14
UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS
PRESENTADO POR:
Bach. CANTORIN URCUHUARANGA JOSEPH FÉLIX
Línea de investigación institucional:
Transporte y Urbanismo
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO CIVIL
Huancayo-Perú 2022
INCORPORACIÓN DE VIRUTAS DE MADERA EN EL MEZCLADO DE UN CONCRETO
CONVENCIONAL F’C=175 KG/CM
2PARA
ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
ii
FALSA PORTADA
iii Asesor
Ing. Vladimir Ordoñez Camposano
iv Dedicatoria:
Mi trabajo de investigación lo dedicado a mis padres, mi familia y mi pareja que perennemente confiaron en mí y me determinaron a seguir adelante.
v Agradecimiento:
Agradecido con Dios y mis padres por brindarme su soporte absoluto en todo instante y a la Universidad Peruana Los Andes por haberme formado académicamente como Ingeniero.
Bach. Joseph Félix Cantorin Urcuhuaranga
vi HOJA DE CONFORMIDAD DE MIEMBROS DEL JURADO
_______________________________________
DR. RUBÉN DARÍO TAPIA SILGUERA DECANO
_______________________________________________
ING. CARLOS GERARDO FLORES ESPINOZA JURADO
_________________________________________
MG. RANDO PORRAS OLARTE JURADO
______________________________________________
MG. LOURDES GRACIELA POMA BERNAOLA JURADO
____________________________________________
MG. LEONEL UNTIVEROS PEÑALOZA SECRETARIO DOCENTE
vii ÍNDICE
ÍNDICE ... vii
ÍNDICE DE TABLAS ... x
ÍNDICE DE FIGURAS... xii
ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS ... xiv
RESUMEN ... 16
ABSTRACT ... 17
INTRODUCCIÓN ... 18
CAPÍTULO I ... 20
EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ... 20
1.1. Planteamiento del problema ... 20
1.2. Formulación y sistematización del problema ... 22
1.2.1. Problema general... 22
1.2.2. Problemas específicos ... 22
1.3. Justificación ... 23
1.3.1. Práctica o social ... 23
1.3.2. Científica o teórica ... 23
1.3.3. Metodológica ... 23
1.4. Delimitaciones ... 24
1.4.1. Espacial ... 24
1.4.2. Temporal ... 24
1.4.3. Económica ... 24
1.4.4. Conceptual ... 24
1.5. Limitaciones ... 24
1.6. Objetivos ... 25
1.6.1. Objetivo general ... 25
1.6.2. Objetivos específicos ... 25
CAPÍTULO II ... 26
MARCO TEÓRICO... 26
2.1. Antecedentes ... 26
2.1.1. Antecedentes nacionales ... 26
2.1.2. Antecedentes internacionales ... 30
2.2. Marco conceptual ... 36
viii
2.3. Definición de términos ... 66
2.4. Hipótesis ... 67
2.5. Variables ... 67
CAPÍTULO III ... 70
METODOLOGÍA ... 70
3.1. Método de investigación ... 70
3.2. Tipo de investigación ... 70
3.3. Nivel de Investigación ... 71
3.4. Diseño de Investigación ... 71
3.5. Población y muestra ... 72
3.6. Técnicas e instrumentos de recolección de datos ... 73
3.7. Procesamiento de la información ... 82
3.8. Técnicas y análisis de datos ... 82
CAPÍTULO IV... 83
RESULTADOS... 83
4.1. Ensayos previos ... 83
4.1.1. Granulometría de los agregados ... 83
4.1.2. Propiedades físicas y mecánicas de los agregados ... 86
4.2. Diseño de Mezcla ... 86
4.3. Control de calidad en estado fresco ... 88
4.3.1. Temperatura del concreto ... 88
4.3.2. Asentamiento del concreto ... 90
4.3.3. Contenido de aire de concreto ... 92
4.3.4. Exudación del concreto ... 94
4.3.5. Tiempo de fragua del concreto ... 96
4.4. Control de calidad en estado endurecido ... 98
4.4.1. Resistencia a la compresión del concreto ... 98
4.5. Análisis de costos unitarios ... 108
4.5.1. Presupuesto por metro cúbico ... 108
4.6. Prueba de hipótesis ... 111
4.6.1. Primera hipótesis especifica ... 111
4.6.2. Segunda hipótesis especifica ... 112
4.6.3. Tercera hipótesis especifica ... 114
CAPÍTULO V ... 116
ix
DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 116
5.1. Discusión de resultados con antecedentes... 116
CONCLUSIONES ... 119
RECOMENDACIONES ... 120
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 121
ANEXOS ... 123
Anexo 01: Matriz de consistencia ... 124
Anexo 02: Matriz de operacionalización de variables ... 126
Anexo 03: Panel fotográfico ... 128
Anexo 04: Ensayos realizados ... 151
x ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Células de la madera ... 36
Tabla 2: Consistencia y asentamientos ... 46
Tabla 3: Clases de Mezcla según su revenimiento ... 49
Tabla 4: Requisitos de trabajabilidad para varios tipos de estructuras y condiciones de colocación ... 49
Tabla 5: Tolerancias de tiempo para realizar el ensayo de resistencia ... 51
Tabla 6: Valores de C1 ... 59
Tabla 7: Operacionalización de las variables ... 69
Tabla 8: Diseño de la investigación. ... 71
Tabla 9: Análisis granulométrico del agregado grueso ... 84
Tabla 10: Análisis granulométrico del agregado fino ... 85
Tabla 11: Propiedades físicas y mecánicas de agregados finos y gruesos ... 86
Tabla 12: Propiedades de agregados finos ... 87
Tabla 13: Propiedades de agregados gruesos ... 87
Tabla 14: Dosificación de insumos por metro cúbico ... 88
Tabla 15: Temperatura en el concreto sin y con viruta de madera ... 88
Tabla 16: Asentamiento del concreto sin y con viruta de madera ... 90
Tabla 17: Contenido de aire en el concreto sin y con viruta de madera ... 92
Tabla 18: Exudación en el concreto sin y con viruta de madera ... 94
Tabla 19: Tiempo de fragua inicial y final en el concreto sin y con viruta de madera ... 96
Tabla 20: Resistencia a la compresión del concreto convencional ... 99
Tabla 21: Resistencia a la compresión del concreto +0.5% viruta de madera ... 100
Tabla 22: Resistencia a la compresión del concreto +0.75% viruta de madera... 101
Tabla 23: Resistencia a la compresión del concreto +1.0% viruta de madera ... 103
Tabla 24: Resistencia a la compresión del concreto +2.0% viruta de madera ... 104
Tabla 25: Resistencia a la compresión del concreto sin y con viruta de madera ... 105
Tabla 26: Análisis de costos unitarios del concreto convencional ... 109
Tabla 27: Análisis de costos unitarios del concreto con 0.75% viruta de madera ... 109
Tabla 28: Costo por metro cubico del concreto sin y con viruta de madera ... 110
xi
Tabla 29: Prueba estadística para la primera hipótesis especifica. ... 111
Tabla 30: Prueba estadística para la segunda hipótesis especifica. ... 113
Tabla 31: Comparación entre parejas de la segunda hipótesis especifica. ... 113
Tabla 32: Prueba estadística para la tercera hipótesis especifica. ... 114
xii ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Composición de la madera ... 37
Figura 2: Expansión de la madera ... 38
Figura 3: Viruta con forma espiral ... 41
Figura 4: Rangos de Resistencias a la compresión ... 44
Figura 5: Ensayo del cono de Abrams ... 45
Figura 6: Identificar las probetas antes de ensayarlas ... 51
Figura 7: Tipos de roturas de probetas para ensayos de compresión ... 51
Figura 8: Ensayo de Resistencia a la compresión... 54
Figura 9: Fibra de poliéster ... 56
Figura 10: Fibra de algodón... 57
Figura 11: Curva granulométrica del agregado grueso ... 84
Figura 12: Curva granulométrica del agregado fino ... 85
Figura 13: Temperatura en el concreto sin y con viruta de madera ... 89
Figura 14: Variación de la temperatura en el concreto sin y con viruta de madera ... 90
Figura 15: Asentamiento del concreto sin y con viruta de madera ... 91
Figura 16: Variación de asentamiento en el concreto sin y con viruta de madera ... 92
Figura 17: Contenido de aire en el concreto sin y con viruta de madera ... 93
Figura 18: Variación del contenido de aire en el en el concreto sin y con viruta de madera ... 94
Figura 19: Exudación en el concreto sin y con viruta de madera ... 95
Figura 20: Variación de la exudación en el concreto sin y con viruta de madera ... 96
Figura 21: Tiempo de fragua inicial y final en el concreto sin y con viruta de madera ... 97
Figura 22: Variación de tiempo de fragua en el concreto sin y con viruta de madera ... 98
Figura 23: Resistencia a la compresión del concreto convencional ... 99
Figura 24: Resistencia a la compresión del concreto +0.5% viruta de madera ... 101
Figura 25: Resistencia a la compresión del concreto +0.75% viruta de madera ... 102
Figura 26: Resistencia a la compresión del concreto +1.0% viruta de madera ... 103
Figura 27: Resistencia a la compresión del concreto +2.0% viruta de madera ... 105
Figura 28: Variación de resistencia a la compresión sin y con viruta de madera ... 106
Figura 29: Resistencia a la compresión del concreto sin y con viruta de madera ... 107
xiii Figura 30: Resistencia a la compresión a 28 días del concreto sin y con viruta de madera ... 108 Figura 31: Costo unitario por metro cúbico del concreto sin y con viruta de madera... 110
xiv ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS
Fotografía 1: Pesado del agregado grueso ... 129
Fotografía 2: Selección de los materiales ... 129
Fotografía 3: Mezcla de los materiales... 130
Fotografía 4: Toma de temperatura de la mezcla del concreto convencional ... 130
Fotografía 5: Ensayo de asentamiento del concreto (Slump) - MTC E 705 ... 131
Fotografía 6: Toma de muestras de concreto fresco - MTC E 701 ... 131
Fotografía 7: Muestra de agregado fino para apisonado - MTC E 201 ... 132
Fotografía 8: Colocado de agua en el recipiente cónico - MTC E 205 ... 132
Fotografía 9: Colocado del agregado fino en el recipiente cónico - MTC E 205 ... 133
Fotografía 10: Agitado del frasco con muestra y agua - MTC E 205 ... 133
Fotografía 11: Muestra de agregado sumergido en agua - MTC E 206 ... 134
Fotografía 12: Secado de la muestra - MTC E 206 ... 134
Fotografía 13: Agitado del frasco con viruta y agua - MTC E 205... 135
Fotografía 14: Cuarteo del agregado fino... 135
Fotografía 15: Llenado del molde con agregado fino ... 136
Fotografía 16: Compactación del agregado fino ... 136
Fotografía 17: Cuarteo del agregado grueso ... 137
Fotografía 18: Llenado del molde con agregado grueso ... 137
Fotografía 19: Compactación del agregado grueso ... 138
Fotografía 20: Análisis granulométrico de agregados gruesos - MTC E 204 ... 138
Fotografía 21: Análisis granulométrico de agregados finos - MTC E 204 ... 139
Fotografía 22: Análisis granulométrico de la viruta de madera ... 139
Fotografía 23: Tamizado de la muestra - MTC E 606 ... 140
Fotografía 24: Llenado de moldes - MTC E 606 ... 140
Fotografía 25: Penetración de la aguja - MTC E 606 ... 141
Fotografía 26: Llenado del recipiente - NTP 339.077... 141
Fotografía 27: Pesado de la muestra - NTP 339.077 ... 142
Fotografía 28: Extracción del agua - NTP 339.077 ... 142
Fotografía 29: Colocación y compactación de la muestra - MTC E 706 ... 143
xv
Fotografía 30: Presión con la bomba manual - MTC E 706 ... 143
Fotografía 31: Medida del asentamiento del concreto con 1% de viruta ... 144
Fotografía 32: Diseño de mezcla con 1% de viruta... 144
Fotografía 33: Diseño de mezcla con 2% de viruta... 145
Fotografía 34: Slump de la muestra de concreto con 2% de viruta ... 145
Fotografía 35: Medida del asentamiento del concreto con 2% de viruta ... 146
Fotografía 36: Diseño de mezcla con 6% de viruta... 146
Fotografía 37: Espécimen de concreto convencional a los 7 días - MTC E 704 ... 147
Fotografía 38: Programación de la máquina de ensayo a la compresión - MTC E 704 ... 147
Fotografía 39: Rotura del espécimen de concreto convencional a los 7 días - MTC E 704 ... 148
Fotografía 40: Elaboración de concreto ... 148
Fotografía 41: Elaboración de concreto con adición de virutas ... 149
Fotografía 42: Aplicación de concreto con adición de virutas en elementos no estructurales .. 149
Fotografía 43: Aplicación final de concreto con adición de virutas en elementos no estructurales ... 150
Fotografía 44: Extracción de muestras del concreto con adición de virutas en estado fresco .. 150
14
RESUMEN
En la presente investigación el problema general fue: ¿Cuál es el resultado de la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales?, el objetivo general fue: Determinar el resultado de la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales, y la hipótesis general fue: La utilización de la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 beneficiará a los elementos no estructurales.
El método general fue el científico, el tipo de investigación fue aplicada, el nivel fue explicativo y el diseño fue cuasi experimental. La población correspondió a 60 testigos de concreto; la muestra estuvo conformada con porcentajes de virutas de madera como agregado grueso en 0.5%, 0.75%, 1.0% y 2.0%, en 12 testigos por cada porcentaje.
Como conclusión principal se obtuvo que, en base a los resultados obtenidos se determina que la incorporación de viruta de madera en el concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales modifica ligeramente su comportamiento y desempeño en estado fresco, y de forma significativa en estado endurecido.
PALABRAS CLAVES: Virutas de madera, elementos no estructurales, diseño de mezcla de concreto.
17
ABSTRACT
In the present investigation the general problem was: What is the result of the incorporation of wood chips in the mixing of a conventional concrete f'c = 175 kg / cm2 for non-structural elements?, The general objective was: To determine the result of the incorporation of wood chips in the mixing of a conventional concrete f'c = 175 kg / cm2 for non-structural elements, and the general hypothesis was: The use of the incorporation of wood chips in the mixing of a conventional concrete f ' c = 175 kg / cm2 will benefit non-structural elements.
The general method was scientific, the type of research was applied, the level was explanatory, and the design was quasi-experimental. The population corresponded to 48 concrete cores; The sample consisted of percentages of wood chips as coarse aggregate in 0.5%, 0.75%, 1.0% and 2.0%, in 12 controls for each percentage.
As a main conclusion, it was obtained that, based on the results obtained, it is determined that the incorporation of wood shavings in conventional concrete f'c = 175 kg / cm2 for non-structural elements slightly modifies their behavior and performance in the fresh state, and of significantly in the hardened state.
KEY WORDS: Wood chips, non-structural elements, concrete mix design.
18
INTRODUCCIÓN
La presente tesis titulada: “Incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales”; nace de la problemática que se tiene en relación a alcanzar la resistencia de un concreto incorporando materiales en des huso como es el caso de las virutas de madera, requiriéndose conocer las propiedades y comportamiento de esta combinación, a fin de obtener resultados de calidad para su utilización en elementos no estructurales.
En base a lo mencionado se realizaron ensayos de laboratorio a fin de determinar las características particulares de la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional, las cuales serán usadas en elementos no estructurales.
Para una mejor comprensión, la presente investigación se ha divido en los siguientes capítulos:
El Capítulo I: Problema de investigación, donde se considera el planteamiento del problema, la formulación y sistematización del problema, la justificación, las delimitaciones de la investigación, limitaciones y los objetivos tanto general como específico.
El Capítulo II: Marco teórico, contiene las antecedentes internaciones y nacionales de la investigación, el marco conceptual, la definición de términos, las hipótesis y variables.
El Capítulo III: Metodología, consigna el método de investigación, tipo de investigación, nivel de investigación, diseño de investigación, la población y muestra, técnicas e instrumentos de recolección de información, el procesamiento de la información y las técnicas y análisis de datos.
El Capítulo IV: Resultados, desarrollado en base a los problemas, objetivos y las hipótesis.
19 El Capítulo V: Discusión de resultados, en el cual se realiza la discusión de los resultados obtenidos en la investigación frente a los antecedentes utilizados.
Por último, se presenta las conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos.
20
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1.Planteamiento del problema
La reutilización y el reciclaje de diferentes elementos a nivel mundial es cada vez más común, con el crecimiento tecnológico se buscan nuevas ideas que contribuyan con el medio ambiente y de esta forma poder reutilizar los elementos más comunes como el uso de las virutas de madera, en México se considera que el reciclaje de la madera es uno de los tipos más limpios y económicos debido a que no se necesita ningún tratamiento previo para su reutilización. De acuerdo a una encuesta realizada por el BID (Banco Interamericano de Desarrollo), muchas ciudades de Latinoamérica cuentan con una metodología poco óptima para la construcción de elementos no estructurales las cuales no cuentan con procesos adecuados y se encuentran deterioradas, estos elementos de concreto no estructural transmiten directamente las cargas en su plano y esto genera que en su mayoría presenten problemas de agrietamiento.
21 La industria de la madera es una de las actividades de gran importancia en el Perú, por la gran variedad de flora que se puede encontrar en la selva peruana, la industria de la madera al ser una actividad tan importante y frecuente, genera una gran cantidad de desperdicios o sobrantes que son denominados virutas de madera y/o aserrín, los cuales no son reciclados de forma correcta generando muchas veces contaminación visual y aérea. El crecimiento de la población en el Perú se viene dando de forma progresiva con lo cual se busca una mejora en la calidad de vida para los ciudadanos, en tal sentido se vienen formulando investigaciones para el mejoramiento de la construcción de elementos no estructurales como:
veredas, cimentaciones corridas, sobrecimientos corridos, sardineles, cunetas, muros no portantes, etc., y de esta forma mejorar el confort, seguridad y duración en la elaboración de dichos elementos, la vida útil de un elemento no estructural depende mucho del correcto proceso constructivo, los cuidados y mantenimientos que se le pueda brindar por parte de las presupuestos designados.
En la ciudad de Huancayo y particularmente en el distrito de El Tambo se observa un crecimiento económico con la industria de la madera, este crecimiento genera un problema de contaminación visual y aérea en las calles del distrito , el crecimiento económico del distrito genera un desarrollo de expansión urbana, debido a este crecimiento urbano se observa muchas construcciones no estructurales como veredas, cimientos corridos, sobrecimientos corridos, sardineles, etc., por el propio desarrollo exponencial de la ciudad, sin embargo se puede observar que estos elementos muestran un deterioro exponencial y algunos de ellos deben ser demolidos y repuestos para mejorar el ornato público, sin embargo este proceso de renovación generaría gastos y si no se le brinda un adecuado control se
22 volverían a deteriorar dichos elementos no estructurales generando molestias a la población, frente a esta problemática se busca alternativas más económicas y de fácil construcción que permitan un mejor confort y mejoramiento en el ornato público, estos elementos no estructurales deben cumplir con la normativa establecida por el reglamento nacional de edificaciones y de esta manera poder garantizar un buen resultado y así satisfacer las necesidades de la población, frente a la problemática de la necesidad de mejoras tecnológicas en los concretos no estructurales y la contaminación generada por la industria de la maderera se propone la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales del distrito del Tambo en la ciudad de Huancayo logrando desarrollar una nueva tecnología, siendo este un punto de partida para futuras investigaciones que contribuyan al desarrollo de la sociedad.
1.2.Formulación y sistematización del problema 1.2.1. Problema general
¿Cuál es el resultado de la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales?
1.2.2. Problemas específicos
a. ¿Cuál será la alteración que sufrirá el concreto en sus propiedades físicas con la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales?
23 b. ¿Qué alteración sufrirá el concreto en sus propiedades mecánicas con la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales?
c. ¿Cómo se relaciona la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 con los costos de construcción para elementos no estructurales?
1.3.Justificación
1.3.1. Práctica o social
La presente investigación tendrá como objetivo principal la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales, generando nuevos conocimientos prácticos en obras civiles, las cuales a su vez servirán para la construcción de elementos no estructurales en beneficio de la sociedad y se brindara una solución al medio ambiente con el reciclaje de virutas de madera.
1.3.2. Científica o teórica
Se beneficiará al conocimiento local mediante la obtención de nuevas pautas y criterios para elaborar un nuevo concreto con virutas de madera en elementos no estructurales.
1.3.3. Metodológica
La investigación aplicara la metodología científica donde se propone realizar el análisis del concreto con virutas de madera para elementos no estructurales, esta técnica será factible para la Provincia de Huancayo y el Distrito de El Tambo, debido a que se usara materiales que se encuentran en el mismo lugar. Generando un nuevo
24 procedimiento para la elaboración de este concreto con virutas de madera aplicado para elementos no estructurales.
1.4.Delimitaciones 1.4.1. Espacial
La presente investigación se realizará en la región Junín la cual se encuentra a una altitud de 3220 m.s.n.m., Provincia de Huancayo, Distrito de El Tambo, para la aplicación de nuevas tecnologías con la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales.
1.4.2. Temporal
Esta investigación se encuentra delimitada temporalmente en los meses de noviembre del año 2020 a marzo del año 2021.
1.4.3. Económica
Los gastos de esta investigación fueron asumidos al 100% por el investigador.
1.4.4. Conceptual
La presente investigación se enmarca en el ámbito de la Ingeniería Civil, solo pretende determinar los beneficios con la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales.
1.5.Limitaciones
1.5.1. Limitaciones por la Covid -19
Durante el desarrollo de la presente investigación se tuvo contratiempos y demoras, debido a la coyuntura de la pandemia por la Covid-19 y las restricciones sociales, para adquirir los materiales necesarios y llevar a cabo los ensayos de laboratorio.
25 1.6.Objetivos
1.6.1. Objetivo general
Determinar el resultado de la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales.
1.6.2. Objetivos específicos
a. Analizar la alteración que sufrirá en sus propiedades físicas del concreto con la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales.
b. Determinar la alteración en sus propiedades mecánicas del concreto con la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 para elementos no estructurales.
c. Evaluar la relación de la incorporación de virutas de madera en el mezclado de un concreto convencional f’c=175 kg/cm2 con los costos de construcción para elementos no estructurales.
26
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes
2.1.1. Antecedentes nacionales
Bellido Yarleque (Propiedades mecánicas del concreto ligero con incorporación de virutas de madera, 2018), en la tesis de grado titulada: “Propiedades mecánicas del concreto ligero con incorporación de virutas de madera”- Universidad Nacional Agraria La Molina (Lima – Perú), fijó como objetivo:
Realizar un estudio de las propiedades mecánicas del concreto ligero con incorporación de virutas de madera.
Aplicando una metodología: cuantitativa de tipo exploratoria y de nivel descriptiva, obtuvo los resultados siguientes: Que los agregados finos se encuentran dentro del rango del límite inferior y superior, las virutas de madera predominante son de madera tornillo y finalmente se presentaron 120 probetas para realizar el ensayo de peso específico y resistencia a la compresión.
27 Finalmente, fija como conclusión: Con la incorporación de virutas de madera se logró reducir el peso obteniendo un concreto ligero, a pesar de que sus propiedades mecánicas disminuyen se mantiene en el rango de concreto ligero no estructural. Con el descenso del peso se reduce también las secciones estructurales y como resultado los costos de elementos estructurales de soporte.
Evaristo Alberto (Resistencia de concreto fc=210 kg/cm2 con adición de ceniza de viruta de madera - Huaraz - 2017, 2018), en la tesis de grado titulada:
“Resistencia de concreto fc=210kg/cm2 con adición de ceniza de viruta de madera-Huaraz-2017”- Universidad San Pedro (Huaraz – Perú), fijó como objetivo: Determinar la resistencia a compresión del concreto f´c=210 kg/cm2 adicionando ceniza de madera tornillo en 1%, 2% y 3% en la ciudad de Huaraz.
Aplicando una metodología: cuantitativa de tipo aplicada y de nivel explicativo, obtuvo los resultados siguientes: Con el material adicionado del 2% las resistencias iniciales y finales son superiores a diferencia de la muestra patrón.
Finalmente, fija como conclusión: La resistencia a compresión aumenta con la incorporación de ceniza de viruta de madera tornillo en 1 %, 2% y 3% siendo la que mejor resultado tuvo la del 2%.
Condori de la Peña, y otros (Análisis del comportamiento mecánico del concreto con adición de virutas de acero recicladas para pavimentos rígidos en Lima, 2018, 2018), en la tesis de grado titulada: “Análisis del comportamiento mecánico del concreto con adición de virutas de acero recicladas para
28 pavimentos rígidos en Lima, 2018” – Universidad César Vallejo (Lima – Perú), fijó como objetivo: Calcular la incidencia de la adición de virutas de acero recicladas al concreto en el comportamiento mecánico para pavimentos rígidos en Lima.
Aplicando una metodología: cuantitativa de tipo básica y de nivel descriptivo – explicativo, obtuvo los resultados siguientes: El agregado de virutas de acero reciclado si incide en la resistencia a la flexión realizado en el concreto, siendo el resultado óptimo el agregado de ½” al 3% con un resultado de 51.25 kg/cm2.
Finalmente, fija como conclusión: Se diseñó una nueva mezcla de concreto para uso en pavimentos de mediano y alto tránsito con un f´c > 280 kg/cm2, a lo que el patrón obtuvo una resistencia a la compresión a los 28 días (resultado de 100%) de 315 kg/cm2; por ende, si mejora la respuesta a su resistencia.
Camac Gómez (Influencia de la mezcla de aserrin - cemento en las propiedades de absorción, hinchamiento y a la flexió estática de los tableros de virola spp, 2012), en la tesis de grado titulada: “Influencia de la Mezcla e Aserrín – Cemento en las Propiedades de Absorción, Hinchamiento y a la Flexión Estática de los tableros de Virola spp” – Universidad Nacional del Centro del Perú (Huancayo – Perú), fijó como objetivo: “Determinar la influencia de las proporciones de la mezcla de aserrín de Viola spp. – cemento Portland tipo I en las propiedades de absorción, hinchamiento y a la flexión estática”.
Aplicando una metodología: cuantitativa de tipo experimental y de nivel explicativo, obtuvo los resultados siguientes: La absorción de humedad a las 2
29 y 24 horas de inmersión el tratamiento con la proporción C/As 100/0 fue más compactado y menos permeable.
Finalmente, fija como conclusión: “i) La absorción de humedad y el hinchamiento en espesor de las probetas de madera cemento de virola spp se encuentra en directa relación con el porcentaje de aserrín. ii) La proporción Cemento/Aserrín de 80/20 el cual presento los menores valores de absorción de humedad e hinchamiento del espero para las 2 hora y 24 horas de inmersión. iii) La proporción Cemento/Aserrín de 60/40 presento los mayores valores de absorción de humedad e hinchamiento del espesor para las 2 y 24 horas de inversión. iv) La propiedad de resistencia a la flexión estática de las probetas madera cemento de virola spp se encuentra en indirecta relación con el porcentaje de aserrín. v) Respecto al ensayo de flexión estática de proporción Cemento/Aserrín de 80/20, presento los mayores valores para el módulo de elasticidad, como también para el módulo a rotura. vi) La Proporción Cemento/Aserrín de 60/40, presento los menores valores para el módulo de elasticidad y como también para el módulo de ruptura”.
Aguilar Alca, y otros (Análisis y evaluación del comportamiento a la fatiga de un pavimento rígido con fibra plática de polipropileno en el Antiplano, 2017), en la tesis de grado titulada: “Análisis y evaluación del comportamiento a la fatiga de un pavimento rígido con fibra plástica de polipropileno en el Altiplano” - Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez (Puno – Perú), fijó como objetivo: Analizar y evaluar de que forma el empleo de fibras de
30 polipropileno afecta en el comportamiento a la fatiga en el concreto de una losa de un pavimento rígido en el altiplano.
Aplicando una metodología: mixta de tipo experimental y de nivel explicativo, obtuvo los resultados siguientes: Según el ensayo de asentamiento el slump de diseño fue de 3”-4” por lo cual se considera un concreto trabajable.
Finalmente, fija como conclusión: Se aprecia la sensibilidad de las propiedades mecánicas del concreto debido al empleo de las fibras de polipropileno por lo que se concluye que presenta mejor comportamiento a la fatiga ante la aplicación de cargas máximas de rotura y compresión mejorando sus propiedades mecánicas.
2.1.2. Antecedentes internacionales
Patricio Rodriguez (Análisis del comportamiento de mezclas cimenticias con la inclusión de fibras de madera, 2016), en la tesis de grado titulada: “Análisis del comportamiento de mezclas cementicias con la inclusión de fibras de mader” - Universidad de Especialidades Espíritu Santo (Guayaquil – Ecuador), fijó como objetivo: Desarrollar una mezcla cementante con inclusión de fibras de madera y observar las ventajas y desventajas que presenta, cumpla los requisitos de resistencia similares a los de hormigón tradicional.
Aplicando una metodología: cuantitativa de tipo experimental y de nivel explicativo, obtuvo los resultados siguientes: Los ensayos que se realizaron tuvieron muchas fallas en la compactación, se hicieron cilindros con mezcla cementicia con fibras de teca y dieron resistencias promedio a la compresión de 61.96 kg/m2.
31 Finalmente, fija como conclusiones: “i) En todos los casos evaluados se obtuvieron óptimos resultados en los ensayos a la comprensión, por lo que podemos demostrar que se realizó una buena mezcla cementicia con cualquier fibra de madera que usemos. ii) La resistencia a la flexión del hormigón tradicional normalmente llega a alcanzar el 10% de la resistencia a la compresión, sin embargo, en la presente investigación se obtuvieron excelentes resultados, 26% en mezclas con fibras de pino, 19% con fibras mixtas t 29% con mezclas con fibras de teca. Obteniendo un hormigón mucho más dúctil y flexible que el tradicional. iii) El hormigón con fibras de madera en todos los casos presento una densidad mucho menor que el hormigón tradicional, que le hace mucho más ligero y dúctil, reduciendo los costos de acero de refuerzo en estructuras y en cimentaciones”. (p.79).
Espinoza Carvajal (Comportamiento mecánico del concreto reforzado con fibras de bagazo de caña de azúcar, 2015), en la tesis de posgrado titulada:
“Comportamiento mecánico del concreto reforzado con fibras de bagazo de caña de azúcar” – Universidad de Cuenca (Cuenca – Ecuador), fijó como objetivo: Determinar el comportamiento mecánico del concreto reforzado con fibras de bagazo de caña de azúcar, en adiciones del 2.50%, 5.00% y 8.00% de fibras con respecto al peso del agregado grueso.
Aplicando una metodología: cuantitativa de tipo experimental y de nivel explicativo, obtuvo los resultados siguientes: La resistencia a la compresión simple va decreciendo a medida que se va incorporando cantidades de fibra con
32 respecto a su volumen total. La resistencia a la tracción por flexión se ve disminuida de acuerdo al porcentaje de incorporación de fibra en el elemento.
Finalmente, fija como conclusiones: “i) Una de las recomendaciones del ACI 544 es que se profundice la investigación hacia el uso de fibras naturales, al ser este material de bajo costo y de una producción a gran escala en países en vías de desarrollo. ii) El comportamiento mecánico del concreto reforzado con fibras naturales, fue decreciendo a medida que aumentaba el porcentaje de inclusión de fibras naturales. El porcentaje aceptable en base a los resultados obtenidos tanto en la resistencia a la compresión como en la resistencia a la tracción por flexión, es el de 1.50% de fibra con respecto al volumen. Las incorporaciones de 2.50%
de fibra decayó la resistencia a la compresión alrededor del 50% con respecto al elemento de prueba. En cambio, con los porcentajes de 5.00% y 8.00% no se obtuvo resistencia apropiada para la utilización en elementos estructurales”.
(p.127).
Mendoza Vargas, y otros (Análisis del sfuerzo residual en concreto para pavimento rígido reforzado con fibras metálicas y sintéticas, 2017), en la tesis de grado titulada: “Análisis del esfuerzo residual en concreto para pavimentos rígido reforzado con fibras metálicas y sintéticas” - Universidad Militar Nueva Granada (Bogotá - Colombia), fijó como objetivo: Valorar a través de una serie de ensayos, el refuerzo residual de una mezcla de concreto para pavimento rígido elaborada con materiales de nuestro medio, reforzada con fibras sintéticas y con fibras metálicas, lo cual permita evaluar el desempeño del material con cada tipo de refuerzo.
33 Aplicando una metodología: cuantitativa de tipo experimental y de nivel explicativo, obtuvo los resultados siguientes: La variación en el valor del esfuerzo residual es creciente del orden potencial, debido a que se encontró esta relación mediante el incremento de fibras en el concreto.
Finalmente, fija como conclusiones: i) Con el uso de fibras de polipropileno se redice las pequeñas fisuras por contracción que se desarrollan en el concreto, durante las primeras 24 horas se originan por contracción plástica o por secado, la primera ocurre antes que el concreto alcance su endurecimiento inicial y la segunda ocurre después del endurecimiento del concreto. ii) Respecto a la resistencia del concreto se evidencia que las fibras no aportan para aumentar esta propiedad, por este motivo el análisis es de otra propiedad, en este caso el refuerzo residual. iii) Las fibras sintéticas son aplicables para usos no estructurales, las solicitaciones importantes deben ser asumidas por los refuerzos tradicionales, pero se debe tener en cuenta que las fibras sintéticas mejoran el comportamiento en casos de micro fisuras ocasionada por efectos de temperatura, fraguado, endurecimiento o contracción y expansión térmica”.
(p.66).
Monroy Rodriguez (Integración de aserrín en la fabricación de bloques de concreto, 2019), en la tesis de grado titulada: “Integración de aserrín en la fabricación de bloques de concreto” - Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (Monterrey – México), fijó como objetivo: Integrar el aserrín a la mezcla de concreto, de manera que sigamos obteniendo la resistencia
34 marcada por los estándares y encontrar la mejor proporción que nos de este resultado sin la inclusión de aditivos y empleando la maquinaria a las mismas condiciones con las que se fabrican los bloques de concreto normales.
Aplicando una metodología: cuantitativa de tipo experimental y de nivel explicativo.
Obteniendo las siguientes conclusiones: “i) Al integrar el aserrín como agregado en la elaboración de bloques de concreto se obtiene el resultado una alteración significativa de sus propiedades, principalmente en la resistencia a la compresión, si se incrementa la proporción de aserrín dentro del bloque, sin ningún aditivo, será necesario siempre el aumento de la proporción de cemento, con tal razón el uso de algún aditivo que ayude al desarrollo de la resistencia mecánica del bloque y/o algún coadyuvante en el aprovechamiento de las resinas que contiene la madera. ii) En cuanto a la absorción de humedad, aunque aumenta la integración de madera al bloque, no es el principal problema en cuanto a la calidad se refiere ya que los valores obtenidos para el bloque de aserrín son bastante aceptables, sin embargo, se deberá estudiar el tiempo de vida útil del bloque ya que al integrar la madera pueden surgir nuevas problemáticas como el ataque de insectos a la madera, la flamabilidad del bloque y la degradación del nuevo agregado dentro del concreto”. (p.58).
Terreros Rojas (Análisis de las propiedades mecánicas de un concreto convencional adicionando fibra de cáñamo, 2016), en la tesis de grado titulada:
“Análisis de las propiedades mecánicas de un concreto convencional
35 adicionando fibra de cáñamo” - Universidad Católica de Colombia (Bogotá – Colombia), fijó como objetivo: Determinar y analizar las propiedades mecánicas (compresión y flexión) de un concreto convencional adicionando fibra de cáñamo en condiciones normales.
Aplicando una metodología: cuantitativa de tipo experimental y de nivel explicativo.
Obteniendo las siguientes conclusiones: “i) La fibra de cáñamo se utiliza en unas condiciones específicas, adicionando el 1% de fibras del peso total del concreto para cada uno de los ensayos, con una longitud de 4 cm a 5 cm por cada hilo, tratada con cal hidratada para evitar corrosión en la fibra causada por la alcalinidad del concreto y distribuida aleatoriamente con toda la mezcla para generar homogeneidad. ii) Por medio del diseño de mezcla elaborado a partir del método de peso y volumen absoluto, utilizado los datos suministros de una empresa privada, se logró con precisión la resistencia a la compresión esperada a los 28 días. iii) Respecto al agrietamiento, en las probetas sometidas a compresión, el concreto que contenía la fibra sufrió una fractura parcial, sin perder su forma y con una pérdida de material mínima, iv) El módulo de rotura determinado por el ensayo de resistencia a la flexión se realizó para evidenciar si adicionando las fibras de cáñamo la resistencia aumenta con respecto a la resistencia teórica que se espera, es por ello que se elaboran dos vigas, las cuales se dejaran curar 28 días. Los resultados logrados son positivos, y de la misma forma que en el ensayo de resistencia a la compresión, concreto sufrió fractura
36 parcial, donde la fibra genero una adherencia o anclaje que no permitió que la viga no tuviera falla total, por lo contrario, parcial”. (p.77).
2.2. Marco conceptual 2.2.1. Madera
2.2.1.1. Definición
Según Aguilar Pozzer, y otros (2015), son las partes de aprovechables de un árbol comúnmente son los troncos y ramas. La madera extraída de los troncos se utiliza de formas diversas como: chapas, láminas, trituradas mediante tableros, en obras de construcción y la carpintería.
2.2.1.2. Composición de la madera
Aguilar Pozzer, y otros (2015) afirman que como casi todos los vegetales la madera se compone de células numerosas, tiene un fina y flexible pared celular que se endurece con el pasar del tiempo producto de la celulosa acumulada.
La celulosa es una sustancia macromolecular la cual concede impermeabilidad y rigidez a la madera. Estas fibras de celulosa forjan una estructura en donde se almacena la lignina, cuando ésta se ha depositado en la pared celular se forma lo que conocemos como “madera” (Aguilar Pozzer & Guzowski, 2015, pág. 11).
La célula resultante de la madera se muestra dura y rígida de forma definitiva.
Tabla 1: Células de la madera
CÉLULAS DE LA MADERA SEGÚN EL ÁRBOL
Árboles frondosos Árboles coníferos
- Tienen células conductoras. - Tienen forma mixta.
- Tienen células de almacenamiento. - Tienen células traqueadas.
37 - Tienen células de sostén - Tienen células de
almacenamiento.
Fuente: (Aguilar Pozzer & Guzowski, 2015)
Los componentes necesarios de la madera son: la celulosa, lignina y los productos orgánicos semejantes a la celulosa y varias sustancias, entre ellos almidón, azúcares, taninos, grasas, aceites esenciales, sales minerales, colorantes, ceras y resinas.
(Aguilar Pozzer & Guzowski, 2015, pág. 11).
Figura 1: Composición de la madera
Fuente: Aguilar Pozzer, y otros (2015).
2.2.1.3. Propiedades físicas de la madera
Son las influyen principalmente en la aptitud tecnológica de uso y en procesos de importancia como son la transformación mecánica primaria y secundaria. Podemos consideras como principales propiedades físicas de la madera:
a) Densidad de la madera
Aguilar Pozzer, y otros (2015), define a la densidad como la relación de la masa de la madera secada al horno entre su volumen en estado saturado, podemos expresarlo en N/m3 según el S.I. Según el peso de
38 la madera podemos hallar la densidad básica y utilizarla para su clasificación.
b) Contenido de Humedad de la madera
Peraza (2018) lo define como la relación entre la cantidad de masa de agua que contiene y masa de madera sin agua. Entonces si consideramos que un trozo de madera de 100 kg. Contiene 30 kg de agua, el porcentaje de humedad es del 100%. El contenido de humedad de una madera recién cortada suele ser del 40% al 200%. La humedad que contiene la madera depende de la humedad relativa del aire y la temperatura.
c) Expansión y contracción de la madera
Peraza (2018) analiza que: La madera se expande y contrae de diferentes maneras en los sentidos radial y tangencial de los anillos de crecimiento, además de en el sentido de la veta. Este fenómeno se denomina anisotropía. Cuando la madera se seca, esta se contrae, entonces su punto máximo de humedad se reduce cuando se seca por completo.
Figura 2: Expansión de la madera
Fuente: Peraza (Peraza, 2018)
39 2.2.1.1. Propiedades mecánicas de la madera
Aguilar Pozzer, y otros (2015), considera como las propiedades que definen la aptitud y capacidad para resistir cargas externas, se refieren a la resistencia que alcanza la madera según los diferentes esfuerzos a los que se somete mientras se encuentra en uso. Se usan para hallar los valores de diseño estructural de elementos sometidos a carga. (p. 03)
a) Resistencia a la flexión
Aguilar Pozzer, y otros (2015), define a la resistencia a la flexión como la capacidad de resistencia de la madera ante las cargas de doblado o flexión si se aplican de manera perpendicular a las fibras. Cuando utilizamos la madera en vigas, viguetas, entablado sucede la resistencia a flexión. (p.25)
b) Resistencia a la compresión
Según Spavento, y otros (2018), determina que es la capacidad resistente de la madera que tiende a soportar fuerzas externas, estas pueden disminuir la longitud de la madera. La resistencia a la compresión se puede dar en forma paralela o perpendicular a las fibras. (p 10)
c) Dureza/desgaste
Según Spavento, y otros (2018), determina que los valores de la dureza/desgaste en la madera normalmente se determinan según los ensayos de penetración para hallar la resistencia que ofrece la madera mediante la introducción de un cuerpo duro de forma cilíndrica. (p. 06)
40 d) Durabilidad natural de la madera
Aguilar Pozzer, y otros (2015) determina que la resistencia a los diferentes ataques de agentes destructivos como los hongos e insectos, intemperismo y desgaste mecánico, estos pueden ocasionar una alteración y en el comportamiento normal dado que esto afecta a sus propiedades físicas y mecánicas. (p. 10)
2.2.2. Viruta de madera
2.2.2.1. Definición de viruta
La Real Academia Española, define a la viruta de madera como la hoja delgada extraída con el cepillo entre otras herramientas cuando se da el proceso de labrar la madera, la cual sale comúnmente arrollada en espirales.
2.2.1.2. Producción de la viruta de madera
En el Perú, actualmente no se cuenta con información estadística a cerca de la producción de la viruta de madera por lo cual con los datos estadísticos que se cuentan sobre el aumento de producción de la madera resultante del proceso de aserradero se puede deducir el aumento de los residuos madereros. (Bellido Yarleque L. , 2018, pág. 102).
2.2.1.3. Tipos de viruta
La viruta puede clasificarse en 3 grupos según su forma:
- Discontinua o arrancada: Se considera cuando resulta de los materiales frágiles o fáciles de quebrar como la madera. Es propia de materiales frágiles, duros, quebradizos, como la madera, el bronce o la fundición. Es
41 un material fácil de extraer porque según la producción, se desprende.
(Peraza, 2018, pág. 12)
- Continua o plástica: Comúnmente es el resultado de materiales dúctiles; la viruta al aproximarse a la cuchilla se comprime fuertemente. La superficie en la cual se tendrá contacto con esta cuchilla es lisa y brillante. El resultado del proceso son las virutas con formas espiral, por lo que mecanizarlo se convierte en un proceso molesto. (Peraza, 2018, pág. 12)
Figura 3: Viruta con forma espiral
Fuente: Peraza (2018)
- Semicontinua o cortada: Es el resultado del proceso de materiales tenaces y reducidas velocidades de corte. La viruta ideal es la semicontinua por lo que hay que evitar la continua. (Peraza, 2018, pág. 12).
2.2.3. Concreto
2.2.3.1. Definición
Es un material compuesto por: un producto pastoso y moldeable que se endurece con el tiempo y trozos pétreos que se quedan englobados en esa pasta. La pasta puede
42 estar conformada por agua y un producto aglomerante o conglomerante como es el cemento. En tanto, el agua cumple la misión de dar fluidez a la mezcla y de reacción química en contacto con el cemento, provocando su endurecimiento. (Porrero, Ramos, Grases, & Velazco, 2018, pág. 28)
2.2.3.2. Componentes del concreto
El concreto aproximadamente en 80% se compone por partículas de origen pétreo, de diámetros diferente. Las características de los agregados son de vital importancia en cuanto a lo que refiere a la calidad de la mezcla del concreto. Según las condiciones geológicas en las que se encuentre la roca madre y como se lleve a cabo los procesos extractivos, el agregado conserva su calidad. Es por ello que, las empresas dedicadas a la extracción del material como las canteras y areneras son las encargadas de pasar el primer control en lo que corresponde a calidad. Se recomienda que la calidad de los agregados se pueda comprobar por el fabricante de concreto antes de su elaboración.
A la mezcla de los materiales pétreos se suele combinar con agregado grueso (usualmente piedra chancada, canto rodado natural o canto rodado triturado) y agregado fino (arena natural o arena triturada). Muchas veces se usan una cantidad más grande de estos dos materiales, con tamaños intermedios.
La característica principal de los agregados es su tamaño variado del total de sus granos, lo que nosotros conoceos como granulometría. Para conformar la granulometría de los materiales pétreos, se selecciona de
43 manera gradual o en escalonamiento según tamaño, desde los granos más gruesos hasta los más finos como la arena.
El cemento más usado es el cemento Portland el cual se obtiene en plantas productoras, a cargo de las cuales debe quedar el control del producto y la garantía de su calidad. (Porrero, Ramos, Grases, & Velazco, 2018, pág. 31)
2.2.3.3. Principales características del concreto
Según Porrero, Ramos, Grases, & Velazco (2018), las características del concreto son muchas, pero considerando desde un punto de vista global apreciamos dos características o propiedades principales:
a) El grado de fluidez, esto es posible evaluar en el material en estado fresco, se conoce también como manejabilidad, asentamiento y trabajabilidad.
La fluidez se puede medir mediante ensayos de laboratorio los cuales evalúan el grado de plasticidad que presenta la mezcla.
b) El grado de endurecimiento o la resistencia que alcanza el concreto.
La resistencia del concreto es determinada por medio de ensayos mecánicos de compresión o tracción sobre probetas normalizadas.
2.2.3.4. Tipos de concreto
El concreto tienen una amplia gama de opciones de uso o según distintas proporciones. Es posible, de esta manera obtener diferentes resistencias, plasticidades y apariencias para poder lograr satisfacer los diferentes y
44 particulares requerimientos en las edificaciones. La versatilidad del concreto es una de los motivos que permite explicar la expansión de su uso.
Se usa de manera abundante el concreto en los elementos estructurales de edificaciones como: vigas, columnas, losas, muros, pantallas a su vez en pavimentos, pistas aéreas, zonas de estacionamiento, represas, acueductos, canales, túneles, taludes, adoquines, tanques, reservorios, barcos y muchos otros usos múltiples. (Porrero, Ramos, Grases, & Velazco, 2018, pág. 33) Los agregados pueden ser de tamaño pequeño para su uso en morteros y de granos de gran tamaño en el caso de represas o estribos de puentes. Pueden se livianos o especialmente pesados según sus dimensiones. Los concretos con consistencia seca pueden ser usado en el caso de elementos prefabricados y cuando sean de consistencia muy fluida se recomienda para elementos de poca sección y demasiada armadura. Las resistencias mecánicas podrán ser de niveles variado, según las necesidades del proyecto. (Porrero, Ramos, Grases, & Velazco, 2018, pág. 34)
Figura 4: Rangos de Resistencias a la compresión
Fuente: (Porrero, Ramos, Grases, & Velazco, 2018)
45 2.2.3.5. Propiedades físicas del concreto
Estas propiedades presentan cualidades que se pueden identificar fácilmente con mediciones simples, de la misma manera no dependen de su tamaño más por el contrario del cuidado que se tenga de ellas. (Instituto Mexicano del Cemento y Concreto S.A., 2005, pág. 15)
A) Asentamiento del concreto (Slump)
El asentamiento mide el nivel de consistencia que muestra el concreto, se relaciona con el grado de fluidez que alcanza la mezcla e indica si esta es seca o fluida.
En la prueba de consistencia también llamada ensayo de revenimiento, asentamiento o slump se compacta el concreto en estado fresco en un molde con forma de tronco-cónico, y posteriormente se mide el asiento o descenso de la muestra luego del desmolde. Esta prueba indica el comportamiento del concreto en cuanto a su consistencia y/o capacidad para adaptarse al molde con facilidad (Medina Cruz, 2018, pág. 2).
Figura 5: Ensayo del cono de Abrams
Fuente: (Porrero, Ramos, Grases, & Velazco, 2018)
46 Consistencia de mezclas según su asentamiento
Consistencia seca: Mezcla con exceso de agregados dentro de su composición o con un contenido de agua escaso en comparación a los demás componentes.
Consistencia plástica: Mezcla preparada intencionalmente para fluir con facilidad y adaptarse a un encofrado evitando segregarse.
Consistencia fluida: Mezcla con una cantidad de agua elevada por lo que es fluida en los encofrados. (Medina Cruz, 2018, pág. 4)
Tabla 2: Consistencia y asentamientos
Consistencia Asentamiento
Seca 0” (0 cm) a 2” (5 cm) Plástica 3” (7.5 cm) a 4” (10 cm)
Fluida ≥ 5” (12.5 cm)
Fuente: (Medina Cruz, 2018) B) Temperatura
En el proceso de hidratar la mezcla se forman de manera microscópica cientos de cristales en la parte superior que aumentan de tamaño al entrelazarse para encajar de forma compacta entre ellos. Para formarse los cristales dependerá del tiempo que dure la reacción, por medio de este proceso se forman las mezclas de cemento endurecido; la velocidad en la cual se forman los cristales es la misma con la que la temperatura aumenta, esto resulta ser beneficioso para la resistencia a la compresión inicialmente, sin embargo para mantener una temperatura relativamente alta del concreto en su estado fresco y en el tiempo que dure el proceso
47 de endurecimiento no resulta ser muy beneficioso dado que los productos que reaccionan tienen una estructura poco ordenada, esto puede generar poros y una resistencia a la compresión a los 28 días se vería comprometida, por lo que es necesario tener una temperatura del concreto en estado fresco y posteriormente durante el proceso de endurecimiento en los 20 °C aproximadamente.
El tiempo en el que la mezcla se fragua resulta ser tardío cuando se cuenta con climas de frío extremo, esto debido a que los cristales crecen de manera más lenta cuando las temperaturas son bajas, además esta mezcla se puede agrietar por el congelamiento del agua, fenómeno que genera grietas en el concreto endurecido al expandirse. (Gallo &
Saavedra, 2015).
C) Peso Unitario
Cuando se quiere definir al peso unitario del concreto se expone al peso del concreto por unidad de volumen, el cual está sujeto a la densidad que tengan los agregados, cantidad de aire atrapado, relaciones agua – cemento, tamaño máximo nominal, entre otros; usualmente varía entre un rango de 2240 kg/m3 a 2400 kg/m3.
El rendimiento de mezcla es un valor que indica cuantos m3 de concreto se obtienen por tanda, se puede verificar muy fácilmente al comparar el peso unitario del diseño con el peso unitario real, cociente que no debe salir del rango de 0.98 a 1.02 para que el rendimiento sea aceptable y no se deban realizar correcciones. (Carbajal, 1999).
48 D) Exudación
Según (Jordan & Viera, 2014), la exudación en los concretos con agregados reciclados se podría desarrollar transcurridas las dos horas de mezclado, para este fenómeno se deben tomar las precauciones adecuadas con la finalidad de controlar la exudación, en caso contrario se producirán problemas de agrietamiento.
E) Contenido de aire
El aire en el concreto se encuentra incorporado de manera natural debido a muchas razones, algunas de ellas son: concretos con poco cemento, mezclados de larga duración, tamaños máximos nominales no adecuados, etc.; a su vez este aire puede ser liberado a través de procesos de compactación, además existe concretos donde el aire es incorporado intencionalmente para brindar mayor trabajabilidad; práctica que se debe realizar con las consideraciones adecuadas, ya que por cada 1% de aire incorporado la resistencia a la compresión se ve afectada en un 5%.
(Gallo & Saavedra, 2015).
2.2.3.6. Propiedades mecánicas del concreto
Las propiedades mecánicas del concreto son las cualidades básicas o sus características. Como las principales son consideradas: trabajabilidad, cohesividad, resistencia y durabilidad.
49 A) Trabajabilidad
Jordan & Viera (2014), afirman que los agentes que influyen en la trabajabilidad es la forma y textura que tienen los agregados reciclados.
El concreto considerado de mayor trabajabilidad será el más fluido y consistente.
Si se requiere medir la trabajabilidad se realiza el ensayo de asentamiento, este ensayo usa un equipo cuyo molde es un cono metálico con una base de lámina, el cono está diseñado con diámetros de 20 cm y 10 cm y una altura de 30 cm. (Abanto, 2014, pág. 47).
Tabla 3: Clases de Mezcla según su revenimiento
Consistencia Slump Trabajabilidad Método de Compactación
Seca 0” – 2” Poco trabajable Vibración Normal Plástica 3” – 4” Trabajable Vibración Ligera
Fluida > - 5” Muy Trabajable Chuseado Fuente: Abanto, 1995, p.49
Tabla 4: Requisitos de trabajabilidad para varios tipos de estructuras y condiciones de colocación
Condiciones de colocación Grado de trabajabilidad
Slump mm
Pavimentos con adoquín Muy bajo Hasta 25
Concreto en masa, secciones ligeramente reforzadas en losas, vigas, paredes, columnas, pisos, pavimentos colocados a mano, revestimientos de canales, zapatas
Bajo 25 – 75
50 Secciones muy reforzadas en losas,
columnas, placas, trabajo de encofrado deslizante, hormigón bombeado
Medio 50 – 100 y 75 – 100
Trinchera, apilamiento un situ Alto 100 – 150
Concreto extensible Muy alto 150 – 200
Fuente: Norma Americana Concrete Institute (ACI 318R-05), 2015 B) Resistencia a la compresión
Según INACAL (2018), el Instituto de la Calidad proporciona las normas técnicas peruanas, de las cuales la norma NTP 339.034 define el método de ensayo normalizado para determinar la resistencia a la compresión.
La resistencia a la compresión es una de las propiedades más importantes del concreto, el cual es medido en Kg/cm2. El propósito del ensayo es medir el esfuerzo a través de testigos o probetas de forma cilíndrica los cuales poseen unas dimensiones de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura, se aplica una carga progresiva al testigo o probeta el cual es de forma progresiva hasta determina el mayor rendimiento y resistencia a las fuerzas. El ensayo se encuentra sujeto a la norma ASTM C 39, para calcular la fuerza de compresión del testigo o probeta se deberá dividir la carga máxima obtenida en el ensayo con el área calculada de la sección transversal de acuerdo a la norma NTP 339.34.
51 Tabla 5: Tolerancias de tiempo para realizar el ensayo de resistencia
Edad de Ensayo
Tolerancia de tiempo Permisible NTP 339.034
Horas %
24 h + 0.5 + 2.1
3 d + 2 + 2.8
7 d + 6 + 3.6
28 d + 20 + 3.0
90 d + 48 + 2.2
Fuente: Control de calidad del concreto
Figura 6: Identificar las probetas antes de ensayarlas
Fuente: INACAL (2018)
Figura 7: Tipos de roturas de probetas para ensayos de compresión
Fuente: INACAL (2018)
52 C) Resistencia a la tracción
De acuerdo a Abanto (2017) en su libro titulado “Tecnología del concreto” dio a conocer que los ensayos de resistencia a la tracción nos brindan valores menores a los calculados en la resistencia a la compresión, existiendo una diferencia de 10% a 15%. (p.38).
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑙𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 (𝑘𝑔
𝑐𝑚2) = 2(𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 (𝑘𝑔)
𝜋(𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 (𝑐𝑚)𝑥 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 (𝑐𝑚)
D) Resistencia a la flexión
La norma NTP 339.079 nos menciona que para determinar la resistencia a la flexión del concreto simple se debe realiza el ensayo de vigas los cuales se encuentran sometidos a tensión y compresión. De acuerdo a la norma el ensayo consiste en elaborar una viga que luego será sometida a cargas en los tercios de su luz hasta que se produzca una falla en el elemento, para elaborar las vigas se debe cumplir con las normas NTP 339.033, NTP 339.059 o NTP 339.183.
Procedimiento de ensayo de resistencia a la flexión:
- Después de realizar el diseño de la viga y luego de terminar el curado respectivo se deberá someter la viga a las pruebas de flexión.
- Para realizar el ensayo de flexión se deberá aplicar una carga de 3% y 6% de la carga de la rotura estimada.
- La carga aplicada a la viga se deberá realizar de forma constante, sin impactos hasta lograr la falla del elemento.
53 2.2.3.7. Evaluación de los ensayos de resistencia del concreto
Se considera como un material heterogéneo al concreto, su calidad depende de otras variables como:
a) Las características de cada uno de los materiales componentes por los que está formado.
b) Las proporciones en que esos materiales son mezclados entre sí c) Los procedimientos de mezclado
d) El transporte
e) La colocación y compactación f) El curado
Aún para un mismo tipo de concreto las propiedades del material pueden variar. En general los métodos para poder determinar las propiedades del concreto también cuentan con un error de precisión, ya que al momento de preparar las probetas como en los ensayos de laboratorio pueden ocurrir variaciones. De este modo evaluar la calidad del concreto tiene que incluir dos aspectos: El concepto de valor promedio y el de la dispersión o variabilidad. (Porrero, Ramos, Grases, & Velazco, 2018, pág. 323)
El instrumento con el que busca disminuir la variabilidad de cada una de las facetas del concreto es el control de calidad, partiendo de la dosificación hasta el producto final. En la actualidad, comprendemos como control de calidad al plan correctivo de medidas, enmiendas, correcciones y a su vez a planes globales organizativos que tienen relación con el material, los procedimientos y las condiciones generales. Mientras el control sea más
54 eficiente, dentro de su escala el producto tendrá mejor calidad. (Porrero, Ramos, Grases, & Velazco, 2018, pág. 323)
No obstante, debido a la naturaleza heterogénea del concreto, las condiciones de los equipos de producción y de medición tienen un límite práctico por debajo del cual no se puede disminuir. La variación se debe considerar para evaluar el concreto como material estructural.
Figura 8: Ensayo de Resistencia a la compresión
Fuente: (Cárdenas Pullido, 2018) 2.2.3.8. Fibras en el concreto
Durante los últimos años, el uso de fibras como refuerzos del concreto ha ganado gran importancia en lo que respecta a la producción de mezclas y diseños. Esta, sin embargo, no es una técnica nueva en el mundo de las edificaciones y construcciones ya que muchos años antes de que apareciera el cemento Portland y el concreto se utilizaban materiales distintos como es el caso del: pasto, hilo, la vara e incluso pelos de animales, los que fueron considerados agregados al adobe para evitar fisuras y mejorar su resistencia a la tensión. (Antillón, 2016, pág. 01)
55 (Antillón, 2016) determinó que los avances de la tecnología en lo que respecta a la industria de la construcción ha permitido desarrollar diversos materiales usados como fibras, los que son muy resistentes a los álcalis, tales como: polipropilenos, acero, carbono, entre otros.
El rol fundamental de incluir fibras está relacionado con:
- Reducción de fisuras por revenimiento (asentamiento) - Reducción de fisuras por contracción plástica
- Disminución de la permeabilidad
- Incremento en la resistencia al impacto y abrasión.
A) Tipos de fibras
- Fibras artificiales:
Son fabricadas a partir de la transformación química de productos naturales, las fibras sintéticas son elaboradas por síntesis química, a través de un proceso llamado polimerización. Son manufacturadas por el hombre mediante el procesamiento de materia prima natural, estas fibras surgen como respuesta a la necesidad de obtener filamentos largos y resistentes para tejer materiales textiles de calidad. (Bellido Yarleque L. J., 2018, pág.
23)
- Fibras sintéticas:
Son obtenidas de la síntesis de productos diversos resultantes del petróleo como el nylon y el poliéster, este tipo de fibra es enteramente química, tanto la elaboración de la materia prima
56 como su fabricación desde la hebra o filamento, son procesados por el hombre. Son económicos, versátiles, durables, resistentes y de fácil cuidado, esto brinda una mayor libertad a la hora de confeccionar. (Bellido Yarleque L. J., 2018, pág. 23)
Figura 9: Fibra de poliéster
Fuente: (Bellido Yarleque L. J., 2018) - Fibras naturales
Provienen de vegetales o animales que son hilables, como son el algodón, lino, seda y lana. Lo que la diferencia de las otras fibras, es que éstas cuando están en su estado natural exigen una ligera adecuación (limpieza o purificación de la fibra). (Bellido Yarleque L. J., 2018, pág. 23).
57 Figura 10: Fibra de algodón
Fuente: (Bellido Yarleque L. J., 2018)
2.2.4. Elementos no estructurales
Según (Cardona A., 2019), son considerados como elementos no estructurales a los que aportan masa al sistema estando conectados o no al sistema que resiste las fuerzas horizontales, pero su aporte no es significativo a la rigidez.
Los elementos no estructurales que añadan deformación a la estructura y que estén unidos al sistema estructura sismorresistente se asegura que no causen daños en caso de que fallen.
Se incluyen como los elementos no estructurales a aquellos que tienen adecuada resistencia y rigidez para acciones sísmicas como:
- Cercos, tabiques, parapetos y paneles prefabricados.
- Elementos arquitectónicos y decorativos entre ellos cielos rasos y enchapes.
- Muro cortina y vidrios.
- Instalaciones sanitarias e hidráulicas - Instalaciones eléctricas
- Instalaciones de gas.