comportamiento del concreto hidraulico con adiciones · 2016-02-17 · comportamiento del concreto...

COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO HIDRAULICO CON ADICIONES DE FIBRA

ANDRES GUILLERMO PARRA LOPEZ MARCO FIDEL PARRA MEJIA

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

BUCARAMANGA 2007

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COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO HIDRAULICO CON ADICIONES DE FIBRA

ANDRES GUILLERMO PARRA LOPEZ MARCO FIDEL PARRA MEJIA

Tesis para optar al título de Ingeniero Civil

DirectorEDUARDO CASTAÑEDA PINZON

Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

BUCARAMANGA 2007

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TITULO: COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO HIDRAULICO CON ADICIONES DE FIBRA. * AUTOR: MARCO FIDEL PARRA MEJIA ANDRES GUILLERMO PARRA. ** PALABRAS CLAVES: Fuerzas de adhesión, fibra, concreto.

RESUMEN

El objetivo de este proyecto es continuar los estudios en materiales de construcción que sean económicos y durables. Las fibras de acero y de vidrio, son alternativas viables pero costosas. Las fibras naturales pueden ser una posibilidad real para los países en desarrollo, ya que están disponibles en grandes cantidades y representan una fuente renovable continua.

El estudio comienza con una caracterización de la fibra de fique, determinando sus propiedades mecánicas tales como la resistencia a la tensión y el modulo de elasticidad, posteriormente se determina la fuerza de adhesión que existe entre la fibra de fique y el mortero, por ultimo se realizan unos modelos de probetas a compresión con mortero normal, tensión con mortero normal y mortero reforzado, flexión con mortero normal y mortero reforzado. Teniendo como resultado una idea mas clara de la interacción entre estos dos materiales y aportando un granito de arena para las próximas investigaciones en este campo, para obtener un artículo completo de este nuevo material, ya que puede ser una posibilidad de desarrollo para poblaciones vulnerables.

Al final de la investigación se hace un análisis detallado del comportamiento del mortero, sin embargo el mayor aporte que puede hacer esta investigación es la determinación de las fuerzas de adhesión entre el mortero y la fibra, para poder mejorar el modelamiento y la confianza de los constructores y diseñadores en este tipo de compuestos.

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* Proyecto de grado. ** Facultad de Ingenierías Físico-Mecánicas. Escuela de Ingeniería Civil Director: Eduardo Castañeda.

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tipo de compuestos.


TITLE: CONCRETE WITH ADDITIONS OF FIBER AUTHORS: MARCO FIDEL PARRA MEJIA ANDRES GUILLERMO PARRA. ** KEYWORDS: Adhesion strength, concrete, fiber.

ABSTRACT

The objective of this project is to continue the studies in building supplies that are economic and durable. The steel fibers and of glass are alternative viable but expensive. The natural fibers can be a real possibility for the developing countries, since they are available in big quantities and they represent a continuous renewable source.

The study begins with a characterization of the fique fiber, determining its such as mechanical estates the tension resistance and the elasticity module, later on we determine the strength of adhesion that exists between the fique fiber and the mortar, finally some models of test tubes are carried to compression with normal mortar, tension with normal mortar and reinforced mortar, flexion with normal mortar and reinforced mortar. Having an idea as a result with the interaction among these two materials and contributing a grain of sand for the next investigations in this field, to obtain a complete material study of this new one, since it can be a development possibility for vulnerable populations.

In the final of this investigation has got a annalist detailed the comport a mortar, nevertheless the major contribute that this investigation can be done is the determination of the strength of adhesion between the mortar and the fiber, to be able to improve the models and the confidence of the builders and designers in this type of composed.

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* Undergraduate Thesis ** Faculty of physic – Mechanical Engineering. School of Civil Engineering. Director: Civil Eng. Eduardo Castañeda

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AGRADECIEMIENTOS

Los autores de este proyecto queremos agradecer a todos aquellos que creyeron en nuestras capacidades y que a pesar de nuestras decaídas, nos dieron apoyo, principalmente a nuestros padres, quienes con sus consejos nos guiaron en el camino correcto, sin embargo sin la ayuda y guía de nuestro director Eduardo Castañeda no hubiese sido posible esta investigación.

También queremos agradecer a los directivos y técnicos de las empresas, TESICOL y EXTRUCOL, puesto que con su ayuda y colaboración pudimos obtener resultados satisfactorios en sus laboratorios.

Finalmente agradecemos la colaboración de los laboratoristas de la Universidad Industrial de Santander, en especial a Jairo Hernández ya que su colaboración fue muy importante.

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION

1. MARCO TEORICO

1.1. MATERIALES COMPUESTOS…

1.1.1 Materiales compuestos reforzados con fibras

1.1.1.1 Influencia de la longitud de la fibra

1.1.1.2 Influencia de la orientación y de la concentración de la fibra.

1.2 FASE MATRIZ

1.3 FASE FIBROSA

1.4 EL FIQUE LA FIBRA DE FIQUE

1.5 LA FIBRA DE FIQUE

1.6 CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS NATURALES

2. CARACTERIZACION MECANICA DE LA FIBRA DE FIQUE

2.1 RESISTENCIA ÚLTIMA DE LA FIBRA DE FIQUE

2.2 MODULO DE ELASTICIDAD DE LA FIBRA DE FIQUE

3. FUERZA DE ADHESION ENTRE EL MORTERO Y LA FIBRA DE FIQUE

4. ENSAYOS EN CONCRETOS REFORZADOS CON FIBRAS

4.1 ENSAYO DE COMPRESION. Norma ICONTEC 220

4.2 ENSAYO DE TENSION. Norma ICONTEC 119

4.3 ENSAYO DE FLEXION. Norma ICONTEC 120

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5. ANALISIS DE LOS RESULTADOS

5.1 CLASIFICACIÓN MECANICA DE LA FIBRA DE FIQUE

5.1.1 Resistencia última a tensión de la fibra de fique

5.1.2 Esfuerzo último a tensión de la fibra de fique

5.1.3 Modulo de elasticidad de la fibra de fique

5.2 FUERZA DE ADHESION ENTRE EL MORTERO Y LA FIBRA DE FIQUE

5.3 PROPIEDADES MECANICAS DEL MORTERO NORMAL Y REFORZADO

5.3.1 Resistencia a la compresión del mortero normal

5.3.2 Resistencia a la tensión del mortero normal y mortero reforzado

5.3.2.1 Mortero normal

5.3.2.2 Mortero reforzado

5.3.2.3 Comparación entre el mortero normal y el mortero reforzado

5.3.3 Resistencia a la flexión del mortero normal y mortero reforzado



5.3.3.3 Comparación entre el mortero normal y el mortero reforzado

6. ANÁLISIS DE LA FALLA A TENSIÓN Y FLEXIÓN DE LAS PROBETAS DE MORTERO NORMAL Y MORTEROREFORZADO

6.1 FALLA A TENSIÓN

6.2 FALLA A FLEXIÓN

7. MODELOS PARA CALCULAR EL ESFUERZO A TENSION Y EL ESFUERZO A FLEXION EN EL MORTERO REFORZADO

7.1 MODELO A TENSION DEL MORTERO REFORZADO CON FIBRA DE FIQUE

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7.2 MODELO A FLEXION DEL MORTERO REFORZADO CON LA FIBRA DE FIQUE.

8. CONCLUSIONES

9. RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFIA

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LISTA DE TABLAS

TABLA 1. Resistencia ultima a la tensión de la fibra de fique.

TABLA 2. Esfuerzos últimos a tensión de la fibra de fique

TABLA 3. Variación de la elongación con la carga a tensión.

TABLA 4. Fuerzas de adhesión entre la fibra de fique y el mortero (edad de las probetas 7 días). TABLA 5. Variación de la fuerza de adhesión promedio con la profundidad de anclaje de la fibra.

TABLA 6. Variación del esfuerzo de adhesión promedio con la profundidad de anclaje de la fibra.

TABLA 7. Resistencia a la compresión del mortero normal a los 7 días.

TABLA 8. Resistencia a tensión de mortero normal. Edad 7 días

TABLA 9. Resistencia a tensión de mortero reforzado. Edad 7 días.TABLA 10. Resistencia a flexión del mortero normal a los 7 días.

TABLA 11. Resistencia a flexión del mortero reforzado a los 7 días.TABLA 12. Resistencia teórica de las probetas reforzadas a tensión.

TABLA 13. Comparación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico.

TABLA 14. Resistencia teórica de las probetas reforzadas a Flexión.

TABLA 15. Comparación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1. Clasificación de los materiales compuestos (Callister, 1996).

FIGURA 2. Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de tracción.

FIGURA 3. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras.

FIGURA 4. Algunas ilustraciones del proceso del fique.

FIGURA 5. Detalles sobre la variación del diámetro en la fibra de fique.

FIGURA 6. Instrumentos utilizados para determinar la resistenciaa la tensión de la fibra de fique.

FIGURA 7. Instrumentos utilizados para medir el diámetro de la fibra de fique.

FIGURA 8. Variación de la carga ultima a tensión de la fibra de fique con el diámetro.

FIGURA 9. Variación de la elongación última de la fibra de fique con el diámetro.

FIGURA 10. Variación del esfuerzo ultimo a tensión de la fibra de fique con el diámetro.

FIGURA 11. Algunos detalles del ensayo para determinar el modulo de elasticidad de la fibra de fique.

FIGURA 12. Variación del esfuerzo a tensión con la deformación unitaria (para diámetros promedio de (0.22, 0.19, 0.18) mm).

FIGURA 13. Detallas del montaje del ensayo para las fuerzas de adhesión

FIGURA 14. Variación de la fuerza de adhesión entre la fibra de fique y el mortero con el diámetro de la fibra (para una profundidad de anclaje de (1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5) cm.).

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FIGURA 15. Variación del esfuerzo de adhesión con el diámetro de la fibra (para una profundidad de anclaje de (1.0, 1.5, 2.0, 2.5 cm.).

FIGURA 16. Variación de la fuerza de adhesión con laprofundidad de anclaje de la fibra.

FIGURA 17. Variación del esfuerzo de adhesión promedio con la profundidad de anclaje de la fibra.

FIGURA 18. Detalles del ensayo a compresión del mortero.

FIGURA 19. Probeta para el ensayo a compresión del mortero.

FIGURA 20. Detalles del ensayo a tensión.

FIGURA 21. Detalle geométrico de la probeta reforzada a tensión.

FIGURA 22. Comparación de los esfuerzos últimos a tensión del mortero normal y el mortero reforzado a los 7 días.

FIGURA 23. Detalles del ensayo a flexión.

FIGURA 24. Detalle geométrico de la probeta reforzada con fibra de fique (la fibra tiene una longitud de 140 mm.).

FIGURA 25. Comparación de los esfuerzos últimos a flexión del mortero normal y el mortero reforzado a los 7 días.

FIGURA 26. Falla típica a tensión.

FIGURA 27. Falla típica a flexión.

FIGURA 28. Resistencia total a tensión de un material reforzado con fibra

FIGURA 29. Variación de la Fuerza de adhesión Vs Diámetro promedio a una profundidad de 2.0 cm.

FIGURA 30. Variación de la carga ultima Vs diámetro promedio.

FIGURA 31. Resistencia total a Flexión de un material reforzado con fibra.

FIGURA 32. Relación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico.

FIGURA 33. Comparación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico.

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INTRODUCCION

El desarrollo de nuevos materiales es una tarea de los profesionales del campo de la

construcción, esto requiere de investigación y dedicación, con este proyecto se

espera aportar un granito de arena a esta tarea, este objetivo se logra a través del

tiempo, para el caso del concreto reforzado con fique, el cual es la temática del

proyecto, se requiere de un estudio detallado y secuencial que podrían retomar

nuevos investigadores tomando como base este proyecto donde se consignan los

primeros pasos de lo que muy seguramente será un aporte completo a la ciencia de

los nuevos materiales en un futuro no muy lejano.

La actividad fiquera se encuentra bajo los parámetros típicos de una economía

campesina; alto índice de subempleo, desempleo y bajos ingresos económicos de la

familia productora. En Santander hay cerca de 3.865 familias cultivadoras de fibra de

fique, en municipios como: Mogotes, Onzaga, San Joaquín, Aratoca, Curíti, Cepitá,

San Gil, entre otros, los cuales utilizan el fique para productos artesanales, lo que

quiere decir que el fique como producto para la construcción aumentaría la demanda

y beneficiaria a miles de familias no solo en Santander sino en algunas regiones de

Colombia.

Las adiciones de fibra de fique aumentan la tenacidad del compuesto, además

proporcionan al concreto ductilidad y capacidad de absorber energía (Mehta y

Monteiro, 1998). El propósito de este estudio consiste en determinar las fuerzas

existentes entre la fibra de fique y el mortero, y así determinar las propiedades

mecánicas del mortero normal mediante ensayos de compresión, tensión y flexión,

con el análisis de los resultados se puede asegurar que el mortero reforzado con

fibra de fique aumenta la resistencia a la tensión y flexión.

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1. MARCO TEORICO

1.1 MATERIALES COMPUESTOS Los materiales aglomerantes, en la forma de hormigones o morteros, son atractivos

para su uso como materiales de construcción, dado su bajo costo, su durabilidad y su

resistencia a la compresión para uso estructural. Adicionalmente, en el estado fresco

ellos son fácilmente moldeables a las formas más complejas que sean requeridas.

Su defecto radica en sus características de baja resistencia a la tracción, a los

impactos, y a su susceptibilidad a los cambios de humedad. La adición de fibras

como refuerzo de hormigones, morteros y pasta de cemento pueden incrementar

muchas de las propiedades de éstos, destacando entre ella, la resistencia a la

tensión, resistencia a la flexión, tenacidad, fatiga, impacto, permeabilidad y

resistencia a la abrasión.

Las combinaciones de propiedades de los materiales y la gama de sus valores se

han ampliado, y se siguen ampliando, mediante el desarrollo de materiales

compuestos (composites). En términos generales, se considera que un material

compuesto es un material multifase que conserva una proporción significativa de las

propiedades de las fases constituyentes de manera que presente la mejor

combinación posible. De acuerdo con este principio de acción combinada, las

mejores propiedades se obtienen por la combinación razonada de dos o más

materiales diferentes. El siguiente esquema clasifica los materiales compuestos

según la adición.

FIGURA 1. Clasificación de los materiales compuestos (Callister, 1996).

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materiales diferentes. El siguiente esquema clasifica los materiales compuestos


1.1.1 Materiales compuestos reforzados con fibras. Tecnológicamente, los materiales compuestos con fases dispersas en forma de

fibras son los más importantes. A menudo se diseñan materiales compuestos

reforzados con fibras con la finalidad de conseguir elevada resistencia y rigidez a

baja densidad. Estas características se expresan mediante los parámetros de

resistencia específica y módulo específico, que corresponden, respectivamente, a las

relaciones entre la resistencia a la tracción, el módulo de elasticidad y el peso

especifico. Utilizando materiales de baja densidad, tanto para la matriz como para las

fibras, se fabrican compuestos reforzados con fibras que tienen resistencias y

módulos específicos excepcionalmente elevados.

1.1.1.1 Influencia de la longitud de la fibra. Las características mecánicas de los compuestos reforzados con fibras no sólo

dependen de las propiedades de la fibra, también dependen de la forma en que una

carga se transmite a la fibra por medio de la fase matriz. En este proceso de

transmisión de carga es muy importante que la fuerzas de adhesión entre la interfaz

fase matriz y fibra sea suficiente para soportar los esfuerzos de tracción. Al aplicar un

esfuerzo de tracción, la unión fibra-matriz cesa en los extremos de la fibra y en la

matriz se forma un patrón de deformación, en otras palabras, en los extremos de la

fibra no hay transmisión de carga.

FIGURA 2. Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de tracción.

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1.1.1.2 Influencia de la orientación y de la concentración de la fibra. La disposición u orientación relativa de las fibras, su concentración y distribución

influyen radicalmente en la resistencia y en otras propiedades de los materiales

compuestos reforzados con fibras. Con respecto a la orientación existen dos

situaciones extremas: (1) alineación paralela de los ejes longitudinales de las fibras y

(2) alineación al azar. Las fibras continuas normalmente se alinean, mientras que las

fibras discontinuas se pueden alinear, orientar al azar o alinearse parcialmente.

FIGURA 3. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras (a) continuas y alineadas, (b) discontinuas y alineadas y (c) discontinuas y orientadas al azar. Las consideraciones sobre la orientación y la longitud de las fibras de un compuesto

particular dependen del nivel, de la naturaleza del esfuerzo aplicado y del costo de

fabricación. Las velocidades de producción de compuestos con fibras cortas

(alineadas y orientadas al azar) son rápidas y se pueden conformar piezas de formas

intrincadas que no son posibles con refuerzos de fibras continuas. Además, los

costos de fabricación son muchos más bajos que en el caso de compuestos

reforzados con fibras continuas y alineadas.

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1.2 FASE MATRIZ La fase matriz de un material compuesto con fibras ejerce varias funciones. En

primer lugar, une las fibras y actúa como un medio que distribuye y transmite a las

fibras los esfuerzos externos aplicados; sólo una pequeña fracción del esfuerzo

aplicado es resistido por la matriz. Además, la matriz debe ser dúctil y, por otra parte,

el módulo elástico de la fibra debe ser mucho mayor que el de la matriz. En segundo

lugar, la matriz protege las fibras del deterioro superficial que puede resultar de la

abrasión mecánica o de reacciones químicas con el medio ambiente. Estas

interacciones introducen defectos superficiales capaces de originar grietas, que

podrían producir fallos con esfuerzos de tracción relativamente bajos. Finalmente, la

matriz separa las fibras y, en virtud de su relativa blandura y plasticidad, impide la

propagación de grietas de una fibra a otra, que originaría fallos catastróficos; en otras

palabras, la matriz actúa como una barrera que evita la propagación de grietas.

Aunque algunas fibras individuales se rompan, la rotura total del material compuesto

no ocurrirá hasta que se hayan roto gran número de fibras adyacentes.

Es esencial que la adherencia de la unión entre fibra y matriz sea elevada para

minimizar el arrancado de fibras. En efecto, la resistencia de la unión tiene gran

importancia en el momento de seleccionar la combinación matriz-fibra. La resistencia

a la tracción final del compuesto depende, en gran parte, de la magnitud de esta

unión; una unión adecuada es esencial para optimizar la transmisión de esfuerzos

desde la matriz a las fibras.

1.3 FASE FIBROSA.

Una importante característica de muchos materiales, especialmente los frágiles, es

que las fibras con diámetros pequeños son mucho más resistentes que el material

macizo. Por lo tanto, la probabilidad de que se presente una imperfección superficial

crítica que conduzca a la rotura disminuye cuando aumenta el volumen específico.

Este fenómeno se utiliza con ventaja en los compuestos reforzados con fibras. El

material utilizado como fibra de refuerzo debe tener alta resistencia a la tracción.

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1.4 EL FIQUE

El fique es una planta originaria de América Tropical, se cultivo de manera

particular en las zonas andinas de Colombia, Venezuela y Ecuador, en nuestro

país su siembra se realiza en la parte alta de la sierra templada y fría. Su

cultivo es óptimo en climas templados y secos, en temperaturas que oscilan

entre los 19º y 32º centígrados con una humedad relativa entre 70y 90%, y una

pluviosidad de 300 a 1600 mm. anuales, a una altitud entre 1300 y 2800

m.s.n.m. De acuerdo al reporte de las URPAS Y UMATAS, en el año 2002, la

participación departamental de la producción nacional ubico a Cauca, como el

primer productor de fique en el país, al señalar una participación de 39.9 %

sobre el total producido, seguido de los departamentos de Santander, Nariño y

Antioquia, como los más representativos.

En Colombia las especies cultivadas y aprovechadas como textiles son

Furcracea Macrophyla, Furcracea Cabuya, Furcracea Castilla. Desde hace

varios siglos se ha extraído la fibra de fique, con el fin de emplearla en la

elaboración de productos artesanales. Sin embargo la rentabilidad de estos

cultivos sigue siendo poca atractiva para el agricultor; por esta razón se hace

necesario adelantar proyectos de investigación que estén orientados a mejorar

los frentes de producción y aprovechamiento del fique.

FIGURA 4. Algunas ilustraciones del proceso del fique.

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1.5 LA FIBRA DE FIQUE Las fibras vegetales están constituidas por ligamentos fibrosos, que a su vez se

componen de microfibrillas dispuestas en camadas de diferentes espesores y

ángulos de orientación, las cuales son ricas en celulosa. Las diversas células

que componen una fibra se encuentran aglomeradas por la mela intercelular,

compuesta por hemicelulosa, peptina y principalmente lignina. La región central

de la fibra también puede presentar una cavidad denominada lacuna. Las

lacunas y los lúmenes son responsables de la gran incidencia de poros

permeables en las fibras, ya que absorben una elevada cantidad de agua

(Agopyan y Savastano).

Las fibras de fique son duras, pues provienen de los haces vasculares,

principalmente del xilema. Los haces mecánicos del fique están constituidos de

fibras elementales o fibrillas, soldadas entre si como una cera o goma. Las

extremidades de estas fibrillas se sobreponen para formar unos largos

filamentos multicelulares a lo largo de la hoja; dichos filamentos pluricelulares

son las “fibras”.

Las fibras de fique son llamadas fibras “estructurales” por que su principal

función es sostener y dar rigidez a las hojas. Cuando se extraen, se presentan

en forma de ejes más o menos largos (0.50 a 3.0 m) y de espesor variable

(1/10 a 1/3 mm de diámetro), la sección transversal de la fibra en un mismo hilo

es variable y por lo tanto siempre que se trate de señalar un diámetro, debe

hablarse de diámetro promedio. A continuación se muestran imágenes

logradas con un microscopio dispuesto por la escuela de física de la

Universidad Industrial de Santander.

FIGURA 5. Detalles sobre la variación del diámetro en la fibra de fique.

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1.6 CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS NATURALES

Desde que las fibras de asbesto fueron relacionadas con potenciales peligros

para la salud (Coutts, 1998), se inició la búsqueda de posibles sustitutos que le

proporcionan al concreto las propiedades tan favorables que el asbesto le

daba, y que además fuesen competitivos en calidad y precio. Las fibras de

acero, de vidrio y mas recientemente las de polipropileno, con alternativas

viables para reforzar el concreto.

Existe otro grupo conocido como las Fibras Naturales o vegetales que han sido

motivo de diversos estudios para su posible aplicación en este propósito.

Materiales reforzados con fibras naturales se pueden obtener a un bajo costo

usando la mano de obra disponible en la localidad y las técnicas adecuadas

para su obtención.

A finales de los años 60, se llevo a cabo en varios países una evaluación

sistemática de las propiedades ingenieriles de las fibras naturales y de los

compuestos formados por estas fibras con el cemento. Los resultados de las

investigaciones indicaron que algunas fibras naturales pueden ser usadas con

éxito para fabricar materiales de construcción.

La capacidad de refuerzo de una fibra depende del grado en que los esfuerzos

pueden transferirse desde la matriz, grado que a su vez está regido por las

características intrínsecas de la fibra, como: resistencia a la tensión mayor que

la resistencia de la matriz; capacidad de resistir deformaciones muy superiores

a la deformación en que la matriz se agrieta; módulo de elasticidad alto para

aumentar el esfuerzo que soporten en un elemento bajo carga, siempre y

cuando las fibras y la matriz se conserven totalmente adheridas; adherencia

adecuada con la pasta de cemento; relación longitud / diámetro adecuada para

que conserve su capacidad de absorción de esfuerzos.

Los refuerzos de fibra mejoran de varias maneras la tenacidad de la matriz, ya

que una grieta que se mueva a través de la matriz encuentra una fibra; si la

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La capacidad de refuerzo de una fibra depende del grado en que los esfuerzos


unión entre la matriz y la fibra no es buena, la grieta se ve obligada a

propagarse alrededor de la fibra, a fin de continuar con el proceso de fractura.

Además, una mala unión ocasiona que la fibra empiece a separarse de la

matriz. Ambos procesos consumen energía, e incrementan, por lo tanto, la

tenacidad a la fractura. Finalmente, al iniciarse la grieta en la matriz, fibras aun

no rotas pueden formar un puente sobre la grieta, lo cual proporciona un

esfuerzo compresivo que evita que la grieta se abra.

De acuerdo con Delvasto, los materiales cementicios reforzados con fibras

vegetales pueden presentar los siguientes problemas: alta alcalinidad de la

pasta (pH 12 – 13), que deteriora con el tiempo las fibras naturales celulósicas

por lixiviación de los componentes ligantes de las celdas de su microestructura;

mineralización en el interior de las fibras por precipitación de los productos de

hidratación del cemento; deterioro de la fibra por aumento de la densificación

de la interfase, y degradación de las propias cadenas de celulosa con el tiempo

por ataque alcalino.

2. CARACTERIZACIÓN MECANICA DE LA FIBRA DE FIQUE.

Esta caracterización mecánica de la fibra de fique contiene la resistencia última

a tensión, esfuerzos últimos a tensión y el modulo de elasticidad de la fibra de

fique, estos son los parámetros mecánicos mas importantes que se

determinaran a continuación, mediante la recopilación de datos obtenidos

experimentalmente.

2.1 RESISTENCIA ÚLTIMA DE LA FIBRA DE FIQUE.

Estas pruebas se realizaron en el laboratorio de control de calidad de la fábrica

de tejidos de Colombia, TESICOL S.A. con autorización del ingeniero Cristóbal

Reyes, gerente de calidad y la colaboración del laboratorista Cristian Jaimes.

Para la realización de este ensayo se utilizo un Dinamómetro manual con una

precisión de 0.1 Kg., el cual se muestra en la siguiente figura.

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FIGURA 6. Instrumentos utilizados para determinar la resistencia a la tensión de la fibra de fique. Se tomaron 50 muestras de fibra de fique con una longitud de 90 cm. para

considerar una propiedad de las fibras realizada en la industria de los tejidos el

cual se denomina DENIER, este termino se refiere al peso de la fibra en

gramos multiplicado por 10000, también se considero un diámetro promedio,

producto de tres mediciones realizadas a la fibra instalada en el montaje de la

prueba. El instrumento utilizado para medir el diámetro de la fibra de fique es el

Calibrador digital KANON, facilitado por la escuela de ingeniería civil, el cual

tiene una precisión de 0.01 mm, mostrado a continuación.

FIGURA 7. Instrumentos utilizados para medir el diámetro de la fibra de fique.

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MUESTRA DENIER* PESO DIAMETRO (mm) Фpromedio CARGA MAXIMA ELONGACION (gr) Ф1 Ф2 Ф3 (mm) (Newton) (%)

1 264 0.0264 0.15 0.29 0.20 0.21 11.77 6.00 2 309 0.0309 0.17 0.16 0.21 0.18 15.70 6.80 3 366 0.0366 0.15 0.17 0.15 0.16 17.66 6.00 4 299 0.0299 0.17 0.18 0.16 0.17 14.72 6.20 5 266 0.0266 0.20 0.15 0.16 0.17 3.92 6.00 6 270 0.027 0.24 0.16 0.18 0.19 6.87 5.80 7 190 0.019 0.16 0.17 0.19 0.17 5.89 7.40 8 165 0.0165 0.18 0.16 0.10 0.15 5.89 7.00 9 257 0.0257 0.15 0.19 0.17 0.17 13.73 6.40

10 250 0.025 0.24 0.15 0.19 0.19 11.77 6.00 11 256 0.0256 0.15 0.11 0.16 0.14 3.92 4.00 12 285 0.0285 0.15 0.21 0.18 0.18 9.81 5.20 13 243 0.0243 0.22 0.19 0.14 0.18 5.89 5.80 14 199 0.0199 0.18 0.17 0.19 0.18 8.83 7.00 15 274 0.0274 0.18 0.22 0.16 0.19 6.87 6.00 16 208 0.0208 0.16 0.17 0.21 0.18 9.81 6.00 17 186 0.0186 0.10 0.11 0.09 0.10 5.89 5.00 18 151 0.0151 0.09 0.11 0.07 0.09 3.92 3.80 19 173 0.0173 0.08 0.18 0.11 0.12 3.92 4.00 20 257 0.0257 0.19 0.11 0.13 0.14 7.85 5.40 21 290 0.029 0.24 0.12 0.10 0.15 8.83 5.40 22 191 0.0191 0.16 0.22 0.15 0.18 11.77 7.80 23 261 0.0261 0.17 0.19 0.16 0.17 11.77 6.00 24 243 0.0243 0.25 0.08 0.09 0.14 5.89 4.40 25 246 0.0246 0.09 0.10 0.08 0.09 8.83 6.00 26 200 0.02 0.17 0.15 0.10 0.14 11.77 7.20 27 316 0.0316 0.14 0.21 0.22 0.19 7.85 5.80 28 275 0.0275 0.12 0.13 0.09 0.11 7.85 5.00 29 284 0.0284 0.23 0.25 0.10 0.19 12.75 7.00 30 278 0.0278 0.16 0.11 0.10 0.12 5.89 3.60 31 248 0.0248 0.10 0.11 0.09 0.10 7.85 5.20 32 210 0.021 0.10 0.11 0.09 0.10 7.85 5.40 33 258 0.0258 0.11 0.13 0.09 0.11 11.77 6.80 34 429 0.0429 0.17 0.14 0.10 0.14 14.72 4.40 35 289 0.0289 0.21 0.15 0.08 0.15 9.81 4.60 36 282 0.0282 0.13 0.11 0.10 0.11 14.72 6.00 37 263 0.0263 0.19 0.12 0.09 0.13 13.73 7.20 38 287 0.0287 0.20 0.19 0.13 0.17 14.72 6.60 39 268 0.0268 0.12 0.23 0.13 0.16 8.83 5.00 40 181 0.0181 0.13 0.17 0.11 0.14 6.87 8.00 41 289 0.0289 0.23 0.20 0.11 0.18 14.72 7.20 42 239 0.0239 0.10 0.12 0.10 0.11 7.85 4.20 43 385 0.0385 0.14 0.21 0.13 0.16 17.66 5.60 44 260 0.026 0.10 0.10 0.09 0.10 9.81 5.20 45 278 0.0278 0.08 0.18 0.22 0.16 6.87 6.00 46 386 0.0386 0.12 0.13 0.13 0.13 19.62 6.00 47 357 0.0357 0.14 0.13 0.09 0.12 15.70 5.20 48 197 0.0197 0.16 0.17 0.11 0.15 7.85 5.40 49 368 0.0368 0.13 0.12 0.13 0.13 17.66 5.60 50 214 0.0214 0.13 0.07 0.12 0.11 7.85 4.00

TABLA 1. Resistencia ultima a tensión de la fibra de fique. *DENIER: peso de la fibra en gramos multiplicado por 10000

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uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om0.12

Constr

uApre

nde.c

om0.12

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om0.14

Constr

uApre

nde.c

om0.14

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om0.15

Constr

uApre

nde.c

om0.15

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

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nde.c

om0.18

Constr

uApre

nde.c

om0.18

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om0.16

Constr

uApre

nde.c

om0.16 0.17

Constr

uApre

nde.c

om0.17

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.09

Constr

uApre

nde.c

om

0.09 0.14

Constr

uApre

nde.c

om

0.14

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.10

Constr

uApre

nde.c

om

0.10 0.08

Constr

uApre

nde.c

om

0.08

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.15

Constr

uApre

nde.c

om

0.15 0.10

Constr

uApre

nde.c

om

0.10

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.21

Constr

uApre

nde.c

om

0.21 0.22

Constr

uApre

nde.c

om

0.22

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.12

Constr

uApre

nde.c

om

0.12 0.13

Constr

uApre

nde.c

om

0.13

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.23

Constr

uApre

nde.c

om

0.23 0.25

Constr

uApre

nde.c

om

0.25

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.0278

Constr

uApre

nde.c

om

0.0278 0.16

Constr

uApre

nde.c

om

0.16 0.11

Constr

uApre

nde.c

om

0.11

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.10

Constr

uApre

nde.c

om

0.10

Constr

uApre

nde.c

om

0.0248

Constr

uApre

nde.c

om

0.0248

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.021

Constr

uApre

nde.c

om

0.021 0.10

Constr

uApre

nde.c

om

0.10

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.0258

Constr

uApre

nde.c

om

0.0258

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.0429 Constr

uApre

nde.c

om

0.0429 Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.0289 Constr

uApre

nde.c

om

0.0289 Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


A continuación se presenta la gráfica donde se ilustra la variación de la

resistencia última a tensión con el diámetro promedio de la fibra de fique.

DIAMETRO PROMEDIO Vs CARGA ULTIMA

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24

DIAMETRO PROMEDIO [mm]

CARG

A U

LTI

MA [N

]

CARGA MAXIMA NewtonsTENDENCIA DATOS

+

FIGURA 8. Variación de la carga ultima a tensión de la fibra de fique con el diámetro. La elongación también varía con el diámetro promedio de la fibra, como se muestra en la siguiente grafica.

DIAMETRO PROMEDIO Vs ELONGACION

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21 0.23

DIAMETRO PROMEDIO (mm)

ELO

NG

AC

ION

(%)

ELONGACION (%)TENDENCIA DATOS

FIGURA 9. Variación de la elongación última de la fibra de fique con el diámetro.

12

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24

Constr

uApre

nde.c

om0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24


Constr

uApre

nde.c

omDIAMETRO PROMEDIO [mm]

FIGURA 8. Variación de la carga ultima a tensión de la fibra de fique con el

Constr

uApre

nde.c

omFIGURA 8. Variación de la carga ultima a tensión de la fibra de fique con el

La elongación también varía con el diám

Constr

uApre

nde.c

om

La elongación también varía con el diámetro promedio de la fibra, como se

Constr

uApre

nde.c

om

etro promedio de la fibra, como se

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


Constr

uApre

nde.c

om



13

MUESTRA Фpromedio CARGA MAXIMA CARGA MAXIMA AREA ESFUERZO # (mm) (Kg) Newtons mm^2 Mpa 1 0.21 1.20 11.77 0.036 329.34 2 0.18 1.60 15.70 0.025 616.81 3 0.16 1.80 17.66 0.019 916.00 4 0.17 1.50 14.72 0.023 648.29 5 0.17 0.40 3.92 0.023 172.88 6 0.19 0.70 6.87 0.029 233.92 7 0.17 0.60 5.89 0.024 249.44 8 0.15 0.60 5.89 0.017 348.39 9 0.17 1.40 13.73 0.023 605.07

10 0.19 1.20 11.77 0.029 401.00 11 0.14 0.40 3.92 0.015 254.91 12 0.18 1.00 9.81 0.025 385.51 13 0.18 0.60 5.89 0.026 222.97 14 0.18 0.90 8.83 0.025 346.96 15 0.19 0.70 6.87 0.027 250.92 16 0.18 1.00 9.81 0.025 385.51 17 0.10 0.60 5.89 0.008 749.43 18 0.09 0.40 3.92 0.006 616.81 19 0.12 0.40 3.92 0.012 328.46 20 0.14 0.80 7.85 0.016 486.38 21 0.15 0.90 8.83 0.018 478.13 22 0.18 1.20 11.77 0.025 480.23 23 0.17 1.20 11.77 0.024 498.88 24 0.14 0.60 5.89 0.015 382.36 25 0.09 0.90 8.83 0.006 1387.83 26 0.14 1.20 11.77 0.015 764.72 27 0.19 0.80 7.85 0.028 276.80 28 0.11 0.80 7.85 0.010 777.95 29 0.19 1.30 12.75 0.029 434.42 30 0.12 0.60 5.89 0.012 492.68 31 0.10 0.80 7.85 0.008 999.24 32 0.10 0.80 7.85 0.008 999.24 33 0.11 1.20 11.77 0.010 1238.72 34 0.14 1.50 14.72 0.015 1003.10 35 0.15 1.00 9.81 0.017 580.65 36 0.11 1.50 14.72 0.010 1458.66 37 0.13 1.40 13.73 0.014 983.62 38 0.17 1.50 14.72 0.024 623.60 39 0.16 0.90 8.83 0.020 439.12 40 0.14 0.70 6.87 0.015 468.11 41 0.18 1.50 14.72 0.025 578.26 42 0.11 0.80 7.85 0.009 878.23 43 0.16 1.80 17.66 0.020 878.23 44 0.10 1.00 9.81 0.008 1249.05 45 0.16 0.70 6.87 0.020 341.54 46 0.13 2.00 19.62 0.013 1478.16 47 0.12 1.60 15.70 0.011 1387.83 48 0.15 0.80 7.85 0.017 464.52 49 0.13 1.80 17.66 0.013 1330.34 50 0.11 0.80 7.85 0.009 878.23

TABLA 2. Esfuerzos últimos a tensión de la fibra de fique.

Constr

uApre

nde.c

om0.006

Constr

uApre

nde.c

om0.006

Constr

uApre

nde.c

om0.012

Constr

uApre

nde.c

om0.012

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om0.016

Constr

uApre

nde.c

om0.016

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om11.77

Constr

uApre

nde.c

om11.77

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om11.77

Constr

uApre

nde.c

om11.77

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

5.89

Constr

uApre

nde.c

om

5.89

Constr

uApre

nde.c

om

8.83

Constr

uApre

nde.c

om

8.83

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

11.77

Constr

uApre

nde.c

om

11.77

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.80

Constr

uApre

nde.c

om

0.80

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

1.30

Constr

uApre

nde.c

om

1.30

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.60

Constr

uApre

nde.c

om

0.60

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.80

Constr

uApre

nde.c

om

0.80

Constr

uApre

nde.c

om

0.80

Constr

uApre

nde.c

om

0.80

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

0.14 Constr

uApre

nde.c

om

0.14 Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


14

DIAMETRO PROMEDIO Vs ESFUERZO ULTIMO

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

1600.00

0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21 0.23


ESFU

ERZO

ULT

IMO

[MpA

]

ESFUERZO MpaPotencial (ESFUERZO Mpa)

En la siguiente grafica se muestra la variación del esfuerzo último a tensión con el diámetro de la fibra. FIGURA 10. Variación del esfuerzo ultimo a tensión de la fibra de fique con el diámetro.

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

omESFUERZO Mpa

Constr

uApre

nde.c

omESFUERZO Mpa

Constr

uApre

nde.c

om

Potencial (ESFUERZO Mpa)

Constr

uApre

nde.c

om

Potencial (ESFUERZO Mpa)


2.2 MODULO DE ELASTICIDAD DE LA FIBRA DE FIQUE

Para determinar el modulo de elasticidad de la fibra de fique se realizaron

algunas pruebas tomando lecturas (carga, elongación) entre el inicio de la

aplicación de la carga y la carga última, este proceso fue un poco dispendioso

ya que la falla de la fibra de fique ocurre en un tiempo muy corto. Estas

pruebas se realizaron en el laboratorio de control de calidad de la empresa

EXTRUCOL S.A., donde se cuenta con una maquina universal de pruebas

TINIUS OLSEN Serie 10000, esta maquina permite realizar algunas medidas

(carga, elongación) antes de que ocurra la falla, pues registra las mediciones

digitalmente. Para este ensayo la longitud de la fibra utilizada en el montaje fue

de 10 cm. A continuación se muestra el montaje.

FIGURA 11. Algunos detalles del ensayo para determinar el modulo de elasticidad de la fibra de fique. El número de fibras ensayadas es reducido ya que esta importante empresa

tiene poca disponibilidad de tiempo para este tipo de pruebas, para las cuales

se contó con la autorización del personal administrativo y la supervisión de

ingenieros y técnicos especialistas en este tipo de pruebas. Las mediciones

tomadas en el laboratorio fueron: diámetro promedio [mm], carga [Kgf],

Elongación [%] los cuales se muestran a continuación:

15

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


16

MUESTRA # 1

DIAMETROS Dpromedio Carga Elongación

Ф1 Ф2 Ф3

mm mm mm mm Kgf %

0.24 0.21 0.21 0.22 1.2 5

1.7 7

1.9 8

MUESTRA # 2


Ф1 Ф2 Ф3

mm mm mm mm Kgf %

0.18 0.2 0.18 0.19 1.2 4

1.7 6

2.2 8

MUESTRA # 3


Ф1 Ф2 Ф3

mm mm mm mm Kgf %

0.19 0.21 0.13 0.18 0.1 1

0.7 2

1.4 5 TABLA 3. Variación de la elongación con la carga a tensión. Para determinar el modulo de elasticidad se realizaron graficas Esfuerzos Vs Deformación para tres fibras de diámetro promedio diferente, en donde la pendiente de cada grafica representa el modulo de elasticidad para cada fibra. A continuación se muestran la grafica con sus tres rectas.

Constr

uApre

nde.c

ommm Kgf

Constr

uApre

nde.c

ommm Kgf

1.2

Constr

uApre

nde.c

om1.2

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

ФConstr

uApre

nde.c

om

Ф3 Constr

uApre

nde.c

om

3 Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

mm mm mm Constr

uApre

nde.c

om

mm mm mm Constr

uApre

nde.c

om


17

Deformación Unitaria Vs Esfuerzo Diametro = (0.22, 0.19, 0.18 )mm

y = 12160x - 30.784R2 = 0.945

y = 8961.6x + 71.693R2 = 1

y = 6083x + 7.3734R2 = 0.9973

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

900.00

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1

Deformación Unitaria

Esfu

erzo

[ M

Pa ] F(0.22)/A(0.22)

F(0.19)/A(0.19)

F(0.18)/A(0.18)

Lineal (F(0.18)/A(0.18))

Lineal (F(0.19)/A(0.19))

Lineal (F(0.22)/A(0.22))

FIGURA 12. Variación del esfuerzo a tensión con la deformación unitaria (Diámetro promedio de 0.22, 0.19, 0.18 mm).

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


3. FUERZA DE ADHESION ENTRE EL MORTERO Y LA FIBRA DE FIQUE

Estas pruebas se realizaron en el laboratorio de control de calidad de la fábrica

de tejidos de Colombia, TESICOL S.A. Para conocer la fuerza de adhesión

entre el mortero y la fibra de fique se construyeron moldes de mortero con las

siguientes dimensiones 25.4*25.4*50.8 mm, tomando como referencia la

norma Icontec 220 “METODO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA

COMPRESION DE MORTERO DE CEMENTO HIDRAULICO USANDO

CUBOS DE 50.8 mm. DE LADO”, con base en esta norma se creo un panel de

madera, en los cuales se obtienen probetas de mortero para realizar el montaje

en el dinamómetro manual. Estas fuerzas de adhesión se evaluaron a los 7

días de curado de las probetas.


Esta prueba no esta estandarizada por una norma, por lo cual fue un poco

dispendioso su montaje, ya que el dinamómetro no esta acondicionado para

este ensayo, sin embargo se elaboró una probeta que se ajustara al

funcionamiento del dinamómetro, haciendo posible la medición de esta fuerza

entre estos dos materiales. Para entender este fenómeno, se tomaron varias

profundidades de anclaje de la fibra de fique que varían entre 1 cm. Y 3.5 cm.,

de acuerdo a las limitaciones de construcción. El esfuerzo de adhesión se

presenta hasta donde la fuerza de adhesión es menor que la resistencia a la

tensión de la fibra, este esfuerzo se presenta a lo largo de la fibra insertada en

el mortero.

LaPu

areaacesfuerzo

**arg

φπ== La= longitud de anclaje.

18

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


Constr

uApre

nde.c

om


Constr

uApre

nde.c

om

Esta prueba no esta estandarizada por

Constr

uApre

nde.c

om

Esta prueba no esta estandarizada por

dispendioso su montaje, ya que el Constr

uApre

nde.c

om

dispendioso su montaje, ya que el

este ensayo, sin embargo se elaboró Con

struA

prend

e.com

este ensayo, sin embargo se elaboró


19

PROFUNDIDAD MUESTRA DIAMETRO FUERZA FUERZA ESFUERZO OBSERVACION cm mm Kg N Mpa

1 0.19 0.3 2.94 0.49 Fza adhesion <Fza fique 2 0.12 0.2 1.96 0.52 Fza adhesion <Fza fique 3 0.21 0.4 3.92 0.59 Fza adhesion <Fza fique 4 0.14 0.4 3.92 0.89 Fza adhesion <Fza fique 5 0.11 0.2 1.96 0.57 Fza adhesion <Fza fique 6 0.11 0.3 2.94 0.85 Fza adhesion <Fza fique

1.0

7 0.15 0.2 1.96 0.42 Fza adhesion <Fza fique 1 0.12 0.5 4.91 0.87 Fza adhesion <Fza fique 2 0.1 0.4 3.92 0.83 Fza adhesion <Fza fique 3 0.16 0.4 3.92 0.52 Fza adhesion <Fza fique 4 0.15 0.6 5.89 0.83 Fza adhesion <Fza fique 5 0.12 0.4 3.92 0.69 Fza adhesion <Fza fique 6 0.18 0.5 4.91 0.58 Fza adhesion <Fza fique

1.5

7 0.16 0.6 5.89 0.78 Fza adhesion <Fza fique 1 0.1 0.6 5.89 0.94 Fza adhesion <Fza fique 2 0.13 0.6 5.89 0.72 Fza adhesion <Fza fique 3 0.11 0.5 4.91 0.71 Fza adhesion <Fza fique 4 0.1 0.5 4.91 0.78 Fza adhesion <Fza fique 5 0.11 0.6 5.89 0.85 Fza adhesion <Fza fique 6 0.1 0.4 3.92 0.62 Fza adhesion <Fza fique

2.0

7 0.12 0.6 5.89 0.78 Fza adhesion <Fza fique 1 0.19 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique 2 0.18 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 3 0.11 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 4 0.1 0.4 3.92 Fza adhesion >Fza fique 5 0.17 0.5 4.91 Fza adhesion >Fza fique 6 0.13 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique

2.5

7 0.12 0.5 4.91 Fza adhesion >Fza fique 1 0.12 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique 2 0.14 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 3 0.12 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 4 0.21 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique 5 0.18 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 6 0.19 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique

3.0

7 0.13 0.5 4.91 Fza adhesion >Fza fique 1 0.22 0.8 7.85 Fza adhesion >Fza fique 2 0.19 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique 3 0.21 0.8 7.85 Fza adhesion >Fza fique 4 0.16 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 5 0.12 0.8 7.85 Fza adhesion >Fza fique 6 0.12 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique

3.5

7 0.17 0.8 7.85 Fza adhesion >Fza fique TABLA 4. Fuerzas de adhesión entre la fibra de fique y el mortero (edad de las probetas 7 días). Las fuerzas de adhesión varían para una misma profundidad de anclaje, pues esta fuerza depende del diámetro promedio de la fibra anclada, lo mismo ocurre con el esfuerzo de adhesión, del análisis de los resultados se puede asegurar que a una profundidad de 2.0 cm, se encuentra el limite en donde la fuerza de adhesión supera la fuerza de tensión del fique. Esto se representa en las siguientes Graficas.

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omFza adhesion <Fza fique

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om0.85 Fza adhesion <Fza fique

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om0.62

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om0.62 Fza adhesion <Fza fique

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om0.78

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0.14 0.6

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0.18

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0.18

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om

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om


Diametro Vs Fuerza Prof (1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5)cm

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24

Diametro Promedio [ mm ]

Fuer

za [

N ]

Prof = 1 cm

Prof = 1.5 cm

Prof = 2 cm

Prof = 2.5 cm

Prof = 3 cm

Prof = 3.5 cm

Lineal (Prof = 1 cm)

Lineal (Prof = 1.5 cm)





FIGURA 14. Variación de la fuerza de adhesión entre la fibra de fique y el mortero con el diámetro de la fibra (para profundidades de anclaje de (1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5) cm.).

20

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nde.c

om

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om

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


21

Diametro Vs Esfuerzo Prof ( 1, 1.5, 2 )cm

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26

Diametro Promedio [ mm ]

Esfu

erzo

[ M

Pa ] Prof = 1 cm

Prof = 1.5 cmProf = 2 cmLineal (Prof = 2 cm)Lineal (Prof = 1 cm)Lineal (Prof = 1.5 cm)

FIGURA 15. Variación del esfuerzo de adhesión con el diámetro de la fibra (Para profundidades de anclaje de (1.0, 1.5, 2.0, 2.5) cm.).

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

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nde.c

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nde.c

om

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


La fuerza de adhesión entre los dos materiales mortero-fibra varía con la profundidad de anclaje de la fibra, como se muestra en la siguiente tabla y figura que se presenta a continuación.

PROFUNDIDAD ANCLAJE

FUERZA PROMEDIO

cm. [N] 1 2.80

1.5 4.76 2 5.33

2.5 5.47 3 6.17

3.5 7.29

TABLA 5. Variación de la fuerza de adhesión promedio con la profundidad de anclaje de la fibra.

PROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs FUERZA DE ADHESION PROMEDIO

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

PROFUNDIDAD DE ANCLAJE [cm]

FUER

ZA D

E A

DH

ESIO

N P

RO

MED

IO [N

]

FUERZA PROMEDIO [N]TENDENCIA DATOS

FIGURA 16. Variación de la fuerza de adhesión con la profundidad de anclaje de la fibra.

22

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

omPROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs FUERZA DE ADHESION PROMEDIO

Constr

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nde.c

omPROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs FUERZA DE ADHESION PROMEDIO

Constr

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nde.c

om

Constr

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om

Constr

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FUERZA PROMEDIO [N]

Constr

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nde.c

om

FUERZA PROMEDIO [N]

Constr

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nde.c

om

TENDENCIA DATOS

Constr

uApre

nde.c

om

TENDENCIA DATOS


También el esfuerzo de adhesión depende de la profundidad de anclaje, como se puede apreciar en la siguiente tabla y figura.

PROFUNDIDAD ANCLAJE

ESFUERZO PROMEDIO

cm Mpa

1 0.62

1.5 0.73

2 0.77 TABLA 6. Variación del esfuerzo de adhesión promedio con la profundidad de anclaje de la fibra.

PROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs ESFUERZO DE ADHESION PROMEDIO

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1

PROFUNDIDAD DE ANCLAJE [cm]

ESFU

ERZO

DE

AD

HES

ION

PR

OM

EDIO

[Mpa

]

ESFUERZO PROMEDIO [Mpa]TENDENCIA DATOS

FIGURA 17. Variación del esfuerzo de adh esión pro medio con la profundidad de anclaje de la fibra.

23

Constr

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om

Constr

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om

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nde.c

om

Constr

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omPROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs ESFUERZO DE ADHESION PROMEDIO

Constr

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nde.c

omPROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs ESFUERZO DE ADHESION PROMEDIO

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

omESFUERZO PROMEDIO [Mpa]

Constr

uApre

nde.c

omESFUERZO PROMEDIO [Mpa]


4. ENSAYOS EN CONCRETOS Y MORTEROS REFORZADOS CON FIBRAS Los diferentes tipos de fibras que son utilizadas como refuerzo son las fibras de

acero, vidrio, plásticas y naturales, proporcionándole al concreto ductilidad y

capacidad de absorber energía. La más importante contribución de las fibras es

la de incrementar la tenacidad del compuesto (Mehta y Monteiro, 1998). Las

propiedades mecánicas del concreto reforzado con fibras naturales, en este

caso reforzadas con fibra de fique son afectadas por muchos factores, algunos

de estos son la geometría, la forma y la superficie de la fibra, las propiedades

de la matriz de cemento, la proporción de la mezcla, el método de mezclado y

curado ( Fördos, 1998).

Para estudiar el moretro reforzado se evaluaron algunas propiedades

mecánicas, las cuales son: compresión, tensión y flexión. Se realizaron

probetas de compresión según la norma ICONTEC 220, probetas para tensión

(ICONTEC 119) y probetas para flexión (ICONTEC 120), las cuales se

ensayaron a los 7 días.

4.1 ENSAYO DE COMPRESION. Norma ICONTEC 220. Se elaboraron cubos de 50.8 mm. de lado, de acuerdo al procedimiento

sugerido por la norma ICONTEC 220, los cuales son de mortero normal, las

proporciones en peso para formar un mortero normal, debe ser 1 parte de

cemento seco por 2.75 partes de arena gradada seca. La cantidad de agua de

amasado, para los cementos portland sin adiciones, debe ser aquella que

produzca una relación mínima de agua/cemento de 0.485 (A/c=0.485). A

continuación se ilustran algunos detalles del ensayo.

FIGURA 18. Detalles del ensayo a compresión del mortero.

24

Constr

uApre

nde.c

omado se evaluaron al

Constr

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nde.c

omado se evaluaron al

tensión y flexión. Se realizaron

Constr

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nde.c

om tensión y flexión. Se realizaron

ICONTEC 220, probetas para tensión

Constr

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nde.c

om ICONTEC 220, probetas para tensión

para flexión (ICONTEC 120), las cuales se

Constr

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nde.c

om para flexión (ICONTEC 120), las cuales se

4.1 ENSAYO DE COMPRESION. Norma ICONTEC 220.

Constr

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nde.c

om

4.1 ENSAYO DE COMPRESION. Norma ICONTEC 220. Se elaboraron cubos de 50.8 mm.

Constr

uApre

nde.c

om

Se elaboraron cubos de 50.8 mm.

sugerido por la norma ICONTEC 220, lo

Constr

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nde.c

om

sugerido por la norma ICONTEC 220, lo

proporciones en peso para formar un mo

Constr

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nde.c

om

proporciones en peso para formar un mo

Constr

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nde.c

om

cemento seco por 2.75 partes de arConstr

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nde.c

om

cemento seco por 2.75 partes de ar

amasado, para los cementos portlConstr

uApre

nde.c

om

amasado, para los cementos portl


FIGURA 19. Probeta para el ensayo a compresión del mortero. Este ensayo es el que produce los mayores esfuerzos, debido a las

características a compresión que posee el mortero. El esfuerzo será:

2/

81.25cmKgPufc =

MUESTRA CARGA CARGA ESFUERZO ESFUERZO

# (Lb) (Kg) Kg/cm^2 Mpa

1 3200 1451.52 56.24 5.52

2 3400 1542.24 59.75 5.86

3 3300 1496.88 58.00 5.69

4 2700 1224.72 47.45 4.66

5 3800 1723.68 66.78 6.55

6 4100 1859.76 72.06 7.07

7 4000 1814.4 70.30 6.90

8 3300 1496.88 58.00 5.69

9 3300 1496.88 58.00 5.69 TABLA 7. Resistencia a la compresión del mortero normal a los 7 días. 4.2 ENSAYO DE TENSION. Norma ICONTEC 119. Para realizar este ensayo se elaboraron las muestras según el procedimiento

sugerido por la norma ICONTEC 119, 9 probetas de mortero normal y 9

probetas de mortero reforzado. A continuación se muestran algunos detalles

del ensayo. Estos ejemplares se ensayaron a los 7 días.

25

Constr

uApre

nde.c

omESFUERZO

Constr

uApre

nde.c

omESFUERZO

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

omKg/cm^2

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omKg/cm^2

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om

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om56.24

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om

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om

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1496.88

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om

1224.72

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om

1224.72

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om

1723.68

Constr

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nde.c

om

1723.68

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om

Constr

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om

1859.76

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nde.c

om

1859.76

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om

Constr

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om

4000

Constr

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nde.c

om

4000

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om

Constr

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om

3300 Constr

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3300 Constr

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3300 Constr

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nde.c

om

3300 Constr

uApre

nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


FIGURA 20. Detalles del ensayo a tensión. FIGURA 21. Detalle geométrico de la probeta reforzada a tensión. La probeta de mortero reforzada con fibra de fique cuenta con tres filas de

refuerzo en la zona inferior con una longitud de 4 cm. de refuerzo y un diámetro

previamente obtenido con un calibrador digital.

Como resultado final se calcula el esfuerzo a tensión por medio de la siguiente

expresión, esta ecuación es tomada de la norma ICONTEC 119:

2/

45.6cmKgPufc =

26

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


27

A continuación se presenta la tabla de resultados a tensión de mortero reforzado mortero normal, las cuales fueron ensayados a los 7 días de curado.

MUESTRA CARGA CARGA CARGA ESFUERZO ESFUERZO # Lb Kg N Kg/cm^2 Mpa 1 355 161.03 1579.68 24.97 2.45 2 320 145.15 1423.94 22.50 2.21 3 375 170.10 1668.68 26.37 2.59 4 370 167.83 1646.43 26.02 2.55 5 340 154.22 1512.94 23.91 2.35 6 310 140.62 1379.44 21.80 2.14 7 300 136.08 1334.94 21.10 2.07 8 305 138.35 1357.19 21.45 2.10 9 300 136.08 1334.94 21.10 2.07

TABLA 8. Resistencia a tensión de mortero normal. Edad 7 días

MUESTRA DIAMETRO DE REFUERZO

(mm) CARGA CARGA CARGA ESFUERZO ESFUERZO

# A B C Lb Kg N Kg/cm^2 Mpa

1 0.09 0.15 0.15 380 172.37 1690.93 26.72 2.62

2 0.18 0.1 0.14 395 179.17 1757.68 27.78 2.73

3 0.17 0.18 0.22 435 197.32 1935.67 30.59 3.00

4 0.14 0.18 0.17 415 188.24 1846.67 29.19 2.86

5 0.11 0.13 0.13 380 172.37 1690.93 26.72 2.62

6 0.15 0.1 0.08 370 167.83 1646.43 26.02 2.55

7 0.09 0.08 0.1 350 158.76 1557.44 24.61 2.41

8 0.12 0.1 0.09 355 161.03 1579.68 24.97 2.45

9 0.1 0.06 0.09 345 156.49 1535.19 24.26 2.38 TABLA 9. Resistencia a tensión de mortero reforzado. Edad 7 días.

La resistencia a la tensión de las probetas de mortero normal y mortero

reforzado difieren en sus valores, esto se debe a que la fibra aporta cierta

resistencia a tensión adicional al mortero, por lo cual la resistencia a la tensión

del mortero reforzado es mayor. Como se muestra en la siguiente grafica la

cual es una comparación entre la resistencia del mortero normal y mortero

reforzado.

Constr

uApre

nde.c

omTABLA 8. Resistencia a tensión de mortero normal. Edad 7 días

Constr

uApre

nde.c

omTABLA 8. Resistencia a tensión de mortero normal. Edad 7 días

CARGA

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28

COMPARACION RESISTENCIA A TENSION DEL MORTERO NORMAL Y MORTERO REFORZADO

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

1 2 3 4 5 6 7 8 9

MUESTRA #

ESFU

ERZO

ULT

IMO

A T

ENSI

ON

[Mpa

]

MORTERO NORMALMORTERO REFORZADO

FIGURA 22. Comparación de los esfuerzos últimos a tensión del mortero normal y el mortero reforzado a los 7 días.

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om

Constr

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nde.c

om


4.3 ENSAYO DE F LEXION. Norma ICONTEC 120. Para realizar este ensayo

se realizaron probetas de 40*40*160 mm. Los moldes se construyeron de

acuerdo al procedimiento especificado en la norma ICONTEC 120. Se

elaboraron probetas de mortero normal y mortero reforzado. A continuación se

muestra algunas ilustraciones del ensayo.

FIGURA 23. Detalles del ensayo a flexión. Sección transversal probeta dimensiones 40*40*160. FIGURA 24. Detalle geométrico de la probeta reforzada con fibra de fique (la fibra tiene una longitud de 140 mm.). Para calcular el esfuerzo a flexión se utiliza la siguiente expresión tomada de la norma ICONTEC 120:

2)(*278.0cmKgPufc =

29

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30

A continuación se muestra la resistencia a flexión del mortero normal y mortero reforzado.

MUESTRA FUERZA FUERZA ESFUERZO ESFUERZO

# Kg N Kg/cm^2 Mpa

1 65 637.65 18.07 1.77

2 64 627.84 17.792 1.75

3 66 647.46 18.348 1.80

4 72 706.32 20.016 1.96 TABLA 10. Resistencia a flexión del mortero normal a los 7 días.

MUESTRA DIAMETRO PROMEDIO DE REFUERZO [mm] FUERZA FUERZA ESFUERZO ESFUERZO

# A B C Kg N Kg/cm^2 Mpa

1 0.12 0.11 0.14 69 676.89 19.18 1.88

2 0.15 0.16 0.12 83 814.23 23.07 2.26

3 0.12 0.11 0.11 74 725.94 20.57 2.02

4 0.13 0.12 0.13 78 765.18 21.68 2.13 TABLA 11. Resistencia a flexión del mortero reforzado a los 7 días. La resistencia a la flexión del mortero reforzado es mayor que la del mortero

normal, esto se debe a la presencia del refuerzo que aporta un incremento a la

resistencia a tensión del mortero normal. A continuación se presenta una

grafica la cual es una comparación de la resistencia a la flexión.

Constr

uApre

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omFUERZA

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omFUERZA FUERZA

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31

COMPARACION RESISTENCIA A FLEXION DEL MORTERO NORMAL Y MORTERO REFORZADO

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

1 2 3 4

MUESTRA #

ESFU

ERZO

ULT

IMO

A F

LEXI

ON

[Mpa

]

MORTERO NORMAL MORTERO REFORZADO

FIGURA 25. Comparación de los esfuerzos últimos a flexión del mortero normal y el mortero reforzado a los 7 días.

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om

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om


5. ANALISIS DE LOS RESULTADOS En esta sección se realiza un análisis a los datos encontrados en los diferentes

ensayos realizados a lo largo de esta investigación.

5.1 CLASIFICACIÓN MECANICA DE LA FIBRA DE FIQUE. 5.1.1 Resistencia última a tensión de la fibra de fique. Para determinar la resistencia a la tensión de la fibra de fique se ensayaron 50

muestras en un dinamómetro manual cuya precisión es de 0.1 Kgf (0.981 N),

estos datos se encuentran consignados en la TABLA 1, donde se obtuvo como

resultado unas resistencias entre 0.4 y 2.0 Kgf (3.92 y 19.62 N), con una

resistencia promedio de 1.03 Kgf (10.10 N), el diámetro de estas fibras se

encontró entre 0.09 y 0.21 mm., con un diámetro promedio de 0.15 mm.

Teniendo en cuenta que existe una relación directa entre el diámetro promedio

de la fibra y su resistencia ultima a la tensión, como se muestra en la FIGURA 8, la cual es una representación grafica de la variación de la resistencia a la

tensión con el diámetro; por lo tanto se reafirma que las fibras de mayor

diámetro tienen mayor resistencia a la tensión como se esperaba inicialmente,

en otras palabras a mayor área bruta la fibra soporta mas carga. No obstante

cabe aclarar que en algunos casos varia un poco este comportamiento, debido

a la heterogeneidad de la fibra de fique, principalmente por la variación del

diámetro de la fibra en una misma muestra.

Además de la resistencia a la tensión de la fibra se tomaron lecturas de la

elongación ultima de fibra en el momento de la falla, las cuales se encuentran

en la TABLA 1 , este parámetro indica que tanta deformación soporta este

material, los valores de elongación se encuentran entre 3.6 y 8%, con una

elongación promedio de 5.8%. Obviamente la elongación ultima tiene una

relación directa con el diámetro promedio de la fibra, lo cual se muestra en la

FIGURA 9, mediante esta grafica puede concluir que entre mayor sea el

diámetro de la fibra mayor es su elongación, pues va a soportar mas carga que

una fibra de diámetro inferior. El hecho de que la fibra soporte una mayor

32

Constr

uApre

nde.c

om, donde se obtuvo como

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nde.c

om, donde se obtuvo como

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Kgf (10.10 N), el diám

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om Kgf (10.10 N), el diámetro de estas fibras se

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ometro de estas fibras se

diámetro promedio de 0.15 mm.

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omdiámetro promedio de 0.15 mm.

Teniendo en cuenta que existe una relación

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omTeniendo en cuenta que existe una relación directa entre el diámetro promedio

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om directa entre el diámetro promedio

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a ultima a la tensión, co

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una representación grafica de la va

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tensión con el diámetro; por lo tanto se reafirma que las fibras de mayor

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om

o se reafirma que las fibras de mayor

diámetro tienen mayor resistencia a la t

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om

diámetro tienen mayor resistencia a la t

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en otras palabras a mayor área bruta la

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om

en otras palabras a mayor área bruta la

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nde.c

om

cabe aclarar que en algunos casos varia

a la heterogeneidad de la fibra de fique, Constr

uApre

nde.c

om

a la heterogeneidad de la fibra de fique,


deformación indica que beneficia al mortero o el concreto si se utiliza como

adición, se recomienda utilizar las fibras de mayor diámetro y mayor

homogeneidad, pues presentan excelentes propiedades mecánicas.

5.1.2 Esfuerzo último a tensión de la fibra de fique. El esfuerzo último a la tensión de la fibra fue evaluado como la relación entre la

carga de falla y el área promedio bruta, determinada con el diámetro promedio

medido en tres diferentes secciones transversales entre los puntos de sujeción

de la fibra montada en el dinamómetro manual, estos valores están

consignados en la TABLA 2 . Calculando estos esfuerzos se obtuvo valores

entre 172.88 y 1478.16 Mpa, con un esfuerzo promedio de 655.53 Mpa. En la

FIGURA 10 tenemos una representación grafica de la variación de los

esfuerzos últimos a tensión con el diámetro, por lo tanto se concluye que el

esfuerzo último a tensión disminuye en las fibras con áreas brutas mayores, ya

que la carga se distribuye en una mayor área bruta transversal. Los valores de

estos esfuerzos son altos, lo cual indica que esta fibra es un material muy

resistente a la tensión, siendo una excelente solución a la baja resistencia a

tensión del concreto y del mortero, por medio de adiciones de esta fibra.

5.1.3 Modulo de elasticidad de la fibra de fique.

La cantidad de muestras ensayadas fue mínima (3), pues la maquina en la que

se realizó este ensayo es de difícil acceso, además la cantidad de lecturas

(carga, elongación) también es reducida (3), por que la falla de la fibra ocurre

en un tiempo muy corto. Para obtener datos de mayor precisión se recomienda

el uso de una maquina más sofisticada, pero para efectos de esta

investigación, los datos obtenidos son muy valiosos, teniendo en cuenta que

son los primeros en registrarse.

Interpretando estos datos, los cuales se encuentran en la TABLA 3, se puede

decir que entre mayor sea la carga aplicada es mayor la elongación registrada,

esto indica que hay una relación lineal entre los datos. La menor carga

registrada es de 0.1 Kgf (0.981 N) presentando una elongación de 1%, como

33

Constr

uApre

nde.c

omtenemos una representación grafica de la variación de los

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omtenemos una representación grafica de la variación de los

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omro, por lo tanto se concluye que el

s fibras con áreas brutas mayores, ya

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dica que esta fibra es un material muy

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endo una excelente solución a la baja resistencia a

tensión del concreto y del mortero,

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La cantidad de muestras ensayadas fue míConstr

uApre

nde.c

om

La cantidad de muestras ensayadas fue mí


carga mayor se obtuvo 2.2 Kgf (21.58 N) con una elongación de 8%, estas

lecturas no corresponden a una misma muestra, pero si se pueden corroborar

con los datos tomados en los ensayos de resistencia a tensión, llegando a la

conclusión de que estos datos son confiables a pesar de que son pocos.

Realizando la grafica Deformación unitaria Vs Esfuerzo , consignada en la

FIGURA 12, representa una relación lineal entre estos datos, en donde la

pendiente de cada recta constituye el correspondiente modulo de elasticidad

para cada fibra. Con respecto a estos módulos oscilan entre 6083 Mpa y 12160

Mpa, presentando un modulo de elasticidad promedio de 9068 Mpa.

5.2 FUERZA DE ADHESION ENTRE EL MORTERO Y LA FIBRA DE FIQUE Este parámetro es importante pues brinda una idea de la interacción entre el

mortero y la fibra, estos datos se encuentran en la TABLA 4 , interpretando

estos datos se puede observar que las fuerzas existentes entre estos dos

materiales son pequeñas comparadas con la resistencia a la tensión de la fibra,

hasta cierta profundidad de anclaje para ser mas exactos hasta una

profundidad de 2.0 cm., por que para las profundidades de 2.5 hasta 3.5 cm. la

fibra falla por tensión, creando la condición ( fuerza de adhesión > fuerza de la

fibra). Observando la FIGURA 14 se concluye que para una misma profundidad

de anclaje existe una relación directa entre el diámetro de la fibra y la fuerza de

adhesión mortero-fibra, y además que entre mayor sea el diámetro de la fibra

mayor será la fuerza de adhesión. La fuerza de adhesión oscila entre 0.2 y 0.8

Kgf (1.96 y 7.85 N). Por lo tanto se reafirma lo esperado, que entre mayor sea

la profundidad de anclaje de la fibra mayor será la fuerza de adhesión entre los

dos materiales. Como resumen de la anterior afirmación se puede observar en

la TABLA 5 y la FIGURA 16. Con respecto a los esfuerzos de adhesión se presentan entre 1.0 y 2.0 cm. de

profundidad de anclaje de la fibra, dispuestos en la TABLA 4, estos esfuerzos

oscilan entre 0.42 y 0.94 Mpa, los cuales dependen de la longitud de anclaje y

del diámetro de la fibra FIGURA 15. Como conclusión se tiene que a mayor

diámetro se obtiene un menor esfuerzo de adhesión, debido a que la fuerza se

reparte en un área bruta mayor. Con respecto a la profundidad de anclaje se

34

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uApre

nde.c

omante pues brinda una idea de

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omante pues brinda una idea de la interacción entre el

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omla interacción entre el

mortero y la fibra, estos datos se encuentran en la

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ommortero y la fibra, estos datos se encuentran en la TABLA 4

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omuerzas existentes entre estos dos

materiales son pequeñas comparadas con la resistencia a la tensión de la fibra,

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ommateriales son pequeñas comparadas con la resistencia a la tensión de la fibra,

hasta cierta profundidad de anclaje

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hasta cierta profundidad de anclaje para ser mas exactos hasta una

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que para las profundidades

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fibra falla por tensión, creando la condición ( fuerza de adhesión > fuerza de la

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FIGURA 14 se concluye que para una misma profundidad

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om

se concluye que para una misma profundidad

de anclaje existe una relación directa entre

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nde.c

om

de anclaje existe una relación directa entre

adhesión mortero-fibra, y además que entre Constr

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nde.c

om

adhesión mortero-fibra, y además que entre

mayor será la fuerza de adhesión. La fConstr

uApre

nde.c

om

mayor será la fuerza de adhesión. La f


puede afirmar que mientras mayor sea la profundidad de anclaje mayor será el

esfuerzo de adhesión TABLA 6 y FIGURA 17 , pues aumenta el área de

contacto entre los dos materiales.

5.3 PROPIEDADES MECANICAS DEL MORTERO NORMAL Y REFORZADO 5.3.1 Resistencia a la compresión del mortero normal. Para determinar la resistencia a la compresión del mortero se evaluaron 9

probetas cuyos resultados están consignados en la TABLA 7 , los cuales

presentaron valores entre 4.66 y 7.07 Mpa y un esfuerzo promedio de 5.96

Mpa, estos resultados concuerdan con los esperados para probetas de mortero

normal con una edad de 7 días. Los materiales utilizados durante toda la

investigación son de la misma fuente, por esto es importante tener todas sus

propiedades mecánicas.

5.3.2 Resistencia a la tensión del mortero normal y mortero reforzado.

5.3.2.1 Mortero normal: Resulta muy importante tener la resistencia a la

tensión del mortero normal para compararla con la resistencia del mortero

reforzado, la fuerza a tensión que resistieron estas probetas se encuentran en

la TABLA 8 y oscilan entre 300 y 375 Lbf (1334.94 y 1668.68 N), con una

fuerza promedio de 330.56 Lbf (1470.91 N). Con respecto a los esfuerzos

últimos a tensión del mortero normal oscilan entre 2.07 y 2.59 Mpa, con un

esfuerzo promedio de 2.28 Mpa. Estas probetas fallaron por la zona de menor

sección, lo cual es adecuado para este ensayo.

5.3.2.2 Mortero reforzado: Las fuerzas a tensión soportadas por las probetas

reforzadas se encuentran en la TABLA 9 y oscilan entre 345 y 435 Lbf

(1535.19 y 1935.67 N), con una fuerza promedio de 380.6 Lbf (1693.40 N). Con

respecto a los esfuerzos últimos de tensión soportados por las probetas de

mortero reforzado encontramos esfuerzos entre 2.38 y 3.0 Mpa, con un

esfuerzo promedio de 2.63 Mpa. Cada probeta se reforzó con tres fibras de

fique las cuales tienen diámetro diferente y una longitud de 4.0 cm, dispuestas

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uApre

nde.c

omlos esperados para probetas de mortero

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y oscilan entre 300 y 375 Lbf (1334.94 y 1668.68 N), con una

fuerza promedio de 330.56 Constr

uApre

nde.c

om

fuerza promedio de 330.56


en el sentido de aplicación de la carga .Pudiendo observar que entre mayor sea

la cantidad de refuerzo en una probeta mayor será la carga soportada a

tensión, lo mismo sucede con respecto al esfuerzo ultimo a tensión, a mayor

cantidad de fibra de refuerzo mayor es el esfuerzo ultimo soportado por la

probeta.

5.3.2.3 Comparación entre el mortero normal y el mortero reforzado.

Ahora comparando la resistencia a tensión del mortero normal y el mortero

reforzado, se tiene que el mortero reforzado presenta un aumento de

resistencia alrededor de un 13 %, lo cual se puede apreciar en la FIGURA 22.

Mediante la anterior afirmación, se logra concluir que la fibra aporta resistencia

a la tensión con gran efectividad cuando se dispone en sentido de aplicación de

la carga.

5.3.3 Resistencia a la flexión del mortero normal y mortero reforzado. 5.3.3.1 Mortero normal: Los resultados del ensayo a flexión para el mortero

normal se encuentran en la TABLA 1 0, obteniendo como resultado cargas

soportadas por la probeta las cuales oscilan entre 64 y 72 Kgf (627.84 y 706.32

N), y una carga promedio de 66.75 Kgf (654.82 N). Los valores de los

esfuerzos últimos a flexión oscilan entre 1.75 y 1.96 Mpa, con un esfuerzo

promedio de 1.82 Mpa. Estas probetas fallaron exactamente en la zona de

aplicación de la carga, por lo tanto, estos valores son coherentes con la

resistencia a la flexión de un mortero normal típico.

5.3.3.2 Mortero reforzado: Los datos el mortero reforzado se encuentran en

la TABLA 11, donde las cargas soportadas oscilan entre 69 y 83 Kgf (676.89 y

814.23 N) y una fuerza promedio de 76 Kgf (745.56 N). Con respecto a los

esfuerzos se tienen valores que oscilan entre 1.88 y 2.26 Mpa, con un esfuerzo

promedio de 2.07 Mpa. Pudiendo observar, que entre mayor sea la cantidad

de refuerzo (fibras de mayor diámetro promedio) en una probeta, mayor será la

carga soportada a flexión, lo mismo sucede con respecto al esfuerzo ultimo a

36

Constr

uApre

nde.c

omla fibra aporta resistencia

Constr

uApre

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omla fibra aporta resistencia

tividad cuando se dispone en

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uApre

nde.c

omtividad cuando se dispone en sentido de aplicación de

Constr

uApre

nde.c

omsentido de aplicación de

rtero normal y mortero reforzado.

Constr

uApre

nde.c

omrtero normal y mortero reforzado.

Los resultados del ensayo

Constr

uApre

nde.c

om

Los resultados del ensayo

TABLA 1 0

Constr

uApre

nde.c

om

TABLA 1 0las cuales oscilan entre

Constr

uApre

nde.c

om

las cuales oscilan entre

Constr

uApre

nde.c

om

N), y una carga promedio de 66.75 Kg

Constr

uApre

nde.c

om

N), y una carga promedio de 66.75 Kg

esfuerzos últimos a flexión oscilan entConstr

uApre

nde.c

om

esfuerzos últimos a flexión oscilan ent

promedio de 1.82 Mpa. EsConstr

uApre

nde.c

om

promedio de 1.82 Mpa. Es


flexión, a mayor cantidad de refuerzo mayor es el esfuerzo ultimo soportado

por la probeta.

5.3.3.3 Comparación entre el mortero normal y el mortero reforzado.

Realizando una comparación entre la resistencia a la flexión del mortero normal

y el mortero reforzado FIGURA 25, se concluye que la adición de la fibra de

fique a lo largo del eje longitudinal de la probeta y dispuesta como lo ilustra la

FIGURA 24, le aporta un incremento de un 12%, lo cual nos indica que la fibra

de fique dispuesta de esta manera es muy conveniente para el mortero. 6. ANALISIS DE LA FALLA A TENSIÓN Y FLEXION DE LAS PROBETAS DE MORTERO NORMAL Y MORTERO REFORZADO.

Este análisis se realiza con el fin de facilitar la creación de un modelo que

calcule la resistencia a tensión y flexión en el mortero reforzado.

6.1 FALLA A TENSION.

Tanto las probetas de mortero normal y mortero reforzado presentaron la falla

en la zona de menor sección. Lo cual es coherente con la teoría de un

elemento sometido a tensión. Con respecto a la falla presentada en las

probetas reforzadas con la fibra de fique se presentaron dos situaciones

particulares.

(1) Para las probetas que presentaron la menor resistencia ocurre que las

fibras de refuerzo no alcanzan a fallar, si no que se salen de la matriz, por lo

tanto estos resultados indican que no hay un aporte de la resistencia a tensión,

sino que se presentan fuerzas de adhesión y por lo tanto esa es la causa de

valores menores, cabe anotar que este caso se presento en 2 probetas las

cuales estaban reforzadas con las fibras de menor diámetro, los valores

obtenidos para este caso fueron de 350 y 355 Lbf (1557.44 y 1579.68 N).

37

Constr

uApre

nde.c

om Y FLEXION DE LAS PROBETAS DE

Constr

uApre

nde.c

om Y FLEXION DE LAS PROBETAS DE

facilitar la creación de un modelo que

Constr

uApre

nde.c

omfacilitar la creación de un modelo que

flexión en el mortero reforzado.

Constr

uApre

nde.c

omflexión en el mortero reforzado.


Constr

uApre

nde.c

om


Constr

uApre

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om

en la zona de menor sección. Lo cual

Constr

uApre

nde.c

om

en la zona de menor sección. Lo cual

elemento sometido a tensión. Con resConstr

uApre

nde.c

om

elemento sometido a tensión. Con res

probetas reforzadas con la fibra de fique se presentaron dos situaciones Constr

uApre

nde.c

om

probetas reforzadas con la fibra de fique se presentaron dos situaciones


(2) Las 7 probetas restantes, presentaron una falla en la cual los dos materiales

soportaron la carga máxima a tensión, dejando como resultado valores

superiores a los que se presentaron en el mortero normal. Lo cual quiere decir

que el refuerzo de fibra de fique dispuesto de la manera indicada en la FIGURA

21, si es efectivo. A continuación se muestra una ilustración de la falla a tensión

que presentaros todas las probetas ensayadas.

FIGURA 26. Falla típica a tensión. 6.2 FALLA A FLEXION

Tanto las probetas de mortero normal como las probetas reforzadas,

presentaron la falla en la zona donde se aplico la carga, lo cual quiere decir que

el montaje para este ensayo fue el adecuado. Con respecto al mortero

reforzado en todos los casos la fibra de fique fallo, sin ningún tipo de

excepción. La única singularidad presentada fue que las probetas que estaban

reforzadas con fibras de mayor diámetro promedio obtuvieron mayor

resistencia a la flexión. A continuación se presenta una ilustración de la falla

típica a flexión, tanto para el mortero normal como para el mortero reforzado.

FIGURA 27. Falla típica a flexión.

38

Constr

uApre

nde.c

om


Constr

uApre

nde.c

om


ona donde se aplico la carga, lo cual quiere decir que

Constr

uApre

nde.c

om

ona donde se aplico la carga, lo cual quiere decir que

el montaje para este ensayo fue el

Constr

uApre

nde.c

om

el montaje para este ensayo fue el

reforzado en todos los casos la fibra

Constr

uApre

nde.c

om

reforzado en todos los casos la fibra

excepción. La única singul

Constr

uApre

nde.c

om

excepción. La única singularidad presentada

Constr

uApre

nde.c

om

aridad presentada

Constr

uApre

nde.c

om

reforzadas con fibras de mayor diConstr

uApre

nde.c

om

reforzadas con fibras de mayor di


7. MODELOS PARA CAL CULAR EL ESFUERZ O A TENSION Y E L ESFUERZO A FLEXION EN EL MORTERO REFORZADO Estos modelos se elaboran para determinar que tan predecible es la resistencia

a la tensión y flexión de probetas reforzadas con fibras de fique

respectivamente. Es apenas lógico que se va a presentar cierto porcentaje de

diferencia entre los valores teóricos y los valores reales, pero entre mas

pequeños sean estos porcentajes nos quiere decir que el modelo es adecuado,

si por el contrario las diferencias son muy altas, tenemos que tratar de

averiguar las fallas que nos lleven a un modelo correcto en un futuro.

7.1 MODELO A TE NSION DEL MORT ERO REFORZADO CO N FIBRA DE FIQUE

Para realizar este modelo se tiene como base el análisis de la falla, retomando

el concepto de que la resistencia a tensión en un material compuesto reforzado

es la suma algebraica de la resistencia a tensión que aporta cada material. Lo

cual se ilustra en la siguiente figura.

FIGURA 28. Resistencia total a tensión de un material reforzado con fibra. Existen 2 tipos de falla en las probetas a tensión y de acuerdo a estas se

obtiene la forma adecuada de calcular la resistencia a tensión, como se

muestra a continuación:

39

Constr

uApre

nde.c

ombase el análisis de la falla, retomando

Constr

uApre

nde.c

ombase el análisis de la falla, retomando

ión en un material compuesto reforzado

Constr

uApre

nde.c

omión en un material compuesto reforzado


Constr

uApre

nde.c

om



Constr

uApre

nde.c

om


Constr

uApre

nde.c

om


Caso 1: Las fibras se salen de la matriz, por lo cual no aporta su resistencia a

la tensión, sino que aporta una fuerza de adherencia para una longitud de

anclaje de 2 cm (muestras 1 y 2). Ya que la probeta falla en toda la mitad y la

fibra de fique tiene una longitud total de 4 cm.

)0.2( cmFadhTmorteroT +=

Donde.

Tmortero: Es la carga a tensión soportada por el mortero normal, este valor se

calcula como un promedio de la tensión soportada por las probetas de mortero

normal. Este valor corresponde a 1470.91 N.

Fadh(2.0cm): Este valor corresponde a la fuerza de adhesión mortero-fibra, el

cual depende del diámetro de la fibra. Para calcular este valor se plantea sacar

la ecuación de la recta representativa de los datos de la grafica Diámetro

promedio Vs fuerza de adhesión para una profundidad de 2.0 cm. La cual se

muestra a continuación.

DIAMETRO Vs FUERZAPROFUNDIDAD 2.0 CM

y = 36.838x + 1.2727

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

6.00

6.50

0.09 0.095 0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135


FUER

ZA [N

]

FUERZA NTENDENCIA DATOS

FIGURA 29. Variación de la Fuerza de adhesión Vs Diámetro promedio a una profundidad de 2.0 cm.

40

Constr

uApre

nde.c

omza de adhesión mort

Constr

uApre

nde.c

omza de adhesión mort

fibra. Para calcular es

Constr

uApre

nde.c

om fibra. Para calcular es

epresentativa de los datos de la grafica Diámetro

Constr

uApre

nde.c

om

epresentativa de los datos de la grafica Diámetro

adhesión para una profundidad

Constr

uApre

nde.c

om

adhesión para una profundidad

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

DIAMETRO Vs FUERZA

Constr

uApre

nde.c

om

DIAMETRO Vs FUERZAPROFUNDIDAD 2.0 CM

Constr

uApre

nde.c

om

PROFUNDIDAD 2.0 CM


Finalmente se llega a una ecuación para calcular la fuerza de adhesión

mortero- fibra para diferentes diámetros de fibra (profundidad de anclaje).

2727.1)(*838.38)0.2( += promediocmFadh φ

Caso 2: Las fibras fallan con el mortero, por lo tanto en este caso las fibras

aportan su resistencia a la tensión (muestras 3, 4, 5, 6, 7, 8, y 9) , luego se

obtiene la siguiente ecuación para calcular la carga soportada a tensión.

TfibraTmorteroT +=

Como en el anterior caso Tmortero= 1470.91 N, pero ahora cada fibra de

refuerzo aporta su resistencia a tensión, la resistencia a tensión de las fibras

varia con el diámetro de la fibra, por lo tanto se plantea extraer la ecuación de

la recta que se presenta en la grafica Carga a tensión Vs Diámetro promedio.

La cual se muestra a continuación para un mejor entendimiento.


y = 19.809x + 7.1464

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24


CARGA UL

TIM

A [N

]

CARGA MAXIMA NewtonsTENDENCIA DATOS

+

FIGURA 30. Variación de la carga ultima Vs diámetro promedio. Finalmente se tiene la siguiente ecuación para calcular la carga soportada a

tensión, para diferentes diámetros de la fibra de fique.

1464.7)(*809.19 += promedioTfibra φ

41

Constr

uApre

nde.c

om= 1470.91 N, pero ahora cada fibra de

Constr

uApre

nde.c

om= 1470.91 N, pero ahora cada fibra de

la resistencia a tensión de las fibras

Constr

uApre

nde.c

omla resistencia a tensión de las fibras

tanto se plantea extraer la ecuación de

Constr

uApre

nde.c

om tanto se plantea extraer la ecuación de

Carga a tensión Vs Diámetro promedio.

Constr

uApre

nde.c

om

Carga a tensión Vs Diámetro promedio.

ión para un mejor entendimiento.

Constr

uApre

nde.c

om

ión para un mejor entendimiento.

Constr

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nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


Constr

uApre

nde.c

om



Con el modelo planteado se procede a elaborar los cálculos obteniendo los

siguientes resultados

muestra DIAMETRO DE REFUERZO (mm) tension mortero tension fique fuerza de adherencia tension total

# A B C N N 1 0.09 0.15 0.15 1470.91 18.96 1489.88 2 0.18 0.1 0.14 1470.91 20.13 1491.04 3 0.17 0.18 0.22 1470.91 32.73 1503.64 4 0.14 0.18 0.17 1470.91 31.15 1502.06 5 0.11 0.13 0.13 1470.91 28.77 1499.68 6 0.15 0.1 0.08 1470.91 27.98 1498.89 7 0.09 0.08 0.1 1470.91 26.79 1497.70 8 0.12 0.1 0.09 1470.91 27.58 1498.49 9 0.1 0.06 0.09 1470.91 26.39 1497.30

TABLA 12. Resistencia teórica de las probetas reforzadas a tensión. Ahora se realiza una comparación entre los valores reales y los valores teóricos

para evaluar el modelo. En la siguiente tabla relacionamos los datos teóricos y

reales.

MUESTRA Fuerza teorica Fza real % Diferencia

# N N %

1.00 1489.88 1690.93 11.89

2.00 1491.04 1757.68 15.17

3.00 1503.64 1935.67 22.32

4.00 1502.06 1846.67 18.66

5.00 1499.68 1690.93 11.31

6.00 1498.89 1646.43 8.96

7.00 1497.70 1557.44 3.84

8.00 1498.49 1579.68 5.14

9.00 1497.30 1535.19 2.47


Observando esta tabla se concluye que los porcentajes de diferencia son

aceptables, lo que quiere decir que el modelo se acerca bastante a la realidad.

El porcentaje de diferencia que se obtiene del análisis es de solo 11%, lo cual

es bastante satisfactorio, si se tiene en cuenta que la fibra de fique presenta

variabilidad en su diámetro a lo largo de una misma fibra, por lo tanto su

42

Constr

uApre

nde.c

omlas probetas reforzadas a tensión.

Constr

uApre

nde.c

omlas probetas reforzadas a tensión.

Ahora se realiza una comparación entre los valores reales y los valores teóricos

Constr

uApre

nde.c

omAhora se realiza una comparación entre los valores reales y los valores teóricos

tabla relacionamos los datos teóricos y

Constr

uApre

nde.c

omtabla relacionamos los datos teóricos y

Constr

uApre

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om

Constr

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om

Constr

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nde.c

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Constr

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nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

1489.88

Constr

uApre

nde.c

om

1489.88

Constr

uApre

nde.c

om

1491.04

Constr

uApre

nde.c

om

1491.04

Constr

uApre

nde.c

om

1503.64

Constr

uApre

nde.c

om

1503.64

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

1502.06

Constr

uApre

nde.c

om

1502.06

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

1499.68

Constr

uApre

nde.c

om

1499.68

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


resistencia a la tensión también varía, dando como resultado la diferencia entre

los valores reales y teóricos.

7.2 MODELO A FLEXION DEL MORTERO REFORZADO CON LA FIBRA DE FIQUE. Para realizar este modelo se tiene como base el análisis de la falla, ya que un

material sometido a flexión presenta dos zonas, una a flexión y otra a

compresión, puesto que el mortero tiene muy baja resistencia a la flexión y la

resistencia a la flexión de la fibra es mucho mayor que la resistencia del

mortero se puede suponer que antes de que la fibra falle, el mortero ya se ha

agrietado, así de esta forma se puede utilizar como modelo una sección

transformada, aplicando los conceptos de resistencia de materiales.

FIGURA 31. Resistencia total a Flexión de un material reforzado con fibra. Las dimensiones de la probeta son:

Base = b = 40 mm.

Altura = h = 40 mm.

Distancia a el centro de la fibra = d =30 cm.

Modulo promedio de elasticidad de la fibra = Efibra = 6792 Mpa.

Modulo promedio de elasticidad del mortero = Emortero = 4510 Mpa.

Esfuerzo promedio de adhesión del la fibra mortero = FAdh = 0.71 Mpa

Esfuerzo promedio de flexión en el mortero = Fm = 1.82 Mpa

43

Constr

uApre

nde.c

omtransformada, aplicando los conceptos de resistencia de materiales.

Constr

uApre

nde.c

omtransformada, aplicando los conceptos de resistencia de materiales.

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

FIGURA 31. Resistencia tota

Constr

uApre

nde.c

om

FIGURA 31. Resistencia tota


Para obtener los resultados seguimos el siguiente proceso. 1. se calcula el valor de n para empezar a determinar la sección transformada

mortero

fibra

EE

n =

2. Una vez obtenidos todas las variables, se procede a calcular el eje neutro.

)(**)

2(** xdAnxxb f −=

3. Luego se calcula el momento de inercia de la sección transformada

23 )(**31 xdAxbI f −+=

4. Para calcular el momento al que esta sometido el mortero es necesario tomar datos del mortero sin refuerzo y sumarle lo que aumentaría gracias a la fuerza de adhesión entre el mortero y la fibra

xnIffM adhc

n **)( +

=

5. Por ultimo se calcula el esfuerzo a flexión en el material compuesto

IyM

f nm

*=

MUESTRA DIAMETRO DE REFUERZO [mm] Af x I Mn fm # A B C [mm^2] [mm] [mm^4] [N*mm] [N/mm^2]1 0.12 0.11 0.14 0.04 0.28 32.27 186.96 1.65 2 0.15 0.16 0.12 0.05 0.33 43.69 215.13 1.63 3 0.12 0.11 0.11 0.03 0.26 27.05 173.02 1.67 4 0.13 0.12 0.13 0.04 0.29 33.74 205.85 1.78

TABLA 14. Resistencia teórica de las probetas reforzadas a Flexión. Al comparar los siguientes resultados con los valores de esfuerzos obtenido en el laboratorio se tiene. MUESTRA fm ( real) fm ( teorico) % DIFERENCIA

# [Mpa] [Mpa] % 1 1.88 1.65 14.03 2 2.26 1.63 38.60 3 2.02 1.67 21.19 4 2.13 1.78 19.97


44

Constr

uApre

nde.c

omta sometido el mortero es necesario

Constr

uApre

nde.c

omta sometido el mortero es necesario sumarle lo que aumentaría gracias a la

Constr

uApre

nde.c

omsumarle lo que aumentaría gracias a la

5. Por ultimo se calcula el esfuerzo

Constr

uApre

nde.c

om

5. Por ultimo se calcula el esfuerzo a flexión en el ma

Constr

uApre

nde.c

om

a flexión en el ma

DIAMETRO DE REFUERZO [mm]

Constr

uApre

nde.c

om

DIAMETRO DE REFUERZO [mm]

Constr

uApre

nde.c

om

B Constr

uApre

nde.c

om

B Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

Constr

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nde.c

om

0.11 Constr

uApre

nde.c

om

0.11 Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


Relacion entre el Esfuerzo Real y el Esfuerzo teorico

1.60

1.62

1.64

1.66

1.68

1.70

1.72

1.74

1.76

1.78

1.80

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Esfuerzo Real [MPa]

Esfu

erzo

Teo

rico

[MPa

]

Freal Vs F teorLineal (Freal Vs F teor)

FIGURA 32. Relación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico. De las graficas se puede apreciar que la correlación entre los valores es cerca

de un 23.5%, lo que indica que aunque la fibra aumenta la resistencia a la

flexión, esta resistencia no es como la que se esperaría obtener ya que la fibra

presenta una serie de problemas debido a que el diámetro de la fibra no es

uniforme, y en algunos sectores la fibra es laminar o presenta algún tipo de

daño debido a su forma de obtención o a su deterioro.

Comparacion entre valores reales y teoricos de la flexion en morteros reforzados

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1 2 3 4

Muestra

Esfu

erzo

A F

lexi

on (M

pa)

Valores experimentalesvalores Teoricos

FIGURA 33. Comparación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico.

45

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

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nde.c

om

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uApre

nde.c

om0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

Constr

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nde.c

om0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

o real y el esfuerzo teórico.

Constr

uApre

nde.c

omo real y el esfuerzo teórico. De las graficas se puede apreciar que la correlación entre los valores es cerca

Constr

uApre

nde.c

omDe las graficas se puede apreciar que la correlación entre los valores es cerca

de un 23.5%, lo que indica que aunque la fi

Constr

uApre

nde.c

omde un 23.5%, lo que indica que aunque la fibra aumenta la resistencia a la

Constr

uApre

nde.c

ombra aumenta la resistencia a la


Constr

uApre

nde.c

om


presenta una serie de problemas debido a q

Constr

uApre

nde.c

om

presenta una serie de problemas debido a q

uniforme, y en algunos sectores la fibra

Constr

uApre

nde.c

om

uniforme, y en algunos sectores la fibra


Constr

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nde.c

om


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nde.c

om

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nde.c

om

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nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om

Constr

uApre

nde.c

om


Constr

uApre

nde.c

om



8. CONCLUSIONES

La fibra de fique es una material que tiene alta resistencia a la tensión,

soportando esfuerzos a tensión de hasta 1400 Mpa, lo cual permite

afirmar que es una excelente adición para el concreto y el mortero, pues

resulta un material compuesto con alta resistencia a la tensión y flexión.

La resistencia a la tensión de la fibra de fique varía sustancialmente con

el diámetro promedio de la fibra, obteniendo como resultado que las

fibras de mayor diámetro promedio soportan mayor carga, entonces se

recomienda utilizar las fibras de mayor diámetro para reforzar el

concreto.

Las fuerzas de adherencia mortero-fibra de fique dependen de la

profundidad de anclaje y del diámetro promedio, el valor de estas

fuerzas oscilan entre 1.96 y 7.85 Mpa para diferentes diámetros y

profundidades de anclaje, las fuerzas aumentan con el aumento del

diámetro promedio de la fibra anclada, también aumentan con el

aumento de la profundidad de anclaje.

Con respecto a los esfuerzos de adherencia estos se presentan hasta

una profundidad aproximada de 2 cm., pues después de esta

profundidad la fuerza de adhesión es mayor que la resistencia a tensión

del fique y entonces la fibra no se desprende de la matriz, sino que falla

la fibra de fique.

El valor aproximado del modulo de elasticidad de la fibra de fique es de

9000 Mpa, lo cual indica que este material es bastante deformable y se

puede decir que presenta un comportamiento elástico. Pues para cargas

pequeñas la deformación no es permanente.

46

Constr

uApre

nde.c

omsoportan mayor carga, entonces se

Constr

uApre

nde.c

omsoportan mayor carga, entonces se

mayor diámetro para reforzar el

Constr

uApre

nde.c

ommayor diámetro para reforzar el

Las fuerzas de adherencia mort

Constr

uApre

nde.c

om Las fuerzas de adherencia mortero-fibra de fiqu

Constr

uApre

nde.c

omero-fibra de fiqu

profundidad de anclaje y del diámetro

Constr

uApre

nde.c

om

profundidad de anclaje y del diámetro

fuerzas oscilan entre 1.96 y 7.85

Constr

uApre

nde.c

om

fuerzas oscilan entre 1.96 y 7.85

profundidades de anclaje,

Constr

uApre

nde.c

om

profundidades de anclaje, las fuerzas aumentan

Constr

uApre

nde.c

om

las fuerzas aumentan

Constr

uApre

nde.c

om

diámetro promedio de la fibra anc

Constr

uApre

nde.c

om

diámetro promedio de la fibra anc


Constr

uApre

nde.c

om


Con respecto a los esfuerzos de adherencia estos se presentan hasta Constr

uApre

nde.c

om

Con respecto a los esfuerzos de adherencia estos se presentan hasta


El refuerzo de fibra de fique que se utilizo en el mortero reforzado a

tensión, el cual se dispuso en el sentido de aplicación de la carga,

ocasiono un aumento de aproximadamente 13%, lo que permite decir

que este refuerzo esta trabajando con una buena efectividad, pues la

cantidad de refuerzo es mínimo, comparada con el volumen de mortero.

La resistencia a la flexión también aumento aproximadamente en un

12%, lo cual indica que la posición del refuerzo fue adecuada, logrando

una excelente efectividad de este refuerzo a flexión.

La orientación del refuerzo utilizado en el mortero reforzado a tensión y

flexión brinda excelentes resultados, pues la cantidad de fibra fue

mínima comparada con el porcentaje de mortero en cada molde.

Los valores reales y teóricos de la resistencia a la tensión difieren en

aproximadamente un 11%, lo cual es aceptable para un modelamiento

inicial, en el cual posiblemente no se tengan todas las consideraciones

necesarias.

Los valores reales y teóricos de la resistencia al la flexión difieren en un

41%, lo que indica que el modelo presenta varios parámetros,

principalmente por el carácter mecánico de la fibra ya que sus

propiedades no son tan uniformes como se esperara, aunque esto se

puede cambiar, mejorando la calidad de la fibra desde el momento de su

plantación y obtención.

Los resultados obtenidos en este proyecto fueron concordantes con

observaciones de experimentos realizados con anterioridad y bibliografía

consultada, en los cuales se corrobora que los refuerzos de fibra

mejoran de varias maneras la tenacidad de la matriz, ya que una grieta

que se mueva a través de la matriz encuentra una fibra; si la unión entre

la matriz y la fibra no es buena, la grieta se ve obligada a propagarse

alrededor de la fibra, a fin de continuar el proceso de fractura. Además,

una mala unión ocasiona que la fibra empiece a separarse de la matriz.

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Ambos procesos consumen energía, e incrementan, por lo tanto, la

tenacidad a la fractura. Finalmente, al iniciarse la grieta en la matriz,

fibras aun no rotas pueden formar un puente sobre la grieta, lo cual

proporciona un esfuerzo compresivo que evita que la grieta se abra.

Los resultados obtenidos y los modelos que se realizaron, concluyen

que la fibra mejora las propiedades mecánicas del mortero,

principalmente la resistencia a la tensión, dando soluciones a problemas

tan frecuentes en el concreto y mortero como lo es la retracción del

fraguado, problemas de micofisuracion en elementos sometidos a flexión

y tensión.

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9. RECOMENDACIONES

Se recomienda para futuras investigaciones procesos que mejoren la

calidad de la fibra y que permitan que las propiedades de este material

sean mas uniformes.

En esta investigación no se estudio los problemas que pueda presentar

la fibra gracias a la alcalinidad del mortero, aunque hay varias tesis que

lo han hecho, seria bueno que se estudien todos las propiedades del a

fibra protegida o mineralizada ya que puede haber una variación

considerable en las propiedades del mortero.

El fin de este proyecto es realizar una investigación para mejorar la

estructura interna del mortero y distribuir mejor los esfuerzos debido a

que la mezcla tiene una matriz más densa, sin embargo resaltamos que

no pretendemos sustituir el acero, si no mejorar todo el conjunto

concreto acero.

Para futuras investigaciones recomendamos que se investigue los

morteros y concretos reforzados con fibras sometidos a fuerzas de

impacto, ya que al ser la mezcla mas densa, disipa mayor energía.

Se recomienda que para futuras utilizaciones de fibra de fique en

morteros y concretos la longitud de estas fibras, sea mayores a 2 cm.,

ya que para longitudes menores hay desprendimiento de la fibra y la

mezcla no funciona óptimamente.

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comportamiento del concreto hidraulico con adiciones · 2016-02-17 · comportamiento del concreto...

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