = Ancho de la probeta 
 h = Canto de la probeta 
 150 = Flecha igual a 
l
/150 
 
El valor de b también se designa como resistencia a flexión equivalente. La 
caracterización de la tenacidad a flexotración basada en este procedimiento es muy 
simple y es independiente del tipo de deformación y de la técnica de medida, la 
determinación de la primera fisura no es necesaria, y los valores de tenacidad 
obtenidos tienen buena correlación con los índices [65]. 
 
Con respecto a la toma de medidas para los ensayos de tenacidad hay discrepancias, 
debido a que la obtención del valor de la carga y de la deformación a primera fisura es 
dificultosa y encarna cierto grado de criterio del operador del ensayo, lo que conlleva 
cierta subjetividad en su medida. 
 
Los errores de medida de la deformación correspondiente a la primera fisura, pueden 
acarrear errores importantes de las medidas de la tenacidad, al estar éstas basadas en 
dicho valor. 
 
La amplitud de la fase no lineal de la rama ascendente de la curva carga-deformación 
disminuye con el aumento de la resistencia de la matriz, este es el caso de los 
hormigones de alta resistencia, por lo que se recomienda tomar como carga a primera 
fisura la carga máxima de la rama ascendente, dando lugar a que su determinación 
para este tipo de hormigones presente menor dificultad. 
 
El incremento del contenido de fibras del hormigón aumenta la ductilidad y la 
capacidad de absorción de energía, lo cual se aprecia en las curvas carga-deformación 
por la horizontalidad de éstas en la fase post-fisuración. En los HAR por su fragilidad 
puede ser necesaria la utilización de valores altos de volumen de fibras cuando se 
quiere obtener un grado adecuado de ductilidad. 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 23 
 Punzonamiento: El agotamiento por punzonamiento de las losas de hormigón 
sometidas a cargas concentradas puntuales es frágil, con poca o nula capacidad de 
aviso, dado que las fisuras oblicuas que se forman en el interior no pueden verse y las 
fisuras de flexión y las flechas son demasiado pequeñas para significar un aviso, 
incluso en el instante previo a la rotura. En efecto, la resistencia a punzonamiento se 
debe, en principio, a un pequeño tronco de cono (o de pirámide) que rodea el área 
cargada; agotada la resistencia a tracción de la superficie lateral de aquél, la rotura 
progresa tan rápidamente en profundidad que el agotamiento parece instantáneo. 
 
El procedimiento para su determinación esta descrito por la norma UNE 83 515, se 
describe en el capitulo 3. La energía absorbida corresponde al área comprendida entre 
la curva carga- deformación desde el origen hasta una deformación de 25 mm. Cuando 
al hormigón se le incorporan fibras de acero en volúmenes superiores al 0,5 % la 
rotura es más gradual y dúctil, con gran incremento en la fisuración y en la resistencia 
[15]. 
 
 Retracción: Las mezclas de hormigón contienenuna cantidad de agua mayor a la 
requerida para la hidratación del cemento, esta agua libre se evapora con el tiempo. La 
velocidad y la terminación del secado dependen de la humedad relativa y la 
temperatura ambiente. El secado del hormigón conlleva una disminución en su 
volumen, ocurriendo éste con mayor velocidad al principio que al final del mismo. 
 
Las deformaciones de retracción total de los HAR a temprana edad son mayores que 
las del hormigón tradicional, esta diferencia disminuye con el tiempo y después de un 
año las deformaciones por retracción pueden ser del mismo orden, e incluso menores, 
en los HAR con adición de humo de sílice. 
 
Existen dos tipos de retracción, la “retracción plástica” que sufre el hormigón antes del 
fraguado del conglomerante, ésta puede aumentar al hacerlo el contenido de cemento, 
y la “retracción hidráulica”, siendo consecuencia del secado de la película de agua que 
rodea las partículas de gel en la pasta de cemento. En esta retracción pueden influir el 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 24 
contenido de áridos, la naturaleza del árido, la relación agua/cemento, el contenido 
total de agua, la finura del cemento, la composición química del mismo y la presencia 
de aditivos. 
 
La proporción de áridos tiene también influencia sobre la retracción, dado que el árido, 
en parte, frena el desarrollo del fenómeno en la pasta de cemento. Cuando disminuye 
la cantidad de árido aumenta la retracción. El proceso de curado tiene gran incidencia 
al disminuir la retracción en una cuantía mayor o menor dependiendo de la eficacia del 
mismo. En los hormigones con humo de sílice el curado es fundamental, dado que si el 
curado no se realiza, o se hace durante un tiempo no adecuado, las deformaciones por 
retracción aumentan considerablemente. 
 
Estudios de laboratorio y de campo han mostrado que la retracción del HAR es similar 
a la del hormigón tradicional, sin embargo en algunos casos ésta puede ser menor por 
la baja relación agua/cemento, pero es aproximadamente proporcional al porcentaje de 
agua por volumen en el hormigón. La retracción de un HAR que contiene reductores 
de agua de alto rango o superplastificantes es menor que la de un hormigón normal. 
 
La adición de fibras provoca una disminución de la retracción, esta reducción es 
proporcional al aumento en el contenido de fibras, la edad, el tamaño de la probeta, 
etc. Las condiciones de curado pueden tener la misma incidencia que el refuerzo con 
fibras del material [23]. 
 
 Fluencia: La fluencia del hormigón es el incremento de la deformación con respecto 
al tiempo cuando a éste se le ha aplicado una carga sostenida. La deformación inicial 
debida a la carga es la deformación elástica, mientras que la deformación adicional 
debido a la misma carga sostenida es la deformación por flujo plástico o deformación 
diferida. 
 
El flujo plástico se relaciona con la retracción y el hormigón con baja retracción 
también presenta una tendencia a poseer bajo flujo plástico, debido a la relación 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 25 
existente de los fenómenos con la pasta de cemento hidratada. El flujo plástico está 
influido por la composición del hormigón, las condiciones del medio ambiente y la 
forma del elemento; dependiendo también grandemente de la carga como una función 
del tiempo. 
 
Un incremento en la relación agua/cemento y en el contenido de cemento hará 
aumentar el flujo plástico; el árido induce un efecto de restricción, de forma que un 
aumento en la cantidad del mismo lo reducirá. 
 
La fluencia presenta un buen comportamiento en los HAR, siendo mas pequeña que en 
los hormigones convencionales al desarrollarse la misma dentro de los granos de 
cemento hidratados y al presentar éste un número menor de granos hidratados debido a 
la menor cantidad de agua. 
 
El coeficiente de fluencia en seco es de un 75 a 50 % menor en un HAR que en un 
hormigón convencional, para iguales niveles de carga, siendo la fluencia especifica del 
orden de 20 a 25 %. El coeficiente de fluencia puede ser del orden de la mitad de un 
hormigón convencional cuando se usa humo de sílice. 
 
Los efectos del superplastificante sobre el comportamiento en el tiempo del hormigón 
no están bien determinados, estos pueden provocar bajas en la tensión superficial del 
agua pudiendo aumentar la retracción y fluencia de la pasta de cemento. 
 
La adición de fibras de acero no modifica apreciablemente la deformación por fluencia 
del hormigón comprimido, esto se deduce de comparar el pequeño volumen de las 
fibras con el de los áridos que influyen más, en este caso, que las fibras [3]. 
 
 Resistencia al impacto: La capacidad de absorción de energía dinámica es una de las 
propiedades a las cuales el aporte de las fibras más contribuye. Los ensayos y 
procedimientos de medición son variados y se pueden clasificar dependiendo del 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 26 
mecanismo de impacto y parámetros a medir durante el mismo. Los principales son 
los siguientes: 
 
- Prueba de impacto mediante el Péndulo Charpy. 
- Impacto con maza normalizada. 
- Barra de Hopkinson. 
- Impacto de proyectiles. 
 
Tradicionalmente la resistencia al impacto ha sido caracterizada por la medida de la 
energía consumida en la fractura o agrietamiento de una determinada probeta sometida 
a un número de golpes determinados (impactos repetidos), o por el grado de deterioro 
y la velocidad residual de salida de un proyectil de masa dada después de que la 
probeta haya sido perforada por dicho proyectil. 
 
Más recientemente, se han desarrollado las pruebas de impacto instrumentadas que 
han proporcionado datos más fiables y a lo largo del tiempo, de los parámetros de 
interés durante la carga de impacto. Estas proveen información que permiten el cálculo 
de fuerzas de flexión, tensión, capacidad de absorción de energía, rigidez, y 
característica de la respuesta carga-deformación. 
 
Seguidamente se hace una breve descripción de las principales pruebas: 
 
- Prueba de impacto mediante Péndulo Charpy: El sistema consiste en un 
péndulo que en caída libre impacta sobre una probeta colocada sobre un 
yunque. El peso de la masa y la altura de caída proporcionan un rango de 
velocidades y capacidades de energía de impacto. Regulando la altura de caída 
y la velocidad de impacto se obtiene la curva de deformación del hormigón. 
 
La instrumentación de la prueba incluye células de carga dinámicas, 
calibradores para la medida de la tensión, amplificadores y osciloscopios 
preferiblemente digitales. Todo el equipo electrónico debe tener una adecuada 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 27 
respuesta a las frecuencias altas para supervisar y grabar los datos del 
transductor sin distorsiones [4]. 
 
- Impacto con maza normalizada: Es el ensayo mas sencillo y consiste en 
determinar el número de golpes, con un peso prefijado cayendo, desde una 
altura determinada, necesario para causar un determinado nivel de daño, el 
número de golpes sirve como un estimador cualitativo de la energía absorbida 
por la probeta para el nivel de daño obtenido. El ensayo puede servir para 
determinar la influencia de diferentes volúmenes de fibras en el 
comportamiento del hormigón. 
 
Este ensayo esta normalizado en la norma UNE 83 514. La prueba consiste en 
deja caer una masa de 4,534 Kg desde una altura de 457 mm sobre una bola de 
50 mm de acero. La probeta a ensayar tiene un diámetro de 150 mm y un 
espesor 63 mm, se coloca sobre una base de acero con 4 pestañas que la 
rodean. Se determina el número de golpes hasta producir la primera fisura 
visible y el necesario para fracturar la probeta de tal forma para que sus partes 
toquen3 de las 4 pestañas. 
 
Los resultados de esta prueba presentan gran dispersión y pueden ser muy 
diferentes para diferentes tipos de mezclas y volúmenes de fibras. 
 
- Barra de Hopkinson: El ensayo de la Barra de Hopkinson pretende obtener la 
ley de tensión-deformación de un material a diferentes velocidades de 
deformación. Se basa en el estudio de la propagación de ondas elásticas en dos 
barras, realizándose la propagación a través del material en estudio. 
 
El ensayo consiste en la creación de un pulso de presión en una de las dos 
barras mediante el impacto de un proyectil, este impulso se propaga a lo largo 
de la barra hasta llegar a la probeta en estudio, el pulso de compresión 
incidente en la probeta, provoca la creación de un pulso de tracción reflejado y 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 28 
un pulso de compresión transmitido a través de la probeta y de una segunda 
barra. Estos pulsos son registrados en el tiempo mediante bandas 
extensométricas situadas a distancias conocidas. Conociendo esta distancia y la 
velocidad de propagación de las ondas en cada barra, se determinan los 
desfases producidos. A partir del conocimiento de los pulsos se determina la 
ley de tensión-deformación de la probeta y la velocidad de deformación [60]. 
 
- Impacto de Proyectiles: Este tipo de ensayos poseen características diferentes a 
las descritas anteriormente, debido principalmente a la mayor velocidad de 
deformación alcanzada en el material por el impacto de proyectiles. En éstos el 
fallo del hormigón ensayado se produce por cortante y el daño se concentra en 
los alrededores de la zona de impacto, además de adquirir importancia la 
disipación de energía en forma de calor. Se busca con este tipo de ensayos 
principalmente determinar niveles de protección en relación a determinados 
niveles de daño y ajustar curvas de penetración de proyectiles. Sus resultados 
deben ser cotejados en laboratorio. 
 
Se ensayan probetas en forma de placa de espesor variable, los datos pueden 
ser obtenidos por medio de Radar Doppler, cámaras ultrarrápidas o células 
fotoeléctricas. 
 
Los principales parámetros medidos son la velocidad de entrada y salida del 
proyectil, en caso de producirse la perforación, masa proyectada y 
aceleraciones y tensiones en la probeta. 
 
 Durabilidad: La durabilidad del hormigón implica la capacidad de éste para ofrecer un 
comportamiento adecuado a lo largo de la vida útil del elemento estructural 
confeccionado con él. Cuando se efectúa un diseñó adecuado, seguido de un 
cuidadoso control de calidad, el hormigón es inherentemente un material durable; sin 
embargo, bajo condiciones adversas, el hormigón es potencialmente vulnerable a los 
ataques agresivos como los ciclos hielo-deshielo, sulfatos, reacción álcali-agregado, 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 29 
corrosión de armaduras, etc. Cada uno de estos procesos involucra movimientos de 
agua u otros fluidos que transportan los agentes agresivos a través de los poros 
capilares de la estructura del hormigón, por consiguiente, la porosidad y 
permeabilidad son propiedades importantes que afectan la durabilidad de hormigón. 
Aunque el deterioro de un hormigón raramente es causado por un solo factor, es difícil 
aislar cada uno de ellos, pues las causas casi siempre están entrelazadas. 
 
Dentro de las propiedades que caracterizan la durabilidad de un hormigón tenemos la 
resistencia a los ciclos hielo–deshielo, la resistencia a la abrasión, el ataque químico, 
comportamiento frente al fuego y la corrosión de las armaduras. En todas estas 
características juega un papel importante la permeabilidad. 
 
- Permeabilidad: El acceso a una masa de hormigón de los diferentes agentes 
exteriores puede producirse por convección, difusión o succión capilar, 
iniciándose a través de los poros capilares, de los macroporos accesibles y las 
fisuras superficiales. 
 
El volumen de poros capilares existentes en una masa de hormigón depende 
muy especialmente de la relación agua/cemento empleada en su fabricación. Al 
poseer los HAR bajas relaciones agua/cemento, es normal que se obtenga un 
material poco permeable, de forma adicional el uso de humo de sílice en estos 
hormigones reduce la porosidad, llegando a ser casi nula la presencia de poros 
de diámetro mayor a 0.1 micras. 
 
En los HAR se observa una reducción del coeficiente de permeabilidad, como 
consecuencia de las bajas relaciones agua/cemento y del cuidado curado, que 
se hace en ellos; además, el uso de humo de sílice contribuye al relleno y 
densificación de la interfase árido–pasta y armadura–pasta disminuyendo la 
porosidad y heterogeneidad de estas zonas obteniéndose poros de pequeño 
diámetro y poco interconectados. Por otra parte, la adición de fibras de acero 
 
Estudio del comportamiento del hormigón de alta resistencia reforzado con fibras de acero 
frente al impacto de proyectiles. 
 30 
aumenta la capilaridad del hormigón, siendo este aumento, cuanto más grande 
es el volumen de fibras adicionadas. 
 
- Resistencia a ciclos hielo – deshielo: El hormigón al ser sometido a ciclos de 
hielo y deshielo puede sufrir dos tipos de efectos, microfisuración interna y 
disgregación superficial. Este último fenómeno se ve incrementado por la 
presencia de las sales de deshielo que se encuentra en los pavimentos, tableros 
de puentes, etc. El fenómeno se desarrolla por la expansión de la pasta de 
cemento debido a las presiones generadas por el movimiento del agua interna y 
el incremento de volumen que tiene lugar al pasar el agua liquida a sólida. Para 
que la pasta fisure debe haber un alto grado de saturación; la saturación critica 
se produce a partir del momento que todos los poros capilares están llenos al 
menos en un 90 % de agua. 
 
Para el hormigón de resistencia normal, la introducción de burbujas de aire, de 
4 a 8% en volumen de hormigón, proporciona una defensa eficaz contra el 
daño de disgregación. La cantidad exacta de aire depende del tamaño máximo 
del árido grueso, siempre y cuando éste también sea resistente a los ciclos 
hielo-deshielo, por otro lado los áridos serán resistentes si su porosidad es baja 
o no se ha llegado al grado límite de saturación. 
 
Los HAR presentan, en general, un buen comportamiento a los ciclos hielo–
deshielo, no requiriendo normalmente la incorporación de aire adicional en su 
masa, debido a su propia baja permeabilidad, la cual esta relacionada con la 
formación de microporos que se producen durante el proceso de hidratación de 
la matriz cementante. 
 
Sin embargo, los HAR presentan una resistencia a la microfisuración más 
limitada pudiéndose requerir la introducción de partículas de aire para mejorar 
este aspecto. No se han detectado diferencias significativas entre los 
hormigones no reforzados con fibras y los reforzados. 
 
 
Estado actual del conocimiento 
 
 31 
- Resistencia a la abrasión: La abrasión es causada por el frotamiento repetitivo 
y la fricción. La abrasión es el resultado del uso del tráfico, siendo la 
determinación de la resistencia a la abrasión muy importante para los 
pavimentos de hormigón, dado que una abrasión excesiva lleva a una perdida 
de textura superficial y a un aumento en la accidentabilidad. 
 
No existe un criterio generalmente aceptado por evaluar la resistencia a la 
abrasión del hormigón convencional; la falta del mismo es debida al hecho de 
que el uso de la superficie normalmente no es un factor controlado en la 
ejecución del pavimento. Si la superficie del pavimento proporciona una 
profundidad de textura adecuada durante la construcción, se deberá a otros 
requisitos. 
 
La permanencia de la buena resistencia a la abrasión es una de las principales 
propiedades de los HAR, y debido a ella se ha extendido su uso para firmes de