Evaluación del deterioro del concreto con contenidos variables de aire incorporado y fibras de polipropileno sometido a congelamiento a edades tempranas

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(2) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. EVALUACIÓN DEL DETERIORO DEL CONCRETO CON CONTENIDOS VARIABLES DE AIRE INCORPORADO Y FIBRAS DE POLIPROPILENO SOMETIDO A CONGELAMIENTO A EDADES TEMPRANAS. Tesis presentada por: BACH. AMARAL FRANCISCO TAGLE ARIZAGA BACH. LEONEL KEVIN ZAPANA MATHEUS Para optar el Título Profesional de Ingeniero Civil. APROBADO POR:……………..…………………………………………………………….. MIEMBROS DEL JURADO DE TESIS: Nombre. Firma. Ing. MARÍA DEL CARMEN PONCE MEJÍA. ……............……………………………………. Ing. CARLOS DAMIANI LAZO. ...………………………………………….…….. Ing. JEAN PAUL PAREDES CUEVA. ...………………………………………….…….. AREQUIPA 2017.

(3) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. EVALUACIÓN DEL DETERIORO DEL CONCRETO CON CONTENIDOS VARIABLES DE AIRE INCORPORADO Y FIBRAS DE POLIPROPILENO SOMETIDO A CONGELAMIENTO A EDADES TEMPRANAS. TESIS PRESENTADA POR: BACH. AMARAL FRANCISCO TAGLE ARIZAGA BACH. LEONEL KEVIN ZAPANA MATHEUS. PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL. ASESOR DE TESIS: ING. MARÍA ELENA SÁNCHEZ GARCÍA. AREQUIPA – PERÚ 2017.

(4) DEDICATORIA. Gracias a Dios, quien nos da la capacidad para realizar este trabajo y la posibilidad de alcanzar nuestros objetivos.. A nuestros padres y hermanos, por su apoyo constante en los retos que nos planteamos.. i.

(5) AGRADECIMIENTOS. Expresar un sincero agradecimiento a nuestra directora de Tesis Ing. María Elena Sánchez García, por su valioso tiempo y atención, por el asesoramiento, la gran ayuda y colaboración brindada en el presente trabajo.. A todos nuestros profesores de la Facultad de Ingeniería Civil por su labor, comprensión, paciencia y apoyo en nuestra instrucción.. ii.

(6) RESUMEN El efecto perjudicial provocado por las bajas temperaturas en regiones frías del Perú constituye una de las principales causas de la degradación del concreto. Las bajas temperaturas pueden influir en el comportamiento del concreto de diversas maneras, dependiendo principalmente de la edad del material y de la cantidad de agua presente en el concreto. Es así que, la severidad del daño en el concreto es diferente cuando la acción se produce en el estado fresco, durante el inicio de su proceso de endurecimiento o cuando el material ya tiene cierta resistencia. Cuando el concreto se encuentra en estado endurecido, es decir cuando ya posee cierta resistencia, los cambios de temperatura que más afectan al concreto generalmente se producen en forma de reiterados ciclos de hielo-deshielo. Sin embargo, cuando el concreto se encuentra en estado fresco basta una sola congelación para causar un daño irreversible al concreto y una pérdida de resistencia considerable. Debido a ello existen una serie de recomendaciones para proteger al concreto durante el vaciado y en sus edades iniciales. Existen numerosas investigaciones acerca del fenómeno de ciclos de hielo-deshielo. El congelamiento del concreto en sus primeros días es un fenómeno menos estudiado y el cual se busca profundizar. El objetivo de este trabajo es evaluar el deterioro del concreto sometido a congelamiento a edades tempranas. Además se busca proponer y evaluar posibles soluciones para este problema. Se sabe que el concreto con aire incorporado es resistente a los ciclos de hielo-deshielo, adicional a esto se busca apreciar su funcionamiento ante el congelamiento a edad temprana. Por otro lado existen algunos estudios que exponen el aporte positivo de las fibras de polipropileno ante el congelamiento. En la presente investigación se pretende hacer uso tanto del aire incorporado como de fibras de polipropileno para controlar el deterioro y la pérdida de resistencia en el concreto debido al congelamiento a edades tempranas. Para este trabajo se han realizado pruebas de congelamiento a probetas y prismas de concreto a partir de distinto tiempo desde su fabricación: a 1h, 12h y 24h de edad, comparándolas con probetas que no fueron sometidas a congelamiento. Se elaboraron muestras con contenidos variables de aire y fibra de polipropileno sometidas a estas condiciones para evaluar el aporte de estos frente a un concreto normal. Además de ensayos de resistencia a compresión, se realizaron pruebas de permeabilidad y absorción. También se elaboraron muestras que fueron sometidas a ciclos de hielo-deshielo, para los cuales se realizaron ensayos de resistencia a compresión en probetas cilíndricas y variación de dimensiones y manifestaciones físicas (fisuración) en prismas. De los resultados obtenidos se demostró que tanto el aire incorporado como la fibra de polipropileno reducen la pérdida de resistencia debido al congelamiento a edad temprana, ya que ayudan al concreto a soportar mejor las presiones y tensiones generadas por el congelamiento; mostrando también que reducen la permeabilidad, reducen la capilaridad del concreto y reducen el crecimiento de fisuras.. iii.

(7) ABSTRACT The detrimental effect of low temperatures in cold regions of Peru is one of the main causes of concrete degradation. Low temperatures can influence concrete behavior in a variety of ways, depending mainly on the age of the material and the amount of water present in the concrete. Thus, the severity of the damage in the concrete is different when the action occurs in the fresh state, during the beginning of its hardening process or when the material already has some resistance. When the concrete is in a hardened state, that is when it already has some resistance, the temperature changes that affect concrete, most often occur in the form of repeated freezethaw cycles. However, when the concrete is fresh, a single freeze may cause irreversible damage to the concrete and a considerable loss of strength. Because of this there are a number of recommendations to protect the concrete during pouring and in its early ages. There are numerous investigations into the phenomenon of freeze-thaw cycles. The freezing of concrete in its early days is a phenomenon less studied which we are looking to study a little more. The objective of this work is to evaluate the deterioration of the concrete subjected to freezing at early ages. It also seeks to propose and evaluate possible solutions to this problem It is known that air-entrained concrete is resistant to freeze-thaw cycles, in addition to this we seek to appreciate its operation before freezing early. There are also some studies that expose the positive contribution of polypropylene fibers against freezing. In this research it is intended to make use of both air incorporated as polypropylene fibers to control deterioration and loss of strength in the concrete due to freezing at early ages. For this work, freezing tests on concrete specimens and prisms have been carried out from different time since their manufacture: at 1h, 12h and 24h of age, comparing them with specimens that were not subjected to freezing. Samples with variable contents of air and fiber of polypropylene were elaborated under these conditions to evaluate the contribution of these versus a normal concrete. In addition to compression strength tests, permeability and absorption tests were performed. Samples were also prepared to be subjected to freeze-thaw cycles, for which compressive strength tests were performed on cylindrical specimens and variation of physical dimensions and manifestations (cracking) in prisms. From the results obtained it was concluded that both air incorporated as the polypropylene fiber reduce the loss of resistance due to freezing at an early age, since they help the concrete to better withstand the pressures and stresses generated by the freezing; they also reduce the permeability, reduce the capillarity of the concrete and reduce the growth of cracks.. iv.

(8) ÍNDICE DEDICATORIA ..................................................................................................................... i AGRADECIMIENTOS........................................................................................................... ii RESUMEN ........................................................................................................................ iii ABSTRACT ........................................................................................................................ iv ÍNDICE .............................................................................................................................. v LISTA DE TABLAS ............................................................................................................. xii LISTA DE GRÁFICOS ........................................................................................................ xvi LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................... xix. CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO GENERAL Y OBJETIVOS ........................................................................... 1 1.1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 1 1.2. OBJETIVOS...................................................................................................................... 2 1.2.1. Objetivo general .................................................................................................... 2 1.2.2. Objetivos específicos ............................................................................................. 2 1.3. TIPO DE INVESTIGACIÓN ................................................................................................ 3 1.4. HIPÓTESIS....................................................................................................................... 3 1.5. IDENTIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN ..................... 3 1.5.1.Variables independientes ....................................................................................... 3 1.5.2.Variables dependientes .......................................................................................... 3 1.6. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES ........................................................................... 4 1.6.1.Variable resistencia a compresión .......................................................................... 5 1.6.2.Variable fisuración.................................................................................................. 5 1.7. CONTROL Y VALIDEZ INTERNA ....................................................................................... 5 1.8. METODOLOGÍA .............................................................................................................. 7 1.9. CONTENIDO DEL TRABAJO ............................................................................................. 8. v.

(9) CAPÍTULO II CONCRETO EN CLIMAS FRÍOS ........................................................................................... 10 2.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 10 2.2. CLIMA FRÍO .................................................................................................................. 12 2.3. EL CONCRETO ............................................................................................................... 13 2.3.1. Definición ........................................................................................................... 13 2.3.2. Los agregados para el concreto.......................................................................... 14 2.3.3. Pasta de cemento ............................................................................................... 14 2.3.3.1. Definición.................................................................................................. 14 2.3.3.2. Enlace Cemento – Agregado ..................................................................... 14 2.4. DURABILIDAD DEL CONCRETO ..................................................................................... 16 2.4.1. Generalidades ..................................................................................................... 16 2.4.2. Permeabilidad ..................................................................................................... 16 2.4.3. Meteorización ..................................................................................................... 17 2.4.3.1. Congelamiento y deshielo ........................................................................ 18 2.4.4. Exposición a agentes químicos agresivos ............................................................ 18 2.4.5. Abrasión .............................................................................................................. 19 2.4.6. Corrosión del acero de refuerzo ......................................................................... 19 2.5. MECANISMO DE CONGELAMIENTO Y DESHIELO .......................................................... 20 2.5.1. Presión hidráulica ............................................................................................... 21 2.5.2. Presión osmótica ................................................................................................ 23 2.5.3. Deterioro de las estructuras de concreto ........................................................... 24 2.5.4. Efecto de las bajas temperaturas en el concreto ................................................ 27 2.5.5. Deterioro del concreto por congelamiento a edades tempranas ....................... 31 2.5.6. Deterioro del concreto debido a ciclos de hielo-deshielo ................................... 33 2.5.6.1. Deterioro de la pasta de cemento debido a ciclos de hielo-deshielo ....... 36 2.5.6.2. Deterioro del agregado debido a ciclos de hielo-deshielo ........................ 37 2.6. FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA DEL CONCRETO FRENTE AL CONGELAMIENTO ........................................................................................................ 39 2.6.1. Grado de saturación del concreto ....................................................................... 39 2.6.2. Relación a/c y curado .......................................................................................... 40 2.6.3. Contenido de aire del concreto........................................................................... 41 2.6.4. Uso de sales de deshielo ..................................................................................... 43 2.6.5. Características del ciclo de hielo-deshielo .......................................................... 44 2.6.6. Resistencia a compresión del concreto ............................................................... 44 2.7. AIRE INCORPORADO .................................................................................................... 45 2.7.1. Concepto ............................................................................................................. 45 2.7.2. Características de las burbujas ............................................................................ 45 2.7.2.1. Solubilidad en agua ................................................................................... 45 2.7.2.2. Papel de la relación agua-cemento ........................................................... 46 2.7.2.3. Contenido óptimo de aire ......................................................................... 46 2.7.3. Factores en el contenido de aire ......................................................................... 47 2.7.3.1. Cemento ................................................................................................... 47 2.7.3.2. Agregado grueso ....................................................................................... 47 2.7.3.3. Agregado fino ........................................................................................... 48 2.7.3.4. Granulometría .......................................................................................... 48 vi.

(10) 2.7.4. Propiedades al estado endurecido...................................................................... 48 2.7.4.1. Resistencia a compresión ......................................................................... 48 2.7.4.2. Módulo de elasticidad dinámico ............................................................... 49 2.7.4.3. Resistencia a la congelación ..................................................................... 49 2.7.4.3.1. Acción del aire incorporado .......................................................... 49 2.8. NORMATIVA DE ENSAYOS PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA DEL CONCRETO A CONGELAMIENTO ........................................................................................................ 50 2.9. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL CONCRETO SOMETIDO A CONGELAMIENTO ....... 53 2.9.1. Resistencia a compresión.................................................................................... 53 2.9.2. Resistencia a tracción ......................................................................................... 54 2.9.3. Módulo de elasticidad......................................................................................... 55. CAPÍTULO III CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS ............................................................................... 57 3.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 57 3.2. DEFINICIÓN .......................................................................................................... 59 3.3. COMPONENTES DEL CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS - CRF ................................ 60 3.3.1. Agregados ........................................................................................................... 60 3.3.2. Agua .................................................................................................................... 61 3.3.3. Cemento ............................................................................................................. 61 3.3.4. Aditivos ............................................................................................................... 61 3.3.5. Fibras .................................................................................................................. 62 3.4. COMPORTAMIENTO MECÁNICO DEL CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS................ 62 3.4.1. Orientación de la fibra ........................................................................................ 63 3.4.2. Longitud crítica de la fibra .................................................................................. 63 3.4.3. Fase fibrosa ......................................................................................................... 65 3.4.4. Fase matriz .......................................................................................................... 66 3.5. CLASIFICACIÓN DE LAS FIBRAS ..................................................................................... 66 3.6. FIBRAS DE POLIPROPILENO .......................................................................................... 68 3.6.1. Antecedentes ...................................................................................................... 69 3.6.2. Fabricación .......................................................................................................... 70 3.6.3. Tipos de fibra de polipropileno ........................................................................... 72 3.6.3.1. Microfibras de polipropileno .................................................................... 72 3.6.3.2. Macrofibras de polipropileno ................................................................... 75 3.7. IMPORTANCIA DEL USO DE LAS FIBRAS EN EL CONCRETO ........................................... 77 3.7.1. Resistencia a ciclos de hielo-deshielo ................................................................. 77 3.7.2. Resistencia a compresión.................................................................................... 78 3.7.3. Resistencia a tensión .......................................................................................... 78 3.7.4. Resistencia al corte ............................................................................................. 79 3.7.5. Resistencia a flexión ............................................................................................ 79 3.7.6. Tenacidad............................................................................................................ 80 3.7.7. Resistencia al impacto ........................................................................................ 80 3.7.8. Módulo de elasticidad y Relación de Poisson ..................................................... 80 3.7.9. Resistencia a la abrasión ..................................................................................... 80 vii.

(11) CAPÍTULO IV CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES................................................... 81 4.1. EL CEMENTO ................................................................................................................ 81 4.1.1. Cementos ............................................................................................................ 81 4.1.2. Clínker portland .................................................................................................. 81 4.1.3. Cemento portland normal .................................................................................. 82 4.1.4. Cementos puzolánicos ........................................................................................ 82 4.1.5. Composición del cemento portland .................................................................... 83 4.1.6. Mecanismo de hidratación del cemento ............................................................ 84 4.2. AGREGADO FINO.......................................................................................................... 86 4.2.1. Definición ............................................................................................................ 86 4.2.2. Requisitos ........................................................................................................... 86 4.2.3. Cantera de extracción ......................................................................................... 86 4.2.4. Propiedades del agregado fino ........................................................................... 86 4.2.4.1. Granulometría del agregado fino: NTP 400.012 – ASTM C 33 .................. 86 4.2.4.2. Módulo de fineza: NTP 400.012 – ASTM C-125 ........................................ 89 4.2.4.3. Peso específico y Absorción del agregado fino: NTP 400.022 – ASTM C 128 ......................................................................................................... 90 4.2.4.4. Peso unitario: NTP 400.017 – ASTM C29 .................................................. 93 4.2.4.5. Contenido de humedad del agregado fino: NTP 339.185 – ASTM C 566 ......................................................................................................... 96 4.2.4.6. Material más fino que pasa por la malla N°200: NTP 400.018 – ASTM C117 .......................................................................................................... 98 4.2.4.7. Impurezas orgánicas en el agregado fino: NTP 400.024 – ASTM C40 ......................................................................................................... 100 4.3. AGREGADO GRUESO .................................................................................................. 101 4.3.1. Definición .......................................................................................................... 101 4.3.2. Características de las partículas ........................................................................ 101 4.3.3. Tamaño máximo ............................................................................................... 102 4.3.4. Tamaño máximo nominal ................................................................................. 102 4.3.5. Cantera de extracción ....................................................................................... 102 4.3.6. Propiedades del agregado grueso ..................................................................... 102 4.3.6.1. Granulometría del agregado grueso: NTP 400.012 – ASTM C 33 ............ 102 4.3.6.2. Peso específico y Absorción del agregado grueso: NTP 400.021 – ASTM C 127............................................................................................. 106 4.3.6.3. Peso unitario del agregado grueso: NTP 400.017 – ASTM C 29 .............. 109 4.3.6.4. Contenido de humedad del agregado grueso: NTP 339.185 – ASTM C 566 ............................................................................................ 111 4.3.6.5. Resistencia a la degradación por abrasión e impacto en la máquina de Los Ángeles: NTP 400.019 – ASTM 131 .............................................. 112 4.4. EL AGUA ..................................................................................................................... 115 4.4.1. Requisitos de calidad ........................................................................................ 115 4.5. ADITIVO INCORPORADOR DE AIRE ............................................................................. 116 4.5.1. Usos .................................................................................................................. 116 4.5.2. Características /ventajas ................................................................................... 117 4.5.3. Consumo y modo de aplicación ........................................................................ 117 viii.

(12) 4.6. FIBRA DE POLIPROPILENO .......................................................................................... 118 4.6.1. Usos .................................................................................................................. 118 4.6.2. Características /ventajas ................................................................................... 118 4.6.3. Modo de empleo y dosificación ........................................................................ 119. CAPÍTULO V DISEÑO DE MEZCLAS ..................................................................................................... 120 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5.. DEFINICIÓN ................................................................................................................ 120 CONSIDERACIONES BÁSICAS ...................................................................................... 121 EL MÉTODO DEL ACI ................................................................................................... 123 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO (MÉTODO DEL ACI) ...................................................... 123 SELECCIÓN Y AJUSTE DEL CONTENIDO DE AIRE ......................................................... 128. CAPÍTULO VI PROPIEDADES DEL CONCRETO ....................................................................................... 130 6.1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 130 6.2. PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO .................................................. 130 6.2.1. Ensayo de consistencia – NTP 339.035 ............................................................. 131 6.2.1.1. Procedimiento ........................................................................................ 132 6.2.2. Ensayo de peso unitario del concreto – NTP 339.046 ....................................... 133 6.2.2.1. Procedimiento ........................................................................................ 134 6.2.3. Ensayo de contenido de aire del concreto – NTP 339.083 ................................ 135 6.2.3.1. Procedimiento ........................................................................................ 135 6.3. PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO ......................................... 137 6.3.1. Resistencia a compresión – NTP 339.034.......................................................... 138 6.3.1.1. Procedimiento ........................................................................................ 138 6.3.2. Permeabilidad al agua....................................................................................... 139 6.3.2.1. Norma alemana D.I.N. 1045.................................................................... 140 6.3.2.2. Norma alemana D.I.N. 1048.................................................................... 140 6.3.2.3. Procedimiento ........................................................................................ 140 6.3.3. Absorción capilar .............................................................................................. 143 6.3.3.1. Procedimiento ........................................................................................ 143. CAPÍTULO VII CAMPAÑA EXPERIMENTAL ............................................................................................ 145 7.1. ELABORACIÓN DE TESTIGOS ...................................................................................... 145 7.1.1. Especímenes ..................................................................................................... 145 7.1.2. Preparación del concreto .................................................................................. 146 7.1.3. Elaboración de especímenes ............................................................................. 149 ix.

(13) 7.1.4. Curado .............................................................................................................. 150 7.2. ENSAYOS DE CONGELAMIENTO ................................................................................. 151 7.2.1. Congelamiento a edades tempranas ................................................................ 152 7.2.1.1. Procedimiento ........................................................................................ 152 7.2.2. Ciclos de hielo-deshielo .................................................................................... 155 7.2.2.1. Etapa de congelamiento ......................................................................... 156 7.2.2.2. Etapa de deshielo ................................................................................... 157 7.3. VARIABLES.................................................................................................................. 158 7.3.1. Edad antes del congelamiento .......................................................................... 161 7.3.2. Contenido de aire ............................................................................................. 162 7.3.3. Cantidad de fibra de polipropileno ................................................................... 163 7.4. ENSAYOS REALIZADOS ............................................................................................... 163 7.4.1. Ensayos de caracterización mecánica ............................................................... 163 7.4.1.1. Resistencia a compresión ....................................................................... 163 7.4.2. Ensayos de durabilidad ..................................................................................... 165 7.4.2.1. Permeabilidad al agua ............................................................................ 165 7.4.2.2. Absorción capilar .................................................................................... 165 7.4.3. Ensayos de hielo-deshielo ................................................................................. 166 7.4.3.1. Variación de dimensiones ....................................................................... 167 7.4.3.2. Manifestaciones físicas ........................................................................... 168. CAPÍTULO VIII RESULTADOS EXPERIMENTALES ..................................................................................... 169 8.1. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN MECÁNICA ........................... 169 8.1.1. Resistencia a compresión.................................................................................. 169 8.1.1.1. Congelamiento a edades tempranas ...................................................... 171 8.1.1.2. Ciclos de hielo-deshielo .......................................................................... 190 8.2. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE DURABILIDAD ...................................................... 194 8.2.1. Permeabilidad al agua....................................................................................... 194 8.2.2. Absorción capilar .............................................................................................. 195 8.3. RESULTADOS DE ENSAYOS DE HIELO-DESHIELO ........................................................ 196 8.3.1. Variación de dimensiones ................................................................................. 196 8.3.2. Manifestaciones físicas ..................................................................................... 206. CAPÍTULO IX ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................................. 211 9.1. ANÁLISIS DE LOS ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN MECÁNICA .................................. 211 9.1.1. Resistencia a compresión.................................................................................. 211 9.1.1.1. Congelamiento a edades tempranas ...................................................... 213 9.1.1.2. Ciclos de hielo-deshielo .......................................................................... 218 9.2. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE ENSAYOS DE DURABILIDAD ........................................ 220 9.2.1. Permeabilidad al agua....................................................................................... 220 x.

(14) 9.2.2. Absorción capilar .............................................................................................. 223 9.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE ENSAYOS DE HIELO-DESHIELO .................................... 226 9.3.1. Variación de dimensiones ................................................................................. 226 9.3.2. Manifestaciones físicas ..................................................................................... 230. CONCLUSIONES ............................................................................................................. 232 RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 236 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 238 ANEXOS ........................................................................................................................xxiii. xi.

(15) LISTA DE TABLAS CAPÍTULO I Tabla 1.1.- Operacionalización de variables independientes ........................................................ 4 Tabla 1.2.- Operacionalización de variables dependientes ........................................................... 4 Tabla 1.3.- Distribución de variables............................................................................................. 6. CAPÍTULO II Tabla 2.1.- Coeficiente de dilatación térmica (α) en diversos materiales ................................... 37. CAPÍTULO III Tabla 3.1.- Valores de fisuración a las 24 horas para un mismo concreto sin reforzar y con diferentes alternativas de reforzamiento. (Fisuración Plástica) [Sika Colombia] ........................ 73. CAPÍTULO IV Tabla 4.1.- Límites de granulometría del Agregado Fino ............................................................ 87 Tabla 4.2.- Granulometría del Agregado Fino ............................................................................ 88 Tabla 4.3.- Módulo de Fineza del Agregado Fino ........................................................................ 90 Tabla 4.4.- Cálculo del Peso Específico y Absorción del agregado fino ....................................... 93 Tabla 4.5.- Cálculo del Peso Unitario Compactado del agregado fino ........................................ 95 Tabla 4.6.- Peso Unitario Suelto del Agregado Fino .................................................................... 96 Tabla 4.7.- Cálculo del Contenido de Humedad del agregado fino ............................................. 98 Tabla 4.8.- Cantidad Mínima de muestra para el ensayo de Material más fino que la malla N° 200 ........................................................................................................................................ 98 xii.

(16) Tabla 4.9.- Material más fino que pasa por la malla N°200 ..................................................... 100 Tabla 4.10.- Requisitos granulométricos para agregado grueso (ASTM C 33) .......................... 103 Tabla 4.11.- Cantidad mínima de la muestra de agregado grueso (NTP 400.012) ................... 104 Tabla 4.12.- Cálculo de la Granulometría del agregado grueso ................................................ 105 Tabla 4.13.- Peso mínimo de la muestra para el ensayo de Peso Específico del agregado grueso ...................................................................................................................................... 107 Tabla 4.14.- Cálculo del Peso Específico y Absorción del agregado grueso ............................... 109 Tabla 4.15.- Cálculo del Peso Unitario Compactado del agregado grueso ............................... 110 Tabla 4.16.- Cálculo del Peso Unitario Suelto del agregado grueso .......................................... 111 Tabla 4.17.- Cálculo del Contenido de Humedad del agregado grueso .................................... 112 Tabla 4.18.- Carga según la gradación para el ensayo de Resistencia a la Abrasión e Impacto .................................................................................................................................... 113 Tabla 4.19.- Gradación de las muestras para el ensayo de Resistencia a la Abrasión e Impacto .................................................................................................................................... 113 Tabla 4.20.- Cálculo del porcentaje de desgaste....................................................................... 115 Tabla 4.21.- Límites permisibles para el agua utilizada en la preparación del concreto ........... 116. CAPÍTULO V Tabla 5.1.- Valores de diseño de mezclas para materiales SSS ................................................. 126 Tabla 5.2.- Valores de diseño de mezclas para materiales en condiciones naturales ............... 127 Tabla 5.3.- Valores de diseño de mezclas por tanda ................................................................. 128 Tabla 5.4.- Ensayos de contenido de aire para una tanda de 0.00876 m3 ............................... 128 Tabla 5.5.- Cantidades de aditivo para las diferentes tandas ................................................... 129. CAPÍTULO VII Tabla 7.1.- Cantidades de fibra para las diferentes tandas ...................................................... 149 Tabla 7.2.- Número de capas y golpes por capa requeridos por espécimen ............................. 150 Tabla 7.3.- Cronograma de ensayos de congelamiento a edades tempranas por cada tanda (combinación) realizada ........................................................................................................... 154 Tabla 7.4.- Probetas ensayadas a un ciclo de congelamiento a edad temprana ...................... 159 xiii.

(17) Tabla 7.5.- Prismas ensayados a un ciclo de congelamiento a edad temprana ........................ 160 Tabla 7.6.- Probetas ensayadas a ciclos de congelamiento y deshielo ..................................... 160 Tabla 7.7.- Prismas ensayados a ciclos de congelamiento y deshielo ....................................... 161 Tabla 7.8.- Contenido total de aire para concreto resistente al congelamiento (Norma E.060) ....................................................................................................................................... 162. CAPÍTULO VIII Tabla 8.1.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas sin congelar ................................................................................................................................... 170 Tabla 8.2.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas Patrón sin congelar ................................................................................................................................... 171 Tabla 8.3.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas Patrón sometidas a congelamiento a edades tempranas .................................................................... 172 Tabla 8.4.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 0.3 F sometidas a congelamiento a edades tempranas ................................................................... 173 Tabla 8.5.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 0.75 F sometidas a congelamiento a edades tempranas ................................................................... 174 Tabla 8.6.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 1.2 F sometidas a congelamiento a edades tempranas ................................................................... 175 Tabla 8.7.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 4% A sometidas a congelamiento a edades tempranas ................................................................... 176 Tabla 8.8.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 4% A +0.3 F sometidas a congelamiento a edades tempranas.......................................................... 177 Tabla 8.9.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 4% A +0.75 F sometidas a congelamiento a edades tempranas........................................................ 178 Tabla 8.10.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 4% A +1.2 F sometidas a congelamiento a edades tempranas ........................................................ 179 Tabla 8.11.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 5.5% A sometidas a congelamiento a edades tempranas ................................................................... 180 Tabla 8.12.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 5.5% A + 0.3 F sometidas a congelamiento a edades tempranas ......................................................... 181 Tabla 8.13.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 5.5% A + 0.75 F sometidas a congelamiento a edades tempranas ....................................................... 182 Tabla 8.14.- Resultados del ensayo de resistencia a compresión de las probetas con 5.5% A + 1.2 F sometidas a congelamiento a edades tempranas ......................................................... 183 xiv.

(18) Tabla 8.15.- Valores de resistencia a compresión a los 28 días luego de congelamiento a 1 hora de edad ......................................................................................................................... 185 Tabla 8.16.- Valores de resistencia a compresión a los 28 días luego de congelamiento a 12 horas de edad ...................................................................................................................... 187 Tabla 8.17.- Valores de resistencia a compresión a los 28 días luego de congelamiento a 24 horas de edad ...................................................................................................................... 189 Tabla 8.18.- Valores de resistencia a compresión luego de congelamiento a los 28 días ......... 190 Tabla 8.19.- Resultados de los ensayos de resistencia a compresión luego de los ciclos de hielo-deshielo ........................................................................................................................... 191 Tabla 8.20.- Valores de resistencia a compresión a los 28 días, con ciclos y sin ciclos .............. 192 Tabla 8.21.- Resultados del ensayo de permeabilidad al agua ................................................. 194 Tabla 8.22.- Resultados del ensayo de absorción capilar.......................................................... 195 Tabla 8.23.- Cambio de longitud de prismas frente a ciclos de hielo-deshielo .......................... 197 Tabla 8.24.- Cambio de altura de prismas frente a ciclos de hielo-deshielo ............................. 198 Tabla 8.25.- Variación de longitud de prismas (%) frente a ciclos de hielo-deshielo ................. 199 Tabla 8.26.- Variación de altura de prismas (%) frente a ciclos de hielo-deshielo .................... 199 Tabla 8.27.- Longitud total (cm) de las fisuras de prismas con diferente combinación ............ 210. CAPÍTULO IX Tabla 9.1.- Resistencias a compresión a los 28 días de los concretos sin congelar expresados en porcentajes ....................................................................................................... 212 Tabla 9.2- Variación de la penetración (%) respecto a la probeta Patrón-SC ........................... 221 Tabla 9.3.- Variación de la penetración (%) respecto a la probeta Patrón-C1H ........................ 222 Tabla 9.4.- Variación de la absorción (%) respecto al prisma Patrón-SC ................................... 224 Tabla 9.5.- Variación de la absorción (%) respecto al prisma Patrón-C1H ................................ 226 Tabla 9.6.- Porcentaje de Longitud de fisuras de prismas con diferente combinación ............. 230. xv.

(19) LISTA DE GRÁFICOS CAPÍTULO IV Gráfico 4.1.- Curva Granulométrica del Agregado Fino .............................................................. 89 Gráfico 4.2.- Curva Granulométrica del Agregado Grueso ....................................................... 106. CAPÍTULO V Gráfico 5.1.- Cantidad de aditivo vs. Aire total para una tanda de 0.00876 m3 ....................... 129. CAPÍTULO VIII Gráfico 8.1.- Resistencias a compresión de los concretos sin congelar ..................................... 170 Gráfico 8.2.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas Patrón sin Congelar ................................................................................................................................... 171 Gráfico 8.3.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas Patrón sometidas a congelamiento a edades tempranas ........................................................................................ 173 Gráfico 8.4.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 0.3 F sometidas a congelamiento a edades tempranas .................................................................................... 174 Gráfico 8.5.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 0.75 F sometidas a congelamiento a edades tempranas ..................................................................................... 175 Gráfico 8.6.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 1.2 F sometidas a congelamiento a edades tempranas ..................................................................................... 176 Gráfico 8.7.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 4% A sometidas a congelamiento a edades tempranas ..................................................................................... 177 Gráfico 8.8.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 4% A + 0.3 F sometidas a congelamiento a edades tempranas .................................................................... 178. xvi.

(20) Gráfico 8.9.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 4% A + 0.75 F sometidas a congelamiento a edades tempranas .................................................................... 179 Gráfico 8.10.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 4% A + 1.2 F sometidas a congelamiento a edades tempranas .................................................................... 180 Gráfico 8.11.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 5.5% A sometidas a congelamiento a edades tempranas .................................................................... 181 Gráfico 8.12.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 5.5% A + 0.3 F sometidas a congelamiento a edades tempranas .................................................................... 182 Gráfico 8.13.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 5.5% A + 0.75 F sometidas a congelamiento a edades tempranas .................................................................... 183 Gráfico 8.14.- Curva Edad vs. Resistencia a compresión de las probetas con 5.5% A + 1.2 F sometidas a congelamiento a edades tempranas .................................................................... 184 Gráfico 8.15.- Resistencias a compresión con y sin congelamiento a 1 hora de edad .............. 186 Gráfico 8.16.- Porcentajes relativos de resistencia a compresión luego de congelamiento a 1 hora de edad ......................................................................................................................... 186 Gráfico 8.17.- Resistencias a compresión con y sin congelamiento a 12 horas de edad ........... 187 Gráfico 8.18.- Porcentajes relativos de xviiresistencia a compresión luego de congelamiento a 12 horas de edad ................................................................................................................... 188 Gráfico 8.19.- Resistencias a compresión con y sin congelamiento a 24 horas de edad ........... 189 Gráfico 8.20.- Porcentajes relativos de resistencia a compresión luego de congelamiento a 24 horas de edad ................................................................................................................... 190 Gráfico 8.21.- Resistencias a compresión de cada tipo de concreto con y sin ciclos ................. 193 Gráfico 8.22.- Porcentajes relativos de resistencia a compresión luego de 28 ciclos ................ 193 Gráfico 8.23.- Representación gráfica de los resultados del ensayo de permeabilidad al agua ......................................................................................................................................... 195 Gráfico 8.24.- Representación gráfica de los resultados del ensayo de absorción capilar ...................................................................................................................................... 196 Gráfico 8.25.- Cambio de longitud (mm) de prismas con diferentes contenidos de fibra ......... 200 Gráfico 8.26.- Variación de longitud (%) de prismas con diferentes contenidos de fibra .......... 200 Gráfico 8.27.- Cambio de longitud (mm) de prismas con diferentes contenidos de aire ........... 201 Gráfico 8.28.- Variación de longitud (%) de prismas con diferentes contenidos de aire ........... 201 Gráfico 8.29.- Cambio de longitud (mm) de prismas con 4.0%A y diferentes cont. de fibra ..... 201 Gráfico 8.30.- Variación de longitud (%) de prismas con 4.0%A y diferentes cont. de fibra ..... 202 xvii.

(21) Gráfico 8.31.- Cambio de longitud (mm) de prismas con 5.5%A y diferentes cont. de fibra ..... 202 Gráfico 8.32.- Variación de longitud (%) de prismas con 5.5%A y diferentes cont. de fibra ..... 202 Gráfico 8.33.- Cambio de altura (mm) de prismas con diferentes contenidos de fibra ............. 203 Gráfico 8.34.- Variación de altura (%) de prismas con diferentes contenidos de fibra ............. 203 Gráfico 8.35.- Cambio de altura (mm) de prismas con diferentes contenidos de aire .............. 204 Gráfico 8.36.- Variación de altura (%) de prismas con diferentes contenidos de aire ............... 204 Gráfico 8.37.- Cambio de altura (mm) de prismas con 4.0%A y diferentes cont. de fibra ......... 204 Gráfico 8.38.- Variación de altura (%) de prismas con 4.0%A y diferentes cont. de fibra ......... 205 Gráfico 8.39.- Cambio de altura (mm) de prismas con 5.5%A y diferentes cont. de fibra ......... 205 Gráfico 8.40.- Variación de altura (%) de prismas con 5.5%A y diferentes cont. de fibra ......... 205. CAPÍTULO IX Gráfico 9.1.- Porcentajes de resistencia a compresión a los 28 días de los concretos sin congelar expresados en porcentajes ........................................................................................ 212 Gráfico 9.2.- Porcentajes relativos de resistencia a compresión de las mejores combinaciones luego de congelamiento a 1 hora .................................................................... 215 Gráfico 9.3.- Porcentajes relativos de resistencia a compresión de las mejores combinaciones luego de congelamiento a 12 horas ................................................................. 216 Gráfico 9.4.- Porcentajes relativos de resistencia a compresión de las mejores combinaciones luego de congelamiento a 24 horas ................................................................. 217 Gráfico 9.5.- Porcentajes relativos de resistencia a compresión de las mejores combinaciones luego de 28 ciclos de hielo-deshielo ................................................................. 219 Gráfico 9.6.- Penetración del agua de las probetas Patrón ...................................................... 221 Gráfico 9.7.- Penetración del agua de probetas con congelamiento a 1 hora .......................... 222 Gráfico 9.8.- Absorción del agua de los prismas Patrón ........................................................... 224 Gráfico 9.9.- Absorción del agua de los prismas con congelamiento a 1 hora.......................... 225 Gráfico 9.10.- Comparación de Cambio de longitud (mm) de las mejores combinaciones ....... 227 Gráfico 9.11.- Comparación de variación de longitud (%) de las mejores combinaciones ....... 227 Gráfico 9.12.- Comparación de Cambio de altura (mm) de las mejores combinaciones ........... 228 Gráfico 9.13.- Comparación de variación de altura (%) de las mejores combinaciones ............ 229 xviii.

(22) LISTA DE FIGURAS CAPÍTULO II Figura 2.1.- Mecanismos físicos y químicos del deterioro del concreto [Basheer, 1996] ............ 11 Figura 2.2.- Daño superficial en pavimentos [Ghaida Al-Assadi] ................................................ 12 Figura 2.3.- Resistencia a compresión con contenidos variables de cemento [Ghaida AlAssadi] ........................................................................................................................................ 13 Figura 2.4.- Principio de la presión hidráulica [Rostam, 1989] ................................................... 22 Figura 2.5.- Mecanismo de la presión osmótica [Pigeon, 1995] ................................................. 23 Figura 2.6.- Comparación Inversión vs. Tiempo entre estructura durable y no durable [Hernández y Mendoza, 2006] ................................................................................................... 27 Figura 2.7.- Efecto del congelamiento durante 24 h a -5 °C, a partir de distinto tiempo desde el colado, sobre la resistencia a compresión [Klaric, 2001] .............................................. 33 Figura 2.8.- Rotura local del concreto debido al congelamiento del agregado [Becker, 2010] .......................................................................................................................................... 38 Figura 2.9.- Composición de la pasta de cemento en función de la relación a/c [Ghaida AlAssadi] ........................................................................................................................................ 40 Figura 2.10.- Coeficiente de permeabilidad para diferentes relaciones a/c [Herholdt]............... 41 Figura 2.11.- Relación porosidad-resistencia [P. Kumar Mehta] ................................................. 41 Figura 2.12.- Esquema de la incorporación de aire. Correcta (izquierda) e incorrecta (derecha) [Klaric, 2001] .............................................................................................................. 43 Figura 2.13.- Relación entre el contenido de aire, resistencia a compresión y durabilidad de una mezcla de concreto [Boydi, 2007] ................................................................................... 54 Figura 2.14.- Resistencia a tracción y ciclos de hielo-deshielo [Ji, 2008] ..................................... 55. xix.

(23) Figura 2.15.- Influencia de los ciclos hielo-deshielo en el Módulo de Elasticidad [Shang &Song, 2006] .......................................................................................................................................... 56. CAPÍTULO III Figura 3.1.- Efecto del tamaño del agregado grueso en la distribución de las fibras (40 mm de longitud) [Hannat, 1978] ....................................................................................................... 60 Figura 3.2.- Esfuerzo de tensión en la fibra [López, 2015] .......................................................... 63 Figura 3.3.- Perfiles esfuerzo-longitud de fibra para l = 𝑙𝑐 y l >𝑙𝑐 [López, 2015] ......................... 64 Figura 3.4.- Perfil esfuerzo-longitud de fibra para l <𝑙𝑐 [López, 2015] ........................................ 65 Figura 3.5.- Clasificación de las fibras [López, 2015] .................................................................. 67 Figura 3.6.- Esquema representativo de la extrusión del polipropileno [Muñoz, 2011] .............. 71 Figura 3.7.- Proceso de fabricación de fibras de polipropileno [Muñoz, 2011] ........................... 72 Figura 3.8.- Áreas de fisuración a las 24 hrs para concretos con distintas cantidades de microfibras [Sika Colombia] ....................................................................................................... 74 Figura 3.9.- Concreto 4000 psi a las 24 hrs, expuesto a viento de 2 m/s (izquierda), concreto 4000 psi a las 24 hrs con Sika Fiber PE, 1 kg/m3, expuesto a viento de 2 m/s (derecha) [Sika Colombia] .......................................................................................................... 75 Figura 3.10.- Tenacidad de concreto fibroreforzado y sin reforzar [Sika Colombia] ................... 77. CAPÍTULO IV Figura 4.1.- Tamizado del Agregado Fino ................................................................................... 88 Figura 4.2.- Peso Específico del Agregado Fino: Fiolas con las muestras de agregado fino ........ 92 Figura 4.3.- Peso Unitario Compactado del agregado fino: Varillado de la última capa de agregado .................................................................................................................................... 94 Figura 4.4.- Peso Unitario Suelto del agregado fino: Enrasado del agregado sobrante ............. 95 Figura 4.5.- Contenido de Humedad: Muestras siendo introducidas en el horno para su secado ........................................................................................................................................ 97 Figura 4.6.- Lavado del material más fino que la malla N° 200 .................................................. 99 Figura 4.7.- Agregado fino con solución de hidróxido de sodio luego de 24 horas ................... 101 Figura 4.8.- Tamizado Mecánico del Agregado Grueso ............................................................ 105 Figura 4.9.- Peso Específico y Absorción del agregado grueso: Canastilla con la muestra SSS siendo sumergida ............................................................................................................... 108 xx.

(24) Figura 4.10.- Peso Unitario Compactado del agregado grueso: Llenado del recipiente............ 109 Figura 4.11.- Peso Unitario Suelto del agregado grueso: Enrasado .......................................... 110 Figura 4.12.- Contenido de Humedad de los agregados grueso y fino: Muestras sacadas del horno .................................................................................................................................. 111 Figura 4.13.- Máquina de Los Ángeles ...................................................................................... 113 Figura 4.14.- Ensayo de abrasión e impacto en la máquina de Los Ángeles: Muestra final después del ensayo................................................................................................................... 114 Figura 4.15.- Aditivo incorporador de aire SikaAer ................................................................... 118 Figura 4.16.- Fibras de polipropileno Sikafiber PE..................................................................... 119. CAPÍTULO VI Figura 6.1.- Ensayo de consistencia del concreto ...................................................................... 133 Figura 6.2.- Ensayo de peso unitario del concreto .................................................................... 135 Figura 6.3.- Determinación del contenido de aire del concreto ................................................ 137 Figura 6.4.- Ensayo de resistencia a compresión ...................................................................... 139 Figura 6.5.- Preparación del espécimen e instalación del equipo de permeabilidad ................. 142 Figura 6.6.- Rotura del espécimen y medición de la penetración del agua ............................... 142 Figura 6.7.- Sellado de las caras con parafina e inmersión de la muestra en agua hasta 3.0 cm....................................................................................................................................... 144 Figura 6.8.- Determinación de la absorción de la muestra ....................................................... 144. CAPÍTULO VII Figura 7.1.- Moldes para los tres tipos de especímenes............................................................ 146 Figura 7.2.- Preparación del concreto ....................................................................................... 147 Figura 7.3.- Adición del aditivo incorporador de aire disuelto con el 10% de agua de mezcla ...................................................................................................................................... 148 Figura 7.4.- Adición de la fibra de polipropileno a la mezcla .................................................... 149 Figura 7.5.- Elaboración de probetas: Llenado de la tercera capa ............................................ 150 Figura 7.6.- Probetas que fueron sometidas a congelamiento a) a 1 hora de edad y b) a 12 horas de edad, desencofradas luego de 24h ............................................................................ 151 Figura 7.7.- Curado de probetas y prismas ............................................................................... 151 xxi.

(25) Figura 7.8.- Ensayo de congelamiento a edad temprana de probetas...................................... 155 Figura 7.9.- Etapa de congelamiento de probetas .................................................................... 156 Figura 7.10.- Probetas de concreto en la etapa de deshielo ..................................................... 157 Figura 7.11.- Ensayo a compresión de probeta sometida a congelamiento a edad temprana ................................................................................................................................. 164 Figura 7.12.- Ensayo a compresión de probeta sometida a ciclos de hielo-deshielo ................. 164 Figura 7.13.- Ensayo de permeabilidad al agua: Medición de la penetración del agua ............ 165 Figura 7.14.- Ensayo de absorción capilar para prisma ............................................................ 166 Figura 7.15.- Medición de altura del prisma con el vernier ....................................................... 167. CAPÍTULO VIII Figura 8.1.- Prisma Patrón sin congelamiento .......................................................................... 206 Figura 8.2.- Prisma Patrón afectado por ciclos de hielo-deshielo ............................................. 206 Figura 8.3.- Prisma con 0.3 F afectado por ciclos de hielo-deshielo .......................................... 207 Figura 8.4.- Prisma con 0.75 F afectado por ciclos de hielo-deshielo ........................................ 207 Figura 8.5.- Prisma con 1.2 F afectado por ciclos de hielo-deshielo .......................................... 207 Figura 8.6.- Prisma con 4.0% A afectado por ciclos de hielo-deshielo....................................... 208 Figura 8.7.- Prisma con 4.0% A + 0.3 F afectado por ciclos de hielo-deshielo ........................... 208 Figura 8.8.- Prisma con 4.0% A + 0.75 F afectado por ciclos de hielo-deshielo ......................... 208 Figura 8.9.- Prisma con 4.0% A + 1.2 F afectado por ciclos de hielo-deshielo ........................... 209 Figura 8.10.- Prisma con 5.5% A afectado por ciclos de hielo-deshielo..................................... 209 Figura 8.11.- Prisma con 5.5% A + 0.3 F afectado por ciclos de hielo-deshielo ......................... 209 Figura 8.12.- Prisma con 5.5% A + 0.75 F afectado por ciclos de hielo-deshielo ....................... 210 Figura 8.13.- Prisma con 5.5% A + 1.2 F afectado por ciclos de hielo-deshielo ......................... 210. xxii.

(26) EVALUACIÓN DEL DETERIORO DEL CONCRETO CON CONTENIDOS VARIABLES DE AIRE INCORPORADO Y FIBRAS DE POLIPROPILENO SOMETIDO A CONGELAMIENTO A EDADES TEMPRANAS __________________________________________________________________________________________________________. CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO GENERAL Y OBJETIVOS 1.1. INTRODUCCIÓN El concreto empleado en obras es muy sensible a las condiciones medioambientales afectando a su durabilidad. Este deterioro en una estructura de concreto es de naturaleza compleja y cada fenómeno se podrá atribuir a la acción simultánea de una serie de factores. Estos podrán estar relacionados con las condiciones medioambientales (humedad y temperatura) o con las características propias del concreto. En nuestro país, en las regiones frías el congelamiento del agua en los poros del concreto es causa frecuente de deterioro del concreto. Cabe resaltar que las bajas temperaturas pueden influir en el comportamiento del concreto dependiendo principalmente de la edad del material, si no se dan las medidas del caso nuestro concreto está expuesto a la expansión y contracción excesiva del mismo pudiendo sufrir daños irreversibles a temprana edad. En estas regiones también se presenta el fenómeno de ciclos de hielo-deshielo originado en la época de las heladas, con bajas temperaturas en la madrugada y altas temperaturas en el día. La transición del hielo al deshielo está acompañada por cambios dimensionales y. 1.

(27) EVALUACIÓN DEL DETERIORO DEL CONCRETO CON CONTENIDOS VARIABLES DE AIRE INCORPORADO Y FIBRAS DE POLIPROPILENO SOMETIDO A CONGELAMIENTO A EDADES TEMPRANAS __________________________________________________________________________________________________________. cambio de la tensión interna, pudiendo causar la pérdida de la capacidad resistente del concreto. Existen un gran número de investigaciones que describen los efectos negativos en el concreto sometido a ciclos de hielo-deshielo; mientras que sobre el problema de congelamiento a edad temprana existen menos estudios. Este trabajo trata de evaluar posibles soluciones ante el congelamiento a edad temprana considerándose este el punto de partida para un concreto durable. Para las situaciones expuestas se tomaron como medidas de protección la adición de aditivo incorporador de aire y de fibras de polipropileno, tanto en forma independiente como sus combinaciones. Se sabe que el concreto con aire incorporado es resistente a los ciclos de hielo-deshielo, adicionalmente se busca apreciar su funcionamiento ante el congelamiento a edad temprana. Por otro lado existen algunos estudios que exponen el aporte positivo de las fibras de polipropileno ante el congelamiento, pero falta estudiar más este tema. Con el desarrollo de esta investigación se busca observar y conocer cualitativa y cuantitativamente el deterioro y afectación directa del congelamiento a edades tempranas sobre las propiedades de probetas y prismas de concreto, y así obtener un registro de la información recolectada y proporcionar algunas tendencias de comportamiento con el fin de evaluar el aporte de los aditivos seleccionados para este problema.. 1.2. OBJETIVOS 1.2.1.. OBJETIVO GENERAL. Evaluar el deterioro del concreto con contenidos variables de aire incorporado y fibras de polipropileno sometido a congelamiento a edades tempranas. 1.2.2. .   . . OBJETIVOS ESPECÍFICOS Comparar la resistencia a compresión de probetas sometidas a congelamiento temprano (1h, 12h y 24h a partir de su fabricación) con probetas con curado permanente por 28 días. Determinar el efecto del aire incorporado sobre las propiedades del concreto sometido a congelamiento temprano. Determinar el efecto de la fibra de polipropileno sobre las propiedades del concreto sometido a congelamiento temprano. Determinar los porcentajes óptimos tanto de fibra de polipropileno como de aditivo incorporador de aire para minimizar el daño por congelamiento en el concreto. Determinar y evaluar la fisuración del concreto debido al congelamiento.. 2.

(28) EVALUACIÓN DEL DETERIORO DEL CONCRETO CON CONTENIDOS VARIABLES DE AIRE INCORPORADO Y FIBRAS DE POLIPROPILENO SOMETIDO A CONGELAMIENTO A EDADES TEMPRANAS __________________________________________________________________________________________________________. 1.3. TIPO DE INVESTIGACIÓN La presente investigación se caracteriza por ser experimental, correlacional y cuantitativa. Es experimental porque analizamos el efecto producido por la manipulación intencional de nuestras variables independientes que son la edad antes del congelamiento, contenido total de aire y cantidad de fibras de polipropileno sobre nuestras variables dependientes que son la resistencia a compresión y la fisuración. Es correlacional porque estudiamos el grado de relación existente entre nuestras variables independientes y dependientes.. Y es cuantitativa porque utilizamos la recolección, procesamiento y análisis de datos numéricos, como los valores de resistencia a compresión (kg/cm2), la penetración del agua bajo presión (mm), la absorción de agua (g/cm2) y la longitud de fisuras (cm); para poder probar las hipótesis y establecer con exactitud patrones de comportamiento.. 1.4. HIPÓTESIS  . La adición del incorporador de aire y las fibras de polipropileno ayudan al concreto a resistir el efecto dañino del congelamiento a edades tempranas. Las fibras de polipropileno reducen el fisuramiento en el concreto causado por el congelamiento a edades tempranas.. 1.5. IDENTIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN 1.5.1. VARIABLES INDEPENDIENTES   . Edad del concreto antes de ser sometido a congelamiento. Porcentaje de aire incorporado. Cantidad de fibra de polipropileno.. 1.5.2. VARIABLES DEPENDIENTES  . Resistencia a la compresión. Fisuración.. 3.

(29) EVALUACIÓN DEL DETERIORO DEL CONCRETO CON CONTENIDOS VARIABLES DE AIRE INCORPORADO Y FIBRAS DE POLIPROPILENO SOMETIDO A CONGELAMIENTO A EDADES TEMPRANAS __________________________________________________________________________________________________________. 1.6. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES INDEPENDIENTES INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. VARIABLE. RANGO DE VARIABILIDAD. UNIDAD DE MEDICIÓN. 1 hora Edad del concreto antes de ser sometido a congelamiento. Cronómetro. Horas. 12 horas 24 horas 0.3 kg/m3. Cantidad de fibra de polipropileno. Balanza (precisión de ± 0.1 g). kg/m3. 0.75 kg/m3 1.2 kg/m3 4.0%. Porcentaje de aire total. Aparato de Washington. % 5.5%. Tabla 1.1.- Operacionalización de variables independientes. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES DEPENDIENTES VARIABLE. INDICADOR. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN. UNIDAD DE MEDICIÓN. Resistencia a compresión. Valor de resistencia a compresión. Prensa de compresión. kg/cm2. Penetración del agua bajo presión. Permeámetro y Regla metálica. mm. Absorción capilar del agua. Balanza (precisión de ± 0.1 g). g/cm2. Longitud de fisuras externas. Cad. cm. Fisuración. Tabla 1.2.- Operacionalización de variables dependientes. 4.