Estudio de las propiedades mecánicas del concreto reforzado con Fibra Metálica

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. “ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO REFORZADO CON FIBRA METÁLICA”. Tesis presentada por los Bachilleres: CCOPA CORIMANYA, ROCIO MARGOT. SOTO MAMANI, ERIKA YESSENIA. Para optar el Título Profesional de Ingeniero Civil. Asesora de Tesis: ING. MARIA ELENA SANCHEZ GARCIA. AREQUIPA – PERÚ 2018.

(2) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. Título de tesis: “ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO REFORZADO CON FIBRA METÁLICA”. Nombre de las tesistas: Bach. Ccopa Corimanya, Rocio Margot. Bach. Soto Mamani, Erika Yessenia.. Aprobado por:. …………………………………………………. Jurado de tesis: Nombre. Firma:. ING. ANTONIO VALDEZ CÁCERES. ………………………………. ING. JORGE IRURI PÉREZ. ………………………………. ING. HÉCTOR NOVOA INDIA. …………………………….... ING. ISAAC YANQUI MORALES. ………………………………. AREQUIPA – PERÚ 2018.

(3) AGRADECIMIENTOS. A nuestra casa de estudios la UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN A nuestra querida FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL. A nuestra asesora de tesis, Ingeniera María Elena Sánchez García, por su guía durante toda nuestra investigación. Al Ing. Jorge Iruri, por sus consejos y apoyo en. nuestra. investigación. A todos los docentes de nuestra facultad, por su contribución al desarrollo, crecimiento y mejora de esta casa superior, y a las bases de nuestro desarrollo profesional. A la empresa MACAFERRI PERU, pues sin dudarlo nos brindaron material para nuestra investigación..

(4) DEDICATORIA. A mis padres por las enseñanzas impartidas a lo largo de mi vida. ROCIO CCOPA.

(5) DEDICATORIA. A mis padres Arturo y Gregoria, por sus cuidados y su apoyo incondicional a lo largo de mi vida, a DIOS por guiar cada uno de mis pasos. ERIKA SOTO MAMANI.

(6) RESUMEN. En el presente trabajo se evalúa mediante ensayos experimentales la influencia de la fibra metálica en el concreto, esto mediante comparaciones entre sus características en estado fresco y estado endurecido. Se evalúa los resultados y se realiza las comparaciones entre cuatro tipos de diseños, un concreto convencional de f´c 280 kg/cm2 sin fibra, a este diseño le hemos agregado fibra metálica con tres tipos de dosificaciones que son de 15, 25 y 35 kg de fibra metálica por metro cubico de concreto. El presente estudio considera la fabricación de la mezcla de concreto con piedra chancada de ¾” de tamaño máximo nominal ,arena gruesa, ambos provenientes de la cantera de la Poderosa (YURA) , cemento portland marca YURA tipo IP, fibra metálica de la marca Macaferri tipo FF3. Para el diseño de mezclas se utilizó el método ACI tablas, con un slump (asentamiento) de 4 a 5 pulgadas, porcentaje de plastificante Viscocrete SC-50 de la marca SIKA en un 0.13% en relación del peso del cemento, esto para contrarrestar la disminución de trabajabilidad en la mezcla debido a la adición de fibra metálica. Se determinaron las propiedades de la mezcla en estado fresco de cada una de los 4 diseños: asentamiento (slump), contenido de aire, peso unitario y resistencia al agrietamiento por contracción plástica. Además en estado endurecido se evaluaron las siguientes propiedades: resistencia a la compresión, resistencia a la flexión simple, resistencia a la tensión por el método de tracción indirecta (ensayo brasilero), resistencia al corte, resistencia al impacto, evaluación del módulo de elasticidad y módulo de poisson. También se hace una comparación en costos para el uso de cada una de las muestras, y se realiza una comparación económica en el mantenimiento de losa y así pudo evaluar la ventaja de uso de fibra metálica a través del tiempo y como beneficia en lo que respecta a la calidad y durabilidad del concreto. A partir de los resultados experimentales obtenidos en el laboratorio se realiza la evaluación, comparación de las diferentes dosificaciones y se da las recomendaciones para su uso.. PALABRAS CLAVE: Fibra metálica, propiedades, adición de fibra metálica, concreto en estado fresco, concreto en estado endurecido, análisis de costos..

(7) ABSTRACT In the present work, the influence of metallic fiber on concrete is evaluated through experimental tests, by means of comparisons between its characteristics in the fresh state and the hardened state. The results are evaluated and comparisons are made between four types of designs, a conventional concrete of f'c 280 kg / cm2 without fiber, to this design we have added metallic fiber with three types of dosages that are 15, 25 and 35 kg of metallic fiber per cubic meter of concrete. The present study considers the manufacture of the concrete mixture with crushed stone of ¾ "of nominal maximum size, coarse sand, both coming from the quarry of the Poderosa (YURA), portland cement brand YURA type IP, metallic fiber of the Macaferri brand type FF3. For the design of mixtures the ACI tables method was used, with a slump (settlement) of 4 to 5 inches, percentage of plasticizer Viscocrete SC-50 of the SIKA brand in a 0.13% in relation to the weight of the cement, this to counteract the decreased workability in the mixture due to the addition of metallic fiber. The properties of the mixture in the fresh state of each of the 4 designs were determined: settlement (slump), air content, unit weight and resistance to cracking by plastic shrinkage. Furthermore, in the hardened state, the following properties were evaluated: compressive strength, resistance to simple bending, tensile strength by the indirect tensile method (Brazilian test), shear strength, impact resistance, evaluation of the modulus of elasticity and Poisson module. A comparison is also made in costs for the use of each of the samples, and an economic comparison is made in the maintenance of slab and thus could evaluate the advantage of using metallic fiber over time and how it benefits in terms of to the quality and durability of concrete. Based on the experimental results obtained in the laboratory, the evaluation, comparison of the different dosages is carried out and the recommendations for its use are given. KEYWORDS: Metallic fiber, properties, addition of metal fiber, concrete in its fresh state, concrete in hardened state, cost analysis..

(8) TABLA DE CONTENIDO ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS: .............................................................................................................. 12 CAPITULO I ...................................................................................................................................... 18 1.1. Motivación y contexto .............................................................................................................................. 18. 1.2. Planteamiento Del Problema .................................................................................................................. 18. 1.3. Objetivos ...................................................................................................................................................... 19. 1.3.1. Objetivo General ...................................................................................................... 19. 1.3.2. Objetivos Específicos ............................................................................................... 19 Hipótesis ....................................................................................................................... 19. 1.4. 1.4.1. Hipótesis específica .................................................................................................. 20. 1.5. Variables e indicadores ............................................................................................................................ 20. 1.6. Tipo de investigación ................................................................................................................................ 21. 1.7. Metodología................................................................................................................................................. 21. 1.8. Delimitación ................................................................................................................................................ 21. 2.1. Introducción................................................................................................................................................ 24. 2.2. Evolución histórica del concreto reforzado con fibra metálica CRFM ....................................... 25. 2.3. Concreto reforzado con fibras metálicas CRFM ............................................................................... 26. Definición ................................................................................................................. 26. 2.3.1 2.4. Componentes del concreto con fibras metálicas ................................................................................ 26. 2.4.1. Cemento ................................................................................................................... 27. 2.4.2. Agregado .................................................................................................................. 27. 2.4.3. Fibras ........................................................................................................................ 27. 2.4.4. Aditivos .................................................................................................................... 29. 3.1. Cemento ....................................................................................................................................................... 31. 3.1.1 3.2. Agregado...................................................................................................................................................... 31. 3.2.1 3.4. Características de las fibras metálicas empleadas .................................................... 36. Aditivos ........................................................................................................................................................ 37. 3.5.1 4.1. Propiedades del agregado empleado ........................................................................ 31. Fibras ............................................................................................................................................................ 36. 3.4.1 3.5. Características del cemento empleado ..................................................................... 31. Características del aditivo plastificante empleado ................................................... 37. Introducción. .............................................................................................................................................. 39. 4.2.1.1 Granulometría Del Agregado Grueso........................................................................... 40 4.2.1.2 Granulometría Del Agregado Fino ............................................................................... 40 - 4.2.1.3 Modulo de Fineza ...................................................................................................... 40 4.2.1.4 Contenido de humedad ................................................................................................. 41.

(9) - 4.2.1.5 Absorción ................................................................................................................... 41 - 4.2.1.6 Peso Específico sss .................................................................................................... 41 - 4.2.1.7 Peso Unitario.............................................................................................................. 42 4.2.2 Información requerida de tablas ...................................................................................... 42 4.2.3 Diseño sin fibra ............................................................................................................... 46 4.3.4 Diseños con fibra metálica .............................................................................................. 46 5.1 Introducción ....................................................................................................................................................... 49 5.2. Esquema de ensayos en estado fresco ................................................................................................... 49. 5.2.1. Control de asentamiento ........................................................................................... 49. 5.2.1.1. Descripción.................................................................................................................. 49 5.2.1.2.. Equipos ................................................................................................................. 49. 5.2.1.3.. Procedimiento....................................................................................................... 50. 5.2.1.4. Resultados ................................................................................................................ 50. 5.2.2.. Ensayo para determinar el peso unitario del concreto .................................................................... 51. 5.2.2.1. Descripción............................................................................................................... 51. 5.2.2.2. Equipos ..................................................................................................................... 51. 5.2.2.3. Procedimiento........................................................................................................... 51. 5.2.2.4. Resultados ................................................................................................................ 52. 5.2.3.. Ensayo para determinar el contenido de aire del concreto ............................................................. 53. 5.2.3.1. Descripción............................................................................................................... 53. 5.2.3.2. Equipos ..................................................................................................................... 53. 5.2.3.3. Procedimiento........................................................................................................... 53. 5.2.3.4. Resultados ................................................................................................................ 54. 5.2.4.. Ensayo para determinar el índice de agrietamiento por contracción plástica ........................... 54. 5.2.4.1. Descripción............................................................................................................... 54. 5.2.4.2. Equipos ..................................................................................................................... 55. 5.2.4.3. Procedimiento........................................................................................................... 56. 5.2.4.4. Resultados ................................................................................................................ 61. 5.3. Esquema de ensayos en estado endurecido ......................................................................................... 63. 5.3.1.. Ensayo de resistencia a la compresión. ................................................................................................ 63. 5.3.1.1.. Descripción........................................................................................................... 63. 5.3.1.2. Equipos. .................................................................................................................... 63. 5.3.1.3. Procedimiento........................................................................................................... 64. 5.3.1.5. Resultados ................................................................................................................ 64. 5.3.2.. Ensayo para determinar la resistencia a la flexión ........................................................................... 66.

(10) 5.3.2.1.. Descripción........................................................................................................... 66. 5.3.2.2.. EQUIPOS ............................................................................................................. 66. 5.3.2.3. Probetas de ensayo. .................................................................................................. 67. 5.3.2.4. Procedimiento........................................................................................................... 68. 5.3.2.5. Resultados ................................................................................................................ 71. 5.3.3. Ensayo de tracción indirecta .................................................................................................................. 74. 5.3.3.1. Descripción............................................................................................................... 74. 5.3.3.2. Equipos y aplicación de la carga .............................................................................. 74. 5.3.3.3. Procedimiento........................................................................................................... 74. 5.7.6. Resultados ................................................................................................................ 77. 5.3.4. Resistencia al corte .................................................................................................................................... 81. 5.3.4.1. Descripción............................................................................................................... 81. 5.3.4.2. Equipos y aplicación de la carga .............................................................................. 82. 5.3.4.3. Probetas de ensayo ................................................................................................... 83. 5.3.4.4. Procedimiento........................................................................................................... 85. 5.3.4.6. Resultados ................................................................................................................ 86. 5.3.5. Resistencia al impacto .............................................................................................................................. 91. 5.3.5.1. Descripción............................................................................................................... 91. 5.3.5.2. Probetas de ensayo ................................................................................................... 91. 5.3.5.3. Equipos y aplicación de la carga .............................................................................. 92. 5.3.5.4. Procedimiento........................................................................................................... 93. 5.3.5.5. Resultados ................................................................................................................ 94. 5.3.6. Ensayo de módulo de elasticidad ........................................................................................................... 95. 5.3.6.1 Descripción ................................................................................................................................................... 95 5.3.6.2 Probetas de Ensayo .................................................................................................................................... 96 5.3.6.3 Equipo requerido ........................................................................................................................................ 97 5.3.6.4 Procedimiento .............................................................................................................................................. 97 5.3.6.5 Resultados ..................................................................................................................................................... 98 5.3.7. Módulo de Poisson. ................................................................................................................................. 110. 5.3.7.1 Descripción. ................................................................................................................................................ 110 5.3.7.2 Probetas de Ensayo. ................................................................................................................................. 111 5.3.7.3 Equipo requerido. ..................................................................................................................................... 111 5.3.7.4 Procedimiento. ........................................................................................................................................... 112 5.3.7.5 Resultados. .................................................................................................................................................. 113 6.1. Introducción.............................................................................................................................................. 119. 6.2. Trabajabilidad y Peso Unitario: .......................................................................................................... 119.

(11) 6.3. Contenido de aire: ................................................................................................................................... 120. 6.4. Índice de agrietamiento por contracción plástica: .......................................................................... 120. 6.5. Análisis resistencia a la compresión: .................................................................................................. 122. 6.6. Resistencia a la flexión: .......................................................................................................................... 123. 6.7. Tracción indirecta ....................................................................................................... 124. 6.8. Resistencia al corte .................................................................................................................................. 125. 6.9. Resistencia al impacto ............................................................................................................................ 126. 6.10. Módulo de Elasticidad ............................................................................................................................ 128. 6.11. Módulo de Poisson................................................................................................................................... 130. CAPITULO VII ................................................................................................................................. 133 7.1 Introducción ..................................................................................................................................................... 133 7.2 Comparación de costos unitarios................................................................................................................. 133 7.3 Comparación de costos por mantenimiento ............................................................................................. 137 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................................ 145 ANEXOS .......................................................................................................................................... 147 ANEXO A - FICHAS TECNICAS ........................................................................................................ 148 ANEXO B - RESULTADOS ENSAYOS ................................................................................................ 157 ANEXO C - MEMORIA FOTOGRAFICA ............................................................................................ 214.

(12) ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Ejemplo del efecto del tamaño del agregado grueso en la distribución de las fibras (Hannant,1978) ................................................................................................................................ 27 Figura 2. Características Fibra metálica FF3 (fuente Macaferri) .................................................. 37 Figura 3. Dimensiones Cono de Abrams (NTP 339.035.) ............................................................... 50 Figura 4. Recipiente cilíndrico, para medición de contenido de aire (ASTM C 231‐09) ................. 53 Figura 5. Temperatura ambiental en Arequipa (fuente:weather.com) ............................................ 57 Figura 6. Registro de temperatura en julio 2017 en Arequipa (fuente: weather.com) .................... 57 Figura 7. Registro de temperatura en julio 2017 para Arequipa (fechas de ensayos) (fuente: weather.com) .................................................................................................................................... 58 Figura 8. Esquema de desarrollo de Grietas. (ACI 344.2R) ........................................................... 61 Figura 9. Esquema de viga con cargas en los tercios de claro. (fuente ASTM C78) ...................... 66 Figura 10. Esquema de la disposición de la viga y rodillos (fuente ASTM C78) ............................ 67 Figura 11. (a) configuración de la carga, (b) rotura de ensayo a tracción indirecta. .................... 74 Figura 12. Fifura (a), (b) y (c) muestran variaciones de las probetas tipo Z ensayadas mediante “push-off test”(Liu et al., 1985; Barr, 1987; Swamy et al.1987;Allos, 1989). Las figuras (d) y (e) muestran otras alternativas de ensayo, las vigas o paneles en flexion con una o dos entallas excéntricas y carga centra o vigas condos entallas centrales y cargas excéntricas (Barr, 1987;Shah et al., 1995). (f) versión de la viga iosipesu, (g) caja de confinamiento de cortante. .... 82 Figura 13. Molde para obtener probetas para el ensayo de corte (Barragán, Gettu, Agullo, & Zerbino, 2006). ................................................................................................................................. 84 Figura 14: Comportamiento del concreto. (Determinación del Módulo de elasticidad estático y relación de Poisson NMX-C-128-1997-ONNCCE ........................................................................... 96 Figura 15: Grafico esfuerzo – deformación (Manual de calculo Modulo de Elasticidad. Determinación del Módulo de elasticidad estático y relación de Poisson ,NMX-C-128-1997ONNCCE) ........................................................................................................................................ 96 Figura 16; Figura equipo requerido para el ensayo de módulo de elasticidad. (Tesis magistral, comportamiento mecánico del concreto reforzado con fibras de bagazo de caña de azúcar, Ing. Marlon Espinoza, Universidad de Cuenca, Ecuador)) .................................................................... 97. ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS: Fotografía 1. Fibra metálica FF3 .................................................................................................... 36 Fotografía 2. Cono de Abrams, Varilla, Plancha y Regla ............................................................... 50 Fotografía 3. Medición del asentamiento ........................................................................................ 50 Fotografía 4. Recipiente cilíndrico, varilla compactadora y balanza ............................................. 51 Fotografía 5. Ensayo para determinar el contenido de aire del concreto ....................................... 53 Fotografía 6. Molde para ensayo de retracción plástica ................................................................. 56 Fotografía 7. Ensayo para determinar el contenido de aire del concreto ....................................... 56 Fotografía 8. Configuración de los equipos de ensayos .................................................................. 58 Fotografía 9. Subsecciones en anillo y numeración de grietas. ...................................................... 59 Fotografía 10. Medición de longitud de grietas............................................................................... 60 Fotografía 11. Medición de espesor de grietas. ............................................................................... 60.

(13) Fotografía 12. Secciones 1 y 2 en anillo de retracción plástica. ..................................................... 61 Fotografía 13. Máquina de compresión. .......................................................................................... 63 Fotografía 14. Ensayo de resistencia a la compresión .................................................................... 64 Fotografía 15. Soporte base y soporte superior para ensayo. ......................................................... 67 Fotografía 16. Moldeo de vigas de concreto ................................................................................... 68 Fotografía 17. Marca delineas guías para ensayo. ......................................................................... 68 Fotografía 18. Aplicación de carga en vigas. .................................................................................. 69 Fotografía 19. Vigas con fallas dentro del tercio central – concreto sin fibra................................ 69 Fotografía 20. Vigas con fallas dentro del tercio central en vigas con fibra, efecto de fibra en el concreto. ........................................................................................................................................... 70 Fotografía 21. Ubicación de eje diametral de probeta, Posicionamiento de probeta en la máquina de ensayo .......................................................................................................................................... 75 Fotografía 22. Ensayo y falla de ensayo de tracción diametral en concreto sin fibra metálica. .... 75 Fotografía 23. Ensayo y falla de tracción diametral en concretos con fibras metálicas (15, 25,35 kg/m3)............................................................................................................................................... 76 Fotografía 24. Configuración de la prueba para determinar la resistencia al corte ...................... 83 Fotografía 25. Preparación de los moldes para el ensayo de corte ................................................ 84 Fotografía 26. Ensayo de corte en las probetas de concreto sin fibra, modo de falla concreto patrón. .............................................................................................................................................. 85 Fotografía 27. Ensayo de corte en las probetas concreto con fibra (15 kg/m3), modo de falla de probetas con fibra. ........................................................................................................................... 85 Fotografía 28. Ensayo de corte en las probetas concreto con fibra (25 kg/m3), modo de falla de probetas con fibra. ........................................................................................................................... 86 Fotografía 29. Ensayo de corte en las probetas concreto con fibra (35 kg/m3), modo de falla de probetas con fibra. ........................................................................................................................... 86 Fotografía 30. Corte de probetas de 15x30cm para obtener especímenes de 15x6.35cm. .............. 91 Fotografía 31. Molde para ensayo de resistencia al impacto .......................................................... 92 Fotografía 32. Equipo de ensayo para resistencia al impacto ........................................................ 92 Fotografía 33. .(a) Registro de aparición de primera grieta RIPF, (b) Registro de última grieta RIU por ambas caras. ...................................................................................................................... 93 Fotografía 34. Figura probeta de concreto para ensayo de módulo de elasticidad. ....................... 97 Fotografía 35. Configuración de ensayo módulo de elasticidad. .................................................... 98 Fotografía 36. Probeta de concreto para ensayo de módulo de elasticidad. ................................ 111 Fotografía 37. Equipo requerido para el ensayo de módulo de elasticidad. ................................. 112 Fotografía 38. Ensayo módulo de elasticidad y poisson. ............................................................... 113.

(14) ÍNDICE DE CUADROS: Cuadro 1. Características del Cemento Yura IP ............................................................................... 31 Cuadro 2. Granulometría del agregado grueso ................................................................................. 32 Cuadro 3. Granulometría del agregado fino. .................................................................................... 33 Cuadro 4. Peso unitario suelto y varillado del agregado grueso ...................................................... 34 Cuadro 5. Peso unitario suelto y varillado del agregado fino .......................................................... 34 Cuadro 6. Peso específico del agregado grueso ............................................................................... 34 Cuadro 7. Peso específico del agregado fino ................................................................................... 35 Cuadro 8. Absorción del agregado grueso. ...................................................................................... 35 Cuadro 9. Absorción del agregado fino. .......................................................................................... 35 Cuadro 10. Contenido de humedad del agregado grueso. ................................................................ 36 Cuadro 11. Contenido de humedad del agregado fino. .................................................................... 36 Cuadro 12. Características de las fibras metálicas. .......................................................................... 36 Cuadro 13. Resumen de características del aditivo plastificante. .................................................... 37 Cuadro 14. Granulometría del agregado Grueso .............................................................................. 40 Cuadro 15. Granulometría del agregado fino ................................................................................... 40 Cuadro 16. Módulo de Fineza agregado Grueso .............................................................................. 40 Cuadro 17. Módulo de Fineza agregado Fino .................................................................................. 40 Cuadro 18. Contenido de Humedad agregado Grueso ..................................................................... 41 Cuadro 19. Contenido de Humedad agregado Fino ......................................................................... 41 Cuadro 20. Absorción agregado Grueso .......................................................................................... 41 Cuadro 21. Absorción agregado Fino .............................................................................................. 41 Cuadro 22. Peso Específico del agregado grueso............................................................................. 41 Cuadro 23. Peso Específico del agregado fino ................................................................................. 41 Cuadro 24. Peso Unitario del agregado grueso ................................................................................ 42 Cuadro 25. Peso Unitario del agregado fino .................................................................................... 42 Cuadro 26. Granulometría del Agregado Grueso ............................................................................. 43 Cuadro 27. Aproximados de agua de mezclado y de contenido de aire para diferentes valores de asentamiento y tamaños máximos de agregados. ............................................................................. 43 Cuadro 28. Relación agua-cemento y resistencia a la compresión del concreto .............................. 44 Cuadro 29: Volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto ............................... 45 Cuadro 30. Diseño patrón sin fibra metálica DP .............................................................................. 46 Cuadro 31. Diseño patrón sin fibra metálica DP .............................................................................. 46 Cuadro 32. Diseño con 15 kg de fibra por m3, D15 ........................................................................ 47 Cuadro 33. Diseño con 25 kg de fibra por m3, D25 ........................................................................ 47 Cuadro 34. Diseño con 35 kg de fibra por m3, D35 ........................................................................ 47 Cuadro 35. Asentamiento por cada diseño ....................................................................................... 51 Cuadro 36. Peso unitario del concreto en estado fresco ................................................................... 52 Cuadro 37. Resultados Contenido de Aire ....................................................................................... 54 Cuadro 38. Resultados ensayo de contracción plástica .................................................................... 62 Cuadro 39. Factores de corrección. .................................................................................................. 64 Cuadro 40. Resistencia a la compresión de núcleos de concreto sin fibra. ...................................... 65 Cuadro 41. Resistencia a la flexión de vigas de concreto sin fibras................................................. 71 Cuadro 42. Resistencia a la flexión de vigas de fibras con 15kg de fibra por metro cubico, D15. .. 72.

(15) Cuadro 43. Resistencia a la flexión de vigas con 25kg de fibra por metro cubico, D25. ................. 72 Cuadro 44. Resistencia a la flexión de vigas con 35kg de fibra por metro cubico, D35. ................. 73 Cuadro 45. Resistencia a la tracción indirecta en concreto sin fibra, diseño patrón DP. ................. 77 Cuadro 46. Resistencia a la tracción indirecta en concreto con 15 kg de fibra metálica por m3 de concreto. ........................................................................................................................................... 78 Cuadro 47. Resistencia a la tracción indirecta en concreto con 25 kg de fibra metálica por m3 de concreto. ........................................................................................................................................... 79 Cuadro 48. Resistencia a la tracción indirecta en concreto con 35 kg de fibra metálica por m3 de concreto. ........................................................................................................................................... 80 Cuadro 49. Resultados del ensayo de corte, concreto sin fibra, DP. ................................................ 87 Cuadro 50. Resultado de ensayo de resistencia al corte, concreto con 15 kg/m3, D15. .................. 88 Cuadro 51. Resultado de ensayo de resistencia al corte, concreto con 25 kg/m3, D25. .................. 89 Cuadro 52. Resultado de ensayo de resistencia al corte, concreto con 35 kg/m3, D35. .................. 90 Cuadro 53. Evolución de la resistencia al impacto en concreto sin fibra,DP. .................................. 94 Cuadro 54. Evolución de la resistencia al impacto en concreto con 15 kg de fibra por m3, D15. ... 94 Cuadro 55. Evolución de la resistencia al impacto en concreto con 25 kg de fibra por m3, D25. ... 94 Cuadro 56. Evolución de la resistencia al impacto en concreto con 35 kg de fibra por m3, D35. ... 95 Cuadro 57. Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño patrón, DP Fuerza. ................... 99 Cuadro 58. Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño patrón, DP esfuerzo. .. 100 Cuadro 59. Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño 15Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D15 fierza. ................................................................................................................. 102 Cuadro 60. Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño 15Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D15, esfuerzo. ............................................................................................... 103 Cuadro 61. Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño 25Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D25 Fuerza................................................................................................................. 105 Cuadro 62. Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño 25Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D25 esfuerzo. ................................................................................................ 106 Cuadro 63. Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño 35Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D35 Fuerza................................................................................................................. 108 Cuadro 64. Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño 35Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D35, Esfuerzp ................................................................................................ 109 Cuadro 65. Cuadro resultados Módulo de Poisson especímenes diseño patrón............................. 114 Cuadro 66. Cuadro resultados módulo de Poisson especímenes diseño 15Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto,D15. ...................................................................................................................... 115 Cuadro 67. Cuadro resultados módulo de Poisson especímenes diseño 25Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto ............................................................................................................................... 116 Cuadro 68. Cuadro resultados módulo de Poisson especímenes diseño 35Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto. .............................................................................................................................. 117 Cuadro 69. Porcentajes de disminución en el Slump. .................................................................... 119 Cuadro 70. Aumento en el porcentaje de vacíos o contenido de aire............................................. 120 Cuadro 71. Índice de agrietamiento por contracción plástica. ....................................................... 121 Cuadro 72. Área de fisuración por contracción plástica. ............................................................... 121 Cuadro 73. Porcentajes de variación de resistencia a la compresión. ............................................ 122 Cuadro 74. Incrementos porcentuales de resistencia a la flexión. .................................................. 123 Cuadro 75. Relación porcentual en relación del Mr y F´c. ............................................................ 123 Cuadro 76. Aumento porcentual de la resistencia a la tensión. ...................................................... 124.

(16) Cuadro 77. Relación porcentual entren la resistencia a la tensión y el F´c. ................................... 124 Cuadro 78. Aumento porcentual del V´c , resistencia al corte. ...................................................... 125 Cuadro 79. Porcentaje de relación entre resistencia al corte y resistencia a la compresión. .......... 126 Cuadro 80. Resistencia al Impacto a los 28 días ............................................................................ 127 Cuadro 81. Aumento porcentual en la resistencia al impacto ........................................................ 128 Cuadro 82. Calculo del módulo de elasticidad DP. ........................................................................ 128 Cuadro 83. Calculo del módulo de elasticidad D15. ...................................................................... 128 Cuadro 84. Calculo del módulo de elasticidad D25. ...................................................................... 129 Cuadro 85. Calculo del módulo de elasticidad D35. ...................................................................... 129 Cuadro 86. Comparación porcentual ME. ...................................................................................... 129 Cuadro 87. Comparación porcentual MP. ...................................................................................... 131 Cuadro 88. Análisis de costo unitario de una losa contra terreno, sin refuerzo. ............................ 133 Cuadro 89. Análisis de costo unitario de una losa contra terreno, con refuerzo convencional malla de acero. ......................................................................................................................................... 134 Cuadro 90. Análisis de costo unitario de una losa contra terreno, con diseño D15. ...................... 134 Cuadro 91. Análisis de costo unitario de una losa contra terreno, con diseño D25 ....................... 135 Cuadro 92. Análisis de costo unitario de una losa contra terreno, con diseño D35 ....................... 135 Cuadro 93. Comparación de costos. ............................................................................................... 136 Cuadro 94. Ventajas y desventajas del uso de fibra ...................................................................... 136. ÍNDICE DE GRAFICOS: Gráfico 1. Curva Granulométrica del agregado grueso. ................................................................... 32 Gráfico 2. Curva Granulométrica del agregado fino. ....................................................................... 33 Gráfico 3. Ensayo de contracción plástica- Índice de Grieta ........................................................... 62 Gráfico 4. Ensayo de contracción plástica- Área de fisuración........................................................ 62 Gráfico 5: Ensayo de módulo de elasticidad, curva esfuerzo-deformación, DP. ........................... 101 Gráfico 6: Ensayo de módulo de elasticidad, curva esfuerzo-deformación, D15. ......................... 104 Gráfico 7: Ensayo de módulo de elasticidad, curva esfuerzo-deformación, D25. ......................... 107 Gráfico 8: Ensayo de módulo de elasticidad, curva esfuerzo-deformación, D35. ......................... 110 Gráfico 9: Grafico Peso Unitario. .................................................................................................. 120 Gráfico 10: Grafico Contenido de Aire. ......................................................................................... 120 Gráfico 11: Grafico, Índice de Grieta. .................................................................................... 121 Gráfico 12: Grafico, Área de Fisuración. ....................................................................................... 121 Gráfico 13: Grafico, Variación de Resistencia a la compresión. .................................................. 122 Gráfico 14: resistencia a la flexión con resultados a los 28 días de curado. .................................. 124 Gráfico 15: Resistencia a la tensión con resultados a los 28 días. ................................................. 125 Gráfico 16: Resistencia al corte de los diferentes diseños. ............................................................ 126 Gráfico 17: resistencia al impacto para los diferentes diseños. ...................................................... 127 Gráfico 18: Módulo de elasticidad- diferencia % respecto al diseño patrón. ................................. 130 Gráfico 19: Módulo de poisson - diferencia % respecto al diseño patrón...................................... 131.

(17) CAPITULO I. CAPITULO I GENERALIDADES.

(18) CAPITULO I CAPITULO I GENERALIDADES. 1.1. Motivación y contexto. En nuestra ciudad de Arequipa el uso de fibra metálica es relativamente nueva y se conoce poco sobre sus características comprobadas en el laboratorio, su uso ya es frecuente en la construcción de losas industriales y otros tipos de estructura a nivel nacional, hasta el momento se han usado fibras de vidrio, sintéticas y metálicas, el uso y la elección de cada uno depende de las características que se quiere adicionar al elemento de concreto. Se ha observado que el uso de fibras metálicas ha resultado factible para acelerar el proceso constructivo además de agregar durabilidad en el caso de las losas de piso y pavimentos rígidos, haciendo que este soporte parte de las tensiones internas generadas por las cargasque recibe. 1.2. Planteamiento Del Problema. En nuestro país, un gran número de constructores, diseñadores, ingenieros, incorporan en sus especificaciones refuerzos con fibra metálica; sin embargo, pocos comprenden realmente las propiedades que la fibra aporta al concreto. Entonces ¿Por qué es importante el uso de fibras como refuerzo en el concreto?, ¿Qué propiedades en el concreto se modifican al adicionar fibras?, ¿Cómo influye el porcentaje de fibra en las propiedades del concreto?, ¿cuánto impacta en costo? Un problema que se observa en la mayoría de proyectos de construcción de losas industriales son las fallas o fracturas debido al aumento de cargas, estas fisuras son una puerta abierta al desgaste y poca durabilidad, la evaluación de las propiedades mecánicas del concreto es de gran importancia a la hora de diseñar y calcular los elementos estructurales de concreto, así también como un problema común en la construcción de losas reforzadas con malla metálicas vendría a ser el proceso constructivo,. en estos casos se opta por usar losa reforzada con fibra metálica. produciéndose un cambio de alcance sin justificación técnica y basada en proyectos anteriores..

(19) CAPITULO I 1.3. Objetivos. Estudiar las características del concreto con fibras metálicas en diferentes proporciones y compararlas con un concreto normal y saber exactamente en qué aporta el uso de esta fibra tan utilizada actualmente, al estudiar el concreto reforzado con fibras distintos autores han demostrado que la incorporación de ésta mejora mucho las propiedades estructurales del concreto entre ellas la tenacidad, resistencia a la flexión, tracción, resistencia al impacto; además la adición de fibras de acero de un tamaño y forma normalizada mejora la capacidad de protección al agrietamiento, lo hace dúctil y mejora de forma notable su durabilidad. Los grandes volúmenes de concreto que se producen actualmente en la industria de la construcción hacen que se realicen mejoras u optimizaciones en la tecnología del mismo, por eso es importante saber y profundizar el estudio de nuevas tecnologías para el concreto para poder ser usado efectivamente en nuestro desempeño profesional y aportar mejoras en nuestra ciudad, prevenir posibles fallas en la estructura, así también facilitar el proceso constructivo ayudando a la optimización en costo y tiempo. 1.3.1 Objetivo General Analizar las mejoras en las propiedades mecánicas de un concreto reforzado con fibra metálica en diferentes proporciones, a su vez comparar las propiedades mecánicas obtenidas con los valores teóricos previstos para el concreto convencional. Analizar las ventajas del uso de fibra metálica en la colocación de concreto en losas de piso. 1.3.2 Objetivos Específicos  Evaluar y comparar los efectos de la adición de fibra metálica en las características del concreto en estado fresco.  Determinar el contenido óptimo de fibra metálica que nos asegure un mejor desempeño.  Evaluar y comparar los efectos de la adición de fibra metálica en las características del concreto en estado endurecido.  Analizar las ventajas del uso de fibra metálica en la colocación de concreto en losas de piso frente a la losa de concreto armado. 1.4.. Hipótesis. “El concreto reforzado con fibra metálica mejora las propiedades mecánicas del concreto, incrementando su desempeño y durabilidad”..

(20) CAPITULO I 1.4.1 Hipótesis específica • Los efectos de la adición de fibra metálica mejora las características del concreto en estado fresco y en estado endurecido, frente a un concreto convencional. • Los efectos de la adición de fibra metálica en el concreto mejora su durabilidad. • La colocación de concreto reforzado con fibra metálica brinda ventajas respecto del concreto armado en losas industriales de piso y pavimentos rígidos.. 1.5. Variables e indicadores  Variable independiente Se considera como variable independiente la dosificación de fibra metálica variando ésta en 15, 25 y 35 kg/m3 para una resistencia de f’c 280 kg/cm2.  Variable dependiente Se consideran variables dependientes las propiedades mecánicas para el concreto tanto para estado fresco como endurecido. Que son los siguientes: Propiedades en estado fresco -. Control de asentamiento.. -. Contenido de aire.. -. Peso unitario de concreto.. -. Retracción plástica del concreto.. Propiedades en estado endurecido -. Ensayo de compresión.. -. Ensayo para determinar la resistencia la flexión.. -. Ensayo de tracción indirecta.. -. Ensayo de resistencia al corte.. -. Ensayo de resistencia al impacto.. -. Ensayo para determinar el módulo de elasticidad..

(21) CAPITULO I 1.6. Tipo de investigación La investigación realizada tiene un enfoque experimental basada en la obtención de datos hallados mediante ensayos y pruebas en laboratorio de la facultad de ingeniería civil de nuestra universidad nacional de San Agustín, bajo normativa nacional e internacional; que nos han permitido evaluar el comportamiento del CRFM (concreto reforzado con fibra metálica) en función a la variable independiente; finalmente considerando todos los datos se establecerán correlaciones que nos permitan entender la influencia de la adición de la fibra metálica en un concreto convencional para la obtención de un diseño de concreto con fibra metálica óptimo según sea requerido.. 1.7. Metodología Con el objetivo de desarrollar esta investigación se utilizó la siguiente metodología:  Investigación bibliográfica.  Estudio de las propiedades físicas de los materiales.  Se determinó los instrumentos requeridos.  Se desarrolló la mezcla patrón o concreto sin fibra.  Se diseñó las mezclas definitivas con las dosificaciones de fibra metálica establecidas.  Evaluación de las propiedades en estado fresco y en estado endurecido.  Análisis de los resultados.  Conclusiones y recomendaciones.. 1.8. Delimitación Para la investigación se ha utilizado agregado grueso procedente de la Cantera La Poderosa, Arequipa; que se ha caracterizado y obtenido sus propiedades para con estos realizar el diseño del concreto patrón y posteriormente realizar los diseños de mezcla para dosificaciones de 15, 25 y 35 kg/m3 de fibra metálica a una resistencia de f’c 280 kg/cm2. Posteriormente, se determinarán las propiedades plásticas y mecánicas del concreto reforzado con fibra metálica que se compararán con las propiedades de un concreto convencional de 280 kg/cm2. La investigación se limita a abarcar los siguientes aspectos:.

(22) CAPITULO I  Se empleará fibra metálica tipo comercial FF3 de la marca Macaferri.  El cemento utilizado del tipo puzolánico Yura IP.  Se empleó aditivo plastificante en una sola proporción.  Se estudió 3 dosificaciones de fibra metálica a: 15, 25 y 35 kg por m3. . Se usó agregado grueso con TM de ¾”..

(23) CAPITULO II. CAPITULO II MARCO TEÓRICO.

(24) CAPITULO II CAPITULO II MARCO TEÓRICO. 2.1. Introducción. Actualmente en nuestra industria de la construcción se producen grandes volúmenes de concreto que están siendo usados en todo tipo de obras. El concreto convencional tiene algunas falencias en sus características que deben ser cubiertas por otros materiales los cuales son adicionados al concreto, esto hace que cada día se mejore y se optimice en la tecnología de este. Además de esto siempre se está en busca de la optimización de los procesos constructivos. Uno de los materiales más usado actualmente es la fibra metálica que mejora varias falencias del concreto, a diferencia del concreto reforzado convencionalmente el concreto reforzado con fibra metálica tiene un carácter isotrópico que no depende de la orientación de la fibra. Se ha visto que las fibras reducen las pequeñas grietas que siempre se producen en la matriz del concreto, aumentan la resistencia a la fisuración y la ductilidad del material, así también aumenta en pequeño grado la resistencia a la tensión. La ventaja principal del concreto reforzado con fibras metálicas es su resistencia al impacto y su elevada capacidad de absorción de energía. El descubrimiento del concreto en el siglo XIX ha marcado pautas en el desarrollo constructivo, desde entonces se estudia y se investiga para lograr mejorarlo. Una de sus desventajas es su baja resistencia a la tensión del concreto lo que causaba limitaciones en su uso, hasta que apareció el concreto reforzado. El concreto reforzado se ha convertido en el material más utilizado a partir del siglo XX y resuelve una gran parte de los problemas del concreto, aunque aún tiene algunas restricciones. El empleo de fibras viene a ayudar la búsqueda de soluciones para mejorar la calidad de los concretos ya que posee propiedades tenso-mecánicas satisfactorias y a la vez aporta para que este sea material homogéneo. Para que la adición de fibra tenga efectividad, debe haber adherencia entre las fibras adicionadas y el concreto, esto para que se genere una mezcla uniforme que convierta al concreto en un material dúctil que reduzca la fisuración..

(25) CAPITULO II Actualmente ya se está iniciando con el uso de fibras metálica en vigas de concreto ya que este incrementa la resistencia al corte y se puede evitar una falla frágil por cortante y al mismo tiempo agregar un comportamiento dúctil. El concreto con fibra metálica CRFM puede y es usado en varios tipos de obras como son pavimentos rígidos, losas industriales, concreto lanzado, túneles, refugios antibombas, A lo largo del presente estudio analizaremos su uso en pavimentos rígidos. 2.2. Evolución histórica del concreto reforzado con fibra metálica CRFM. El uso de fibras en el concreto no es un concepto nuevo, las fibras se han usado como refuerzo desde la antigüedad, en el antiguo Egipto se introducía paja a los ladrillos de arcilla para las construcciones y así brindarle mayor resistencia, por lo tanto una buena manejabilidad después de su secado además de esto se ha encontrado evidencia del uso de pelos de caballo mezclada en sus construcciones más precarias, para evitar fisuras. En la década de los 50 se hicieron los primeros estudios sobre la utilización de fibras metálicas y fibras de vidrio en el concreto, en la década de los 60 se inició con el uso de fibras en el concreto. Con el transcurso del tiempo y los años la tecnología de las fibras de acero fueron evolucionando los parámetros de diseño han ido evolucionando. En el inicio de los años 70 fue una etapa de muchas investigaciones sobre el concreto reforzado con fibras, entre los trabajos más destacados está el de RomualdoZ, Batos y Mandel (1963), a partir de ese momento alrededor del mundo se comienza a diversificar los estudios de adición de fibras en el concreto, usando las que geográficamente se encuentran a su disposición. En la época de los 90 se inició con su uso en los países europeos, sobre todo en España entre los que destacan revestimiento de túneles, pavimentos industriales, pavimentos de tableos de puentes, etc. En la actualidad la construcción de estructura elaborada con concreto reforzado con fibra metálica tiene popularidad en diferentes tipos de estructura. El américa concrete institute ACI en estados unidos crea el comité 544 para el estudio de concretos reforzados con fibra metálica CRFM, en los 90 la convención ACI de Atlanta analizan los resultados del comité ACI 544 y sale a la luz una publicación especificada (hin-Section Fiber Reinforced Voncrete and Ferrocement” recopilada por J.L. Daniel y S.P Shah.).

(26) CAPITULO II 2.3. Concreto reforzado con fibras metálicas CRFM. 2.3.1 Definición El concreto es el producto resultante de la mezcla de un aglomerante (cemento, arena, piedra y agua). El concreto reforzado con fibras, según la definición del ACI-American Concrete Institute, no es más que “Concreto hecho a partir de cemento hidráulico, conteniedo agregados finos, o finos y gruesos, agua y fibras discretas discontinuas cuya misión es contribuir a la mejora de determinadas características de los concretos” (ACI544.1R, 1996). En el caso de losas de piso a diferencia del concreto reforzado convencionalmente con mallas electro soldadas o mallas de acero corrugado, en el concreto reforzado con fibras metálicas CRFM las propiedades mecánicas tienen más carácter isotrópico ya que la fibra trabaja de forma tridimensional debido a su acomodamiento, se puede decir que es un material de múltiples fases que contiene pasta de cemento (partículas hidratadas), agua, agregados, aditivos y fibras. “Las fibras son empleadas en aplicaciones estructurales en busca de beneficios adicionales en cuanto a reducción de mano de obra, incremento de la durabilidad y reducción o eliminación del refuerzo tradicional. El concreto soporta esfuerzos a tracción que son transmitidos por adherencia a las fibras una vez que se haya producido la microfisura, controlan la fisuración y reducen la intensidad de la misma a la vez que mejoran la tenacidad” (Colegio de Ingenieros del Perú 2012: 4). 2.4. Componentes del concreto con fibras metálicas. El concreto reforzado con fibra CRFM está constituido de los mismos elementos que un concreto convencional más la adición de algún tipo de fibra la cual puede ser natural, artificial o sintética, la cantidad a usar de cada material depende de la función y característica que se le quiera dar al concreto a usar. Según la norma ACI 544 el tamaño y espesor de la fibra a usar está definida por el TMN del agregado grueso. Siempre se debe tener en cuenta la trabajabilidad de la mezcla para la aplicación requerida, es decir columnas, vigas, losas etc..

(27) CAPITULO II 2.4.1 Cemento En general se puede usar el cemento portland tipo I y III, cementos puzolánicos, cementos siderúrgicos o adicionados. La elección del tipo de concreto depende de las condiciones de durabilidad que se le quiere dar al concreto, se puede usar cemento adicionado con microsílice, cemento tipo II y V, incorporadores de aire etc. 2.4.2 Agregado El buen mezclado de las fibras en las mezclas depende de la proporción y del tamaño del agregado grueso, cuanto mayor sean estos dos parámetros menor será la movilidad de las fibras en la mezcla (Hannant, 1978). La JSCE (Japan Society of Civil Engineers) plantea que el valor óptimo de tamaño máximo de agregado sea inferior a la mitad de la longitud de la fibra.. Figura 1. Ejemplo del efecto del tamaño del agregado grueso en la distribución de las fibras (Hannant,1978). Según el ACI 544.3R recomienda no usar agregado grueso con tamaño mayor a ¾ de pulgada sin embargo hay trabajos como el de Tatro (1987), que utilizo de piedra de 1 1/2 pulgada. 2.4.3 Fibras 2.4.3.1 Definición “Las fibras de acero destinadas a reforzar concreto se definen como longitudes cortas y discretas de acero que tienen una relación de aspecto (relación entre la longitud y el diámetro) desde 20 hasta 100, con cualquiera de las diversas secciones, y que son los suficiente pequeñas para ser dispersas al azar en una mezcla de concreto fresco utilizado en los procedimientos de mezclado de costumbre.” (Maccaferri,2007.3)..

(28) CAPITULO II La ASTM A 820 provee una clasificación para cuatro tipos generales de fibras de acero en base al producto usado en su manufactura:  Tipo I, alambre estirado al frio  Tipo II, hoja cortada  Tipo III, fundido-extraído  Tipo IV, otras fibras La sociedad japonesa de ingenieros Civiles (JSCE) ha clasificado las fibras de acero basados en la forma de su sección transversal:  Tipo I, sección cuadrada  Tipo II, sección circular  Tipo III, sección creciente La composición de fibras de acero en general, incluye el acero al carbono (o de acero bajo en carbono), o acero inoxidable. Las diferentes aplicaciones pueden requerir diferentes composiciones de fibra.. 2.4.3.2 Propiedades físicas de la fibra. La resistencia de la fibra, la rigidez y la capacidad de las fibras de enlazarse con el concreto es la propiedad más importante de las fibras. El enlace depende de la relación de aspecto de la fibra, los rangos típicos de relación de aspecto esta entre 20 y 100, mientras que el rango de la longitud varía entre 0.25 pulg. y 3 pulg.(6.4 a 7.6 mm) Las fibras de acero tienen un resistencia y módulo de elasticidad relativamente alto, están protegidas de la corrosión a través de la pasta cementicia y su anclaje a la matriz del concreto es mejorado a través de anclajes mecánicos y superficies rugosas. La ASTM A 820 establece una resistencia a la tensión mínima y requerimientos de flexión para las fibras de acero, así como tolerancias en su longitud, diámetro (o diámetro equivalente) y en su relación de aspecto. La resistencia a la fluencia a la tracción mínima necesaria por la ASTM A 820 es 345 Mpa (3518.02 K/cm2) mientras que para el JSCE es de 552 Mpa (5628.83 k/cm2). Para fibras con secciones transversales no redondas y fibras redondas de diámetro pequeño ofrecen más resistencia al deslizamiento debido a que poseen más área superficial por unidad de volumen. Por tanto mientras mayor sea la superficie de la fibra en la interfaz (o diámetro más pequeño) más eficiente será la matriz cementante. Entonces se requiere una relación de aspecto suficientemente alta como para asegurar que el material compuesto.

(29) CAPITULO II falle en tensión, lo cual no es práctico, muchas investigaciones han demostrado que el uso de fibras con una relación de aspecto mayor a 100 causa una trabajabilidad inadecuada y mala distribución de la fibra en el concreto. La mayoría de las mezclas utilizadas en la práctica emplean fibras con una relación de aspecto de menos de 100 por lo que la falla del material compuesto se debe al deslizamiento de la fibra sin embargo el aumento de resistencia al deslizamiento ya ha sido superada con la modificación de la fibras haciendo unos dobleces en los extremos. Comprender las propiedades mecánicas del concreto reforzado con fibra y sus diferentes variaciones con el tipo de fibra, definir qué porcentaje de fibra adicionada a la mezcla es necesario para tener un diseño exitoso y de mejor desempeño. La fibras influyen en todos los modos de falla de las propiedades mecánicas del concreto y en forma especial en las inducidas por fatiga, tensión, impacto y esfuerzo de corte, esto se logra gracias a la trasferencia de esfuerzos a la matriz cementante hasta que la matriz se agrieta y en este punto los esfuerzos se transfieren progresivamente a las fibras, la eficiencia de la fibra en este punto es controlada por su característica de adhesión. Una característica de las fallas por deslizamiento en los concretos con fibras metálicas es que estas fallas se producen de manera gradual incrementando así la ductilidad del elemento, la que contrasta con las fallas más rápidas y posiblemente catastróficas que podría ocurrir si las fibras fallaran a tensión. Por lo tanto las características mecánicas del concreto reforzado con fibra no solo dependen de la fibra sino también del grado en la que la cara aplicada se transmite a la fibra por medio de la matriz cementante. 2.4.4 Aditivos Para el caso de los concretos reforzados con fibras metálicas, es conocido que la adición de fibra sea metálica o plástica provoca pérdida en la trabajabilidad de concreto por lo que en su mayoría se usa aditivos plastificantes el cual nos permiten tener una trabajabilidad adecuada para la correcta aplicación del concreto en el elemento que se requiera..

(30) CAPITULO III. CAPITULO III CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES.

(31) CAPITULO III CAPITULO III CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES. 3.1. Cemento. 3.1.1 Características del cemento empleado Para nuestra investigación hemos utilizado el cemento YURA IP, el cual cumple con los requerimientos establecidos en la norma ASTM C-595, cuyas características se aprecian en el Cuadro 1. Cuadro 1. Características del Cemento Yura IP. CARACTERISTICAS Peso especifico Expansión en autoclave Fraguado Vicat inicial (minutos) Fraguado Vicat final (minutos) MgO SO3 Perdida por ignición Resistencia a los sulfatos - Expansión a los 14 días Fuente: Hoja técnica del cemento Yura IP. 3.2. UNIDAD g/cm3 % minutos minutos % % % %. VALOR 2.85 0 170 270 1.99 1.75 2.14 0.018. Agregado. 3.2.1 Propiedades del agregado empleado 3.2.1.1 Granulometría En la norma NTP 400.037 se define los tipos de gradación para el agregado grueso, de acuerdo al tamaño máximo nominal del agregado grueso ¾”, Cuadro 2 y Cuadro 3 para el agregado fino, si los agregados no cumplen con los parámetros mínimos para su uso pueden tener problemas de trabajabilidad, bombeado y excesiva exudación; para nuestra investigación se presentan los siguientes resultados..

(32) CAPITULO III Cuadro 2. Granulometría del agregado grueso. AGREGADO GRUESO ABERTURA PESO RETENIDO PASANTE DE LA TAMIZ RETENIDO RETENIDO ACUMULADO ACUMULADO MALLA (Plg) (%) (g) (%) (%) (mm) 50 37.5 25 19 12.5 9.5 4.75. 2 1 1/2 1 3/4 1/2 3/8 #4 F. 0.10 2.10 1.35 2.20 0.25. 1.67 35.00 22.50 36.67 4.17. 1.67 36.67 59.17 95.83 100.00. Gráfico 1. Curva Granulométrica del agregado grueso.. 100.00 100.00 100.00 98.33 63.33 40.83 4.17 -.

(33) CAPITULO III Cuadro 3. Granulometría del agregado fino. AGREGADO FINO ABERTURA DE LA MALLA (mm) 9.5. TAMIZ (Plg). PESO RETENIDO PASANTE RETENIDO RETENIDO ACUMULADO ACUMULADO (%) (g) (%) (%). 3/8. -. -. -. 100.00. 4.75. #4. 3.02. 1.01. 1.01. 98.99. 2.36. #8. 19.02. 6.34. 7.35. 92.65. 1.18. # 16. 51.22. 17.07. 24.42. 75.58. 0.6. # 30. 85.84. 28.61. 53.04. 46.96. 0.3. # 50. 71.65. 23.88. 76.92. 23.08. 0.15. # 100. 42.37. 14.12. 91.04. 8.96. 0.075. # 200. 10.97. 3.66. 94.70. 5.30. Gráfico 2. Curva Granulométrica del agregado fino.. 3.3.1.2 Peso unitario El peso unitario es definido como el peso de un material por unidad de volumen y varía de acuerdo al contenido de humedad que tenga el material. Para determinar el peso unitario del agregado se utilizó la norma ASTM C29. Los valores encontrados para el peso específico se muestran en. los Cuadros 4 y 5..

Figure

Figura 1. Ejemplo del efecto del tamaño del agregado grueso en la distribución de las fibras (Hannant,1978)

Figura 1.

Ejemplo del efecto del tamaño del agregado grueso en la distribución de las fibras (Hannant,1978) p.27
Cuadro 27. Aproximados de agua de mezclado y de contenido de aire para diferentes valores de  asentamiento y tamaños máximos de agregados.

Cuadro 27.

Aproximados de agua de mezclado y de contenido de aire para diferentes valores de asentamiento y tamaños máximos de agregados. p.43
Cuadro 29: Volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto

Cuadro 29:

Volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto p.45
Figura 4. Recipiente cilíndrico, para medición de contenido de aire (ASTM C 231‐09)

Figura 4.

Recipiente cilíndrico, para medición de contenido de aire (ASTM C 231‐09) p.53
Gráfico 3. Ensayo de contracción plástica- Índice de Grieta

Gráfico 3.

Ensayo de contracción plástica- Índice de Grieta p.62
Figura 9. Esquema de viga con cargas en los tercios de claro. (fuente ASTM C78)

Figura 9.

Esquema de viga con cargas en los tercios de claro. (fuente ASTM C78) p.66
Cuadro 45. Resistencia a la tracción indirecta en concreto sin fibra, diseño patrón DP

Cuadro 45.

Resistencia a la tracción indirecta en concreto sin fibra, diseño patrón DP p.77
Cuadro 46. Resistencia a la tracción indirecta en concreto con 15 kg de fibra metálica por m3 de concreto

Cuadro 46.

Resistencia a la tracción indirecta en concreto con 15 kg de fibra metálica por m3 de concreto p.78
Cuadro 47. Resistencia a la tracción indirecta en concreto con 25 kg de fibra metálica por m3 de concreto

Cuadro 47.

Resistencia a la tracción indirecta en concreto con 25 kg de fibra metálica por m3 de concreto p.79
Cuadro 49. Resultados del ensayo de corte, concreto sin fibra, DP.

Cuadro 49.

Resultados del ensayo de corte, concreto sin fibra, DP. p.87
Cuadro 50. Resultado de ensayo de resistencia al corte, concreto con 15 kg/m3, D15.

Cuadro 50.

Resultado de ensayo de resistencia al corte, concreto con 15 kg/m3, D15. p.88
Cuadro 51. Resultado de ensayo de resistencia al corte, concreto con 25 kg/m3, D25.

Cuadro 51.

Resultado de ensayo de resistencia al corte, concreto con 25 kg/m3, D25. p.89
Cuadro 52. Resultado de ensayo de resistencia al corte, concreto con 35 kg/m3, D35.

Cuadro 52.

Resultado de ensayo de resistencia al corte, concreto con 35 kg/m3, D35. p.90
Cuadro 57. Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño patrón, DP Fuerza.

Cuadro 57.

Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño patrón, DP Fuerza. p.99
Cuadro 58. Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño patrón, DP esfuerzo

Cuadro 58.

Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño patrón, DP esfuerzo p.100
Cuadro 59. Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño 15Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D15 fierza

Cuadro 59.

Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño 15Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D15 fierza p.102
Cuadro 60. Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño 15Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D15, esfuerzo

Cuadro 60.

Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño 15Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D15, esfuerzo p.103
Cuadro 61. Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño 25Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D25 Fuerza

Cuadro 61.

Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño 25Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D25 Fuerza p.105
Cuadro 62. Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño 25Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D25 esfuerzo

Cuadro 62.

Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño 25Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D25 esfuerzo p.106
Cuadro 63. Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño 35Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D35 Fuerza

Cuadro 63.

Cuadro lecturas de esfuerzos y deformaciones diseño 35Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D35 Fuerza p.108
Cuadro 64. Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño 35Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D35, Esfuerzp

Cuadro 64.

Cuadro resultados módulo de elasticidad especímenes diseño 35Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto, D35, Esfuerzp p.109
Cuadro 65. Cuadro resultados Módulo de Poisson especímenes diseño patrón.

Cuadro 65.

Cuadro resultados Módulo de Poisson especímenes diseño patrón. p.114
Cuadro 66. Cuadro resultados módulo de Poisson especímenes diseño 15Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto,D15

Cuadro 66.

Cuadro resultados módulo de Poisson especímenes diseño 15Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto,D15 p.115
Cuadro 67. Cuadro resultados módulo de Poisson especímenes diseño 25Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto ESFUERZO

Cuadro 67.

Cuadro resultados módulo de Poisson especímenes diseño 25Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto ESFUERZO p.116
Cuadro 68. Cuadro resultados módulo de Poisson especímenes diseño 35Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto

Cuadro 68.

Cuadro resultados módulo de Poisson especímenes diseño 35Kg de Fibra Metálica por m3 de concreto p.117
Cuadro 70. Aumento en el porcentaje de vacíos o contenido de aire.

Cuadro 70.

Aumento en el porcentaje de vacíos o contenido de aire. p.120
Cuadro 79. Porcentaje de relación entre resistencia al corte y resistencia a la compresión

Cuadro 79.

Porcentaje de relación entre resistencia al corte y resistencia a la compresión p.126
Cuadro 92. Análisis de costo unitario de una losa contra terreno, con diseño D35  CONCRETO f'c=210 kg/cm2 IP EN LOSA CONTRATERRENO E=0.15M

Cuadro 92.

Análisis de costo unitario de una losa contra terreno, con diseño D35 CONCRETO f'c=210 kg/cm2 IP EN LOSA CONTRATERRENO E=0.15M p.135
Gráfico evolución de resistencia al corte para todas las dosificaciones

Gráfico evolución

de resistencia al corte para todas las dosificaciones p.181
Gráfico resistencia al corte a los 28 días RESISTENCIA A CORTE Ítem f¨c (Kg/cm2) de diseño Edad de Rotura (días) Resistencia a  cortante V´c (kg/cm2)  Porcentaje de aumento CRT-DP 280 28 42.46 0% CRT-D15 280 28 64.44 52% CRT-D25 280 28 68.56 61% CRT-D35 28

Gráfico resistencia

al corte a los 28 días RESISTENCIA A CORTE Ítem f¨c (Kg/cm2) de diseño Edad de Rotura (días) Resistencia a cortante V´c (kg/cm2) Porcentaje de aumento CRT-DP 280 28 42.46 0% CRT-D15 280 28 64.44 52% CRT-D25 280 28 68.56 61% CRT-D35 28 p.183

Referencias

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