UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA
La Universidad Católica de Loja
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
TEMA:
“
CONTROL DE PUNZONAMIENTO EN PLACAS DE
CONCRETO MEDIANTE FIBRAS DE ACERO.”
Tesis de Grado previa a la Obtención del Título de
INGENIERO CIVIL.
AUTOR:
Alonso Ulises Jaramillo Hidalgo
DIRECTOR:
Ing. Humberto Ramírez Romero
i
CERTIFICACIÓN
Ingeniero
Humberto Joel Ramírez Romero
DOCENTE INVESTIGADOR DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA.
CERTIFICO:
Que la presente investigación previa a la obtención del título de Ingeniero Civil titulada “Control de Punzonamiento en Placas de
Concreto Mediante Fibras de Acero”, presentada por el señor
egresado Alonso Ulises Jaramillo Hidalgo, ha sido revisada detalladamente; la misma que posee la suficiente profundidad técnica e investigativa y cumple con la reglamentación requerida por la Escuela de Ingeniería Civil, por lo que autorizo su presentación a la Dirección de la Escuela para fines legales pertinentes.
Loja a, 09 de Septiembre del 2009.
___________________________
ii
AUTORÍA
Los conceptos, opiniones, ideas, análisis, cálculos, resultados, conclusiones,
recomendaciones, tratamiento formal y científico de la metodología de la
investigación y generalizaciones que se exponen en el trabajo investigativo
sobre “CONTROL DE PUNZONAMIENTO EN PLACAS DE CONCRETO
MEDIANTE FIBRAS DE ACERO” previa a la obtención del grado de Ingeniero
Civil de la Universidad Técnica Particular de Loja, son de exclusiva
responsabilidad del autor.
El Autor:
iii
CESIÓN DE DERECHOS
Yo, Alonso Ulises Jaramillo Hidalgo, declaro ser autor del presente trabajo y
eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus
representantes legales de posibles reclamos o acciones legales.
Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67 del Estatuto
Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte
pertinente textualmente dice: “Forman parte del Patrimonio de la Universidad
de la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos científicos o técnicos y
tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o
institucional (operativo) de la Universidad”.
__________________________ Alonso Ulises Jaramillo Hidalgo
iv
AGRADECIMIENTO
Al culminar este trabajo investigativo, dejo constancia de mi gratitud a la
Universidad Técnica Particular de Loja, y de manera especial a la Escuela de
Ingeniería Civil por ser la principal fuente de enseñanza para la formación
integral de los profesionales.
A todos nuestros maestros quienes con su sabiduría y paciencia han forjado
nuestro aprendizaje.
Al Ingeniero Humberto Ramírez Romero que además de dedicar sus
conocimientos, tiempo y paciencia en la dirección del presente tema de tesis,
se constituyó en un amigo por su enorme calidad humana y profesional.
A mi familia que supo apoyarme en esta maravillosa carrera, especialmente a
mis hermanos Javier Jaramillo y Fernando Jaramillo
A Hormiconstrucciones Cía. Ltda., que nos abrió las puertas y facilitó esta
investigación.
A todos mis amigos y compañeros, que de una u otra forma me ayudaron y
brindaron su apoyo a lo largo de nuestra carrera.
v
DEDICATORIA
Este trabajo investigativo lo dedico a Dios, por darme la oportunidad de
culminar mis estudios universitarios, preparándome satisfactoriamente con el
esfuerzo y dedicación diaria, alcanzando un alto nivel como persona y
profesional para poder compartir los conocimientos técnicos de la ingeniería
civil con la sociedad.
vi
ESQUEMA DE CONTENIDOS
ÍNDICE
Certificación………i
Autoría……….……….………..ii
Cesión de derechos……….………iii
Agradecimiento………...….iv
Dedicatoria……….v
Esquema de contenidos……….………...….vi
Índice de figuras……….………...……….viii
Índice de tablas………...x
Índice de cuadros……….xi
Resumen………...…xii
CAPÍTULO I: GENERALIDADES……… Pág. 1
1.1 INTRODUCCIÓN……….……….………... Pág. 2
1.2 PROBLEMÁTICA………….………...……… Pág. 3
1.3 IMPORTANCIA………..….……….…... Pág. 4
CAPÍTULO II: PREPARACIÓN DEL CONCRETO Y ENSAYOS Pág. 5
2.1 GENERALIDADES……….……… Pág. 6
2.1.1 Corte por Punzonamiento………. Pág. 6
2.2 MATERIALES……….. Pág. 7
vii
2.2.4 Agua……….. Pág.11 2.2.5 Cemento………... Pág.12 2.2.6 Mesa para ensayar losas planas a punzonamiento Pág.13 2.3 DOSIFICACIÓN………....……… Pág.14 2.3.1 Resumen de la dosificación……… Pág.20 2.4 ENSAYOS REALIZADOS……….. Pág.21
CAPÍTULO III: ESTRUCTURA CON LOSA PLANA……….…… Pág.25
3.1 GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA……… Pág.26 3.2 MODELO EN ETABS………..……… Pág.26 3.2.1 Estructura de análisis 1………..………… Pág.27 3.2.2 Estructura de análisis 2………. Pág.28 3.3 MODELO EN SAFE………... Pág.29
CAPÍTULO IV: ANÁLISIS Y CONCLUSIONES……….. Pág.32
4.1 ANÁLISIS……….……….……….………. Pág.33 4.2 CONCLUSIONES……….……… Pág.35
4.2.1 Cuantitativas……….. Pág. 35 4.2.2 Cualitativas……… Pág.35 4.3 RECOMENDACIONES……… Pág.36
BIBLIOGRAFÍA……….……... Pág.37
ANEXO 1………..………. Pág.40
ANEXO 2……… Pág.43
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.2_1. Superficie de falla definida que genera el cortante por punzonamiento……… Pág. 4
Figura 2.2.1_1 Forma de algunos de los diferentes tipos de fibras que existen en la actualidad……… Pág. 7 Figura 2.2.1_2. Conformación de las fibras……… Pág. 8
Figura 2.2.2_1. Agregados preparados para la mezcla………….. Pág. 9
Figura 2.2.3_1.Agregado grueso.…………...………... Pág.10
Figura 2.2.4_1. El agua que es buena para beber se utiliza en el
concreto………. Pág.11
Figura 2.2.5_1Almacenamiento de cemento……… Pág.13
Figura 2.2.6_1. Equipos de ensayo…………....……….. Pág.14
Figura 2.3.1_1. Preparación de las piezas de concreto……… Pág.20
Figura 2.4_1Configuración del ensayo de la losa plana, vista lateral e inferior……….……..………. Pág.21
Figura 2.4_2Base modificada para confinar el panel…..………….. Pág.22
Figura 2.4_3Primera fisura, parte inferior del panel.……….. Pág.22 Figura 2.4_4 Fisuras después del ensayo………..……….. Pág.24
Figura 3.2.1_1 Estructura de hormigón modelada en ETABS…….. Pág.27
Figura 3.2.1_2 Estructura de hormigón ejecutada……… Pág.27
Figura 3.3_1. Losa plana sin fibras de acero………... Pág.29
Figura 3.3_2. Losa plana con fibras de acero………. Pág.30
ix
Figura 3.3_4. Zapatas con fibras de acero………..……… Pág.31
Figura 1.Planta de la estructura………..….………. Pág.41
Figura 2. Planta de la estructura en SAFE….………... Pág.42
Figura 3. Bancos de arena………. Pág.50
Figura 4. Cilindro de prueba 1………... Pág.52
Figura 5. Cilindro de prueba 2…...…………...………. Pág.53
Figura 6. Configuración de fallas en los cilindros………. Pág.53
Figura 7. Rompimiento de cilindros después del ensayo………... Pág.54
Figura 8. Panel de prueba……… Pág.54
x
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.3.1_1. Resumen de la dosificación……….……… Pág.20
Tabla 2.4_1. Resultados cilíndricos a los 28 días...……… Pág.23
Tabla 2.4_2. Resultados de las placas de concreto a los 28 días Pág.23
Tabla 3.2.1_1. Participación de la masa (Estructura 1)………….…. Pág.28
Tabla 3.2.2_1 Participación de la masa (Estructura 2)……... …….. Pág.28
Tabla 1. Características de los componentes de la mezcla………... Pág.44
Tabla 2. Corrección y resumen de la dosificación………. Pág.48
Tabla 3. Características del agua...……… Pág.49
Tabla 4. Resultados de ensayos a los 7 días (Cilindros)……… Pág.55
Tabla 5. Resultados de ensayos a los 28 días (Cilindros)……….. Pág. 56
xi
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 2.2.2_1. Características del agregado fino………….……… Pág.9
Cuadro 2.2.3_1. Características del agregado grueso...……… Pág.10
Cuadro 2.3_1. Resistencia a compresión media requerida…….…. Pág.15
Cuadro 2.3._2 Revenimientos recomendados……….…….. Pág.15
Cuadro 2.3._3. Dependencia entre la relación agua - cemento y f`c ………..……… Pág.16 Cuadro 2.3_4. Requisitos aproximados de agua de mezcla en
función del revenimiento………..… Pág.17
Cuadro 2.3_5. Reducción de agua……….…. Pág.18
xii
“CONTROL DE PUNZONAMIENTO EN PLACAS DE CONCRETO MEDIANTE FIBRAS DE ACERO”
Alonso Jaramillo Hidalgo1, Humberto Ramírez Romero2
Resumen
El presente trabajo de investigación consiste exclusivamente en ensayar placas cuadradas de hormigón, de 30cm x 30cm con 5 cm de espesor, tratando de simular un panel de losa real que contenga una columna interior en la que se produzca una falla a cortante por punzonamiento a una distancia d3 de la cara de la columna rectangular (5 cm x 5 cm), formando una superficie de falla tipo pirámide alrededor de la misma.
Estas losetas fueron probadas a los 7 y 28 días después de su elaboración, para obtener una suficiente cantidad de datos que garanticen los resultados y al mismo tiempo apreciar el aumento considerable de la resistencia especialmente a cortante por punzonamiento en las losetas, aunque la resistencia cilíndrica en menor cantidad también existe.
Las primeras pruebas realizadas en los paneles fallaron a flexión, posteriormente se confinó la placa de concreto para obligarla a que fallé por punzonamiento para que nos permita medir las diferencias de los paneles que contienen macizados elaborados con fibras de acero y de los paneles que contienen únicamente hormigón convencional.
Paralelamente se realizaron los respectivos ensayos de los cilindros para poder determinar la resistencia a compresión del hormigón que estábamos trabajando y de paso aprovechar para sacar diferencias de los hormigones con fibras de los que no contenían fibras de la misma mezcla.
1 Profesional en formación de la UTPL, Loja – Ecuador, [email protected] 2 Docente tutor de la UTPL [email protected]
3 Teóricamente se toma a una distancia
d/2, en nuestro experimento se consideró a una distancia d
xiii
El proyecto se ejecutó considerando las siguientes fases
1. Análisis previo del tipo de falla en losas planas
2. Dosificación de la mezcla de concreto
3. Diseño de la base donde se colocaron los paneles cuadrados a ensayarse
4. Ensayos de cilindros y de sus respectivos paneles
5. Comparación de los dos tipos de concreto en losas planas
6. Aplicación computacional de los nuevos valores en zonas criticas sometidas a falla por punzonamiento
7. Conclusión de los resultados obtenidos y recomendaciones
Con los resultados se analizaron algunas ventajas del uso del concreto con fibras de acero, obteniendo un parámetro, aproximadamente 55% en aumento de resistencia al corte por punzonamiento lo cual nos brinda una absoluta confianza que garantiza la inmunidad de este fenómeno.
Además se cuantificó que la resistencia a compresión del hormigón que posee fibras de acero es mayor en un18 % del hormigón convencional.
En el siguiente cuadro se puede ver el esquema del ensayo a corte por punzonamiento. 4
DIMENSIONES VOLUMEN PESO VELOCIDAD (cm) (cm3) (kgf) DE CARGA
(Kgf/s)
PUNZONAMIENTO 30X30X5 4500 10.8 10
FALLA ESQUEMA
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
1
CAPÍTULO I
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
2 1.1 INTRODUCCIÓN
El control de punzonamiento en placas de concreto mediante hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA), es un campo de la Ingeniería Civil, especialmente en la Ingeniería Estructural. La necesidad de esta unificación ha sido evidente por el simple hecho de que ningún edificio al momento de su diseño podría aislarse de estar sometido a todo tipo de esfuerzos y por ende a una posible fisura y en el peor de los casos la falla total de cualquiera de los elementos de la estructura.
La tendencia actual por emplear mejores materiales y sistemas constructivos, ha llevado a la utilización de fibras de acero para reforzar el concreto. Además cuyo uso en el mundo de la construcción está avanzando a gran velocidad; de hecho, ya hace tiempo que el hormigón armado con fibras no es algo de moda, sino que se trata de una interesante alternativa al hormigón armado tradicional.
El hormigón reforzado con fibras, es aquel hormigón en el que se han incluido fibras en una proporción adecuada para que de esta manera se logre mejorar una o varias de sus propiedades. Las fibras actúan mejorando algunas de las características de los hormigones convencionales, siendo fundamentales los aspectos de la tenacidad, control del proceso de fisuración y resistencia a flexotracción. La transmisión de esfuerzos fibras – matriz se produce por adherencia, superponiendo acciones que involucran fenómenos de adhesión, fricción y entrecruzamiento mecánico. 1
Para su aplicabilidad se analizaron investigaciones previas referentes que sirvieron de guía para culminar con éxito esta valiosa investigación.
Finalmente se demostró la importancia del control de punzonamiento en placas de concreto mediante fibras de acero en el hormigón, la misma que brinda una absoluta confianza para posteriores construcciones, donde los
1
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
3 calculistas requieran de los parámetros obtenidos en esta investigación para el diseño de estructuras.
1.2 PROBLEMÁTICA
Actualmente en la ciudad de Loja no se cuenta con un registro del parámetro multiplicativo que permita aumentar la resistencia al corte por punzonamiento en placas de concreto, es por ello que hemos propuesto esta técnica del concreto reforzado con fibras de acero (HRFA) como una de las soluciones para controlar este fenómeno físico llamado falla a cortante por punzonamiento, logrando cuantificar el aumento de dicha resistencia respecto al del concreto elaborado sin fibras de acero. Es por ello que esta investigación pretende analizar las características existentes en un concreto elaborado con fibras de acero utilizando agregados de la localidad. Cabe indicar que las fibras de acero a utilizarse en esta investigación es el conocido alambre de amarre por la facilidad de su obtención y a su vez presenta características similares que las fibras fabricadas para este fin.
“Dos tipos de cortante pueden ser críticos en el diseño de losas planas, placas planas o zapatas. El primero es el conocido cortante por acción de viga, que lleva a fallas por tensión diagonal. Este análisis considera que la losa actúa como una viga ancha, extendiéndose entre los apoyos suministrados por las franjas perpendiculares de columna y es aplicable en particular a losas largas y delgadas o a zapatas. Una grieta diagonal potencial se extiende en un plano a través del ancho total de la losa; la sección crítica se toma a una distancia d de la cara de la columna o capitel. Al igual que para vigas, la resistencia o cortante de diseño debe ser al menos igual a la resistencia requerida para las cargas mayoradas.”2
Como alternativa puede ocurrir, una falla a cortante por punzonamiento (tema principal de esta investigación) con la grieta diagonal potencial
2
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:18.612.118.499.156.311.2]4 formando una superficie de cono alrededor de columnas circulares o de ábacos y pirámide alrededor de columnas rectangulares o del capitel.
FIGURA 1.2_1. Superficie de falla definida que genera el cortante por punzonamiento.
Fuente: Arthur H. Nilson, Diseño de estructuras de concreto, Mc Graw Hill, duodécima edición, 1999, pág.417
1.3 IMPORTANCIA
La importancia de esta investigación radica en los resultados positivos que se pretende alcanzar, obteniendo una fuente de consulta para controlar el corte por punzonamiento específicamente en losas planas mediante una técnica moderna de la ingeniería civil.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
5
CAPÍTULO II
PREPARACIÓN
DEL CONCRETO
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
6 2.1 GENERALIDADES
Como se dijo anteriormente la utilización de fibras como material de construcción no es algo nuevo, pero últimamente ha despertado más su interés por las múltiples propiedades de mejoramiento al hormigón tradicional.
Existe una amplia variedad de fibras en el mercado tales como: fibras de acero, plástico, vidrio, inclusive de materiales naturales con diferente diámetro, forma y longitud. Para varios usos que se le quiera dar, tal es el caso de hormigón lanzado utilizado en túneles donde las fibras reemplazan a la malla normalmente destinada a estas mismas funciones.
2.1.1 Corte por Punzonamiento
“La sección crítica para el cortante en losas en dos direcciones sometidas a flexión sigue el perímetro del borde de la zona de carga. El esfuerzo cortante que actúa en esta sección para las cargas mayoradas es una función de la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión del hormigón y de la relación de la dimensión lateral de la columna al espesor efectivo de la losa. Una ecuación de diseño mucho más simple resulta suponiendo una sección pseudo crítica, localizada en una distancia d/2 a partir de la periferia de la carga
concentrada. Cuando esto se hace, la resistencia a cortante es, entonces, independiente de la relación entre el tamaño de la columna y el espesor de la losa. Para columnas rectangulares, esta sección crítica está definida por líneas paralelas y a una distancia d/2 de los
bordes de área de carga.”3
3
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
7 2.2 MATERIALES
2.2.1 Fibras de Acero
Las fibras de acero cortas son pequeños pedazos discontinuos de acero con un aspecto o esbeltez (relación entre longitud y diámetro) que varía entre 20 y 100 y con muchas secciones transversales. Algunas fibras de acero tienen secciones conformados para mejorar la resistencia al arrancamiento de la matriz a base de cemento.
Para esta tesina se utilizó alambre de 0.5 mm de diámetro y 3.5 cm de longitud (l/d=70) considerando el tamaño de la columna de 5 cm por lado en la sección transversal.
En la siguiente figura se indica algunos tipos de fibra s de acero.
FIGURA 2.2.1_1. Forma de algunos de los diferentes tipos de fibras que existen en la actualidad
Fuente:http://www.constructalia.com/es_ES/products/productos_final1.jsp?idApli=119277&idProd=6 0926&sTipo=1
Para nuestro estudio elegimos las fibras de acero tipo recta de sección circular por su fácil obtención en nuestro medio.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:22.612.120.518.97.249.2]8
FIGURA 2.2.1_2. Conformación de las fibras
Fuente: El Autor (Foto en El Laboratorio, Hormiconstrucciones Cía. Ltda., Loja)
2.2.2 Arena
Los agregados se definen como materiales granulares que constituyen entre el 60 % y el 80 % del volumen total del concreto y se usan con un medio cementante como la lechada, para formar mortero o concreto.
Los agregados de calidad deben cumplir ciertas reglas para darles un uso óptimo: deben consistir en partículas durables, limpias, duras, resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimientos de arcilla y otros materiales finos que pudieran afectar la hidratación y la adherencia de la pasta del cemento. Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles de resquebrajarse son indeseables.
El agregado fino será usado en la mezcla con el cemento, la grava y el agua. Su misión es reducir los vacíos entre las piedras, cuyas partículas deben atravesar una malla de 4.75 mm y ser retenidas en un tamiz de 75 micras.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:23.612.122.484.115.283.2]9
CUADRO 2.2.2_1.CARACTERÍSTICAS DEL AGREGADO FINO
Cantidad Unidad 2665 Kg/m3 1381 Kg/m3
2.64
2.25 %
2 %
3.91 Módulo de finura
Densidad real de arena (sss)
Densidad aparente de arena en estado suelto Descripción
Capacidad de absorción del agregado fino Contenido de humedad del agregado fino
ARENA
Masa específica relativa seca en el horno
Fuente: El Autor (Laboratorio, Hormiconstrucciones Cía. Ltda., Loja)
FIGURA 2.2.2_1. Agregados preparados para la mezcla
[image:23.612.161.454.388.606.2]Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
10 2.2.3 Grava
La grava debe contar con un adecuado nivel de limpieza, configuración, naturaleza química, peso, dureza, compacta, etc., porque de estas características depende en gran parte de la calidad del hormigón. Las partículas de la grava deben ser retenidas en una malla de 4.75 mm.
Las características de la grava utilizada son las siguientes
CUADRO 2.2.3_1.CARACTERÍSTICAS DEL AGREGADO GRUESO
Cantidad Unidad 2529.00 Kg/m3 1388.00 Kg/m3 25.00 mm
2.51 0.85
1.00 %
1514.00 Kg/m3 Tamaño máximo nominal
GRAVA
Densidad aparente de la grava en estado suelto
Masa específica relativa seca en el horno Capacidad de absorción del agregado grueso
Descripción Densidad real de la grava (sss)
Contenido de humedad del agregado grueso Masa volumétrica seca en el horno compactada
[image:24.612.109.514.524.680.2]Fuente: El Autor (Laboratorio, Hormiconstrucciones Cía. Ltda., Loja)
FIGURA 2.2.3_1. Agregado grueso
a) Almacenamiento de grava b) Tolva de agregados
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
11 2.2.4 Agua
El agua cumple con dos funciones vitales en el desarrollo del concreto, como agua de mezclado y la segunda como agua de curado, para la primera casi cualquier agua natural que pueda beberse, sin tener un sabor u olor notable pueden servir para el mezclado, ya que el agua cuando funciona como un ingrediente en la fabricación de la mezcla ocupa entre el 10 % y 25 % de cada metro cúbico producido
En general el agua que tenga como total menos de 2 000 ppm (partes por millón) de sólidos disueltos puede usarse satisfactoriamente para hacer concreto y tratar de evitar a toda costa que esté contaminada de sulfatos que son agresivos al cemento.
Si no tenemos cuidado en eliminar las impurezas excesivas en el agua de mezcla, pueden afectar no solo el tiempo de fraguado, la resistencia del concreto, la constancia de volumen, sino que a su vez pueden producir eflorescencia o corrosión del refuerzo.4
FIGURA 2.2.4_1. El agua que es buena para beber se utiliza en el concreto.
Fuente: El Autor (Tabla 3, Anexo 2)
4
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
12 2.2.5 Cemento
El cemento Portland se define como un cemento hidráulico porque fragua y endurece al reaccionar con el agua, producido por la pulverización de escoria.
Consiste esencialmente de silicatos de calcio hidráulico, que en forma usual contienen una o más formas de sulfato de calcio que se añade y se muele con ella.
El cemento no es un compuesto simple. Sino que es una mezcla de muchos compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o más del peso del cemento y son: el silicato tricálcico, el silicato dicálcico, el aluminato tricálcico y el aluminoferrito tetracálcico. El nombre de cemento portland le fue dado por la similitud de color que el cemento tenía con la piedra de la isla Portland en el Canal Inglés.
La aparición del cemento Portland y de su producto resultante, el concreto ha sido un factor determinante para que el mundo adquiera una fisonomía diferente.5
El cemento se consigue en fundas de 50 kgf. Estas deben ser protegidas de la humedad para que no se endurezcan antes de su uso. El lugar de almacenaje para el cemento deberá estar aislado de la humedad del suelo usando mantos de plástico o creando una superficie flotante con cartones y/o tablas de madera.
Se utilizó cemento portland puzolánico tipo IP, con masa específica relativa 3
5
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
13
FIGURA 2.2.5_1. Almacenamiento de cemento
Fuente: El Autor
2.2.6 Mesa para ensayar losas planas a punzonamiento
Para realizar los ensayos a punzonamiento de losas planas para nuestro estudio, se diseñó una mesa (altura de 25.5 cm, base de 30 cm x 30 cm, con una sección hueca de 15 cm x 15 cm) acorde a las medidas de la máquina de compresión Serie Digital ACCU-TEK, considerando todos los casos en la que pueda ocurrir la falla, es decir obligando a que la losa falle a una distancia d/2 de
la cara de la columna, según como lo estipula el código ACI.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:28.612.121.491.91.293.2]14
FIGURA 2.2.6_1. Equipos de ensayo
a) Mesa de acero para el ensayo b) Máquina de Serie Digital ACCU- TEK Fuente: El Autor
2.3 DOSIFICACIÓN
El objetivo al diseñar una mezcla de concreto consiste en determinar la combinación más práctica y económica de los materiales con los que se dispone, para producir un concreto que satisfaga los requisitos de comportamiento bajo las condiciones particulares de su uso.
La elección de las características de la mezcla se realiza en base al uso que se propone dar al concreto, a las condiciones de exposición, al tamaño y forma de los miembros, y a las propiedades físicas del concreto (tales como la resistencia), que se requieren para la estructura.
Para realizar los respectivos ensayos se procedió a proporcionar en peso los materiales que constituyen el concreto, utilizando el método ACI (American Concrete Institute). La resistencia a compresión f’c a los 28 días se eligió de 210 kgf/cm2.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:29.612.123.480.395.667.2]15
CUADRO 2.3_1. RESISTENCIA A COMPRESIÓN MEDIA REQUERIDA
Resistencia a
requerida, (Kg/cm2)
f'c + 70 f'c + 84 1.10f'c + 50 especificada, f'c , (Kg/cm2)
Resistencia a compresión
Menos de 210 210 a 350 Más de 350
compresión media
Fuente: Steven H. Kosmatka, Beatrix Kerkhoff, William C. Panarese, y Jussara Tanesi,
Diseño y Control de Mezclas de Concreto. Boletín de Ingeniería EB201, 2004. Cap. 9, pag.195
La resistencia requerida es f’cr = 294 kgf/cm2
El revenimiento es de 70 mm, acorde al cuadro 2.3_2.
CUADRO 2.3_2. REVENIMIENTOS RECOMENDADOS
Máximo Mínimo
75 (3) 25 (1)
75 (3) 25 (1)
100 (4) 25 (1)
100 (4) 25 (1)
75 (3) 25 (1)
75 (3) 25 (1)
Vigas y muros reforzados
Columnas de edificios
Pavimentos y losas
Concreto masivo
Construcción de Concreto
Revenimiento mm (pulg.)
Zapatas y muros de cimentación reforzado
Zapatas, cajones y muros de subestructuras sin refuerzo
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:30.612.155.460.166.421.2]16 Para calcular la relación agua – cemento nos basamos en el cuadro 2.3_3 como se muestra a continuación.
CUADRO 2.3_3. DEPENDENCIA ENTRE LA RELACIÓN AGUA – CEMENTO Y f’c
Concreto sin Concreto con aire incluido aire incluido
0.38 0.31 0.43 0.34 0.48 0.4 0.55 0.46 0.62 0.53 0.7 0.61 0.8 0.72
Relación agua - material cementante en masa
350 (35) 300 (30) 250 (25) 200 (20) 150 (15) Resistencia a
Compresión a los 28 Días, Kg/cm2 (MPa)
450 (45) 400 (40)
Fuente: Steven H. Kosmatka, Beatrix Kerkhoff, William C. Panarese, y Jussara Tanesi, Diseño y Control de Mezclas de Concreto. Boletín de Ingeniería EB201, 2004. Cap. 9, pag.187
Se trata de un concreto sin aire incluido, interpolando en esta tabla para obtener f’cr = 294 kgf/cm2 se tiene la relación de agua– material cementante, w/c = 0.5584
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:31.612.116.493.102.505.2]17
CUADRO 2.3_4. REQUISITOS APROXIMADOS DE AGUA DE MEZCLA EN FUNCIÓN DEL REVENIMIENTO.
Agua, Kg/m3 de concreto
9.5mm 12.5mm 19mm 25mm
207 199 190 179
228 216 205 193
243 228 216 202
3 2.5 2 1.5
181 175 168 160
202 193 184 175
216 205 197 184
4.5 4 3.5 3
6 5.5 5 4.5
7.5 7 6 6
Exposición leve
Exposición moderada
Exposición severa
concreto sin aire incluido
25 a 50
75 a 100
150 a 175
Promedio del contenido de aire
total recomendado, para el nivel
de exposición, porcentaje*
concreto con aire incluido
25 a 50
75 a 100
150 a 175
Cantidad aproximada de aire
atrapado en un concreto sin
aire incluido, porcentaje
Revenimiento (asentamiento) (mm)
*Las especificaciones de obra deben especificar un contenido de aire en el concreto entregado en la obra dentro -1+2 puntos porcentuales del valor anotado en la tabla para las exposiciones moderada y severa
Fuente: Steven H. Kosmatka, Beatrix Kerkhoff, William C. Panarese, y Jussara Tanesi, Diseño y Control de Mezclas de Concreto. Boletín de Ingeniería EB201, 2004. Cap. 9, pag.195
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
18
CUADRO 2.3_5. REDUCCIÓN DE AGUA
25 Kg/m3
Tipo de Agregado Reducción de Agua
Subángular
Con partículas trituradas
Redondeada
10 Kg/m3
20 Kg/m3
Fuente: Steven H. Kosmatka, Beatrix Kerkhoff, William C. Panarese, y Jussara Tanesi, Diseño y Control de Mezclas de Concreto. Boletín de Ingeniería EB201, 2004. Cap. 9, pag.198
Con la relación agua-cemento de 0.5584 obtenemos una cantidad de cemento de 319 Kgf.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:33.612.157.484.90.441.2]19
CUADRO 2.3_6. VOLUMEN DEL AGREGADO GRUESO POR VOLUMEN UNITARIO DE CONCRETO
2.4 2.6 2.8 3
0.50 0.48 0.46 0.44
0.59 0.57 0.55 0.53
0.66 0.64 0.62 0.60
0.71 0.69 0.67 0.65
0.75 0.73 0.71 0.69
0.78 0.76 0.74 0.72
0.82 0.80 0.78 0.76
0.87 0.85 0.83 0.81 37.5 (3/2)
50 (2)
75 (3)
150 (6)
módulos de finura de agregado fino
9.5 (3/8)
12.5 (1/2)
19 (3/4)
25 (1)
Tamaño
máximo
nominal del
agregado mm
(pulg.)
Volumen del agregado grueso varillado
(compactado) en seco por volumen
unitario de concreto para diferentes
*Los volúmenes se basan en agregados varillados (compactados) en seco como descrito en la ASTM C 29 (AASHTO T 19). Adaptada del ACI 211.1
Fuente: Steven H. Kosmatka, Beatrix Kerkhoff, William C. Panarese, y Jussara Tanesi,
Diseño y Control de Mezclas de Concreto. Boletín de Ingeniería EB201, 2004. Cap. 9, pag.188
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:34.612.98.511.377.562.2]20 2.3.1 Resumen de la dosificación
TABLA 2.3.1_1. RESUMEN DE LA DOSIFICACIÓN
Cemento 318.768 Agua 184.348 Grava 847.595 Arena 1008.003 Fibras 105 Dosificación Corregida
(Kgf/m3)
3.75 Material 22.79 13.18 60.59 72.05 8 cilindros y 6
losas (Kgf)*
*Toda esta cantidad se ocupa en 8 cilindros y 6 losas de 0.3m x 0.3m x 0.05 m
Fuente: El Autor
FIGURA 2.3.1_1. Preparación de las piezas de concreto
a) Dosificación en peso b) Cilindros y losetas a ensayar
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
21 2.4 ENSAYOS REALIZADOS
Para realizar los ensayos, las muestras fueron preparadas de acuerdo a la dosificación anteriormente calculada. La resistencia a compresión a los 7 días de los cilindros de hormigón convencional y los cilindros de HRFA fue de 14.3 MPa y 16 MPa respectivamente.
Al primer ensayo de punzonamiento de dos losas planas se obtuvo un tipo de falla a flexotracción como se muestra en la figura 2.4_1, esto no condujo al tipo de falla esperado por lo tanto inmediatamente surgió la necesidad de acoplar una placa de acero adicional sobre la mesa de ensayo que se dará a conocer más adelante.
FIGURA 2.4_1. Configuración del ensayo de la losa plana, vista lateral e inferior
Fuente: El Autor (Losas planas ensayadas en La UCG, UTPL)
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
22
FIGURA 2.4_2. Base modificada para confinar el panel
a) Base modificada para confinar el panel b) Panel confinado
Fuente: El Autor
Los ensayos tanto de cilindros como de los paneles se volvieron a ensayar a los 28 días. La velocidad de carga aplicada a los paneles fue de 10 Kgf/s., tratando de evidenciar la carga a la primera fisura y su comportamiento hasta alcanzar la carga máxima de soporte.
La primera fisura en las placas de hormigón sin fibras se presentó con una carga de 830 Kgf y en las placas que contenían fibras se presentó con una carga de 2888 Kgf.
FIGURA 2.4_3. Primera fisura, parte inferior del panel.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
23 Los resultados obtenidos de los diferentes elementos se registran en las siguientes tablas:
TABLA 2.4_1. RESULTADOS CILÍNDRICOS A LOS 28 DÍAS
días
Diámetro (pulg.) carga (Kgf) f´c (MPa.) Diámetro (pulg.) carga (Kgf) f´c (MPa.)
6.014 6.03
5.982 5.979
5.981 6.016
5.994 5.992 45630 249.8
CILINDROS
SIN FIBRAS HRFA
28 38540 211.4 45477 248.9
38290 210.8
Fuente: El Autor
TABLA 2.4_2 RESULTADOS DE LAS PLACAS DE CONCRETO A LOS 28 DÍAS
días
columna (cm) carga (Kgf) Resistencia (MPa.) columna (cm) carga (Kgf) Resistencia (MPa.)
5 5
5 5
5 5
5 9.4 5 3628 14.5
PANELES DE 30cm X 30cm X 5cm
SIN FIBRAS HRFA
28 2420 9.7 3765 15.1
2340
Fuente: El Autor
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
24 observar que los elementos de concreto que no contenían fibras de acero se desquebrajaron con mucha facilidad.
No todas las fibras de acero que actuaban en las fisuras se arrancaron, sino más bien algunas fibras se deformaron, sufriendo un cierto grado de elongación y en un reducido número de fibras se produjo deslizamiento respecto al concreto en las que estaban embebidas, esto se debe al tipo de fibras utilizadas que influyen directamente a la adherencia con el hormigón.
FIGURA 2.4_4. Fisuras después del ensayo.
a) Panel sin fibras de acero, b) Panel con fibras de acero, totalmente desintegrado luego del ensayo. difícil de separar sus partes.
Fuente: El Autor (Rompimiento definitivo después del ensayo, UCG, UTPL)
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25
CAPÍTULO III
ESTRUCTURA
CON LOSA
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
26 3.1 GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA
Se trata de una estructura que permita evidenciar la diferencia entre los macizados que contienen fibras de acero versus los que no poseen dicho material.
La estructura consta de un nivel, con una altura de 3 m, y una superficie cubierta de 36 m2, dos vanos de 3 m c/u tanto en X como en Y, estará cimentada a un metro de profundidad, se considera una zapata central de 1 m x 1 m, las zapatas medianeras son de 1 m x 0.5 m y las zapatas esquineras son de 0.5 m x 0.5 m, para su implantación se ha elegido un suelo tipo II y estará ubicada en una zona sísmica 3.
La resistencia a la compresión del hormigón sin fibras de acero es de 210kgf/cm2, el tipo de losa es “Flat Slab”, la misma que estará soportando 350 Kgf/cm2 de carga muerta y 200 Kgf/cm2 de carga viva.
3.2 MODELO EN ETABS
A continuación se describe brevemente el modelo de dos losas planas de igual geometría pero de diferente composición, utilizando ETABS, para apreciar los distintos comportamientos ante la falla por punzonamiento. El método empleado para este análisis es el estático. Se obvia algunos parámetros empleados en esta estructura, ya que nuestro interés es conocer el comportamiento específicamente del macizado central de la losa como se observa en la Fig. 3.2.1_1 b
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
27 3.2.1 Estructura de análisis 1
[image:41.612.107.509.169.356.2]Esta estructura consta de hormigón armado sin fibras de acero.
FIGURA 3.2.1_1. Estructura de hormigón modelada en ETABS
a) Perspectiva de la estructura en estudio b) vista en planta de la losa plana
Fuente: El Autor (Extraído de ETABS)
Figura 3.2.1_2. Estructura de hormigón ejecutada
[image:41.612.174.435.459.664.2]Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
28 El siguiente cuadro muestra que al tercer modo de vibración ya participa el 90% de la masa.
TABLA 3.2.1_1. PARTICIPACIÓN DE LA MASA (ESTRUCTURA 1)
FUENTE: El Autor (Tabla extraída de ETABS)
3.2.2 Estructura de análisis 2
Esta estructura es similar a la estructura 1 excepto que esta última está compuesta con concreto en el que se incluye fibras de acero únicamente a los macizados y a las zapatas, es por ello que en el programa empleado se realizó una copia de la estructura de análisis 1 y se cambió por el hormigón con fibras de acero únicamente en los macizados y en las zapatas.
El siguiente cuadro muestra que al tercer modo de vibración ya participa en 90% de la masa.
[image:42.612.112.529.147.230.2]Tanto la estructura 1 como la estructura 2 en ETABS, son pasos previos para luego exportar a SAFE y observar los cambios esperados en macizados y zapatas compuestas por este nuevo material.
TABLA 3.2.2_1. PARTICIPACIÓN DE LA MASA (ESTRUCTURA 2)
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29 3.3 MODELO EN SAFE
[image:43.612.160.518.202.479.2]En este programa se puede observar la relación demanda - capacidad de las solicitaciones al cortante por punzonamiento en losas planas y en zapatas de la estructura tomada como ejemplo en la sección 3.2.
Figura 3.3_1. Losa plana sin fibras de acero
Fuente: El Autor (Resultados extraídos de SAFE)
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:44.612.170.518.98.352.2]30
Figura 3.3_2. Losa plana con fibras de acero
Fuente: El Autor (Resultados extraídos de SAFE)
Figura 3.3_3. Zapatas sin fibras de acero
Fuente: El Autor (Resultados extraídos de SAFE)
[image:44.612.168.515.422.697.2]Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:45.612.175.507.99.362.2]31
Figura 3.3_4. Zapatas con fibras de acero
Fuente: El Autor (Resultados extraídos de SAFE)
La relación demanda – capacidad (parámetro muy importante considerado por SAFE) cercana a uno es óptimo, prefiriendo un valor ligeramente menor que uno por cuestiones de seguridad. Por otro lado si se tiene un valor numérico mayor que uno, se debe incrementar la resistencia del hormigón “Si se quiere mantener el mismo espesor de losa” para evitar que se produzca una falla por punzonamiento en la sección crítica.
Obviamente también podemos controlar este fenómeno utilizando otros medios por ejemplo; colocando vigas en la losa, viguetas en una o dos direcciones, capiteles en la sección crítica, etc.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
32
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS Y
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
33 En este capítulo se procederá a realizar los respectivos análisis de los ensayos de laboratorio y el comportamiento de las losas planas y zapatas modeladas en el programa computacional ETABS y SAFE, posteriormente se darán las conclusiones del análisis.
Se puede observar con detalle en la sección 3, que las dos estructuras difieren en cuanto al material empleado únicamente en los macizados de losa y en zapatas, dando mayor capacidad de soportar al corte por punzonamiento en las áreas que contienen HRFA.
4.1 ANÁLISIS
Dado que el corte por punzonamiento lo resiste el concreto, es de esperarse un aumento en su resistencia y gracias al mismo se ve superado este fenómeno.
Se pudo observar que la falla a corte por punzonamiento se produjo en la zona crítica esperada, esto se debe a que la mesa de acero para este proceso fue fabricada con medidas basadas en el reglamento de concreto (La mesa fue acoplada a la máquina de compresión Serie Digital ACCU-TEK 500, para obtener resultados de la resistencia a punzonamiento en placas de concreto), el ACI, nos indica la distancia d a la que se produce la falla, en losas planas alrededor de las columnas y en zapatas.6
Dado el hecho de que en los primeros ensayos de las placas no se consiguió el tipo de falla solicitado, esta fue obligada a desarrollarse, al momento de confinar la placa de hormigón, logrando de esta manera que la losa plana presente una falla por punzonamiento a pesar de la aparición de grietas por flexión.
Se sugiere que para próximas investigaciones en este campo se realice una gráfica donde se pueda leer con facilidad carga – deformación ya que en esta primera investigación no fue factible registrar las respectivas deformaciones sin embargo se pudo registrar la carga en el límite elástico, Así mismo de ser posible, realizar una curva que nos indique el rango inelástico de las diferentes piezas probadas hasta el punto de rotura. Para
6
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
34 conseguir todo esto es necesario contar con el equipo completo y apropiado.
Siguiendo con el análisis de las placas de concreto ensayadas se observó que en la base de la columna incrustada monolíticamente se produjo una falla horizontal, a tal punto que llegó a desprenderse de la losa en la parte superficial (esto se constató luego del ensayo, ver figura 2.4_4). Esto se debe a que la columna simulada carece de refuerzo longitudinal.
Posteriormente la columna de hormigón fue reemplazada por una columna maciza de acero de igual geometría, que evite la disipación de energía en dicho plano.
Es importante indicar que durante los ensayos de los paneles se producía un esfuerzo en la riostra ya que era esta la que impedía que se produzca flexión en el panel.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
35 4.2 CONCLUSIONES
4.2.1 CUANTITATIVAS
− El hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA) es ligeramente (18%) más resistente a compresión que el hormigón simple.
−El hormigón reforzado con fibras de acero (HRFA) es considerablemente (55%) más resistente al cortante por punzonamiento que el hormigón simple. Parámetro muy importante que deberíamos considerarlo al momento de diseñar una estructura que involucre losas planas o zapatas de cimentación.
−Dado que la tenacidad es la energía absorbida para producir la separación completa de la pieza, se puede decir que la adición de fibras en el concreto aumenta aproximadamente el doble la tenacidad del hormigón
4.2.2 CUALITATIVAS
− La adición de fibras de acero al hormigón reduce el ancho de las grietas al actuar como “puente” ante la falla por punzonamiento.
− Con la adición de fibras de acero en la mezcla se desarrolla en gran medida ductilidad en el hormigón.
−Al adicionar fibras de acero al hormigón fresco se reduce la trabajabilidad, la misma que puede ser mejorada con la aplicación de aditivos.
− Las fibras de acero no reemplazan a la armadura propiamente dicha de la estructura, pero si mejora las propiedades del hormigón.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
36 4.3 RECOMENDACIONES
− Seguir investigando en esta área, por el hecho de ser muy extensa, cuando se busca solucionar un tipo de falla, durante el proceso se encuentra con la sorpresa de otros tipos de falla.
− Se sugiere para próximas investigaciones, obtener el mecanismo idóneo que permita el desarrollo de la falla únicamente a corte por punzonamiento para que sea más notorio esta falla y no conlleve a confusiones donde se produzcan otros fenómenos adicionales simultáneos como los ilustrados en esta investigación.
− Realizar gráficas que indiquen carga – deformación, donde se pueda estimar la deformación de la losa, dado el esfuerzo a la que debe estar sometido, indudablemente esto se puede poner en práctica al construir losas con características similares a las estudiadas en esta investigación.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
37
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
38 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
− Arthur H. Nilson, Diseño de estructuras de concreto, Mc Graw Hill, duodécima edición, 1999.
− Steven H. Kosmatka, Beatrix Kerkhoff, William C. Panarese, y Jussara Tanesi, Diseño y Control de Mezclas de Concreto. Boletín de Ingeniería EB201, 2004.
−Computers & Structures (2002).ETABS User Interface Reference Manual, Berkeley, California, USA.
− Computers & Structures (1995).SAFE User Interface Reference Manual, Berkeley, California, USA.
− American Iron and Steel Institute (AISI) Specification for the design of cold-farmed Steel Structural Members, 1996.
−Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural, American Concrete Institute (ACI), 318-05, R1.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
39
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
40
ANEXO 1
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:55.612.204.408.65.315.2]41
Figura 1. Planta de la estructura
Fuente: El Autor
Esta losa consta de 4 paneles cargadas uniformemente, losa tipo “Flat Slab”, cuya altura se consideró de 3 m, el ejemplo de la estructura elegida fue desarrollado para indicar la relación demanda – capacidad que los programas computacionales consideran, el mismo que está en función del concretó utilizado para analizar la estructura.
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:56.612.194.431.106.321.2]42
Figura 2. Planta de la estructura en SAFE
Fuente: El Autor
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
43
ANEXO 2
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
44 DOSIFICACIÓN DE HORMIGONES
TABLA 1. CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPONENTES DE LA MEZCLA
CANTIDAD UNIDAD
50 Kgf
Masa especifica relativa 3
Densidad real de la grava (sss) 2529.000 Kg/m3 Densidad aparente de la grava en estado suelto 1388.000 Kg/m3
Tamaño máximo nominal 25.000 mm
Masa especifica relativa seca en el horno 2.507 Capacidad de absorción del agregado grueso 0.850
Contenido de humedad del agregado grueso 1.000 % Masa volumétrica seca en el horno compactada 1514.000 Kg/m3
Densidad real de arena (sss) 2665.000 Kg/m3 Densidad aparente de arena en estado suelto 1381.000 Kg/m3 Masa especifica relativa seca en el horno 2.640
Capacidad de absorción del agregado fino 2.250 % Contenido de humedad del agregado fino 1.500 %
Modulo de finura 3.910
Hormigón de Consistencia Blanda con Asentamiento de: 25 - 75 mm
Resistencia a la compresión a los 28 días f 'c 210 Kgf/cm2 MATERIAL
CEMENTO
Tipo IP GRAVA
Peso del cemento (saco)
ARENA
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
45
RESISTENCIA REQUERIDA (VER CUADRO 2.3_1)
294 Kgf/cm2
RELACIÓN AGUA - CEMENTO SIN AIRE INCLUIDO (VER CUADRO 2.3_3)
INTERPOLACIÓN RELACIÓN w/c
f'c w/c 300 0.55 294 250 0.62 50 0.07 44 X
X = 0.0616
w/c = 0.5584
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
46 REVENIMIENTO (ASENTAMIENTO) (VER CUADRO 2.3_2 )
70 mm
CANTIDAD DE AGUA (VER CUADRO 2.3_4)
De acuerdo al asentamiento y tamaño máximo nominal del agregado, obtenemos la cantidad de agua.
Agua = 193 Kgf/m3
Según la recomendación de ACI 211,1 y Hover (1995 - 1998), se puede reducir la cantidad de agua dependiendo de la forma del agregado (Ver cuadro 2.3_5)
15 Kgf/m3
Agua = 178 Kgf/m3 Reducción de agua =
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
47 w/c = 0.5584
C = 319 Kgf/m3
Valor de la Tabla 0.559 m3
Grava = 846.326 Kgf
Agua = 0.178 m3
Cemento = 0.106 m3
Grava = 0.338 m3
Sumatoria = 0.662 m3
Arena = 0.378 m3
CANTIDAD DE CEMENTO
VOLÚMENES
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
48 Arena = 998.339 Kgf
[image:62.612.105.510.194.666.2]CANTIDAD DE AGREGADO FINO
TABLA 2. CORRECCIÓN Y RESUMEN DE LA DOSIFICACIÓN
CORRECCIÓN DE LA DOSIFICACIÓN POR CONTENIDO DE HUMEDAD Y ABSORCIÓN
MATERIAL Dosificación Dosificación Capacidad Contenido Peso Kgf/m3 corregida Kgf Absorción Humedad
Cemento 318.77 318.77
Agua 178.00 184.218
Arena 998.34 1013.31 0.023 0.015
Grava 846.33 854.79 0.009 0.010
Total 2341.43 2371.09
MATERIAL Cantidad de Dosificación Volumen Cantidades
Agua Peso/saco saco Dosificadas
Cemento 50.00 50.00 6.38
Agua 28.90 28.90 184.22
Arena -0.008 158.94 0.12 0.73
Grava 0.002 134.08 0.10 0.62
INTERPOLAR
MATERIAL Volumen Dosificación Dosificación Dosificación peso real m3 Peso Kgf/m3 corregida Kgf/m3 saco Kgf
Cemento 0.106 318.77 318.77 50.00
Agua 0.178 178.00 184.35 28.92
Grava 0.335 846.33 847.60 132.95
Arena 0.381 1015.62 1008.00 158.11
γHS.= 2358.71
MATERIAL Dosificación Cantidades para la volumen saco Dosificación
Cemento 50.00 6.375
Agua 28.92 184.348 Arena Grava
Grava 0.096 0.611 -7.62 1.27
Arena 0.114 0.730 1.27 -6.35
aportan los agregados Cantidad de agua que
MATERIAL PESO (Kgf)
Cemento 22.79
Agua 13.18
Grava 60.59
Arena 72.05
Fibras de acero 3.75 Con 1.5% del volumen de concreto DOSIFICACIÓN PARA 8 CILINDROS Y 6 LOSAS
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:63.612.110.503.137.500.2]49 Análisis Típicos del Agua de Abastecimiento de Las Ciudades, Partes Por Millon.
TABLA 3. CARACTERÍSTICAS DEL AGUA
1 2 3 4 5 6
2.4 0.0 6.5 9.4 22.0 3.0
0.1 0.0 0.0 0.2 0.1 0.0
5.8 15.3 29.5 96.0 3.0 1.3
1.4 5.5 7.6 27.0 2.4 0.3
1.7 16.1 2.3 183.0 215.0 1.4
0.7 0.0 1.6 18.0 9.8 0.2
14.0 35.8 122.0 334.0 549.0 4.1 9.7 59.9 5.3 121.0 11.0 2.6
2.0 3.0 1.4 280.0 22.0 1.0
0.5 0.0 1.6 0.2 0.5 0.0
31.0 250.0 125.0 983.0 564.0 19.0 disueltos
Análisis No.
Potasio (K) Bicarbonato (HCO3)
Sulfato (SO4)
Cloruro (CI) Nitrato (NO3)
Total de Sólidos Sustancia química
Sílice (SiO2)
Hierro (Fe) Calcio (Ca) Magnesio (Mg)
Sodio (Na)
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:64.612.164.452.108.316.2]50
Figura 3. Bancos de Arena
Fuente:http://www.romarointer.com/fotos.php?nombre_foto=proyectos/arenas.jpg&img_widt h=640&img_height=425&titulo_foto=Agregado%20Fino%20/%20Arenas
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
51
ANEXO 3
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
52 Se ensayaron dos cilindros por muestra para cuantificar la resistencia del hormigón con las que estábamos ensayando las losas tanto con fibras como las que no contenían fibras de acero.
En el siguiente gráfico se ilustra el tipo de falla que presentaron las probetas durante los ensayos que se realizaron.
[image:66.612.227.390.267.483.2]El tipo de falla 5 predominó en los cilindros de prueba, sin dejar de lado que también se dieron otros tipos de falla.
Figura 4. Cilindro de prueba 1
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:67.612.175.437.79.288.2]53
Figura 5. Cilindro de prueba 2
Fuente: El Autor (Laboratorio, UCG, UTPL)
Figura 6. Configuración de fallas en los cilindros
[image:67.612.180.431.369.563.2]Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:68.612.170.441.95.303.2]54
Figura 7. Rompimiento de cilindros después del ensayo
Fuente: El Autor (UCG, UTPL)
En la primera prueba del panel, en la parte inferior del mismo se colocó una placa de neopreno de 1.5 cm de espesor como se muestra a continuación.
Figura 8. Panel de prueba
[image:68.612.179.431.494.685.2]Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
[image:69.612.191.419.108.278.2]55
Figura 9. Falla de panel confinado
Fuente: El Autor
La función designada del neopreno fue conseguir que existiera un contacto uniforme en toda la superficie del panel, pero esto no fue posible, debido a que el panel estaba trabajando únicamente a flexión, es por ello que en la figura 2.4_1 para un nuevo ensayo no se coloca el neopreno. Para los siguientes ensayos el neopreno fue utilizado porque se trataba de un elemento confinado, gracias a la placa de acero últimamente añadida tal como lo muestra la figura 2.4_2.
En las siguientes tablas se puede observar que el HRFA es superior al hormigón convencional en un 12% probado a los 7 días, mientras que este porcentaje se incrementó al 18% cuando se probaron a los 28 días, se estima que esto se debe en gran parte al aumento de la adherencia de las fibras en el hormigón.
TABLA 4. RESULTADOS DE ENSAYOS A LOS 7 DÍAS (CILINDROS)
días
Diámetro (pulg.) carga (Kgf) f´c (MPa.) Diámetro (pulg.) carga (Kgf) f´c (MPa.)
6.014 6.019
5.982 5.969
6.061 6.011
5.943 5.97 15.96
7 29180
29020
SIN FIBRAS HRFA
14.33 14.32 26120 26130 16.03 CILINDROS
Control de Punzonamiento en Placas de Concreto Mediante Fibras de Acero
56
TABLA 5. RESULTADOS DE ENSAYOS A LOS 28 DÍAS (CILINDROS)
días
Diámetro (pulg.) carga (Kgf) f´c (MPa.) Diámetro (pulg.) carga (Kgf) f´c (MPa.)
6.014 6.03 5.982 5.979 5.981 6.016 5.994 5.992 45477 24.89 38290 21.08 CILINDROS
SIN FIBRAS HRFA 28 38540 21.14
45630 24.98
Fuente: El Autor
[image:70.612.102.511.101.180.2]En la siguiente tabla también se puede ver que el aumento de resistencia al corte por punzonamiento es superior en un 55% de las losas que contienen fibras de acero respecto de las elaboradas únicamente de hormigón convencional.
TABLA 6. RESULTADOS DE ENSAYOS A LOS 28 DÍAS (PANELES)
días
columna (cm) carga (Kgf) Resistencia (MPa.) columna (cm) carga (Kgf) Resistencia (MPa.)
5 5
5 5
5 5
5 5
9.7 3765 15.1
2340 9.4 3628 14.5
PANELES DE 30cm X 30cm X 5cm
SIN FIBRAS HRFA
28 2420
Fuente: El Autor
