CHICLAYO – PERÚ 2013
FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
U
NIVERSIDAD
S
EÑOR DE
S
IPÁN
Tesis de grado para optar el título profesional de Ingeniero Civil
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
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INTRODUCCÓN
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.
El concreto con fibra es adecuado 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.
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.
FIBRAS INCORPORADAS EN EL CONCRETO
Existen diferentes tipos de fibras como fibras metálicas, fibras sintéticas, fibras de vidrio y fibras naturales. En la presente investigación nos centramos en el uso de fibra de acero y fibra sintética ya que son estas dos las más utilizadas en la elaboración de concreto.
Las fibras que utilizamos para esta investigación fueron de la marca SIKA.
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.
Entonces ¿En qué manera influye la incorporación de fibra de acero y fibra sintética en el comportamiento del concreto convencional?
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION Objetivos 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
Objetivos específicos
• Elaborar un diseño de mezcla de concreto convencional usando cemento adicionado (Pacasmayo Extra Forte ICo), piedra chancada de 3/4", arena fina, agua, fibra, sin incorporación de aire
• Elaborar muestras de concreto endurecido curadas en laboratorio y sin curar. Para el curado del concreto se propone el uso del aditivo Sika Antisol S
• Evaluar la resistencia a compresión y a flexión (incluyendo
absorción de energía) del concreto
convencional y del concreto con fibra incorporada
• Evaluar la trabajabilidad del concreto convencional y del concreto con fibra incorporada
• Evaluar la resistencia alcanzada por el concreto endurecido a los 7, 14 y 28 días
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ALCANCES Y LIMITACIONES DE LA INVESTIGACION
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 TMN de ¾”, generalmente empleado en obras de infraestructura real.
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 (Chiclayo)
En relación a los especímenes de concreto, se optó como mejor 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 (Chiclayo)
POBLACIÓN Y MUESTRA
La población destinada para esta investigación fue:
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
Se elaboraron y ensayaron 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
La hoja técnica de la fibra de acero y fibra sintética nos menciona un rango con respecto a la cantidad utilizada para la elaboración de un 1m3 de concreto siendo:
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DISEÑO DE MEZCLAS
Para obtener el presente diseño de mezclas, se analizó previamente las características de los agregados a utilizar (agregado grueso y agregado fino) de los cuales se optó por utilizar piedra chancada de 3/4", arena amarilla, agua potable de la zona, el cemento a utilizar: cemento Pacasmayo Extra Forte ICo; para obtener un concreto patrón de resistencia f´c = 210 kg/cm2 (sin incorporación de aire)
Para obtener un diseño técnico, en relación al factor de seguridad requerido f´cr, para un f´c= 210 kg/cm2 = + 84 kg/ (según ACI), se realizó una serie de diseños (+84 kg/cm2, +54 kg/cm2, +44 kg/cm2), de la cual se optó por utilizar un f´cr = +54 kg/cm2= 264 kg/cm2 (teórico)
Una vez que obtuvimos el diseño de mezclas adecuado, la dosificación para el concreto patrón es la siguiente: (relación en peso por pie3 de concreto)
Cemento:
Cemento Pacasmayo Extra Forte ICo: 1.00
Agregado fino:
Arena amarilla (45%): 2.18
Agregado grueso:
Piedra chancada 3/4" (55%): 2.63 Agua : agua potable: 25.5
Su relación en volumen es: Cemento : 1.00 Agregado fino : 2.15 Agregado grueso : 2.90 Agua : 25.5
Con este resultado se definió el uso de 8 bolsas de cemento (42.5 kg) por metro cubico de concreto a elaborar, con una relación agua - cemento igual a 0.60
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RESULTADOS DE LOS ENSAYOS REALIZADOS AL CONCRETO
CONCRETO FRESCO
Se cálculo el Peso Específico y la Trabajabilidad (Slump) del concreto patrón (convencional), del concreto con fibra de acero y del concreto con fibra de acero obteniéndose:
CONCRETO ENDURECIDO
Ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a la compresión del concreto, en muestras cilíndricas. Ntp 339.034 2008
GRÁFICA 1: Determinación del f´c - Concreto Patrón (%)
De los resultados obtenidos del ensayo a compresión del concreto patrón a los 28 días: se obtuvo una resistencia f´c = 228 kg/cm2 (curado) y f´c = 165 kg/cm2 (sin curar).
Se aprecia una reducción del -28% de su resistencia.
De los resultados obtenidos a los 28 días: A medida que aumentamos la cantidad de fibra de acero al concreto patrón f´c = 228 kg/cm2 (curado):
La resistencia a compresión de las muestras curadas disminuye en:
Un -2% dosis 1 (f´c = 223 kg/cm2) Un -26% dosis 2 (f´c = 169 kg/cm2) Un -23% dosis 3 (f´c = 176 kg/cm2).
La resistencia a compresión de las muestras sin curar disminuye en: Un -32% dosis 1 (f´c = 154 kg/cm2) Un -34% dosis 2 (f´c = 151 kg/cm2) Un -30% dosis 3 (f´c = 160 kg/cm2).
De los resultados obtenidos a los 28 días: A medida que aumentamos la cantidad de fibra sintética adicionado al concreto patrón f´c = 228 kg/cm2 (curado)
La resistencia a compresión de las muestras curadas disminuye en:
Un -22% dosis 1 (f´c = 178 kg/cm2) Un -16% dosis 2 (f´c = 191 kg/cm2) Un -21% dosis 3 (f´c = 181 kg/cm2).
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GRÁFICA 2 : Porcentaje de variación CP vs CP + Fibra de Acero (Curado)
GRÁFICA 3: Porcentaje de variación CP vs CP + Fibra Sintética (Curado)
Máquina de rotura de testigos a compresión
Préstamo Universidad Señor de Sipán - Chiclayo
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
De los resultados obtenidos del ensayo a flexión en vigas, del concreto patrón a los 28 días: se obtuvo una resistencia Mr = 35 kg/cm2 (curado) y Mr = 29 kg/cm2 (sin curar).
Se aprecia una reducción del -16% de su resistencia.
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La resistencia a flexión de las muestras curadas aumenta en:
Un +16% dosis 1 (Mr = 40 kg/cm2) Un +20% dosis 2 (Mr = 42 kg/cm2) Un +25% dosis 3 (Mr = 43 kg/cm2).
La resistencia a flexión de las mues-tras sin curar aumenta/disminuye en: Un +5% dosis 1 (Mr = 36 kg/cm2) Un -2% dosis 2 (Mr = 34 kg/cm2) Un +5% dosis 3 (Mr = 36 kg/cm2).
De los resultados obtenidos a los 28 días: A medida que aumentamos la cantidad de fibra sintética adicionado al concreto patrón Mr = 35 kg/cm2 (curado):
La resistencia a flexión de las muestras curadas aumenta en:
Un +11% dosis 1 (Mr = 39 kg/cm2) Un +13% dosis 2 (Mr = 39 kg/cm2) Un +19% dosis 3 (Mr = 41 kg/cm2).
La resistencia a flexión de las mues-tras sin curar aumenta/disminuye en: Un -1% dosis 1 (Mr = 34 kg/cm2) Un +2% dosis 2 (Mr = 35 kg/cm2) Un -1% dosis 3 (Mr = 34 kg/cm2).
GRÁFICA 4 : Porcentaje de variación CP vs CP + Fibra de Acero (Curado)
GRÁFICA 5: Porcentaje de variación CP vs CP + Fibra Sintética (Curado)
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Máquina de rotura de testigos a compresión
Préstamo Distribuidora del Norte DINO – Chiclayo
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
De los resultados obtenidos del ensayo de absorción de energía del concreto patrón a los 28 días a una deflexión de 10 mm: se obtuvo una tenacidad EA = 54.77J (curado) y EA = 50.32 J (sin curar). Se aprecia una reducción del -8% de su resistencia.
De los resultados obtenidos a los 28 días: A medida que aumentamos la cantidad de fibra de acero adicionado al concreto patrón EA = 54.77 J (curado):
La energía absorbida de las muestras curadas aumenta en:
Un +97% dosis 1 (EA = 108.05 J) Un +198% dosis 2 (EA = 163.38 J) Un +206% dosis 3 (EA = 167.70J).
La energía absorbida de las muestras sin curar aumenta en:
Un +70% dosis 1 (EA = 93.27 J), Un +136% dosis 2 (EA = 129.09J) Un +158% dosis 3 (EA = 141.24J)
De los resultados obtenidos a los 28 días: A medida que aumentamos la cantidad de fibra sintética adicionado al concreto patrón EA = 54.77 J (curado):
La energía absorbida de las muestras curadas aumenta en:
Un +39% dosis 1 (EA = 76.04 J), Un +48% dosis 2 (EA = 80.76 J) y Un +121% dosis 3 (EA = 121.18J)
La energía absorbida de las muestras sin curar aumenta en:
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Máquina de determinación de absorción de energía en PSI
GRÁFICA 6 : Porcentaje de variación CP vs CP + Fibra de Acero (Curado)
GRÁFICA 7: Porcentaje de variación CP vs CP + Fibra Sintética (Curado
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.
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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.
BIBLIOGRAFÍA
PATAZCA ROJAS PEDRO, TAFUR BUSTAMANTE JORGE.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
NTP 339.033:2009. HORMIGÓN
(CONCRETO). Práctica
normalizada para la elaboración y curado de los especímenes de concreto de campo. 3a. ed. Lima:
INDECOPI ,2009. 17 p.
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. Lima: INDECOPI ,2008. 18 p. 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. 3a. ed. Lima: INDECOPI ,2012. 10 p. 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). 1a. ed. Lima: INDECOPI ,2007. 10 p.
Hoja técnica digital. Sikafiber CHO 80/60 NB. Sika Perú S.A. Lima, Febrero 2013. 2a ed. Disponible en: www.sika.com.pe Hoja técnica digital. Sikafiber
Force PP-PE-700-55. Sika Perú S.A. Lima, Octubre 2012. 1a ed. Disponible en: www.sika.com.pe
