Evaluacion de las propiedades mecánicas del concreto reforzado con fibra de vidrio a elevadas temperaturas

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MATERIALES. EVALUACION DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO REFORZADO CON FIBRA DE VIDRIO A ELEVADAS TEMPERATURAS. Tesis Presentada Por Los Bachilleres: CHOQUE YUCRA CARMEN IRIS PAYE NINA YOSELINE MILAGROS Para Optar El Título Profesional de INGENIERAS DE MATERIALES. AREQUIPA-PERÚ 2019.

(2) DEDICATORIA I. A Dios, por guiarme en mi camino. A mis padres Macario y Marcelina por su amor, trabajo y darme fuerza para continuar en este proceso de obtener uno de los anhelos más deseados, así mismo enseñarme que todo sacrificio tiene su recompensa , este logro es para ustedes los amo mucho. A Hugo que a través de su amor, consejos, apoyo en todo momento y paciencia me ayudo a concluir esta meta. A mis tíos y todas las personas especiales que me acompañaron en esta etapa, aportando a mi formación tanto profesional y como ser humano. Carmen Iris Choque Yucra. II.

(3) DEDICATORIA II A mis padres María y Rubén por ser mis pilares, mi motivación, mi inspiración quienes con su gran amor, mucha paciencia y esfuerzo que lo he sabido aprovechar desde el colegio me han permitido llegar a cumplir hoy un sueño más, un gigantesco escalón en mi trayecto profesional gracias por inculcar en mí el ejemplo de esfuerzo y superación de no temer a las adversidades que la vida trae consigo, de exigirme y dar todo de mí, de nunca rendirme porque esa energía grande que es Dios está conmigo siempre. A mis hermanos Xiomara y Jordan porque ellos son mi fuerza de seguir adelante en mis proyectos, a toda mi familia porque creyeron y confiaron en mí desde el inicio, en especial a Techi y Rene que sin ellos no tendría a mis maravillosos padres también a José y Teófila porque sé que desde el cielo cuidan de mi para que siga creciendo profesionalmente. Y finalmente a Carlos Rene, mi amigo y compañero de aventuras, has estado conmigo incluso en los momentos más turbulentos por el amor que nos tenemos. Este proyecto no fue fácil, pero estuviste motivándome y ayudándome hasta el final. Yoseline Milagros Paye Nina SIMBA. III.

(4) AGRADECIMIENTOS Agradecemos a Dios por bendecirnos la vida, por guiarnos a lo largo de nuestra existencia, ser la fortaleza en aquellos momentos de dificultad y de debilidad. A la vida porque cada día nos demuestra lo hermosa y justa que puede llegar a ser. A nuestras familias en especial a nuestros padres por permitirnos cumplir con gran esmero este anhelo que hoy en día se convierte en una realidad y mostrarnos en cada momento su apoyo incondicional. Es un orgullo y privilegio ser sus hijas, son los mejores padres. Al Dr. Julio Edgar Lopez Cervantes por encaminarnos en la realización del presente estudio, compartiendo con nosotros sus conocimientos y experiencia. Al Mg. Rivalino Guzman Ale por motivar la investigación y el estudio amplio de nuevas tecnologías. Al Dr. Héctor Vargas Cardenas quien nos inspira a seguir aprendiendo a través del tiempo. Al Ing.Roberto Caceres Flores por el apoyo brindado y confiarnos el uso de su laboratorio sin el cual esta tesis no se podría llevar a cabo. A nuestros docentes de la Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales de la Universidad Nacional de San Agustín, por haber compartido sus conocimientos a lo largo de la preparación de nuestra profesión, de manera especial gracias a cada uno de ustedes por su paciencia, dedicación y amistad. A todas las personas que nos han apoyado y han hecho que el trabajo se realice con éxito en especial a Carlos y Hugo por brindarnos su apoyo en cada momento, paciencia y compresión en todo el trayecto de la investigación. Carmen y Yoseline IV.

(5) PRESENTACIÓN. Señor Decano de la Facultad de Ingeniería de Procesos de la Universidad de San Agustín.. Señor Director de la Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales.. Señores miembros del jurado: . DR. JULIO LOPEZ CERVANTES. . MG. NICOLAS COLLADO CARDENAS. . MG. RIVALINO GUZMAN ALE. Dando cumplimiento con el reglamento de Grados y Títulos de la Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales, Facultad de Ingeniería de Procesos de la Universidad Nacional de San Agustín, pongo en consideración a los Miembros del Jurado la presente tesis: “EVALUACION DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO REFORZADO CON FIBRA DE VIDRIO A ELEVADAS TEMPERATURAS”.. Atentamente: Bachilleres: Choque Yucra Carmen Iris Paye Nina Yoseline Milagros. V.

(6) RESUMEN. En la presente investigación se evaluó el efecto que provoca los incendios en el concreto y por ello proponemos una solución alternativa de reforzar al concreto con fibra de vidrio tipo E para así protegerlas del incendio antes de su colapso si llegase el caso ya que la fibra mitigara en este caso los efectos nocivos que las altas temperaturas puedan generar sobre la matriz del hormigón y así evitar el rápido deterioro de las propiedades mecánicas. Para el efecto se fabricó probetas de concreto reforzadas con 3 porcentajes distintos de fibra de vidrio tipo E, el fraguado se realizó a los 40 días y después se sometió a las temperaturas de 250°C 450°C 650°C durante 30 minutos y 60 minutos, luego se enfrió mediante un chorro directo de agua y finalmente se realizó los ensayos mecánicos para ver como afecto la exposición a altas temperaturas en sus propiedades mecánicas del concreto reforzado con fibra de vidrio y al concreto convencional. Realizando los ensayos se obtuvo que la temperatura de 650°C en un tiempo de exposición de 60 min, el concreto reforzado con fibra de vidrio a un 0.8% presenta una resistencia a la compresión de 280.59 Kgf/cm2 en el cual disminuye un 3.4% de su resistencia siendo esta la temperatura de exposición más crítica y en la cual presenta un mejor comportamiento. Palabras claves: concreto reforzado, fibra de vidrio, altas temperaturas, propiedades mecánicas.. VI.

(7) ABSTRACT. In the present investigation the effect that causes fires on concrete was evaluated and therefore we propose an alternative solution to reinforce concrete with type E fiberglass so as to protect them from fire before their collapse if the case should occur since the fiber mitigates in this case the harmful effects that high temperatures can generate on the concrete matrix and thus avoid the rapid deterioration of mechanical properties. For this purpose reinforced concrete specimens were manufactured with 3 different percentages of fiberglass type E, the setting was made at 40 days and then subjected to temperatures of 250 ° C 450 ° C 650 ° C for 30 minutes and 60 minutes, then it was cooled by a direct water jet and finally the mechanical tests were carried out to see how high temperature exposure in its mechanical properties of glass fiber reinforced concrete and conventional concrete was affected. Carrying out the tests it was obtained that the temperature of 650 ° C in an exposure time of 60 min, the concrete reinforced with fiberglass at 0.8% has a compressive strength of 280.59 Kgf / cm2 in which it decreases 3.4% of its resistance being this the most critical exposure. temperature. and. in. which. it. presents. a. better. behavior.. Keywords: reinforced concrete, fiberglass, high temperatures, mechanical properties.. VII.

(8) VIII.

(9) REFERENCIAS DE SIGLAS Y ABREVIATURAS. ACI. American Concrete Institute. ASOCRETO. Asociación Colombiana de Productores de Concreto. ASTM. American Society for Testing and Materials. CIP. Colegio de Ingenieros del Perú. CPO. Concreto Patrón Diseño. FV. Fibra de Vidrio. GRC. Glass reinforced concrete. INEI. Instituto Nacional de Estadística e Informática. ITINTEC. Instituto de Investigación Tecnológica Industrial y de Normas Técnicas. NTP. Normas Técnicas Peruanas. PH. Potencial de Hidrogeno. PR. Probeta de Referencia. RHA. Rice Husk Ash. SCH. Silicatos de Calcio Hidradatos. SI. Sistema Internacional. UPV. Velocidad de Pulso Ultrasónico. IX.

(10) ÍNDICE DEDICATORIA I …………………………………………………………………..…....II DEDICATORIA II ………………………………………………………………....…....III AGRADECIMIENTOS………………………………………………………...……..…IV PRESENTACIÓN……………………………………………………………………..….V RESUMEN…………………………………………………………………………..…..VI ABSTRACT…………………………………………………………………………….VII REFERENCIAS DE SIGLAS Y ABREVIATURAS………………………………..….IX ÍNDICE DE FIGURAS……………………………………………………………....…XV ÍNDICE DE CUADROS……………………………………………………….…..…XVII ÍNDICE DE GRÁFICOS…………………………………………………………....…XIX ÍNDICE DE ECUACIONES………………………………………………………....…XX ÍNDICE DE ANEXOS…….………………………………………………………..…XXI. CAPÍTULO I MARCO METODOLÓGICO ................................................................. 1 1.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1. 1.2. ANTECEDENTES ............................................................................................... 3. 1.3. PROBLEMÁTICA ............................................................................................. 10. 1.4. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 11. 1.5. OBJETIVOS ....................................................................................................... 11. 1.5.1. GENERAL................................................................................................... 11. 1.5.2. ESPECÍFICOS............................................................................................. 12. 1.6. HIPÓTESIS......................................................................................................... 12. X.

(11) 1.7. ESPECIFICACIÓN DE LAS VARIABLES ...................................................... 12. 1.8. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN ..................................................................... 13. 1.9. ALCANCE .......................................................................................................... 13. CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO.............................................................................. 14 2.1.. CONCRETO ....................................................................................................... 14. 2.1.1.. DEFINICIÓN .............................................................................................. 14. 2.1.2.. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES ................................................. 14. 2.1.3. COMPONENTES ........................................................................................ 28. 2.2.. LA FIBRA DE VIDRIO ..................................................................................... 41. 2.2.1.. DEFINICIÓN .............................................................................................. 41. 2.2.2.. PROPIEDADES .......................................................................................... 42. 2.2.3.. TIPOS Y CLASES ...................................................................................... 43. 2.3.. MATERIALES COMPUESTOS ........................................................................ 47. 2.3.1. 2.4.. MATERIALES COMPUESTOS REFORZADOS CON FIBRAS ............. 48. CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS...................................................... 51. 2.4.1. DEFINICION………………………………………………………………….51 2.4.2.. INFLUENCIA DE LA ORIENTACIÓN Y DE LA CONCENTRACIÓN. DE LA FIBRA ........................................................................................................... 51 2.4.3.. INFLUENCIA DE LA LONGITUD DE LA FIBRA ................................. 53. 2.4.4.. FIBRAS PARA REFUERZO DEL CONCRETO....................................... 56. 2.5.. LA FIBRA DE VIDRIO COMO REFUERZO DEL HORMIGÓN ................... 59. XI.

(12) 2.5.1.. VENTAJAS DE LAS FIBRAS DE VIDRIO TIPO E EN EL HORMIGÓN 59. 2.5.2. 2.6.. PRINCIPALES APLICACIONES DEL GRC ............................................ 59. LAS FIBRAS Y LA FISURACIÓN PLÁSTICA DEL HORMIGÓN ............... 60. 2.6.1.. LA RETRACCIÓN DEL CONCRETO ...................................................... 60. 2.6.2.. FISURAS POR CONTRACCIÓN PLÁSTICA .......................................... 61. 2.6.3.. LAS FIBRAS CONTRA LA APARICIÓN DE FISURAS ........................ 62. 2.7.. FORMAS DE TRANSMISIÓN DEL CALOR .................................................. 63. 2.8.. COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO EXPUESTO AL FUEGO ............. 64. 2.8.1.. EFECTOS DE LAS ALTAS TEMPERATURAS EN EL CONCRETO.... 65. 2.8.2.. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS PARA EVALUAR EL. COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO ............................................................... 67 2.9.. CONCRETO REFORZADO CON FIBRA DE VIDRIO A ALTAS. TEMPERATURAS ........................................................................................................ 70 2.9.1. 2.10.. PROPIEDADES TÉRMICAS DE LA FIBRA DE VIDRIO E ................... 70 DEGRADACIÓN POR MEDIO DE NAOH .................................................. 71. CAPÍTULO III FRAGUADO Y DESHIDRATACION DEL CONCRETO ............ 74 3.1.. TIEMPO DE FRAGUA ...................................................................................... 74. 3.2.. INFLUENCIA DEL AGUA DURANTE EL FRAGUADO .............................. 74. 3.3.. RESISTENCIA MÁXIMA DEL CONCRETO EN RELACION A LA. FRAGUA ....................................................................................................................... 76. XII.

(13) CAPÍTULO IV METODOLOGÍA EXPERIMENTAL: ............................................. 82 4.1.. MATERIALES Y EQUIPOS EMPLEADOS PARA PROBETAS DE. COMPRESIÓN Y FLEXIÓN ........................................................................................ 82 4.1.1.. MATERIALES ............................................................................................ 82. 4.1.2.. EQUIPOS .................................................................................................... 86. 4.2.. DISEÑO DE MEZCLAS .................................................................................... 87. 4.2.1.. DOSIFICACIÓN DE FIBRA DE VIDRIO TIPO E PARA EL ENSAYO. DE COMPRESIÓN .................................................................................................... 93 4.2.2.. DOSIFICACIÓN DE FIBRA DE VIDRIO PARA EL ENSAYO DE. FLEXIÓN ................................................................................................................... 94 4.3.. PROBETAS PARA EL ENSAYO DE COMPRESIÓN .................................... 95. 4.3.1.. PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL QUEMADO DE PROBETAS. Y ENSAYO DE COMPRESIÓN ............................................................................... 95 4.3.2.. ELABORACIÓN CUANTITATIVA DE PROBETAS DE REFERENCIA 96. 4.3.3.. ELABORACIÓN CUANTITATIVA DE PROBETAS SOMETIDAS A. DIFERENTES TEMPERATURAS Y TIEMPO ....................................................... 97 4.4.. PROBETAS PARA EL ENSAYO DE FLEXIÓN ............................................. 99. 4.4.1.. PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL ENSAYO DE FLEXIÓN..... 99. 4.4.2.. CANTIDAD DE PROBETAS................................................................... 100. CAPÍTULO V ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS ....... 101 5.1.. RESULTADOS DEL ENSAYO DE COMPRESIÓN ..................................... 101. XIII.

(14) 5.1.1.. PROBETAS PATRÓN .............................................................................. 101. 5.1.2.. EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO REFORZADO. CON FIBRA DE VIDRIO RESPECTO AL TIEMPO DE FRAGUA .................... 101 5.1.3.. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Y TIEMPO EN LOS. DIFERENTES PORCENTAJES DE FIBRA DE VIDRIO EN EL CONCRETO .. 103 5.1.4.. COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO REFORZADO CON FIBRA. DE VIDRIO CON TEMPERATURA Y SIN TEMPERATURA ............................ 106 5.2.. RESULTADOS DEL ENSAYO DE FLEXIÓN .............................................. 107. 5.2.1.. INFLUENCIA DEL PORCENTAJE DE LA FIBRA DE VIDRIO EN LA. RESISTENCIA DE VIGAS ..................................................................................... 107 5.3.. CUADRO RESUMEN DEL ENSAYO DE COMPRESIÓN .......................... 108. CAPÍTULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: ............................. 113 6.1.. CONCLUSIONES ............................................................................................ 113. 6.2.. RECOMENDACIONES ................................................................................... 114. CAPÍTULO VII BIBLIOGRAFÍA: ............................................................................. 115 CAPÍTULO VIII ANEXOS:......................................................................................... 120. XIV.

(15) ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: Las estructuras de los niveles superiores quedaron incompletas……………. 2 Figura 2: Techo de la galería Nicolini ……………………………………………….... 2 Figura 3: Muestra de concreto para ensayo a compresión………………………....…..17 Figura 4: Representación esquemática de los procedimientos usuales para determinar la resistencia a tensión del concreto………………………………………………………..19 Figura 5: Variación comparativa de las resistencias a compresión y a tensión del concreto, al cambiar su relación agua/cemento……………………………………………………21 Figura 6: Esquema de ensayo a la flexión del concreto, método de la viga simple cargada en el punto central. ………………………………………………………………………23 Figura 7: Cono de Abram……………………………………………….....……………27 Figura 8: Fibra de Vidrio……………………………………………….....…………..…41 Figura 9: Clases de vidrio según su forma……………………………..……………...…47 Figura 10: Clasificación de los Materiales Compuestos ……………………………..…48 Figura 11: Representación de los materiales compuestos………………..……..……….49 Figura 12: Alineación de las fibras. ………………………………….……………….…52 Figura 13: Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de tracción. …………………………………………………………………….54 Figura 14: Perfiles de tensión según longitud critica de la fibra. ……………………..…55 Figura 15: Esquema de los efectos térmicos sobre el hormigón………………..……….66 Figura 16: Molde Cilíndrico De 10 x 20 Cm…………………………….……..……….85 Figura 17: Procedimiento de elaboración del diseño de mezclas………………..……….88. XV.

(16) Figura 18: Procedimiento para realizar el ensayo de quemado y compresión…………...95 Figura 19: Procedimiento para realizar el ensayo de flexión……………………….…...99. XVI.

(17) ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 1: Consistencia de los concretos frescos…………………………….…………27 Cuadro 2: Compuestos químicos del cemento………………………………….……..…31 Cuadro 3: Porcentaje de agregado pasante en diferentes números de tamices………….36 Cuadro 4: Requisitos del agua de mezcla………………………………...…….……..…39 Cuadro 5: Tipos de Fibras para refuerzo del concreto …………………………….……57 Cuadro 6: Requisitos de calificación de arena………………………………….……..…72 Cuadro 7: Dosificación de material para resistencia al álcali………………………..….73 Cuadro 8: Cemento empleado en la investigación…………………………….……..….82 Cuadro 9: Agregado grueso empleado en la investigación…………………………..….83 Cuadro 10: Agregado fino empleado en la investigación…………………………..…...83 Cuadro 11: Fibra de vidrio empleado en la investigación……………………………….84 Cuadro 12: Aditivo Euco 37 empleado………………………………………………….85 Cuadro 13: Dosificaciones para el ensayo de compresión……………………………….93 Cuadro 14: Dosificaciones para el ensayo de flexión……………………...…………….94 Cuadro 15: Probetas a ensayar a los 28 días……………………………....…………….96 Cuadro 16: Probetas de referencia a ensayar a los 40 días……………………………….96 Cuadro 17: Probetas con 0% de FV a ensayar a los 40 días sometidas a temperatura…….97 Cuadro 18: Probetas con 0.05% de FV a ensayar a los 40 días sometidas a temperatura…97 Cuadro 19: Probetas con 0.5% de FV a ensayar a los 40 días sometidas a temperatura….98 XVII.

(18) Cuadro 20: Probetas con 0.8% de FV a ensayar a los 40 días sometidas a temperatura….98 Cuadro 21: Probetas de flexión a ensayar a los 28 días……………………..………….100 Cuadro 22: Resistencia a la compresión de las probetas patrón……………………….101 Cuadro 23: Resistencia a la compresión del concreto reforzado con fibra de vidrio a 28 y 40 días de fragua………………………………………………………………..……….101 Cuadro 24: Resistencia a la compresión del concreto reforzado a 250 ° C a 30 y 60 min...................................................................................................................................103 Cuadro 25: Resistencia a la compresión del concreto reforzado a 450 ° C a 30 y 60 min...................................................................................................................................104 Cuadro 26: Resistencia a la compresión del concreto reforzado a 650 ° C a 30 y 60 min...................................................................................................................................105 Cuadro 27: Resistencia a la compresión del concreto reforzado sin temperatura y con 650 ° C a 60 min de exposición................................................................................................106 Cuadro 28: Resistencia a la flexión del concreto reforzado……………………………107 Cuadro 29: Cuadro comparativo de la resistencia a la compresión del concreto reforzado con 0%, 0.05%, 0.5% y 0.8% de FV................................................................................108 Cuadro 30: Cuadro comparativo de probetas expuestas a 250°C y 60 Min……………111 Cuadro 31: Cuadro comparativo de probetas expuestas a 450°C y 60 Min……………112 Cuadro 32: Cuadro comparativo de probetas expuestas a 650°C y 60 Min……………112. XVIII.

(19) ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 1: Comparación de 28 y 40 días de fragua del concreto a diferentes porcentajes de fibra …………………………………………………...………………………………..102 Gráfico 2: Comparación de los diferentes porcentajes de FV en concreto expuesto a 250 ° C a 30 y 60 min………………………………………………………………………….103 Gráfico 3: Comparación de los diferentes porcentajes de FV en concreto expuesto a 450 ° C a 30 y 60 min………………………………………………………………………….104 Gráfico 4: Comparación de los diferentes porcentajes de FV en concreto expuesto a 650 °C a 30 y 60 min……………………………………………………………………...….105 Gráfico 5: Comparación del concreto reforzado sin temperatura y con 650 ° C a 60 min de exposición …………………………………………………………………………...….106 Gráfico 6: Comparación de los diferentes porcentajes de fibra de vidrio en el concreto en la resistencia a la flexión del concreto…………………..……………………………….107 Gráfico 7: Comparación de resistencia a compresión de los tres porcentajes de fibra de vidrio con temperatura y sin temperatura………………………………………………..109 Gráfico 8: Resistencia a la compresión del concreto reforzado a 30 y 60 min de exposición al calor ………………………………………………………………………….…...….110. XIX.

(20) ÍNDICE DE ECUACIONES. EC.1 Cálculo de la Resistencia a Compresión…………………………………….....16 EC.2 Resistencia a la Tracción Indirecta………………………………………….....21 EC.3 Cálculo de la Resistencia a la Flexión……………………………………….....23 EC.4. Cálculo del Módulo Elástico de Fibra Discontinua Orientada al Azar………...52 EC.5. Cálculo de la Longitud de Fibra Crítica……………………………………....54. XX.

(21) ÍNDICE DE ANEXOS ANEXO 01: Ficha Técnica Del Cemento Yura Tipo IP ANEXO 02: Ficha Técnica De Fibra De Vidrio Tipo E Roving ANEXO 03: Ficha Técnica Del Aditivo Euco 37 Superplastificante ANEXO 04: Diseño de Mezclas ANEXO 05: Resultados del Ensayo de Compresión y flexión. XXI.

(22) CAPÍTULO I MARCO METODOLÓGICO. 1.1.. INTRODUCCIÓN. Los incendios en edificaciones son eventos que amenazan la seguridad tanto de las personas que se encuentran en ellas como a la misma estructura. Sin embargo, el riesgo de que ocurra un incendio siempre estará latente y sumado a las grandes construcciones en donde se alberga mayor cantidad de personas en centros comerciales y oficinas, este riesgo es aún mayor. Cuando ocurre un incendio, este tiene un poder muy destructivo cuyo impacto puede ser catastrófico para el edificio, a las personas que están en el e inclusive a los vecinos de la misma. Las temperaturas máximas promedio, que se alcanzan en un incendio varían de 1250 ◦C a 1300 ◦C, con un tiempo para alcanzar tales temperaturas relativamente exponencial, es decir antes de los 60 minutos se llega a los 800 ◦C, destacándose que a los 30 minutos se alcanza un fuego totalmente desarrollado y llamas en combustión viva, lo cual facilita la propagación del mismo. Sin embargo, el aumento de la temperatura en los elementos de hormigón causa la reducción de su resistencia característica y también la de su módulo de elasticidad. [1]. Actualmente en el Perú se ha visto continuamente una prolongación de incendios que causan una gran magnitud de daños materiales como no materiales, a pesar de las características positivas del hormigón en casos de incendio, existen varios ejemplos de colapso estructural debido a daños progresivos. 1.

(23) Un ejemplo representativo de riesgo de colapso estructural en el Perú es del incendio de las galerías NICOLINI en lima que hoy en día el edificio continua en ruinas, con el riesgo que eso trae para la seguridad de los transeúntes, los pacientes del ramón castilla y los dueños de las tiendas colindantes. a pesar que desde el 2017 los profesionales del colegio de ingenieros del Perú (CIP) elaboraron un informe preliminar que recomendó la demolición de la edificación.. Figura 1: Las estructuras de los niveles superiores quedaron incompletas. Fuente: Perú 21. Figura 2: techo de la galería nicolini -. Las losas del techo cedieron debido al alta temperatura del fuego. Fuente: Perú 21 2.

(24) Según el estudio, existen “zonas de muy alto riesgo”, donde las losas han colapsado por la exposición a las altas temperaturas. El área total que ocupa el edificio Nicolini es de 15,000 metros cuadrados, de los cuales 4,000 fueron afectados por el incendio. -. Las estructuras del inmueble soportaron una temperatura máxima de 800 grados. centígrados. -. Las altas temperaturas originan que las construcciones pierdan ductilidad; es decir,. que reduzca la capacidad de soportar movimientos sísmicos sin que se rompan las estructuras. [2] De ello nace la importancia de investigar cómo afecta las elevadas temperaturas en el concreto que producen una pérdida de propiedades mecánicas del concreto que hay casos donde lo llevara al colapso por eso se llegó a una solución de poder reforzar al concreto con la fibra de vidrio ya que esta soporta altas temperaturas. Esperamos que este trabajo permita dar a conocer esta técnica y así mismo expandir su utilización, por ello se estudiara la influencia del porcentaje de fibra de vidrio en las propiedades mecánicas del concreto sometido a elevadas temperaturas.. 1.2.. ANTECEDENTES. “EFFECT OF GLASS WOOL FIBRES ON MECHANICAL PROPERTIES OF CONCRETE”, AÑO 2013(AUTOR: R. GOWRI, M. ANGELINE MARY) En el presente estudio, la fibra de vidrio se agrega al concreto para aumentar la resistencia en comparación con el hormigón convencional a menor costo. Los parámetros de resistencia del concreto tales como la resistencia a la compresión y la resistencia a la tracción fueron estudiados variando el porcentaje de fibra. [3]. 3.

(25) “PERMEABILITY OF HIGH-PERFORMANCE CONCRETE SUBJECTED TO ELEVATED TEMPERATURE (600°C)” AÑO 2008 (AUTOR: ALBERT N. NOUMOWE, RAFAT SIDDIQUE, G. DEBICKI) La permeabilidad es uno de los parámetros más importantes para cuantificar la durabilidad del concreto de alto rendimiento. La permeabilidad está estrechamente relacionada con el fenómeno de desprendimiento en hormigón a temperatura elevada. Este parámetro se mide comúnmente en muestras no dañadas térmicamente. Este artículo presenta los resultados de una investigación experimental realizada para estudiar el efecto de la temperatura elevada en la permeabilidad del concreto de alto rendimiento. Para este propósito, se prepararon tres tipos de mezclas de concreto: (i) control de concreto de alto rendimiento; (ii) hormigón de alto rendimiento que incorpora fibras de polipropileno; y (iii) concreto de alto rendimiento hecho con agregados livianos. Se aplicó un ciclo de calentamiento-enfriamiento en muestras cilíndricas de 160 X 320 mm, 110 X 220 mm y 150 X 300 mm. La temperatura máxima de prueba se mantuvo como 200 o 600 ° C. Después del tratamiento térmico, se cortaron rodajas de 65 mm de espesor de cada cilindro y se secaron antes de someterlas a una prueba de permeabilidad. Aquí también se presentan los resultados de gradientes térmicos en las muestras de concreto durante los ciclos de calentamiento-enfriamiento, resistencia a la compresión y resistencia a la rotura por tracción de las mezclas de concreto. Se presenta una relación entre los indicadores de daños térmicos y la permeabilidad. [4] “LA EVALUACIÓN DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN RESIDUAL DEL. HORMIGÓN. A. TEMPERATURAS. ELEVADAS. UTILIZANDO. VELOCIDAD DE PULSO ULTRASÓNICO” AÑO 2008 (AUTOR: HSUANCHIH YANG, YICHING LIN, CHIAMEN HSIAO, JIAN-USTED LIU) En este trabajo, la velocidad de pulso ultrasónico (UPV) se utiliza para evaluar cuantitativamente la resistencia a la compresión residual del hormigón sometido a temperaturas elevadas. Se 4.

(26) realizaron una serie de pruebas para examinar la relación entre la UPV residual y la fuerza de hormigón con diferentes proporciones de la mezcla a temperaturas elevadas. especímenes cilíndricos estaban hechas de hormigón con relaciones agua-cemento de 0,58 y 0,68, y se calentó en un horno eléctrico a temperaturas de entre los 400 y 600 °C. Después de exponer a la temperatura elevada, las probetas de hormigón se enfriaron en el aire ambiente y probado en diferentes días. Para cada prueba, se midieron la velocidad de pulso y resistencia a la compresión. Los resultados experimentales muestran que el cambio en proporción mezcla de hormigón no tiene un efecto significativo en la resistencia residual y proporciones UPV de hormigón sometidas a temperaturas elevadas. Este hallazgo importante mejora considerablemente la viabilidad del uso de la UPV para la evaluación cuantitativa de la resistencia residual de estructuras de hormigón fuego-dañados. La relación entre la relación de resistencia residual y la relación UPV residual se desarrolló y se propuso una ecuación general para la predicción de la resistencia residual. [5]. “EFECTO DEL FUEGO SOBRE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE UN ELEMENTO DE CONCRETO DE RESISTENCIA DE DISEÑO DE 210 KG/CM2 “AÑO 2010 (AUTOR: N. HERNÁNDEZ) Se trata de determinar el efecto sobre la resistencia a compresión de un elemento de concreto de resistencia de diseño de 210 kg/cm2 luego de ser expuesto durante un tiempo determinado a fuego, y obtener criterios para enfrentar el diseño de las estructuras de concreto armado, para que brinden una resistencia al fuego adecuada que permita evacuar a las personas, protegerlas del incendio antes de su colapso si llegase el caso. Para lograr este objetivo se planteó un experimento de laboratorio en el cual se diseñó la mezcla, se preparó el concreto, se llenaron los moldes, se obtuvieron las probetas, se le aplico un curado adecuado, dividiéndolas en dos grupos, el primer grupo sin exposición al fuego y un segundo grupo 5.

(27) se le aplico un ensayo de exposición al fuego. El concreto sufre diversas alteraciones en sus propiedades y características cuando es sometido a la acción del fuego: disminución de la resistencia a compresión, cambios de color, agrietamientos. [6]. “EVALUACIÓN DE LA RESISTENCIA MECÁNICA DEL CONCRETO SOMETIDO A ALTAS TEMPERATURAS POR INCIDENCIA DEL FUEGO DIRECTO”, AÑO 2017(AUTOR: MARK HUINCHO SALVATIERRA) La presente investigación estudia el efecto de la incidencia del fuego directo en un concreto convencional; usando cemento Portland tipo I, relaciones agua-cemento de 0.60, 0.65 y 0.70 y cantidades de agua que garanticen la óptima trabajabilidad. Para evaluar y medir la temperatura se ha usado por primera vez un termómetro Infrarrojo Digital que registra la temperatura con buena precisión y en tiempo real prácticamente de cualquier superficie. Para aislar el calor y garantizar la homogeneidad de la temperatura en el proceso de quemado de las muestras se ha diseñado y construido, especialmente para este estudio, un horno de forma cilíndrica con capacidad por tanda de ensayo de hasta 15 muestras de 4” x 8” o 6 muestras de 6”x12” de tamaño. Se ha desarrollado un concreto Patrón (CPO) para las tres relaciones agua-cemento y se han comparado sus propiedades con muestras sometidas al fuego directo en tiempos de exposición de 1, 2 y 3 horas para las tres relaciones a/c. [7]. “ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO EN LA CIUDAD DE AREQUIPA, UTILIZANDO FIBRAS NATURALES Y SINTÉTICAS,. APLICADO. PARA. EL. CONTROL. DE. FISURAS. POR. RETRACCIÓN PLÁSTICA”, AÑO 2017 (AUTOR: Sergio Renato Herrera Lazarte, Melvin Eusebio Polo Roca) El presente estudio nace de la necesidad de apostar por el uso 6.

(28) del concreto reforzado con fibras para la mejora de su comportamiento, principalmente en pavimentos y losas, donde la relación área/volumen es alta y se requiere de mecanismos de control de fisuras superficiales producidas por la retracción plástica, así como también evaluar su comportamiento frente a ensayos de resistencias a la compresión, tracción, flexión, impacto y/o desgaste del concreto. se puede apostar por el uso de fibras naturales, considerando que por nuestra geografía poseemos gran variedad de materia prima para su extracción (yute, maguey, caña de azúcar, madera, ichu, etc.), aprovechando que son recursos renovables, menos costosos y que requieren menor energía. [8]. “ESTUDIO. DEL. CONCRETO. CON. ADITIVO. REDUCTOR. DE. CONTRACCIÓN, UTILIZANDO CEMENTO PORTLAND TIPO 1”, AÑO 2010 (AUTOR: PAMELA MARULA RODRÍGUEZ DÁVILA) El concreto siempre está afectado por el fenómeno de la contracción, por ende presenta problemas de fisuración que es perjudicial para las estructuras. En la presente tesis se estudia este problema y se realiza el análisis del concreto con un aditivo que ayudará a minimizar la contracción en el concreto. En primer lugar se analizó a los agregados obteniendo las propiedades físicas; segundo, se realizó el diseño de mezcla para el concreto patrón y para las tres dosificaciones de aditivo que fueron de 1%,2.5% y 4% con respecto al peso del cemento; tercero, se realizaron los ensayos para la obtención de las propiedades en concreto fresco y endurecido, resaltando de este los ensayos de contracción. [9]. “MECHANICAL BEHAVIOR OF A FLUID CONCRETE ADDED WITH RICE HUSK ASH (RHA) AND REINFORCED WITH STEEL FIBERS”, AÑO 2013 (AUTOR: ROBAYO, R. ;MATTEY, P. ; DELVASTO, S.) El estudio del comportamiento mecánico de los concretos fibroreforzados es un tema clave para optimizar. 7.

(29) y potenciar el uso de este material en la industria de la construcción. En este trabajo, se realiza un estudio experimental sobre la influencia que tiene la incorporación de volúmenes bajos de fibras de acero (Vf: 0,3%, 0,5%, y 0,7%) en las propiedades mecánicas de un concreto. Las características del concreto adicionado y reforzado con fibras de acero sugieren la posibilidad de su utilización para pavimentación de vías y abren nuevas posibilidades para otros campos de aplicación de este material en el sector de la construcción. [10]. “PÉRDIDA DE LA RESISTENCIA MECÁNICA DEL HORMIGÓN PARAGUAYO DEBIDO A LA ACCIÓN DEL FUEGO”, (AUTOR: JOSÉ TOMÁS RIERA, CHRISTIAN DINGELDEIN, SILVIO QUIÑÓNEZ). Nuestro objetivo fue evaluar las alteraciones macro-estructurales y de resistencia a la compresión del hormigón realizado con materiales paraguayos luego de ser sometido a elevadas temperaturas. Para el efecto fabricamos 504 probetas de hormigón con dosificaciones distintas, variando el tamaño máximo de agregado y las relaciones agua/cemento. Las quemamos en un horno para materiales cerámicos en el cual pudimos controlar la temperatura máxima alcanzada y la tasa de aumento de temperatura. Por último, las separamos en distintos grupos para poder evaluar la recuperación de resistencia y masa a lo largo del tiempo, es por esto que pesamos las probetas y realizamos ensayos de compresión al día siguiente, a los 28 días y a los 56 días, contados a partir de la quema de las probetas. Los resultados obtenidos reflejaron que el hormigón fabricado con materiales paraguayos tiene un comportamiento similar al experimentado en otros países. [11]. 8.

(30) “INFLUENCIA TEMPERATURAS. DEL. EN. EL. TIEMPO. DE. EXPOSICIÓN. COMPORTAMIENTO. EN. A. ALTAS. FRACTURA. DE. HORMIGONES AUTOCOMPACTANTES REFORZADOS CON FIBRAS”, AÑO 2017 (AUTOR: H. CIFUENTES1, J.D. RIOS1, C. LEIVA2, F. MEDINA) En el presente trabajo se analiza la influencia del tiempo de exposición a altas temperaturas sobre el comportamiento mecánico, en especial en fractura, de hormigones autocompactantes de alta resistencia con y sin refuerzo de fibras de polipropileno. Para ello, se han realizado ensayos normalizados de caracterización de los distintos hormigones y ensayos a flexión en tres puntos para las distintas temperaturas y tiempos de exposición. Las propiedades se han determinado en caliente, no tratándose de propiedades residuales. Los resultados muestran una influencia del tiempo de exposición, así como del refuerzo con fibras, mitigando en este caso los efectos nocivos que las altas temperaturas puedan generar sobre la matriz del hormigón. [12]. “ESTUDIO. DEL. COMPORTAMIENTO. DEL. CONCRETO. ESTRUCTURAL EXPUESTO AL FUEGO”, AÑO 2016, (AUTOR: GIOVANNI ALVARADO AGUIRRE) El presente trabajo investiga el efecto sobre la resistencia a flexión de un elemento de concreto expuesto al fuego con una resistencia de diseño f 'c= 210 Kg/cm² y acero de refuerzo con un esfuerzo de fluencia fy= 4200 Kg/cm², para lo cual se realizó un diseño, elaboración y curado de especímenes en laboratorio. Las probetas elaboradas se clasificaron en dos tipos: las no expuestas al fuego y las segundas tras haber sido expuestas al fuego a intervalos crecientes de 30 minutos con temperaturas promedio de (750ªC-1050ªC), las mismos que atravesaron un proceso de enfriamiento al ambiente de 24 horas previo al ensayo de flexión con cargas a tercios de la luz. De los ensayos realizados se determinó que la resistencia a flexión de cada uno de los elementos disminuye en función. 9.

(31) a la temperatura y tiempo de exposición alcanzados, cada espécimen presentó diferentes tipos de patologías tales como: fisuras, agrietamientos y cambios de color. [13]. 1.3.. PROBLEMÁTICA Actualmente, en el Perú se registró un aumento de 7.92% en el sector construcción,. debido a un aumento registrado en el consumo interno de cemento en 4.32%, igualmente creció el avance físico de obras en 29.83%, siendo Arequipa la segunda ciudad con mayor demanda en el sector construcción según últimos registros del ministerio de vivienda, construcción y saneamiento por medio del INEI. Por ello se ha incrementado el interés por estudiar el comportamiento del concreto cuando está sometido a esfuerzos axiales, ya que el concreto estará sometido a esfuerzos de compresión y forma parte de un sistema estructural, debido a la presencia de cargas, y así lograr una mayor resistencia a los esfuerzos de compresión para nuevos elementos en concreto como vigas, columnas. Sumado a esto se ve que si ocurriera un incendio se generarían grandes pérdidas materiales y no materiales, ya que las estructuras de concreto no resistirían en su totalidad el calor producto del incendio que son cada vez más frecuentes y ocasionan graves daños a la población, infraestructura y el medio ambiente. Estos desastres son catalogados como tecnológicos y se definen como aquellos que son productos de la intención, negligencia, error humano, fallas o defectos de las aplicaciones tecnológicas. Entre los más comunes se pueden citar los incendios urbanos, derrames químicos, fugas de tuberías, explosiones, atentados y accidentes. En Perú a partir del año 2015 se incrementó el número de emergencias por fenómenos naturales 18,8%, por fenómenos tecnológicos 2,8% y el total en 14,6%. Las principales causas fueron en el primer caso, lluvia intensa (1 mil 115), bajas temperaturas (911) y vientos fuertes (480); en el segundo caso, los incendios urbanos e industriales (846). [14]. 10.

(32) Es por eso que, mediante esta necesidad de lograr una mayor resistencia a la compresión de elementos en concreto y mantener sus propiedades mecánicas sometidas a altas temperaturas, se estudiará experimentalmente el comportamiento del concreto reforzado con fibra de vidrio sometidas a altas temperaturas por medio de ensayos, es por ello que se busca con este trabajo de investigación, encontrar con la fibra de vidrio la mejora de las propiedades mecánicas del concreto cuando esté sometido a esfuerzos y temperatura. Entonces nuestro problema es ¿Cuál es el porcentaje más adecuado con el que la fibra de vidrio pueda brindar un mejor comportamiento en el concreto sometido a elevadas temperaturas? 1.4.. JUSTIFICACIÓN Por las buenas propiedades térmicas que presenta la fibra de vidrio tipo E se realiza. este estudio incluyendo como se comportaría el concreto reforzado con la fibra de vidrio a elevadas temperaturas, y al no contar con información específica sobre el uso de fibra de vidrio en la localidad, por ese motivo se analizara el comportamiento, beneficios y/o deficiencias de la mezcla del concreto con fibra de vidrio utilizando materiales locales exponiéndolos a elevadas temperaturas ya que en nuestro país se han registrado muchas pérdidas materiales cuando el concreto se ve sometido a grandes cantidades de calor en incendios. 1.5.. OBJETIVOS. 1.5.1. GENERAL . Evaluar la influencia de distintas dosificaciones de fibras de vidrio tipo E en el comportamiento mecánico del concreto sometido a elevadas temperaturas para así mejorar sus propiedades mecánicas.. 11.

(33) 1.5.2. ESPECÍFICOS . Comparar las propiedades del concreto convencional y concreto reforzado con fibra de vidrio tipo E en porcentajes de 0.05%, 0.5% y 0.8% en condiciones normales y ante la exposición a fuego.. . Determinar la resistencia a la compresión del concreto con diversas dosificaciónes de fibra de vidrio sometido a 250°C, 450°C y 650°C por un tiempo de exposición de 30 min y 60 min para así obtener el porcentaje más adecuado que brinde un mejor comportamiento en el concreto sometido a altas temperaturas.. . Determinar el efecto de la fibra de vidrio en la resistencia a la flexión del concreto reforzado con fibra de vidrio tipo E en porcentajes de 0.05%, 0.5% y 0.8%.. 1.6.. HIPÓTESIS Se obtendrá mediante la incorporación de fibras de vidrio una mejora significativa. de las propiedades mecánicas del concreto sometido a altas temperaturas. La combinación de cemento Portland y la fibra de vidrio dan lugar a un material compuesto que va a poseer muy buenas propiedades para la construcción de edificaciones, ya que combina la resistencia que otorga el cemento Portland y la durabilidad que proporciona la fibra de vidrio, siendo así una alternativa moderna para la edificación de estructuras. 1.7.. ESPECIFICACIÓN DE LAS VARIABLES. Variables Independientes . Relación agua - cemento. . Porcentaje de fibra. . Temperatura. . Tiempo. 12.

(34) Variable Dependiente . Dosificación óptima de la fibra. . Resistencia de compresión y flexión. 1.8.. MÉTODO DE INVESTIGACIÓN Investigación Cuantitativa: No posee un diseño experimental porque no vamos a. evaluar cual variable es más significativa que la otra como el tiempo y temperatura, el enfoque es establecer que %FV es la indicada para el concreto sometido a temperatura y tiempo ya establecidos las cuales son variables atributivas y propias del proceso. 1.9.. ALCANCE El presente estudio busca mejorar las propiedades del concreto a altas temperaturas. reforzado con fibra de vidrio tipo E. como solución de obtener resultados experimentales que nos permitan comprobar si la fibra de vidrio tipo E mejora sus propiedades mecánicas del concreto expuesto a altas temperaturas.. 13.

(35) CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1. CONCRETO 2.1.1. DEFINICIÓN El concreto es una mezcla de cemento Portland, agregado fino, agregado grueso, aire y agua en proporciones adecuadas para obtener ciertas propiedades prefijadas, especialmente la resistencia. CONCRETO = CEMENTO PORTLAND + AGREGADOS + AIRE + AGUA El cemento y el agua reaccionan químicamente uniendo las partículas de los agregados, constituyendo un material heterogéneo. Algunas veces se añaden ciertas sustancias llamadas aditivos, que mejoran o modifican algunas propiedades del concreto. La mezcla intima de los componentes del concreto convencional produce una masa plástica que puede ser moldeada y compactada con relativa facilidad; pero gradualmente pierde esta característica hasta que al cabo de algunas horas se torna rígida y comienza a adquirir el aspecto, comportamiento y propiedades de un cuerpo sólido, para convertirse finalmente en el material mecánicamente resistente que es el concreto.. 2.1.2. CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES 2.1.2.1. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS La principal característica estructural del concreto es resistir muy bien los esfuerzos de compresión. Sin embargo, tanto su resistencia a tracción como al esfuerzo cortante son relativamente bajas, por lo cual se debe utilizar en situaciones donde las solicitaciones por tracción o cortante sean muy bajas. Para determinar la resistencia se preparan ensayos mecánicos (ensayos de rotura) sobre probetas de concreto.. 14.

(36) Los aditivos permiten obtener concreto de alta resistencia; la inclusión de monómeros y adiciones para concreto aportan múltiples mejoras en las propiedades del concreto. El concreto un material idóneo para ser utilizado en construcción, por ser resistente, durable, incombustible, casi impermeable, y requerir escaso mantenimiento. Como puede ser moldeado fácilmente en amplia variedad de formas y adquirir variadas texturas y colores, se utiliza en multitud de aplicaciones. Características físicas del concreto Las principales características físicas del concreto, en valores aproximados, son: . Densidad: en torno a 2350 kg/m³. . Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm² (15 a 50 MPa) para el concreto ordinario. Existen hormigones especiales de alta resistencia que alcanzan hasta 2000 kg/cm² (200 MPa).. . Resistencia a tracción: proporcionalmente baja, es del orden de un décimo de la resistencia a compresión y, generalmente, poco significativa en el cálculo global.. . Tiempo de fraguado: dos horas, aproximadamente, variando en función de la temperatura y la humedad del ambiente exterior.. . Tiempo de endurecimiento: progresivo, dependiendo de la temperatura, humedad y otros parámetros. De 24 a 48 horas, adquiere la mitad de la resistencia máxima; en una semana 3/4 partes, y en 4 semanas prácticamente la resistencia total de cálculo. [15]. 15.

(37) 2.1.2.2. PROPIEDADES DEL CONCRETO ENDURECIDO A.. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN: Las mezclas del concreto(hormigón)se pueden diseñar de tal manera que tengan. una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad que cumplas con los requerimientos de diseño de la estructura. La resistencia a la compresión del concreto es la medida más común de desempeño que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras.se mide fracturando probetas cilíndricas de concreto en una máquina de ensayos de compresión y se calcula a partir de la carga de ruptura dividida por el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en unidades de libra-fuerza por pulgada cuadrada(psi) en unidades corrientes utilizadas en EEUU o en megapascales (MPa) en unidades SI.. 𝐏. 𝐂=𝐀. (EC .1). C = Resistencia a la compresión (kgf/cm2) P = Carga máxima de la rotura (kgf) A = Área de la sección transversal (cm2) Los requerimientos para la resistencia a la compresión pueden variar desde 2500 psi (17 MPa) para concreto residencial hasta 4000 psi (28 MPa) y más para estructuras comerciales. para determinadas aplicaciones se especifican resistencias superiores hasta de 10000 psi (70 MPa) y más. En compresión resiste diez veces más que la tracción. siendo la resistencia a la compresión la más alta. Por otra parte, la resistencia de compresión constituye un índice general de calidad, pues guarda correlación con el módulo de elasticidad y es un eficiente indicador de durabilidad. 16.

(38) Para usar el “METODO DE ENSAYO PARA EL ESFUERZO A LA COMPRESIÓN DE MUESTRAS CILÍNDRICAS DE CONCRETO” se utiliza la NTP 339.034. ¿Porque se determina la resistencia a la compresión? Se determina por las siguientes razones: . Los resultados de las pruebas de resistencia a la compresión se emplean. fundamentalmente para determinar que la mezcla del concreto suministrada cumpla con los requerimientos de la resistencia especificada, f’c, en la especificación del trabajo. . Un resultado de prueba es el promedio de por lo menos dos pruebas de resistencia. curadas de manera estándar o convencional, elaboradas con la misma muestra del concreto y sometidas a ensayo a la misma edad. En la mayoría de los casos, los requerimientos de resistencia para el concreto se realizan a la edad de 28 días. [16]. Figura 3: muestra de concreto para ensayo a compresión.. Fuente: S. Herrera, M Polo “Estudio De Las Propiedades Mecánicas Del Concreto En La Ciudad De Arequipa, Utilizando Fibras Naturales Y Sintéticas, Aplicado Para El Control De Fisuras Por Retracción Plástica “Arequipa ,2017.. 17.

(39) B.. RESISTENCIA A LA TRACCIÓN: Al diseñar las estructuras se procura que el concreto no trabaje a tensión directa;. sin embargo, casi siempre es inevitable que el concreto en la estructura deba soportar ciertos esfuerzos a tensión, ya sea como consecuencia de determinadas condiciones de carga que involucran flexión y cortante, o como resultado de las contracciones que se producen en el concreto por secado o por temperatura, en condiciones que las restringen. De conformidad con ello, la resistencia del concreto a tensión es una propiedad que requiere consideración especifica en el diseño de las estructuras en que tiene mayor influencia, tal como es el caso de las presas en arco, o de pavimentos de concreto hidráulico cuyo diseño se efectúa con base en la resistencia del concreto a tensión por flexión. De igual manera que la resistencia del concreto a compresión, la de tensión también depende de las resistencias a tensión propias de la pasta de cemento y los agregados, y de la adherencia que se genera entre ambos, si bien la influencia relativa de estos factores puede variar en función de los procedimientos que se utilizan para determinar la resistencia del concreto a tensión, que son básicamente tres tal y como se representan esquemáticamente en la Figura 4: 1) Prueba de tensión directa, por medio del ensayo de especímenes cilíndricos o prismáticos, sometidos a una fuerza de tensión axial. 2) Prueba de tensión indirecta, mediante el ensayo de especímenes cilíndricos, sujetos a la aplicación de una carga de compresión diametral. 3) Prueba de tensión por flexión en especímenes prismáticos (vigas), ensayados opcionalmente con una carga concentrada en el centro del claro, con dos cargas concentradas iguales aplicadas en los tercios del claro.. 18.

(40) Figura 4: representación esquemática de los procedimientos usuales para determinar la resistencia a tensión del concreto. Fuente: tópicos de tecnología del concreto E. Pasquel Carbajal p. 345.. En la resistencia a tensión de la pasta de cemento endurecida influyen, como factores básicos, su grado de porosidad y la presencia de microfisuras y otras discontinuidades originales, tal como sucede a compresión; por consiguiente, la relación agua/cemento, la compactación y el curado continúan operando como medios prácticos para su regulación y desarrollo, sin embargo, la influencia de las microfisuras y otras discontinuidades sobre la resistencia de la pasta endurecida es más importante a tensión que a compresión, porque cuando existe una discontinuidad en un material frágil (como la pasta) que se halla sometido a tensión, se producen concentraciones de esfuerzos en los bordes de la discontinuidad con una magnitud varias veces superior al esfuerzo medio de tensión que actúa nominalmente. De esta manera, la falla de la pasta a tensión puede ocurrir 19.

(41) con un esfuerzo aparentemente bajo, que para fines prácticos es el que cuenta. La inferencia de ello es que unos curados deficientes en la pasta de cemento pueden resultar más adversos para su trabajo a tensión. En el ensayo del concreto a tensión por flexión se produce un estado combi- nado de esfuerzos en que no sólo se pone a prueba la resistencia de la pasta y la que se genera por adherencia, sino también la de los propios agregados. Debido a ello, en las estructuras donde el concreto trabaja en esta forma (como es el caso de los pavimentos) resulta ventajoso el empleo de agregados de buena calidad, porque ofrecen una mejor adherencia con la pasta y una uniforme resistencia intrínseca [17] El segundo procedimiento usual para determinar la resistencia a tensión del concreto es la llamada prueba indirecta o de tensión por compresión diametral, que consiste en ensayar un espécimen cilíndrico en posición horizontal, sometiéndolo a la acción de dos fuerzas opuestas de compresión uniformemente distribuidas a lo largo de las generatrices contenidas en su plano vertical de simetría. De manera que, al quedar sometido el cilindro a esta condición de carga de compresión diametral, se produce en dicho plano la distribución de esfuerzos que se indica en el esquema de la figura 4 ahí se hace notar que en la vecindad del sitio de aplicación de carga se generan esfuerzos de compresión de gran magnitud, pero en el resto de la sección del cilindro, en una amplitud que abarca aproximadamente 80 por ciento de su diámetro, se producen esfuerzos de tensión prácticamente uniformes.. 20.

(42) Figura 5: variación comparativa de las resistencias a compresión y a tensión del concreto, al cambiar su relación agua/cemento. Fuente: tópicos de tecnología del concreto E. Pasquel Carbajal p. 362.. La resistencia a la tensión del espécimen de concreto se calcula mediante la siguiente ecuación: 𝐓=. 𝟐𝐏. (EC.2). 𝛑𝐋𝐝. Donde: T = Resistencia a la tracción indirecta (kgf/cm2) P = Carga máxima de la rotura (kgf) L = Longitud del espécimen (cm) 21.

(43) d = Diámetro del espécimen (cm). C.. RESISTENCIA A TENSION POR FLEXIÓN Existen dos pruebas opcionales para determinar la resistencia del concreto a tensión. por flexión. En ambas pruebas se utiliza el mismo tipo de espécimen prismático, que se ensaya a flexión como viga libremente apoyada, pero con la diferencia del modo como se le aplica carga: en un caso la flexión se produce con una carga concentrada en el centro del claro, y en el otro con dos cargas concentradas iguales, aplicadas en los tercios del claro. Ambos modos de ensaye se encuentran normalizados conforme a los métodos de prueba ASTM C-293 y ASTM C-78 respectivamente; sin embargo, en la práctica se prefiere el segundo (con cargas iguales en los tercios del claro) porque en esta condición de carga todo el tercio central del espécimen queda sometido al momento máximo de flexión y al correspondiente esfuerzo máximo de tensión, creando un estado constante de esfuerzo que da oportunidad para que la falla ocurra dentro de este tramo central. Conforme al método normal de prueba (ASTM C-78) el ensaye debe realizarse en especímenes de forma prismática y sección rectangular que cum- plan con los requisitos dimensionales establecidos para su elaboración en los métodos ASTM C 31 Y ASTM C192 como sigue: 1) La sección puede ser rectangular o cuadrada, y si es rectangular el peralte (h) no debe exceder a 1.5 veces el ancho (b). 2) La longitud del espécimen (viga) debe ser por lo menos 50 mm mayor que el triple del peralte, a fin de que el claro de prueba (1) sea exactamente igual a 3h. 3) El ancho (b), debe ser igual o mayor que tres veces el tamaño máximo del agregado que Contenga el concreto. No obstante, con el fin de eliminar variables y hacer los resultados de esta prueba más comparables, en dichos métodos se considera como espécimen estándar. 22.

(44) la viga de sección cuadrada de 152 x 152 mm (6" x 6") Y longitud igual a 508 mm (20"), que es aplicable a todo concreto cuyo tamaño máximo de agregado no exceda a 51 mm (2"). Cabe hacer notar que cuando se trata de ensayar a flexión especímenes prismáticos extraídos de la estructura (generalmente losas de pavimento) el método ASTM C-42 también recomienda el uso de la viga estándar de 152 x 152 mm, pero admite el empleo de vigas con menores dimensiones condicionadas al espesor de la losa y al tamaño máximo del agregado.. Figura 6: Esquema de ensayo a la flexión del concreto, método de la viga simple cargada en el punto central. [17]. La resistencia a la flexión del espécimen de concreto se calcula mediante la siguiente ecuación: [17] 𝟑𝐏𝐋. 𝐑 = 𝟐𝐛𝐡𝟐. (EC. 3). Donde: R = Resistencia a la flexión (kgf/cm2). 23.

(45) P = Carga máxima de la rotura (kgf). L = Longitud de la luz (cm). b = Ancho promedio del espécimen (cm). h= Altura promedio del espécimen (cm).. D.. RESISTENCIA A LA ABRASIÓN Y LA EROSIÓN DEL CONCRETO En determinadas condiciones de servicio, el concreto resulta expuesto a la de. fuerzas abrasión ponen a prueba su resistencia superficial. En su definición de términos, el Comité ACI 116 considera que, la abrasión es el desgaste producido por acciones de frotamiento y fricción, en tanto que la erosión corresponde a un estado de desintegración superficial ocasionado por los efectos abrasivos o de cavitación debidos a la acción de: gases, líquidos o sólidos en movimiento. [17]. E.. DURABILIDAD El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos. y desgaste, a los cuales estará sometido en el servicio. Gran parte de los daños por intemperie sufrido por el concreto pueden atribuirse a los ciclos de congelación y descongelación. La resistencia del concreto a esos daños pueden mejorarse aumentando la impermeabilidad incluyendo de 2 a 6% de aire con un agente inclusor de aire, o aplicando un revestimiento protector a la superficie.. Los agentes químicos como ácidos inorgánicos, ácidos acéticos y carbónico y los sulfatos de calcio, sodio ,magnesio, potasio, aluminio, hierro desintegran o dañan el concreto cuando puede ocurrir contacto entre estos agentes y el concreto se debe proteger el concreto con un revestimiento resistente; para lograr resistencia a los sulfatos se debe. 24.

(46) usar cemento PORTLAND tipo V. la resistencia al desgaste por lo general se logra con un concreto denso, de alta resistencia, hecho con agregados duros.[18]. 2.1.2.3. PROPIEDADES DEL CONCRETO FRESCO A.. TRABAJABILIDAD Es la facilidad que presenta el concreto fresco para ser mezclado, colocado,. compactado y acabado sin segregación y exudación durante estas operaciones. No existe prueba alguna hasta el momento que permita cuantificar esta propiedad generalmente se le aprecia en los ensayos de asentamiento del concreto(consistencia). Su evaluación es relativa por cuanto depende realmente de las facilidades manuales o mecánicas de que se disponga durante las etapas del proceso, ya que un concreto que puede. Ser trabajable bajo ciertas condiciones de colocación y compactación no necesariamente resulta tal si dichas condiciones cambian. El método tradicional de medir la trabajabilidad ha sido desde hace muchos años el "Slump" o asentamiento con el cono de Abrams, ya que permite una aproximación numérica a esta propiedad del concreto, sin embargo debe tenerse clara la idea que es más una prueba de uniformidad que de trabajabilidad, pues es fácilmente demostrable que se pueden obtener concretos con igual slump pero trabajabilidades notablemente diferentes para las mismas condiciones de trabajo. [18]. B.. ASENTAMIENTO DEL CONCRETO (SLUMP): La consistencia es la mayor o menor facilidad que tiene el concreto fresco para. deformarse y consiguientemente para ocupar todos los huecos del molde o encofrado. Influyen en ella distintos factores, especialmente la cantidad de agua de amasado, pero también el tamaño máximo del árido, la forma de los áridos y su granulometría. 25.

(47) La consistencia se fija antes de la puesta en obra, analizando cual es la más adecuada para la colocación según los medios que se dispone de compactación. Se trata de un parámetro fundamental en el concreto fresco. Entre los ensayos que existen para determinar la consistencia, el más empleado es el cono de Abrams.. Asentamiento del concreto: Está definida por el grado de humedecimiento de la mezcla, depende principalmente de la cantidad de agua usada. procedimiento de ensayo (NTP 339.035): “Método de Ensayo para La Medición del Asentamiento del Concreto con el Cono de Abrams”. [19] Consiste en llenar con concreto fresco un molde tronco cónica de 30 cm de altura. La pérdida de altura que se produce cuando se retira el molde, es la medida que define la consistencia.. Los concretos se clasifican por su consistencia en secos, plásticos, blandos y fluidos tal como se indica en la tabla siguiente:. 26.

(48) Cuadro 1: Consistencia De Los Concretos Frescos. Consistencia de los concretos frescos Consistencia. Asiento en cono de. Compactación. Abrams (cm) Seca. 0-2. Vibrado. Plástica. 3-5. Vibrado. Blanda. 6-9. Picado con barra. Fluida. 10-15. Picado con barra. Líquida. 16-20. Picado con barra. Fuente: Rivva López E., “Diseño De Mezclas”, Tomo 2.. Cono de Abrams: molde de forma tronco cónica de 20 cm de diámetro en la base inferior y 10 cm de diámetro en la base superior; altura de 30 cm; provisto de agarraderas y aletas de pie. Varilla compactadora de acero lisa de 5/8” de diámetro con punta semiesférica y de aproximadamente 60 cm de longitud. Ver figura 7: [20]. Figura 7: Cono De Abrams. [20]. 27.