tesis resÚmen
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FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
Tesis de grado para optar el título profesional de Ingeniero Civil Denominado:
Proyecto De Investigación
EVALUACIÓN COMPARATIVA DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y A FLEXIÓN DEL CONCRETO
CONVENCIONAL, CONCRETO CON FIBRA DE ACERO SIKAFIBER CHO 80/60 NB, Y CONCRETO CON FIBRA
SINTÉTICA SIKAFIBER FORCE PP/PE-700/55
AUTOR PEDRO RAMÓN PATAZCA ROJAS
JORGE EMHILSSEN TAFUR BUSTAMANTE
ASESOR ING. CIVIL MANUEL A. BORJA SUAREZ
Chiclayo - Perú. 2013
ii
RESÚMEN
El presente proyecto de investigación procede su desarrollo a través del estudio
comparativo de tres tipos de concreto: concreto convencional, normal o patrón
(CP), concreto con fibra de acero Sikafiber CHO 80/60 NB (CP+FA) y concreto
con fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55 (CP+FS); a una resistencia de
diseño f’c 210 kg/cm2, de las cuales se realizaron sus respectivos ensayos a
compresión y a flexión (incluyendo absorción de energía) en relación a las normas
técnicas peruanas correspondientes.
Se evaluó el concreto: en su estado fresco teniendo en consideración una
adecuada trabajabilidad, y en su estado endurecido, su resistencia y tenacidad.
Teniendo como factor influyente la forma y tiempo de curado (aplicación de aditivo
curador de concreto Sika Antisol S).
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1.
2. EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
2.1. Descripción de la realidad problemática
En las últimas décadas, el empleo de concreto reforzado con fibras se
está generalizando en el mundo de la construcción a escala internacional.
Ya es habitual ejecutar con este material obras de soleras y
pavimentaciones industriales, concretos proyectados para el
sostenimiento de túneles, taludes y ejecución de piscinas, concretos
prefabricados, etc.
Actualmente en el Perú, en los últimos años, el uso de fibras en el
concreto recién se está dando a conocer y por ende se ha vuelto una
nueva tecnología de aplicación, empresas del sector aditivos y concretos
premezclados están tomando la iniciativa para la promoción de su uso
para su aplicación en el campo de las construcciones industriales y
minería, respetando detalladamente las aplicaciones de su uso.
Sin embargo la aplicación en menor escala tales como edificaciones y
obras menores es muy escasa, y tras el avance de mejorar las estructuras
en relación al menor tiempo, mejor facilidad de aplicación y mayor
productividad (concretos resistentes con menor porcentaje de acero,
menores tiempos y formas de curado, etc.) son motivos de estudio, en
tales condiciones de zona y facilidades para la presente investigación.
Con el presente tema de investigación se pretende dar una visión global
de las ventajas y aplicaciones de los concretos reforzados con fibras
de acero y sintéticas presente en el mercado nacional, así como los
métodos de ensayo y fórmulas de cálculo, con el objetivo de contribuir
a estandarizar su empleo.
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2.2. Formulación de la pregunta de investigación
¿En qué manera influye la incorporación de fibra de acero Sikafiber CHO
80/60 NB y la incorporación de fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-
700/55 en el comportamiento del concreto convencional?
2.3. Justificación e importancia de la investigación
El concreto con fibra ha venido revolucionando el mercado, actúa de
manera estructural. Debido a la adición de fibra mejoran sus
características de tenacidad, control de fisuración y resistencia a flexión y
resistencia a compresión.
Además son especialmente adecuados para sobrellevar acciones
dinámicas y prevenir situaciones donde se requiere el control de los
procesos de fisuración, ya que cosen las fisuras del concreto formando un
“puente” entre los agregados gruesos, llevando al concreto a un
comportamiento dúctil luego de la fisuración inicial evitando así la fractura
frágil. El aumento de la tenacidad es una de las características más
apreciadas del concreto reforzado con fibra.
2.4. Objetivos de la investigación
2.4.1. Objetivo general
Evaluar y comparar la resistencia a compresión y a flexión del
concreto convencional, concreto con fibra de acero Sikafiber CHO
80/60 NB, y concreto con fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55
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2.4.2. Objetivos específicos
Elaborar un diseño de mezcla de concreto convencional de
resistencia a la compresión de diseño f’c = 210 kg/cm2 usando
cemento adicionado (Pacasmayo Extra Forte ICo), piedra
chancada de tamaño máximo nominal (TMN) de 3/4", arena fina
(arena amarilla), agua, sin incorporación de aire.
Elaborar muestras (de acuerdo a los ensayos a realizar) de
concreto convencional y concreto con fibras (acero y sintética)
de proporción en relación a sus hojas técnicas de cada
producto.
Evaluar la trabajabilidad del concreto convencional y del
concreto con fibra incorporada
Acondicionar muestras de concreto endurecido curadas en
laboratorio y sin curar. Para el curado del concreto se propone
el uso del aditivo Sika Antisol S en proporción a su hoja técnica
del producto.
Evaluar la resistencia a compresión y a flexión (incluyendo
absorción de energía) del concreto convencional y del concreto
con fibra incorporada a los 7, 14 y 28 días.
Comparar con cuales de las dos fibras (acero y sintética) se
obtiene mejor resistencia a compresión
Comparar con cuales de las dos fibras (acero y sintética) se
obtiene mejor resistencia a flexión.
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Comparar con cuales de las dos fibras (acero y sintética) se
obtiene mejor tenacidad (absorción de energía)
2.5. Alcance y limitaciones de la investigación
Para la elaboración de las muestras de concreto se emplearon agregados
(fino y grueso) que cumplieron con los requisitos técnicos empleados en
las NTP. Se tuvo en cuenta el origen de procedencia de los agregados
(cantera y chancadora). De las cuales se optó el uso de piedra chancada
de TMN de 3/4", debido a los factores de economía y uso estructural,
generalmente empleado en obras de infraestructura en la zona
(Departamento de Lambayeque)
Se utilizó agregado fino de la cantera La Victoria – Pátapo y agregado
grueso de la chancadora Piedra Azul - Ferreñafe
Así mismo se optó el uso de cemento portland modificado Pacasmayo
Extra Forte ICo, debido a uso general sobre las estructuras de concreto en
la zona.
En relación a los especímenes de concreto, se optó como adecuada
alternativa experimental el uso de 3 especímenes de concreto por variable
a realizar, de las cuales 2 especímenes fueron curados tipo laboratorio, y
un espécimen no se curó, con el fin de representar la realidad
problemática que se presenta en la ejecución de las infraestructuras reales
Se propone el uso del aditivo curador de concreto Sika Antisol S como
medio de investigación en la toma de datos, simulando la realidad de la
zona.
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2. MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes de otras investigaciones
En el año 2007, Vanesa Corcino Albornoz, estudiante de la
Universidad Ricardo Palma (PERÚ) hizo un “Estudio comparativo
de concreto simple y reforzado con fibras de acero DRAMIX Y
WIRAND, empleando cemento andino tipo V”, como tesis para optar
el título de ingeniero civil.
En este informe se trató exclusivamente de la incorporación de
fibras de acero en el concreto, utilizando cemento andino tipo V, los
cálculos y resultados fueron comparados con resultados obtenidos
del concreto patrón (dosificación de fibra de acero 0 kg/cm2).
En el año 2009, los estudios realizados por los ingenieros de la
universidad norteamericana de Michigan han demostrado e ideado
una nueva técnica que mejora significativamente la resistencia de
edificios altos construidos con concreto en caso de terremoto.
Se trata de mezclar fibra de acero con el concreto que se usa como
base para fabricar las vigas de acoplamiento que después forman
parte de un edificio.
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Así mismo en el año 2010 el estudiante Tito Andreas Galleguillos
Caro de la Universidad de Chile realizó la siguiente investigación
para optar al título de ingeniero civil: “Modelamiento de vigas de
hormigón con fibras de acero”.
Este trabajo valida un modelo de interacción flexión–corte en vigas
de concreto armado con adición de fibras de acero. Estas fibras son
incorporadas en la mezcla del concreto, y su principal ventaja radica
en un incremento en la ductilidad de los elementos, lo cual
contribuye a disminuir los refuerzos tradicionales de barras de acero
(longitudinales y estribos).
Un estudio similar se realizó en el año 2010 en la ciudad de Madrid
– España por Patricia Cristina Mármol Salazar llamado “Hormigón
con fibras de acero, características mecánicas”. Este trabajo
presenta en sus dos primeros capítulos una introducción al
conocimiento de 3 tipos de concretos con fibras más usados: acero,
vidrio y polipropileno. posteriormente se ha hecho una recopilación
de ensayos obtenidos de fuentes de investigación y de tesis
doctorales donde se ha hecho una comparación entre sus
diferentes autores, tratando exclusivamente las características
mecánicas del concreto con fibras de acero.
En el año 2011, Aleksey Beresovsky De las Casas, estudiante de la
Pontificia Universidad Católica del Perú realizó el presente tema de
investigación para optar el título profesional de ingeniero civil
denominado: “Estudio experimental del comportamiento por
desempeño de concreto lanzado reforzado con fibras metálicas”.
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2.2. Desarrollo de la temática correspondiente al tema investigado (Bases
teórico – científica)
2.2.1. Fibras
Clasificación de las fibras
Las fibras como refuerzo secundario para concreto en general pueden
clasificarse según diferentes consideraciones, hoy en día se emplean
principalmente dos tipos de clasificación, así:
Por material
Fibras metálicas, Secciones discretas de metal que tienen una
relación de aspecto (relación entre la longitud y el diámetro) que va
desde 20 hasta 100. Estas fibras son de acero (en general de bajo
contenido de carbón).
Fibras sintéticas, Secciones discretas que se distribuyen
aleatoriamente dentro del concreto que pueden estar compuestas
por Acrílico, Carbón, Polipropileno, Poliestileno, Nylon, Poliéster,
etc.
Fibras de vidrio, Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al
álcali.
Fibras naturales, Secciones discretas de origen como coco, sisal,
madera, caña de azúcar, yute, bambú, etc. Cuyos diámetros varían
entre 0.5 y 0.2 mm, con valores de absorción superiores al 12%
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Por funcionalidad, geometría y dosificación
Microfibras, Estas fibras están destinadas a evitar la fisuración del
concreto en estado fresco o antes de las 24 horas. Se dosifican en
el concreto para volúmenes de entre 0.03% a 0.15% del mismo. Las
más frecuentes son las fibras en polipropileno (Tipo Sikafiber AD)
cuya dosificación en peso oscila entre 0.3 a 1.2 kg/m3 de concreto.
Estas fibras tienen diámetros entre 0.023 mm a 0.050 mm, pueden
ser monofilamento o fibriladas.
Las microfibras al tener diámetros tan pequeños se califican con un
parámetro denominado Denier. Denieres el peso en gramos de
9000 metros de una sola fibra.
Macrofibras
Estas fibras están destinadas a prevenir la fisuración en estado
endurecido, a reducir el ancho de la fisura si ésta se presenta y a
permitir el adecuado funcionamiento de la estructura fisurada. Las
dosificaciones más frecuentes oscilan entre 0.2% a 0.8% del
volumen del concreto. Las macrofibras más usadas son las
sintéticas y las metálicas cuyos diámetros varían entre 0.05 mm a
2.00 mm. La relación de aspecto (L/d) de las macrofibras varía
entre 20 a 100.
Las macrofibras pueden ser metálicas (Tipo Sikafiber CHO 80/60),
sintéticas (Tipo Sikafiber FORCE PP/PE-700/55) o naturales.
Las macrofibras actúan en estado endurecido, es decir antes de las
24 horas no tienen mayor efecto.
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En conclusión:
Sikafiber CHO 80/60 NB
Son fibras de acero trefilado de alta calidad para reforzamiento del
concreto usado en losas de concreto tradicional e industriales y
elementos de concreto pre-fabricado, especialmente encoladas
(pegadas) para facilitar la homogenización en el concreto durante el
mezclado, evitando la aglomeración de las fibras individuales.
Sikafiber CHO 80/60 NB son fibras de acero de alta relación longitud /
diámetro (l/d) lo que permite un alto rendimiento con menor cantidad
de fibra.
Fibras de acero Sikafiber CHO 80/60 NB
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Sikafiber Force PP/PE-700/55
Es una fibra macro sintética de alta densidad diseñada y usada para
el refuerzo secundario de concreto, es fabricada a partir de
polipropileno virgen y polímeros de alto desempeño y deformadas
mecánicamente, de cuerpo circular para maximizar el anclaje en el
concreto y evitar la pérdida excesiva cuando se proyecta (Shotcrete),
altamente orientada a permitir un área de contacto de mayor superficie
dentro del concreto, lo que resulta en una mayor unión interfacial y
eficiencia de la resistencia de la flexión. Sikafiber Force PP/PE-
700/55 específicamente diseñada y fabricada en una instalación
certificada bajo la norma ISO 9001:2000 para ser usada como
refuerzo secundario de concreto a una tasa de adición mínima de 2
kg por metro cúbico. Cumple con la norma ASTM C 1116/C 1116 M,
concreto Tipo III reforzado con fibra y con la norma Europea EN-
14889-2 como clase II.
Fibras sintéticas Sikafiber Force PP/PE-700/55
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2.2.2. Cemento Portland
2.2.2.1. Cemento Pacasmayo Extra Forte ICo
El cemento Extra forte ICo es un cemento de uso general
recomendado para columnas, vigas, losas, cimentaciones y otras
obras que no se encuentren en ambientes húmedos-salitrosos.
Este cemento contiene adiciones especialmente seleccionadas y
formuladas que le brindan buena resistencia a la compresión,
mejor maleabilidad y moderado calor de hidratación.
2.2.3. Agregado fino
Se define como agregado fino a aquel proveniente de la
desintegración natural o artificial de las rocas, que pasa el tamiz Nro 4
y queda retenido en la malla N° 200, y cumple con los límites
establecidos en las normas NTP 400.037 O ASTM C - 33.
2.2.4. Agregado grueso
Se define como agregado grueso a aquel proveniente de la
desintegración natural o artificial de las rocas, retenida en el tamiz
4,75 mm (Nro. 4) y que cumple con los límites establecidos en la
norma N.T.P. 400.037 Ó ASTM C - 33.
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2.2.5. El agua
Cuando el agua de uso previsto es potable, cabe suponer en principio
que sus características físico-químicas son adecuadas para hacer
concreto, excepto por la posibilidad de que contenga alguna sustancia
saborizante, lo cual puede detectarse fácilmente al probarla. Así, por
ejemplo, si considera que el agua es clara, y no tiene sabor dulce,
amargo o salobre, puede ser usada como agua de mezclado o de
curado para concreto, sin necesidad de mayores pruebas.
2.2.6. Aditivo curador de concreto
2.2.6.1. Sika Antisol S
Es una emulsión líquida que cuando es aplicada con un
pulverizador sobre concreto fresco desarrolla una película
impermeable y sellante de naturaleza micro cristalino. Asegura
una protección perfecta al concreto después que el cemento ha
reaccionado positivamente.
Uso
Sika Antisol S ofrece una protección durable y consistente del
concreto fresco contra una evaporación demasiado rápida debido
a la acción del sol y viento, por lo tanto previene el desarrollo de
fisuras superficiales en la mezcla de cemento en proceso de
endurecimiento.
Es especialmente apropiado para el tratamiento de superficies
verticales donde la previsión es realizada para la posterior
protección de la estructura sin efectos negativos.
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3.
4. MARCO METODOLÓGICO
4.1. Tipo de investigación
Investigación experimental: Es aquella investigación en que la hipótesis
se verifica mediante la manipulación “deliberada” por parte del investigador
de las variables.
4.2. Diseño de la investigación
Investigación de laboratorio o experimental: Esta investigación se
presenta mediante la manipulación de una variable no comprobada, en
condiciones rigurosamente controladas, con el fin de escribir de qué modo
y por qué causa se produce una situación o acontecimiento particular.
4.3. Población y muestra
4.3.1. Población
La población destinada para esta investigación fueron cilindros de
concreto ensayadas según NTP 339.034:2008 equivalente al ASTM
C–39, vigas de concreto ensayadas según la NTP 339.078:2012
equivalente al ASTM C-78, y paneles circulares según la NTP
339.206:2007 equivalente al ASTM C-1550
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4.3.2. Muestra
El número de muestras para esta investigación está determinado por
las siguientes variables:
Resistencia de diseño del concreto = 210 kg/cm2
Tamaño Máximo Nominal del agregado grueso = 3/4"
Tiempo de rotura de los especímenes = 7, 14 y 28 días
Dosificación de fibras = 3 dosificaciones por tipo de fibra en
relación a sus especificaciones técnicas:
Dosis-Nomenclatura. Fibra de acero Sikafiber CHO 80/60 NB
Dosis Proporción Nomenclatura
1 15 kg/m3 CP+FA1
2 27.5 kg/m3 CP+FA2
3 45 kg/m3 CP+FA3
Dosis-Nomenclatura. Fibra sintética Sikafiber Force PP/PE –
700/55
Dosis Proporción Nomenclatura
1 2 kg/m3 CP+FS1
2 5 kg/m3 CP+FS2
3 8 kg/m3 CP+FS3
Numero de muestras a diseñar por cada variable = 3
especímenes (2 serán curados en laboratorio y 1 será sin curar)
Tipo de curado = Aplicación de aditivo curador de concreto
Sika Antisol S, proporción en relación a sus especificaciones
técnicas
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Se elaboró y ensayó un total de 189 muestras de concreto en la
siguiente distribución:
63 muestras corresponden a muestras cilíndricas de 30 cm de
largo y 15 cm de diámetro
63 muestras corresponden a muestras prismáticas en formas
de vigas de 6” de ancho, 6” de altura y 21” de longitud
63 muestras corresponden a muestras cilíndricas en forma de
losas de 7.5 cm de espesor y 80 cm de diámetro
4.4. Hipótesis
4.4.1. Hipótesis especificas
Debido a que la formulación de la hipótesis es correlacional
(especifican la relación entre dos o más variables) se formulan
hipótesis específicas, las cuales en relación a sus resultados
obtenidos (al ser experimentados) se concluye:
Hipótesis especificas
Contraste
de la
hipótesis
Si incorporamos al concreto convencional, fibra de acero Sikafiber
CHO 80/60 NB, y fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55
entonces aumentaremos su resistencia a compresión
RECHAZO
Si incorporamos al concreto convencional, fibra de acero Sikafiber
CHO 80/60 NB, y fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55
entonces aumentaremos su resistencia a flexión
ACEPTA
Si incorporamos al concreto convencional, fibra de acero Sikafiber
CHO 80/60 NB, y fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55
entonces aumentaremos su resistencia a flexión en relación a su
tenacidad (Absorción de energía)
ACEPTA
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4.5. Variables e indicadores
Variables independientes
o Concreto convencional (concreto patrón)
o Fibra de acero Sikafiber CHO 80/60 NB
o Fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55
Variables dependientes
o Resistencia a compresión del concreto (kg/cm2)
o Resistencia a flexión del concreto (kg/cm2)
o Resistencia a flexión del concreto con fibra de refuerzo
expresada como la absorción de energía (Joule)
Variables intervinientes
o Trabajabilidad del concreto (slump)
o Resistencia de diseño del concreto f´c = 210 kg/cm2
Indicadores
o Cemento modificado Pacasmayo Extra Forte ICo
o Tamaño máximo nominal del agregado grueso (Piedra
chancada de 3/4")
o Tipo y tiempo de curado (Sika Antisol S)
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4.6. Métodos y técnicas de investigación
Norma técnica peruana NTP - HORMIGÓN Y PRODUCTOS DE
HORMIGÓN
NTP 339.034:2008 hormigón (concreto), “Método de ensayo
normalizado para la determinación de la resistencia a la compresión
del concreto, en muestras cilíndricas. 3a. ed.” (ASTM C-39)
NTP 339.078:2012 hormigón (concreto), “Método de ensayo para
determinar la resistencia a la flexión del concreto en vigas
simplemente apoyadas con cargas a los tercios del tramo. 3a. ed.”
(ASTM C-78)
NTP 339.206:2007 hormigón (concreto), “Método de ensayo
estándar para determinación de la resistencia a la flexión del
concreto con fibras de refuerzo (usando cargas centrales alrededor
de un panel).”(ASTM C-1550)
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4.6.1. Agregados fino y grueso
A. NTP 400.012:2013 AGREGADOS. Análisis granulométrico
del agregado fino, grueso y global. 3ra Ed.
El ensayo se realizó con las indicaciones de la norma
ASTM C136 y la NTP 400.012. Mediante este método se
obtiene la granulometría de los agregados al ser tamizados
por las mallas normalizadas.
El objetivo del ensayo es el de trazar la curva granulométrica, y
a partir de ello determinar el Tamaño Máximo Nominal para el
caso del agregado grueso y el Módulo de Fineza para el caso
del agregado fino.
B. NTP 400.021:2002 AGREGADOS. Método de ensayo
normalizado para el peso específico y absorción del
agregado grueso. 2da Ed.
Para el caso del agregado grueso el ensayo se realizó con las
indicaciones de la norma ASTM C127 y la NTP 400.021.
Resumen del método: Una muestra de agregado se sumerge
en agua por 24 h aproximadamente para llenar los poros
esencialmente. Luego se retira el agua, se seca el agua de la
superficie de las partículas, y se pesa. La muestra se pesa
posteriormente mientras es sumergida en agua. Finalmente la
muestra es secada al horno y se pesa una tercera vez. Usando
los pesos así obtenidos y formulas en este ensayo, es posible
calcular tres tipos de peso específico y de absorción.
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C. NTP 400.022:2002 AGREGADOS. Método de ensayo
normalizado para el peso específico y absorción del
agregado fino. 2da Ed.
Para el caso del agregado fino el ensayo se realizó con las
indicaciones de la norma ASTM C128 y NTP 400.022.
Esta NTP se aplica para determinar el peso específico seco, el
peso especifico saturado con superficie seca, el peso específico
aparente y la absorción (después de las 24 horas) del agregado
fino.
D. NTP 339.185: 2002 AGREGADOS Contenido de humedad
total de agregado por secado
El ensayo se realizó con las indicaciones de la norma
ASTM C566 y NTP 339.185
Es la relación entre el peso del agua contenida en la
muestra y el peso de la muestra secada al horno
expresado en porcentaje.
E. NTP 400.017: 2011 AGREGADOS. Método de ensayo para
determinar la masa por unidad de volumen o densidad
("peso unitario") y los vacíos en los agregados. 3a. ed.
El ensayo se realizó con las indicaciones de la norma ASTM
C29 y la NTP 400.017.
Este método de ensayo cubre la determinación del peso
unitario suelto o compactado y el cálculo de vacios en el
agregado fino, grueso o en una mezcla de ambos.
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4.6.2. Concreto Fresco
A. NTP 339.046:2008. (revisada el 2013) HORMIGON
(CONCRETO). Método de ensayo para determinar la
densidad (peso unitario), rendimiento y contenido de aire
(método gravimétrico) del hormigón (concreto). 2a. ed.
Peso unitario
Consiste en determinar el peso de un volumen conocido de
concreto fresco, compactado en forma normalizada
B. NTP 339.035:2009 HORMIGON Método de ensayo para la
medición del asentamiento del hormigón con el cono de
Abrams. 3ra Ed.
Resumen del método: Se coloca una muestra del concreto
fresco compactada y varillada en un molde de forma de cono
trunco, el molde es elevado permitiendo al concreto
desplazarse hacia abajo. La distancia entre la posición inicial y
la desplazada, medida en el centro de la superficie superior del
concreto, se reporta como el asentamiento del concreto.
4.6.3. Diseño de mezclas (método del ACI)
El método ACI es utilizado para elaborar diseños de mezcla de
concreto con agregados que cumplan las normas
correspondientes, hecho que no siempre se da en nuestro
medio, ya que los agregados utilizados no se encuentran
completamente limpios; ni tampoco se cuenta con unas
granulometrías correctas.
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Es por esta causa que en general el método ACI nos da
mezclas más secas de lo previsto y pedregosas, pero
afortunadamente existen correcciones, las cuales no sólo son
de agua, sino también de agregados.
4.6.4. Elaboración y ensayo de las muestras de concreto:
4.6.4.1. NTP 339.033. 2009. HORMIGÓN (CONCRETO). Práctica
normalizada para la elaboración y curado de especímenes de
concreto en campo
El concreto utilizado para elaborar especímenes moldeados debe
ser muestreado después de que hayan sido hechos todos los
ajustes in situ de la dosificación de la mezcla, incluyendo la
incorporación de agua de mezclado y aditivos.
4.6.4.2. NTP 339.0342008. HORMIGÓN (CONCRETO). Método de
ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a
la compresión del concreto, en muestras cilíndricas
El método consiste en aplicar una carga de compresión axial a los
cilindros moldeados o extracciones diamantinas a una velocidad
normalizada en un rango prescrito mientras ocurre la falla. La
resistencia a la compresión de la probeta es calculada por
división de la carga máxima alcanzada durante el ensayo, entre el
área de la sección recta de la probeta.
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4.6.4.3. NTP 339.078 2012. CONCRETO. Método de ensayo para
determinar la resistencia a la flexión del concreto en vigas
simplemente apoyadas con cargas a los tercios del tramo
Este método de ensayo consiste en aplicar una carga en los
tercios de la luz de la viga hasta que ocurra la falla. El módulo de
rotura se calculará, según la ubicación de la falla: dentro del
tercio medio o a una distancia de éste no mayor del 5 % de la luz
libre.
4.6.4.4. NTP 339.206 2007. HORMIGÓN (CONCRETO). Método de
ensayo estándar para la determinación de la resistencia a la
flexión del concreto con fibras de refuerzo (usando cargas
centrales alrededor de un panel)
Esta Norma Técnica Peruana se aplica para la determinación de
la resistencia a la flexión del concreto con fibras de refuerzo
(usando cargas centrales alrededor de un panel).
SÍNTESIS DEL MÉTODO DE ENSAYO
Los paneles circulares moldeados de concreto con fibras de
refuerzo o concreto proyectado con fibras de refuerzo están
sujetados a un punto de carga central mientras están soportados
por tres pivotes simétricamente dispuestos. La carga es aplicada
a través de un pistón de acero con terminal semi-esférico cuyo
desplazamiento se efectúa una velocidad prescrita. La carga y la
deflexión son registradas simultáneamente sobre una deflexión
central especificada. La energía absorbida por el panel sobre una
deflexión central especificada es representativa de la resistencia a
la flexión del panel de concreto con fibras de refuerzo.
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4.7. Materiales equipos y herramientas utilizados
4.7.1. Materiales
Agregados.
Cemento portland modificado Pacasmayo Extra Forte ICo
Agua
Fibra de acero Sikafiber CHO 40/60 NB
Fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55
4.7.2. Herramientas
Moldes cilíndricos de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura.
NTP 339.034:2008
Moldes rectangulares de 6” de lados, por 21” de longitud
(6”x6”x21”). NTP 339.078:2012.
Moldes circulares de 80 cm de diámetro por 7.5 cm de altura.
NTP 339.206:2012
Herramientas diversas empleadas en la elaboración de
muestras de concreto y ensayo de materiales (tamices, picotas,
horno, taras, etc.)
4.7.3. Equipos
Máquina de rotura de testigos de concreto a compresión
Máquina de rotura de testigos de concreto a dos tercios a
flexión
Máquina de determinación de absorción de energía de concreto
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26
5. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
5.1. DISEÑO DE MEZCLAS
Resumen de diseño de mezcla – concreto patrón f´c = 210 kg/cm2
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5.2. CONCRETO FRESCO: Peso unitario y asentamiento
Relación de peso unitarios y slump obtenidos
PU (Kg/m3) SLUMP (pulg)
CP 2375 4.0”
CP+FA1 2383 4.0”
CP+FA2 2392 3.0”
CP+FA3 2404 2.0”
CP+FS1 2408 4.0”
CP+FS2 2368 3.5”
CP+FS3 2348 3.0”
5.3. CONCRETO ENDURECIDO:
5.3.1. Ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a la
compresión del concreto, en muestras cilíndricas. NTP 339.034
2008
Resultados de f´c Concreto Patrón
Se planteó una resistencia de diseño f´c = 210 kg/cm2, de la cual se
incrementó un factor de seguridad de + 54 kg/cm2 f´cr = 264 kg/cm2
(teórico). Posteriormente al ensayar el concreto patrón real a los 28
días se obtuvo una resistencia f´c =228 kg/cm2, la cual se utilizó como
base de comparación con los resultados obtenidos del concreto
incorporado con fibras.
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Resultados de f´c CP + Fibra de Acero
Resultados de f´c CP + Fibra Sintética
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Resistencia a la compresión CP vs CP+FA1 vs CP+FS1
Resistencia a la compresión CP vs CP+FA2 vs CP+FS2
Resistencia a la compresión CP vs CP+FA3 vs CP+FS3
72%
100%
68%
98%
71%
78%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
CP+FS1 - Curado
CP+FS1 - Sin curar
CP+FA1 - Curado
CP+FA1 - Sin curar
CP - Curado
CP - Sin curar
72%
100%
66%
74%
67%
84%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
CP+FS2 - Curado
CP+FS2 - Sin curar
CP+FA2 - Curado
CP+FA2 - Sin curar
CP - Curado
CP - Sin curar
72%
100%
70%
77%
66%
79%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
CP+FS3 - Curado
CP+FS3 - Sin curar
CP+FA3 - Curado
CP+FA3 - Sin curar
CP - Curado
CP - Sin curar
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30
5.3.2. Ensayo para determinar la resistencia a la flexión del concreto
en vigas simplemente apoyadas con cargas a los tercios del
tramo. NTP 339.078 2012
Resultados de Mr Concreto Patrón
Resultados de Mr CP + Fibra de acero
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Resultados de Mr CP + Fibra Sintética
Una vez determinado el diseño de mezclas del concreto patrón f´c
=228 kg/cm2, se procede a ensayar las muestras de resistencia a la
flexión, obteniéndose como resultado a los 28 días en el concreto
patrón un módulo de rotura Mr = 34.7 kg/cm2 la cual se utilizó como
base de comparación con los resultados obtenidos del concreto
incorporado con fibras.
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Módulo de rotura CP vs CP+FA1 vs CP+FS1
Módulo de rotura CP vs CP+FA2 vs CP+FS2
Módulo de rotura CP vs CP+FA3 vs CP+FS3
84%
100%
105%
116%
99%
111%
0% 50% 100%
CP+FS1 - Curado
CP+FS1 - Sin curar
CP+FA1 - Curado
CP+FA1 - Sin curar
CP - Curado
CP - Sin curar
84%
100%
98%
120%
102%
113%
0% 50% 100%
CP+FS2 - Curado
CP+FS2 - Sin curar
CP+FA2 - Curado
CP+FA2 - Sin curar
CP - Curado
CP - Sin curar
84%
100%
105%
125%
99%
119%
0% 50% 100%
CP+FS3 - Curado
CP+FS3 - Sin curar
CP+FA3 - Curado
CP+FA3 - Sin curar
CP - Curado
CP - Sin curar
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33
5.3.3. Ensayo estándar para la determinación de la resistencia a la flexión del concreto con fibras de refuerzo
(usando cargas centrales alrededor de un panel). NTP 339.206 2007
A continuación se presenta el resumen de los resultados obtenidos durante la presente investigación:
Resultados de Absorción de energía - Concreto Patrón
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Resultados de Absorción de energía – CP + Fibra de acero
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Resultados de Absorción de energía – CP + Fibra sintética
Se obtuvo como resultado a los 28 días en el concreto patrón una absorción de energía AE = 54.77 Joule, la cual se
utilizó como base de comparación con los resultados obtenidos del concreto incorporado con fibras.
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36
Concreto Patrón vs CP+ Fibra de Acero vs CP+ Fibra Sintética
GRÁFICA 1: Energía Absorbida CP vs CP+FA vs CP+FS (Sin curar)
GRÁFICA 2: Energía Absorbida CP vs CP+FA vs CP+FS (Curado)
91.87%
170.30%
235.69%
257.89%
113.20%
128.20%
202.47%
0% 100% 200% 300%
CP+FS3 - Sin curar
CP+FS2 - Sin curar
CP+FS1 - Sin curar
CP+FA3 - Sin curar
CP+FA2 - Sin curar
CP+FA1 - Sin curar
CP - Sin curar
100.00%
197.28%
298.30%
306.19%
138.84%
147.45%
221.26%
0% 100% 200% 300%
CP+FS3 - Curado
CP+FS2 - Curado
CP+FS1 - Curado
CP+FA3 - Curado
CP+FA2 - Curado
CP+FA1 - Curado
CP - Curado
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37
5.4. ANÁLISIS ECONÓMICO
6.
7. En relación a la información obtenida por parte de la empresa proveedora de
las fibras SIKA PERU S.A. se presenta el siguiente cuadro de precios
actualizado a la fecha:
8.
PRODUCTO UNIDAD PRECIO (S/.)
Fibra de acero Sikafiber CHO 80/60 NB Bolsa 20kg 110.00
Fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55 kg 20.00
Aditivo curador de concreto Sika Antisol S Balde 20lt 68.00
Concreto premezclado f´c = 210 kg/cm2 M3 380.00
9.
10. Agregados de la zona (Chiclayo)
DESCRIPCIÓN UNIDAD PRECIO (S/.)
Arena amarilla M3 40.00
Piedra Chancada 3/4" M3 70.00
Cemento Pacasmayo Extra Forte Bolsa 21.00
Agua potable M3 1.00
11.
12. Concreto elaborado. Dosificación volumen: 1 – 2.15 – 2.90 – 25.5 (cemento –
arena – piedra – agua) por pie3 de concreto
DESCRIPCIÓN DOSIS FIBRA
(Kg/m3) UNIDAD PRECIO (S/.)
CP M3 266.00
CP+FA1 10 M3 316.00
CP+FA2 27.5 M3 403.50
CP+FA3 45 M3 491.00
CP+FS1 2 M3 306.00
CP+FS2 5 M3 366.00
CP+FS3 8 M3 426.00
13.
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38
CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. CONCLUSIONES
Se elaboró un diseño de mezclas por el método del ACI, del concreto
convencional (normal o patrón) con una resistencia a la compresión de
diseño f´c = 210 kg/cm2, obteniéndose la dosificación:
En peso: 1 – 2.18 – 2.63 – 25.5 y en volumen: 1 – 2.15 – 2.90 – 25.5
(cemento – arena – piedra – agua) por pie3 de concreto
Se elaboraron un total de 189 muestras ensayadas (concreto patrón y
concreto con fibras) de las cuales 63 especímenes fueron probetas, 63
especímenes fueron vigas, y 63 especímenes fueron losas en relación
a sus NTP
Del concreto fresco: A medida que aumentamos la proporción de fibra
de acero al concreto, la trabajabilidad (slump) de la mezcla disminuye
considerablemente; en el caso de la fibra sintética, disminuye
moderadamente.
Se empleó el uso del aditivo curador de concreto Sika Antisol S
aplicado a 126 muestras (distribuidas equitativamente entre probetas,
vigas y losas). 63 muestras no fueron curadas
Se elaboró muestras de concreto convencional, de la cual se obtuvo
como resultado a los 28 días (curado) una resistencia real en
laboratorio de f’c = 228 kg/cm2 (compresión), Mr = 34.7 Kg/cm2
(flexión) y J = 54.7 joule (absorción de energía). Dichos valores son
usados como base de comparación para los resultados obtenidos del
concreto con fibra
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39
Del concreto endurecido a los 28 días:
El uso de fibras de acero como sintéticas, no influyen en el aumento de
la resistencia a compresión.
El uso de fibras de acero como sintéticas aumentan la resistencia a
flexión del concreto, siendo la fibra de acero dosis 3 = 45 kg/cm2 con la
que se obtuvo mejores resultados.
El uso de fibras de acero como sintéticas aumentan considerablemente
la tenacidad del concreto. Siendo la fibra de acero dosis 3 = 45 kg/cm2
con la que se obtuvo mejores resultados.
5.2. RECOMENDACIONES
Se debe tomar en cuenta para un adecuado diseño de mezclas: la
calidad de los materiales; y la relación agua – cemento, las cuales son
factores muy influyentes en la determinación de la resistencia
requerida.
Para la elaboración de concreto fresco con fibra, se recomienda
diseñar con un asentamiento (slump) mayor a lo solicitado
No se recomienda diseñar un concreto con fibras para fines de
mejorar su resistencia a compresión
Es recomendable diseñar un concreto con fibras para fines de
mejorar su resistencia a flexión y tenacidad (absorción de
energía).
Se debe tomar en cuenta un adecuado curado de la estructura, ya que
es un factor muy influyente en su resistencia (óptimos resultados)
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40
No se recomienda añadir las fibras como primer componente en el
mezclado, sino al final de todos los componentes (dispersándolos para
evitar que se formen pelotas de fibras), hasta que todas las fibras se
separen individualmente, incrementando el tiempo de batido.
Se recomienda proteger las fibras de acero contra la lluvia y el medio
ambiente, ya que pueden corroerse (oxidarse). En el caso de las fibras
sintéticas, se recomienda su adecuado almacenado, debido a que son
fibras muy ligeras pueden ser dispersadas muy fácilmente.
Se puede señalar que las aplicaciones en las cuales el concreto
reforzado con fibra de acero y sintética puede brindar excelentes
resultados, son las siguientes:
Losas, Sobre losas
Área de estacionamiento
Pavimentos Industriales, Pavimentos para Contenedores.
Concreto Proyectado, Revestimientos de Túneles
Reservorios
Prefabricados, etc.
Edificaciones, siempre y cuando se pretenda mejorar su
resistencia a flexión (ejemplos: vigas, losas, cimentaciones
superficiales), en relación a su resistencia a compresión no es
recomendable su uso (ejemplos: Columnas).
41
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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la elaboración y curado de los especímenes de concreto de campo. 3a. ed.
Lima: INDECOPI ,2009. 17 p.
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normalizado para la determinación de la resistencia a la compresión del
concreto, en muestras cilíndricas. 3a. ed. Lima: INDECOPI ,2008. 18 p.
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resistencia a la flexión del concreto en vigas simplemente apoyadas con
cargas a los tercios del tramo. 3a. ed. Lima: INDECOPI ,2012. 10 p.
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estándar para la determinación de la resistencia a la flexión del concreto
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Lima, Agosto 2011. 1a ed.
6. Hoja técnica digital. Sikafiber CHO 80/60 NB. Sika Perú S.A. Lima, Febrero
2013. 2a ed. Disponible en: www.sika.com.pe
7. Hoja técnica digital. Sikafiber Force PP-PE-700-55. Sika Perú S.A. Lima,
Octubre 2012. 1a ed. Disponible en: www.sika.com.pe
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ed. Disponible en: www.sika.com.pe
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reforzado con fibras de acero Dramix y Wirand, empleando cemento andino
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h.
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comportamiento por desempeño de concreto lanzado reforzado con fibras
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Universidad Católica del Perú, Facultad de Ciencias e Ingeniería. 91 h.
Disponible en:
http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/172/bereso
vsky_aleksey_estudio_experimental_del_comportamiento_por_desempe%
c3%91o_concreto_lanzado_reforzado_fibras_metlicas.pdf?sequence=1
11. GALLEGUILLOS CARO, Tito Andreas. Modelamiento de vigas de
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http://www.tendencias21.net/Utilizan-fibra-de-acero-para-mejorar-la-
resistencia-de-los-edificios-en-caso-de-terremoto_a3054.html
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16. ESPINO VARGAS, Pedro y JURADO FERNÁNDEZ, Cristian. Normas y
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http://www.indecopi.gob.pe/0/home_biblioteca_virtual.aspx