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ESTUDIO TEÓRICO Y EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN CON MATERIALES NO CONVENCIONALES: FIBRAS DE VIDRIO

Y FIBRAS DE CARBONO, SOMETIDO A ESFUERZOS DE COMPRESIÓN

CRISTIAN DAVID CASTIBLANCO SARMIENTO

LUIS ANDERSON CARRERO BASTOS

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL ALTERNATIVA TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

BOGOTÁ 2015

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ESTUDIO TEÓRICO Y EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN CON MATERIALES NO CONVENCIONALES: FIBRAS DE VIDRIO

Y FIBRAS DE CARBONO, SOMETIDO A ESFUERZOS DE COMPRESIÓN

CRISTIAN DAVID CASTIBLANCO SARMIENTO LUIS ANDERSON CARRERO BASTOS

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil

Director Richard Moreno Barreto

Ingeniero civil

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL ALTERNATIVA TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

BOGOTÁ 2015

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Nota de aceptación

___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________

___________________________________ Firma del presidente del jurado

___________________________________ Firma del jurado

___________________________________ Firma del jurado

Bogotá, 29, Octubre, 2015

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CONTENIDO

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INTRODUCCIÓN 12 1. GENERALIDADES 13 1.1 ANTECEDENTES 13 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 13 1.2.1 Descripción del Problema 13 1.2.2 Formulación del Problema 14 1.3 OBJETIVOS 14 1.3.1 Objetivo General 14 1.3.2 Objetivos Específicos 14 1.4 JUSTIFICACIÓN 14 1.4.1 Las Fibras de Vidrio en el Hormigón 15 1.5 DELIMITACIÓN 15 1.5.1 Espacio. 15 1.5.2 Tiempo. 15 1.5.3 Contenido. 15 1.5.4 Alcance. 15 1.6 MARCO REFERENCIAL 15 1.6.1 Hormigón 15 1.6.2 Ventajas en las propiedades del concreto con la dosificación de la fibra de vidrio 17 1.6.3 Historia del GRC (Glassfibre Reinforced Concrete). 17 1.6.4 La Resistencia a la Compresión del Concreto 18 1.7 METODOLOGÍA 18 1.8 DISEÑO METODOLÓGICO 18 1.8.1 Fase: 1 Pre - Campo 18 1.8.2 Fase: 2 Campo 19 1.8.3 Fase: 3 Análisis de Datos 19 1.8.4 Fase: 4 Propuesta 19 2. INFORMACIÓN TEÓRICA Y EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO CON MATERIALES NO CONVENCIONALES SOMETIDO A ESFUERZOS DE COMPRESIÓN 20 2.1 CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS DE VIDRIO 20 2.1.1 Clasificación de las Fibras 20 2.1.1.1 Por Material 20 2.1.1.2 Por Funcionalidad, Geometría y Dosificación Microfibras 20 2.1.1.3 Macro Fibras. 22 2.1.2 Características Mecánicas, Físicas y Químicas de un GRC 22 2.2 DOCUMENTOS RELACIONADOS, REFORZAMIENTO AL CONCRETO CON FIBRAS DE CARBÓN 23

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2.3 DESCRIPCION DE ACTIVIDADES REALIZADAS PARA OBTENER DATOS EXPERIMENTALES 24 2.4 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ESPECÍMENES CILÍNDRICOS DE CONCRETO NTC 673 24 2.4.1 Resumen de Ensayo 24 2.4.2 Procedimiento y Cálculos 25 2.5 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS 25 2.6 DISEÑO Y DOSIFICACIÓN DE MEZCLA 28 2.6.1 Mezcla Concreto Simple 29 2.6.1.1 Resumen de Dosificación Concreto Simple 31 2.6.1.2 Resumen de Dosificación Concreto con Fibras de Vidrio 31 2.6.1.3 Resumen de Dosificación Concreto con Fibras de Carbono 32 2.7 MEMORIA DE CÁLCULOS 32 2.7.1 Memoria de Cálculos – Datos Obtenidos Ensayo de Laboratorio Mezcla Concreto Simple, Ensayo a Compresión 32 2.7.2 Memoria de Cálculos – Datos Obtenidos Ensayo de Laboratorio Mezcla Concreto Modificado con Fibras de Vidrio, Ensayo a Compresión 38 2.7.3 Memoria de Cálculos – Datos Obtenidos Ensayo de Laboratorio Mezcla Concreto Modificado con Fibras de Carbono, Ensayo a Compresión. 43 2.8 DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS EN LA PRACTICA LABOLATORIO 46 2.8.1 Datos Concreto Simple 46 2.8.2 Datos Concreto Modificado con Fibras de Vidrio 50 2.8.3 Datos de Concreto Modificado con Fibras de Vidrio 54 2.9 CALCULO MÓDULO DE ELASTICIDAD Y DEFORMACIONES 56 2.9.1 Concreto Simple a los 7 Días 56 2.9.2 Concreto Simple a los 14 días 56 2.9.3 Concreto Simple a los 21 días 57 2.9.5 Concreto Modificado con Fibra de Vidrio a los 7 Días 58 2.9.6 Concreto Modificado con Fibra de Vidrio a los 14 Días 59 2.9.7 Concreto Modificado con Fibra de Vidrio a los 21 Días 59 2.9.8 Concreto Modificado con Fibra de Vidrio a los 28 Días 60 2.9.9 Concreto Modificado con Fibra de Carbono a los 7 Días 61 2.9.10 Concreto Modificado con Fibra de Carbono a los 14 Días 61 3. COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES ESTRUCTURALES DEL CONCRETO, SEGÚN LA NSR-10, CON PROBETAS DE CONCRETO REFORZADAS CON MATERIALES NO CONVENCIONALES, FIBRAS DE VIDRIO Y FIBRAS DE CARBÓN, SOMETIDAS A ESFUERZOS DE COMPRESIÓN 63 3.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS 63 3.2 ANÁLISIS DE DATOS TEORICOS Y EXPERIMENTALES 70 3.3 ANÁLISIS TEÓRICO-EXPERIMENTAL 71

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3.3.1 Fibras de Vidrio en el Concreto 71 3.3.2 Fibras de Carbono en el Concreto 72 4. INFORME FOTOGRÁFICO 74 5. CONCLUSIONES 81 6. RECOMENDACIONES 83 BIBLIOGRAFÍA 84 ANEXOS 86

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Maquina Universal – Prueba a Compresión 26 Figura 2. Calibrador – Toma de Diámetros y Alturas 26 Figura 3. Balanza – Toma de Pesos Especímenes Cilíndricos 27 Figura 4. Moldes Cilíndricos para Concreto 27 Figura 5. Termómetro – Toma de Temperatura Piscina de Curado 28 Figura 6. Cilindro tipo 29 Figura 7. Cilindros de Mezcla de Concreto Simple 33 Figura 8. Cilindro tipo 38 Figura 9. Cilindro tipo 43 Figura 10. Esfuerzo vs Deformación, a los 7 días. 65 Figura 11. Esfuerzo vs Deformación, a los 14 días. 66 Figura 12. Esfuerzo vs Deformación, a los 21 días. 67 Figura 13. Esfuerzo vs Deformación, a los 28 días. 68 Figura 14. Esfuerzo vs Días de Curado 69 Figura 15. Esfuerzo vs Deformación a los 28 días 71 Figura 16. Elaboración de la mezcla concreto modificado con fibras de virio 74 Figura 17. Elaboración de la Mezcla Concreto Modificado con Fibras de Vidrio 74 Figura 18. Cálculos y Análisis de Resultados 75 Figura 19. Desprendimiento Brechas de la Fibra de Carbón 75 Figura 20. Desprendimiento brechas de fibra de carbón 76 Figura 21. Agregado, Triturado Grueso 76 Figura 22. Elaboración de Probetas de Concreto Modificado con Fibras de Carbono 77 Figura 23. Elaboración de Probetas de Concreto Modificado con Fibras de Carbono 77 Figura 24. Piscina para Curado de los Especímenes 78 Figura 25. Fibra de Carbono antes de Desmenuzar 78 Figura 26. Registro de Temperatura de la Piscina de Curado 79 Figura 27. Mezcla de Fibras de Carbón, Cemento, Arena y Grava 79 Figura 28. Fibras de Vidrio Justo antes de la Mezcla 80

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LISTA DE CUADROS

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Cuadro 1. Comparación de varios tipos de fibra (microfibras) vs patrón 21 Cuadro 2. Resistencia mecánica a los 28 días 22 Cuadro 3. Dosificación de Tipos de Concreto para 1m3 28 Cuadro 4. Diseño de Mezcla Concreto Simple 31 Cuadro 5. Diseño de Mezcla Concreto con Fibras de Vidrio 31

Cuadro 6. Diseño de Mezcla Concreto con Fibras de Carbono 32 Cuadro 7. Ensayo a compresión Hormigón Simple 47

Cuadro 8. Ensayo a Compresión Hormigón Simple 47

Cuadro 9. Ensayo a compresión Hormigón Simple 48 Cuadro 10. Ensayo a compresión Hormigón Simple 48 Cuadro 11. Ensayo a Compresión Hormigón Simple 49

Cuadro 12. Ensayo a Compresión Hormigón Simple 49 Cuadro 13. Ensayo a Compresión Hormigón Simple 50 Cuadro 14. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio 50

Cuadro 15. Ensayo a compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio 51 Cuadro 16. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio 51

Cuadro 17. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio 52 Cuadro 18. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio 52 Cuadro 19. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio 53

Cuadro 20. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio 53

Cuadro 21. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio 54 Cuadro 22. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Carbono 54 Cuadro 23. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Carbono 55

Cuadro 24. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Carbono 55 Cuadro 25. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Carbono 56 Cuadro 26. Valor Promedio Cilindro 1 y 2 56

Cuadro 27. Valor Promedio Cilindro 3 y 4 57 Cuadro 28. Valor Promedio Cilindro 5 y 6 57 Cuadro 29. Valor Promedio Cilindro 7 y 8 58 Cuadro 30. Valor promedio cilindros 1 y 2 58

Cuadro 31. Valor Promedio Cilindro 3 y 4 59 Cuadro 32. Valor Promedio Cilindro 5 y 6 60

Cuadro 33. Valor Promedio Cilindro 7 y 8 60 Cuadro 34. Valor Promedio Cilindro 1 y 2 61 Cuadro 35. Valor Promedio Cilindro 3 y 4 61 Cuadro 36. Concreto Simple Esfuerzo vs Deformación 63 Cuadro 37. Concreto con Fibras de vidrio Esfuerzo vs Deformación 64

Cuadro 38. Concreto con Fibras de Carbono Esfuerzo vs Deformación 64 Cuadro 39.Valores Teóricos Concreto Simple a la Compresión 70 Cuadro 40. Esfuerzo vs Deformación 70

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LISTA DE ANEXOS

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Anexo A. Ficha Técnica Fibra de Carbono 87 Anexo B. Ficha Técnica Fibra de Vidrio 88

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GLOSARIO

CONCRETO (CONCRETE): mezcla de cemento Portland o cualquier otro cemento hidráulico, agregado fino, agregado grueso y agua, con o sin aditivos. CONCRETO SIMPLE (PLAIN CONCRETE): concreto estructural sin refuerzo o con menos refuerzo que el mínimo especificado para concreto reforzado. CURADO (CURING): proceso en el cual el concreto se mantiene hidratado, con contenidos de humedad y temperatura optima, inmediatamente después de fundido durante los próximos 7 días. ESFUERZO (STRESS): fuerza por unidad de área. MÓDULO DE ELASTICIDAD (MODULUS OF ELASTICITY): relación entre el esfuerzo normal y la deformación unitaria correspondiente, para esfuerzos de tracción o compresión menores que el límite de proporcionalidad del material. RESISTENCIA ESPECIFICADA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO (CF′) (SPECIFIED COMPRESSIVE STRENGTH OF CONCRETE): resistencia a la compresión del concreto empleada en el diseño y evaluada de acuerdo con las consideraciones del Capítulo 5, expresada en megapascales (MPa). Cuando la cantidad cf′ esté bajo un signo radical, se quiere indicar sólo la raíz cuadrada del valor numérico, por lo que el resultado está en megapascales (MPa).

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INTRODUCCIÓN En este trabajo de investigación se pretende establecer y analizar el comportamiento del hormigón desde el punto de vista estructural de especímenes cilíndricos de hormigón tradicional y la incorporación de materiales no convencionales en la ingeniería civil como la fibra vidrio y fibra de carbón con un longitud de 1mmx de diámetro por 5cm de longitud, como una alternativa novedosa en la fabricación de concretos con características arquitectónicas de brillo y traslucidez, y de esta forma observar y comparar el comportamiento físico mecánico de este nuevo material con los especímenes de concreto tradicional, que según la norma técnica para el diseño y dimensionamiento del cilindros permite utilizar cilindros de 150 x 300 mm y de 100 x 200 mm; con sus agregados tradicionales, otros cilindros con agregados de fibras de vidrio y fibras carbonó, sometidos a esfuerzos de compresión, para así determinar sus propiedades y eficiencias de los diferentes tipos de concreto con resistencias de 21Mpa . A partir de los diseños y datos experimentales establecer una mezcla para un hormigón con características de alta resistencia experimentalmente hablando, sin la utilización de las fibras en el primer caso, y en los otros dos casos agregando fibra de vidrio y fibra de carbonó, posteriormente compararlo con los datos del hormigón en su estado normal para establecer y definir las conclusiones correspondientes. En realidad en materiales que tuvieron usos estructurales similares al concreto como el adobe, la tapia pisada y los morteros de cal entre otros, las fibras siempre estuvieron presentes. Ya que las fibras ayudan a asumir los esfuerzos a los que se vea enfrentados los elementos estructurales, incluso representan un mayor monolitismo es decir la no fisuración de los elementos. El uso de las fibras naturales como un componente más en materiales de relleno o aglomerantes, no es nuevo incluso se remonta varios siglos atrás. En concreto existen referencias tempranas de experimentación con un refuerzo discontinuo que se remontan a 1910. Es por eso que a partir de este estudio se busca llegar a mejorar sus características Mecánicas, físicas y químicas mediante la utilización de materiales no convencionales como lo son las fibras de vidrio y las de carbono.

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1. GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES Cuando se estudian los procedimientos para dosificar mezclas de concreto, se recomienda hacer mezclas de prueba, con el fin de determinar las proporciones del hormigón que cumpla con las características deseadas para ser empleado en la construcción. Sin embargo esto no significa, que el hormigón hecho en la obra o en la planta vaya a tener una resistencia uniforme e igual a la determinada con base en las mezclas de prueba. Lo anterior se debe a que el concreto es un material esencialmente heterogéneo, porque sus componentes tienen características que no son constantes. No solo son materiales los causantes de las variaciones en la calidad del hormigón, sino que también influye la forma de mezclarlo, su transporte y colocación en formaletas, la compactación a que se someta y el curado que se le proporcione. Por las razones anteriores, es necesario tomar las precauciones adecuadas para que la calidad del material producido sea aceptable. La medida final que informa sobre la calidad obtenida, es la que resulta de los ensayos de resistencia. Aquí surge otra variable, pues la forma de hacer los ensayos y la precisión de la máquina que use van a influir en los resultados.

La resistencia de un concreto normalmente aumenta con la edad. Dicho aumento se produce muy rápidamente durante los primeros días posteriores a su colocación, resultando más gradual al transcurrir el tiempo, aún continuará incrementándose en una proporción más reducida durante un periodo de tiempo indefinido. La resistencia a compresión de un concreto a los 28 días, determina de acuerdo con los ensayos normalizados y suponiendo que haya sido curado en forma correcta, se emplea generalmente como índice de calidad del mismo. El mejor método para obtener un criterio sobre calidad, debido a la dispersión de los

resultados, es el derivado de consideraciones estadísticas1. 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2.1 Descripción del Problema. A través de la historia se ha incrementado el interés por estudiar el comportamiento del hormigón cuando está sometido a esfuerzos axiales. Todo elemento en hormigón el cual haga parte de un sistema estructural estará sometido a esfuerzos de compresión, debido a la presencia de cargas, ante la

1 RIVIERA L. Gerardo A. Resistencia del concreto Capitulo 6 en línea. Cali: Universidad del Cauca citado

25 julio, 2015. Disponible en Internet: <URL: ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/geanrilo/docs/FIC%20y%20 GEOTEC%20SEM%202%20de%202010/Tecnologia%20del%20Concreto%20-%20%20PDF%20ver.%20%20 2009/Cap.%2006%20-%20Resistencia.pdf>

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necesidad de reforzar estructuras antiguas la cuales son muy frecuentes en la actualidad y que de ellas, en su mayoría no cumplen con ningún tipo de normas o especificaciones de diseño actuales como la NSR10 entre otras. Pero no solo en estructuras antiguas, también para nuevos elementos en hormigón como vigas, columnas lograr una mayor resistencia a los esfuerzos de compresión. Es por eso que mediante esta necesidad de lograr una mayor resistencia a la compresión de elementos en hormigón, se estudiará teórica y experimentalmente el comportamiento, a partir de técnicas y ensayos con diferentes materiales, es por ello que se busca con este trabajo de investigación, encontrar a partir de materiales como la fibra de vidrio o de carbono mejorar las propiedades del hormigón cuando esté sometido a esfuerzos de compresión. 1.2.2 Formulación del Problema. ¿Es posible obtener información acerca del comportamiento del hormigón de baja y alta resistencia, sometido a esfuerzos de compresión y además mejorar sus propiedades de resistencia para los nuevos elementos estructurales?. 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo General. Estudiar teórica y experimentalmente el comportamiento del hormigón sometido a esfuerzos de compresión, utilizando materiales que mejoren su resistencia como fibras de vidrio o de carbono. 1.3.2 Objetivos Específicos. Obtener información teórica y experimental sobre el comportamiento del concreto con materiales no convencionales sometido a esfuerzos de compresión. Comparar las propiedades estructurales del concreto, según la NSR-10, con probetas de concreto reforzadas con materiales no convencionales, fibras de vidrio y fibras de carbón, sometidas a esfuerzos de compresión. 1.4 JUSTIFICACIÓN Realizar un estudio teórico y experimental, acerca del comportamiento del hormigón, sometido a compresión con materiales no convencionales se hace necesario para disminuir de forma apreciable el factor de seguridad de las estructuras, con el fin de determinar características que mejoren su comportamiento cuando el hormigón este sometido a esfuerzos de compresión. Es necesario tomar precauciones adecuadas y regirse bajo las normas establecidas para lograr la calidad del material que necesitamos.

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1.4.1 Las Fibras de Vidrio en el Hormigón. El empleo de las fibras resistentes a los álcalis, en morteros de cemento ha aumentado firme y progresivamente desde hace ya más de 30 años pero, por el contrario, se ha presentado relativamente poca atención a su uso en mezclas de hormigón convencionales y a los grandes beneficios que a estas pueden aportar.

Las fibras de vidrio presentan un módulo elástico muy superior al de la mayoría de las fibras orgánicas, como las de polipropileno, pero menor que el del acero. Todas estas fibras (inorgánicas, orgánicas y metálicas) han sido estudiadas con profundidad, pero en el caso de las fibras de vidrio las publicaciones editadas han sido muy escasas lo que ha conllevado un menor conocimiento de su empleo, hasta de su existencia, entre los diseñadores, prescriptores, especificadores y fabricantes tanto de hormigón preparado como de hormigón para piezas prefabricadas en general2.

1.5 DELIMITACIÓN 1.5.1 Espacio. El proyecto se desarrollará en los laboratorios de la Universidad Católica de Colombia, ubicada en la ciudad de Bogotá en la calle 47 # 15 B-10 Sede Claustro – Palermo. 1.5.2 Tiempo. El desarrollo del proyecto se realizará en un tiempo aproximado de 4 meses comprendidos entre el mes de Agosto y Noviembre. 1.5.3 Contenido. Las temáticas a abordar del proyecto es el estudio teórico y experimental del comportamiento del hormigón simple y hormigón modificado con materiales no convencionales, con el fin de comprobar si estos materiales pueden mejorar la resistencia a la compresión del concreto. 1.5.4 Alcance. El proyecto desarrollado abarca desde estudios teóricos y prácticos hasta obtener resultados experimentales que nos permitan comprobar si los materiales no convencionales mejoran su resistencia a esfuerzos de compresión. 1.6 MARCO REFERENCIAL 1.6.1 Hormigón. Para obtener hormigones de alta resistencia utilizando materiales innovadores como la fibra de vidrio y carbón, es importante conocer las propiedades de un hormigón tradicional, ya que se considera relevante conocer cuáles son las causas para que el hormigón no alcance las resistencias esperadas.

2 FOLLIS, Maximiliano; LUBARI, juan; NICOLAI, Mariana y PEPE, Osvaldo. Hormigón Reforzado con Fibra de Vidrio. Rosario: Universidad del Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura. Modalidad trabajo de grado, 2002. p. 18.

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Se puede decir que obtener un hormigón de alta resistencia experimentalmente es posible, sin la utilización de aditivos de esta forma se pueden mejorar las condiciones en el momento de elaborar el diseño de la mezcla, entre estas condiciones se puede nombrar el control de la porosidad, disminuir la relación de agua cemento, controlar burbujas de aire ya que cumplen un papel importante en la rotura de los agregados del hormigón.

La resistencia a la compresión se puede definir como la máxima resistencia medida de un espécimen de hormigón a carga axial. Generalmente se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una edad de 28 días se le designe con el símbolo f’ c. Para determinar la resistencia a la compresión, se realizan pruebas en especímenes de hormigón; En los Estados Unidos, a menos que se especifique de otra manera, los ensayos a compresión de mortero se realizan sobre cubos de 5 cm. En tanto que los ensayos a compresión del concreto se efectúan sobre cilindros que miden 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. El concreto presenta muy buenas características ante la compresión, como les ocurre a las piedras naturales, pero ofrece muy escasa resistencia a la tracción, por lo que resulta inadecuado para piezas que tengan que trabajar a flexión o tracción. Esta característica ha conducido a numerosas investigaciones y desarrollos para mejorar las resistencias ante estos sometimientos. Intentando lograr dentro del mundo de los materiales compuestos a la solución a esta carencia3.

Los primeros grandes desarrollos se lograron con la utilización de fibras de amianto. El material resultante, llamado “Fibrocemento”, presentaba grandes ventajas de costo y trabajabilidad. En búsqueda de un refuerzo que permitiera la consecución de un material compuesto robusto, con excelentes prestaciones, se han desarrollado numerosas experiencias con otras fibras de refuerzo tales como las de origen orgánico (aramidas, nylon, polipropileno, entre otras), inorgánico (vidrio, boro, carbono, etc.) y metálicas (hierro, fundición dúctil, acero, aluminio). Entre todas ellas la mejor relación costo propiedades mecánicas la ostentan las fibras de vidrio ofreciendo una gran facilidad de trabajo y manejabilidad, otorgando a los materiales compuestos, generados por ellas; grandes resistencias mecánicas. Los primeros ensayos y experiencias para el refuerzo de los cementos y sus morteros se realizaron con fibras de vidrio tipo, (usadas normalmente para el refuerzo de plásticos y poliésteres) dada la alta resistencia inherente de las mismas. Sin embargo, dichas tentativas fracasaron debido a que, este tipo de fibra al ser incorporada al mortero, estaba sujeta al ataque químico de los cristales alcalinos producidos en el proceso de hidratación del cemento, sin poderse remediar este problema.

3 GONZÁLES ISABEL, German. Hormigón de Alta Resistencia. Madrid: Intemac, 1993. p. 21

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1.6.2 Ventajas en las propiedades del concreto con la dosificación de la fibra de vidrio. Las fibras de vidrio disminuyen el agrietamiento del hormigón por contracciones plásticas. La presencia física de las fibras de vidrio inhibe el movimiento de la humedad en el concreto, durante y después de su colocación, obteniendo un concreto más homogéneo y en consecuencia, con una mayor resistencia media global. Mejora la resistencia a la tracción / flexión, consiguiendo eliminar los refuerzos de acero en algunos elementos no estructurales. Las fibras de vidrio distribuyen a toda la masa del hormigón fuertes solicitaciones locales. Otra propiedad que desarrolla el concreto reforzado con fibras de vidrio es la dureza a la fractura que cada vez es más fuerte y resistente al impacto. Una de las ventajas que tiene el concreto con fibras es evitar las fisuras por contracción plástica que se presentan generalmente en superficies horizontales, debido a la evaporación excesivamente rápida del agua de la superficie del concreto. Las grietas pueden formarse durante las primeras horas después del vaciado, cuando la resistencia a la tracción del concreto es superada por las fuerzas de retracción. Dado que, inmediatamente después de su vaciado, la resistencia a la tracción del concreto es casi de cero, la adición de cantidades incluso muy pequeñas de fibras de vidrio hace que el concreto pueda resistir las fuerzas de agrietamiento, consiguiendo el mismo tiempo una ligazón adecuada para soportar los esfuerzos al interior de la masa4.

1.6.3 Historia del GRC (Glassfibre Reinforced Concrete). El GRC se ideó por vez primera en Rusia, “en la década de 1940, en un intento por reducir el grosor de las piezas de hormigón y hacerlas aptas para su uso en cerramientos de fachada; para ello se sustituyó el refuerzo de acero por hebras de fibra de vidrio, que no requieren de dicha protección, obteniendo así paneles más finos (otra teoría, no documentada, sugiere no obstante que el empleo de fibra de vidrio surgió en un intento de ahorrar acero para la industria bélica durante la II Guerra mundial”5.

4 OSORIO, Jesús David. El concreto Reforzado con Fibras de Vidrio en línea. Bogotá: La Empresa citado

25 julio, 2015. Disponible en Internet: <URL: http://blog.360gradosenconcreto.com/el-concreto-reforzado-con-fibras-de-vidrio/> 5 FIBRATEC FIBRAS TECNOLÓGICAS. ¿Para qué sirve la fibra de vidrio AR? en línea. Bogotá: La

Empresa citado 25 julio, 2015. Disponible en Internet: <URL: http://fibratec.sharepoint.com/ Pages/default.aspx>

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“El GRC es uno material compuesto: de esta forma las fibras de vidrio se proyectan sobre una base de mortero de cemento en varias capas, creando un material final que reúne las cualidades de ambos”6. 1.6.4 La Resistencia a la Compresión del Concreto. Las mezclas de concreto (Hormigón) se pueden diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura.

La resistencia a la compresión del concreto es la medida más común de desempeño que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras. La resistencia a la compresión se mide fracturando probetas cilíndricas de concreto con una máquina de ensayos de compresión. La resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de ruptura dividida por el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en unidades de libra-fuerza por pulgada cuadrada (psi) en unidades corrientes utilizadas en EEUU o en mega páscales (Mpa) en unidades SI. Los requerimientos para la resistencia a la compresión pueden variar desde 2500 psi (17 Mpa) para concreto residencial hasta 4000 psi (28 Mpa) y más para estructuras comerciales. Para determinadas aplicaciones se especifican resistencias superiores hasta de 10000 psi (70 Mpa) y más7.

1.7 METODOLOGÍA Estudio teórico y experimental del comportamiento del hormigón confinado sometido a compresión, en el cual se obtendrá información a partir de prácticas de laboratorio implementando probetas cilíndricas de concreto con diferentes materiales como la fibra de vidrio, fibra de carbono y camisa en acero (lamina o platina), para someterlas a esfuerzos a compresión y medir su resistencia en comparación de otros cilindros sin estas características; para el desarrollo de este proyecto se manejara partiendo de fuentes primarias como la NSR10, NTC (454, 673, 504, 550,1377), además de unas fuentes secundarias como la participación de profesionales afines al tema de investigación en este trabajo. 1.8 DISEÑO METODOLÓGICO 1.8.1 Fase: 1 Pre - Campo. Búsqueda de documentos referentes a normas, metodologías y protocolos para la realización del anteproyecto y documentación e información relacionada con la normas NSR10, NTC (454, 673, 504, 550,1377).

6 PANELCO GRC. Paneles arquitectónicos y elementos constructivos en GRC en línea. Bogotá: La

Empresa citado 5 agosto, 2015. Disponible en Internet: <URL: http://enlaces.arq.com.mx/Detalles/2273 5.html> 7NRMCA. El concreto en la práctica, ¿Qué porque y cómo? en línea. Madrid: La Empresa citado 5 agosto,

2015. Disponible en Internet: <URL: http://www.nrmca.org/aboutconcrete/cips/cip1es.pdf>

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1.8.2 Fase: 2 Campo. Revisión documentos y protocolos nombrados anteriormente en la base de datos de los laboratorios de la Universidad Católica de Colombia. 1.8.3 Fase: 3 Análisis de Datos. Informes donde se reporten la obtención de datos que demuestren las características del comportamiento del hormigón confinado. 1.8.4 Fase: 4 Propuesta. Dar a conocer el diagnóstico sobre el estudio del comportamiento del hormigón confinado sometido a compresión.

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2. INFORMACIÓN TEÓRICA Y EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO CON MATERIALES NO CONVENCIONALES SOMETIDO A

ESFUERZOS DE COMPRESIÓN 2.1 CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS DE VIDRIO Actualmente se adopta por la utilización de materiales no convencionales en el concreto, donde el objetivo es mejorar sus propiedades mecánicas y físicas, la fibra de vidrio, es un componente el cual brinda innumerables beneficios para elementos hechos en concreto, es por ello que se realiza una investigación experimental la cual ayude a comprobar cuáles son sus mejoras en sus propiedades. 2.1.1 Clasificación de las Fibras. Las fibras como refuerzo secundario para concreto en general pueden clasificarse según diferentes consideraciones, (ASFM 1116, EN 14889. EN 14889-2) hoy en día se emplean principalmente dos tipos de clasificación, así: 2.1.1.1 Por Material. Fibras metálicas-Secciones discretas de metal que tienen una relación de aspecto (relación entre la longitud y el diámetro) que va desde 20 hasta 100. Estas fibras son de acero (en general de bajo contenido de carbón). Fibras sintéticas -Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente dentro del concreto que pueden estar compuestas por Acrílico, Aramid, Carbón, Polipropileno, Poliestileno, Nylon, Poliéster etc. Fibras de vidrio-Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al álcali. Fibras naturales-Secciones discretas de origen como coco, sisal, madera, caña de azúcar, yute, bambú, etc. Cuyos diámetros varían entre 0.5 y 0.2 mm, con valores de absorción superiores al 12%. 2.1.1.2 Por Funcionalidad, Geometría y Dosificación Microfibras. Estas fibras están destinadas a evitar la fisuración del concreto en estado fresco o antes de las 24 horas. Se dosifican en el concreto para volúmenes de entre 0.03% a 0.15% del mismo. Las más frecuentes son las fibras en polipropileno (Tipo Sikafiber AD) cuya dosificación en peso oscila entre 0.3 a 1.2 kg/m3 de concreto. Se trata de dosificaciones extremadamente bajas pero muy eficientes que previenen la fisuración del concreto por retracción plástica. Estas fibras tienen diámetros entre 0.023 mm a 0.050 mm, pueden ser monofilamento o fibriladas. Las microfibras al tener diámetros tan pequeños se califican con un parámetro

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denominado Denier. Denier es el peso en gramos de 9000 metros de una sola fibra. En el cuadro 01 1. Expone los resultados de una reciente investigación [1] donde se compararon varios tipos de fibras (microfibras) frente a un concreto sin refuerzo (Patrón) y frente a ese mismo concreto reforzado con una malla electro soldada (150 x 150, 3.4 mm de diámetro). Esta investigación hecha sobre placas de un espesor de 50 mm, desarrollada bajo condiciones atmosféricas controladas, permite apreciar la altísima eficiencia de las microfibras para controlar la fisuración antes de las 24 horas. Así el número total de fisuras en el concreto sin reforzar fue de 166 mientras que, en el mismo concreto con apenas 900 g/m3 (45 g/m2), de microfibras A se redujo el número de fisuras a 9 y con las microfibras B a 2 junto con áreas de fisuración despreciables (véase el Cuadro 1). Cuadro 1. Comparación de varios tipos de fibra (microfibras) vs patrón

Fuente. TROTTIER, J.F.; MAHONEY, M. y FORGERON, D. Boletín No. 11 “¿Pueden las fibras sintéticas reemplazar la malla electrosoldada en losas sobre terrero”?. Bogotá: Concrete International ACI- Seccional Colombiana, 2008. p. 9.

Como vemos las microfibras son una excelente y muy económica forma de prevenir la fisuración antes de las 24 horas. Es por ello que su uso resulta muy extendido sobre todo en pisos, pavimentos, prefabricados y en general a todos los materiales cementicos, con una relación superficie expuesta/volumen alta. Si bien las microfibras en general reducen dramáticamente la tendencia a la fisuración o simplemente la eliminan antes de las 24 horas (retracción plástica), en la mayoría de las ocasiones hacen que el concreto en estado fresco, en apariencia, pierda manejabilidad o asentamiento, es decir, que el concreto reforzado con fibras puede generar problemas frente a supervisiones e interventorías a la hora de aceptar el concreto8.

8 SIKA COLOMBIA. Concreto reforzado con fibras. Bogotá: La Empresa, 2012. p. 10

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2.1.1.3 Macro Fibras. Estas fibras están destinadas a prevenir la fisuración en estado endurecido, a reducir el ancho de la fisura si ésta se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de la estructura fisurada. Las dosificaciones más frecuentes oscilan entre 0.2% a 0.8% del volumen del concreto. Las macro fibras más usadas son las sintéticas y las metálicas cuyos diámetros varían entre 0.05 mm a 2.00 mm. La relación de aspecto (L/d) de las macro fibras varía entre 20 a 100. Cabe entonces preguntarnos ¿entonces las macro fibras para que se usan? “En realidad las macro fibras se incluyen el concreto para aumentar la tenacidad del material, es decir para hacer que las estructuras, incluso después del agrietamiento de la matriz, puedan seguir siendo cargadas. La tenacidad es una propiedad que describe de una manera más completa la capacidad de un material para soportar cargas antes de colapsar”9. 2.1.2 Características Mecánicas, Físicas y Químicas de un GRC. En este punto se demuestran los niveles de resistencia adquiridos por un GRC a los 28 días. Todos los valores corresponden a placas de espesor normal (10mm) (véase el Cuadro 2). Cuadro 2. Resistencia mecánica a los 28 días

Fuente. FOLLIS, Maximiliano; LUBARI, juan; NICOLAI, Mariana y PEPE, Osvaldo. Hormigón Reforzado con Fibra de Vidrio. Rosario: Universidad del Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura. Modalidad trabajo de grado, 2002. p. 14.

9 SIKA COLOMBIA. Concreto reforzado con fibras. Bogotá: La Empresa, 2012. p. 11.

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Tanto la resistencia como la durabilidad del GRC pueden verse mejoradas muy notablemente gracias a la adición de un tipo de metacaolín específico. Las propiedades del GRC pueden verse mejoradas con la adición de polímeros acrílicos. Los datos expuestos se aplican a formulaciones de GRC con una relación arena/cemento entre el 0.5 y 1. 2.2 DOCUMENTOS RELACIONADOS, REFORZAMIENTO AL CONCRETO CON FIBRAS DE CARBÓN Trabajo de grado: Andres Arturo Beltrán Riveros Universidad De La Salle Facultad De Ingeniería Realizo una Investigación que tiene como objetivo usar materiales compuestos por fibras de carbono que permitan aumentar la capacidad a flexión, mediante el estudio y análisis de vigas dispuestas en esta condición de falla, utilizando fibra de carbono (SikaWrap 103 C). Resultados de la investigación.

El sistema de reforzamiento con fibras de carbono es un método de reforzamiento estructural muy importante en la actualidad, ya que es de fácil y rápida instalación por estar conformado por láminas y/o telas de alta resistencia que se adhieren al concreto que lo hace muy eficiente, ya que brinda un aumento de resistencia al elemento reforzado sea a flexión, cortante, torsión y actualización sísmica; según la configuración del sistema El uso de materiales compuestos por fibra de carbono, en este caso SikaWrap 103C como reforzamiento a flexión en elementos de concreto armado es muy eficiente, sobre todo al plantearlo como una alternativa a los métodos estructurales de reforzamiento Se observa un notable incremento de la carga última de falla y resistencia a flexión en vigas. De la fibra funcionó eficientemente en las zonas de mayores solicitaciones a flexión El reforzamiento con fibras de carbono es determinante en el incremento de resistencia a la flexión del elemento, como se pudo apreciar en la falla de la viga con reforzamiento preventivo donde se notó una adherencia adecuada donde la fibra funcionó eficientemente. Se observó una notable recuperación del elemento con respecto a la deformación que se presentó sin el reforzamiento10.

10 BELTRÁN R., Andrés Arturo. Uso de fibras de carbono como reforzamiento a flexión en vigas de concreto reforzado. Bogotá: Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería. Modalidad Trabajo de grado, 2011. p. 146

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2.3 DESCRIPCION DE ACTIVIDADES REALIZADAS PARA OBTENER DATOS EXPERIMENTALES El día 11 de Septiembre del año 2015 se dio inicio a la ejecución de la mezcla de 8 especímenes cilíndricos de concreto simple, es decir, sin ningún tipo de modificado solo los componentes necesarios para obtener una resistencia a la compresión de 3000 psi (21 Mpa), en la Sección 2.5 muestra el procedimiento de la dosificación con los que se realizaron dichos especímenes, los cuales servirían como patrón para comparar los cilindros modificados, dichos especímenes fueron desencofrados al siguiente día permitiendo que la mezcla fraguara y adoptara la forma del molde, este mismo día, es decir el día 12 de septiembre del 2015, los cilindros fueron sumergidos en una piscina de agua con una temperatura promedio de 18.4 °C , para así a partir de esta fecha contar los 7,14,21 y 28 días del proceso de curado tal y como nos indica la norma NSR-10, en el día 7 de haber cumplido su proceso de curado se retiraban dos de los ocho cilindros y se sometían a la prueba de compresión donde el fin era determinar su resistencia a la compresión, justo antes de realizar esta prueba se le hacia una toma de datos de sus características geométricas es decir su diámetros, alturas y peso. Así mismos este proceso se realizaba en el día 14, 21 y 28 del proceso de curado y al finalizar la prueba se tomaban lecturas de la carga ultima que soportaba cada espécimen. En este orden de ideas y dando esta breve explicación del procedimiento que se realizó en las prácticas de laboratorio, para así obtener nuestro estudio experimental el día 25 de Septiembre del 2015 se realiza el diseño de la mezcla del concreto modificado con fibras de vidrio, siguiendo el mismo procedimiento mencionado anteriormente en el proceso de la mezcla de concreto simple, el porcentaje de fibra de vidrio que se le agrego fue el 0,8 % del total del peso de la mezcla ya que el 100% total de la mezcla representa 96 kilogramos. De la misma manera se dio inicio el 9 de Octubre de 2015 para la tercera parte de nuestro estudio experimental y era realizar una tercera mezcla de concreto modificado con fibras de carbono, pero esta vez la fibra de carbono represento el 0,25 % del total de peso de la mezcla que de igual manera fue proyectado a un total de 96 kilogramos. 2.4 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ESPECÍMENES CILÍNDRICOS DE CONCRETO NTC 673 2.4.1 Resumen de Ensayo. Consiste en aplicar una carga axial de compresión a los cilindros de concreto de 15cmx30cm.La resistencia a la compresión de un cilindro de concreto se calcula dividiendo la carga axial máxima alcanzada (carga de ruptura) por el área, sección transversal del espécimen, Las Referencias normativas que fueron necesarias para la realización de este ensayo fueron las siguientes:

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NTC 504 ingeniería civil y arquitectura. Referente a especímenes cilíndricos de concreto ASTM (C617). NTC 550. Concretos: elaboración y curado de especímenes de concreto en obra ASTM (C31). 2.4.2 Procedimiento y Cálculos. El procedimiento que realizo en las prácticas de laboratorio: Se saca el espécimen del cilindro del ambiente húmedo de la piscina del laboratorio y se falla en condiciones húmedas. Los ensayos de compresión de los cilindros se harán a una edad de 7,14,21 y 28 días. Se limpian las caras superior e inferior del espécimen, se alinea cuidadosamente los ejes del espécimen con el centro de empuje del bloque. Se verifica que el indicador de carga este en cero. Se aplica la carga continuamente sin detener la maquina o reiniciar el ensayo. La carga Se aplica una velocidad de movimiento de 0,25 Mpa/s. Se mide la carga de compresión hasta que el indicador de carga decrezca y el espécimen muestre fractura. Se determina el esfuerzo de fractura dividiendo la carga máxima aplicada en libras por el área transversal del espécimen. 2.5 MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

Los materiales que fueron utilizados para poder realizar nuestra practica de laboratorio fueron los siguientes: Cemento. Arena. Grava o Triturado. Fibra de Vidrio. Fibra de Carbono. Agua.

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De la misma manera, se dispuso de los siguientes equipos para poder ejecutar las pruebas de laboratorio (véase la Figura 1): Figura 1. Maquina Universal – Prueba a Compresión

Fuente. Los Autores. La máquina Universal, se encuentra en las instalaciones de Universidad Católica de Colombia la cual sirve para realizar pruebas de compresión a especímenes de concreto (véase la Figura 2). Figura 2. Calibrador – Toma de Diámetros y Alturas

Fuente. Los Autores.

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El calibrador es un elemento utilizado para registrar las medidas de los cilindros, en este caso se tomaron los diámetros de cada espécimen (véase la Figura 3). Figura 3. Balanza – Toma de Pesos Especímenes Cilíndricos

Fuente. Los Autores. La balanza es utilizada para registrar cada peso de los especímenes cilíndricos justo antes de someterlos a esfuerzos de compresión (véase la Figura 4). Figura 4. Moldes Cilíndricos para Concreto


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El molde utilizado para dar la forma a la mezcla de concreto con sus diferentes componentes (véase la Figura 5). Figura 5. Termómetro – Toma de Temperatura Piscina de Curado

Fuente. Los Autores. El termómetro se utilizó para registrar las temperaturas de la piscina, donde se realizó el proceso de curado de los especímenes. 2.6 DISEÑO Y DOSIFICACIÓN DE MEZCLA El diseño y dosificación de la mezcla se refiere a utilizar la cantidad de material adecuado que vamos a mezclar para elaborar elementos de concreto según las especificaciones que sean requeridas, es decir, determinar cuál es la cantidad necesaria de cada componente, esto se hace a partir de unos cálculos donde se parte de las dimensiones del elemento en concreto que se vayan a realizar, junto con las tablas estandarizadas donde indican los componentes necesarios para determinar un tipo de mezcla (véase el Cuadro 2) . Cuadro 3. Dosificación de Tipos de Concreto para 1m3

Fuente. CONSTRUYA FÁCIL. Dosificación por volumen para mezclas de concreto

en línea. Bogotá: La Empresa citado 20 agosto, 2015. Disponible en Internet:

URL: http://www.construyafacil.org/2012/05/dosificaciones-por-volumen-en-

mezclas.html

http://www.construyafacil.org/2012/05/dosificaciones-por-volumen-en-mezclas.html


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Se realizó la dosificación de las mezclas, siguiendo los parámetros estandarizados por diferentes fuentes que a partir de datos experimentales se llega al rendimiento de cada uno de los componentes necesarios para obtener una mezcla de concreto como bien lo muestra en el cuadro anterior. El tipo de concreto que se eligió para desarrollar esta práctica de laboratorio fue un tipo de concreto 1:2:3, referente a esto se utiliza una parte de cemento por dos de arena y por tres de triturado, este tipo de concreto tendrá una resistencia a los 28 días de fraguado de 3000 psi (21 Mpa), estos componentes están representados y estandarizados para una mezcla de 1 . 2.6.1 Mezcla Concreto Simple. La mezcla de concreto simple es decir sin ningún tipo de modificado, se realizó para un cilindro tipo, a partir las especificaciones de la NSR-10 Cilindro tipo Diámetro (D)= 15cm; Radio (r) = 7,5cm Altura (H) = 30cm (véase la Figura 6) Figura 6. Cilindro tipo

Fuente. Los Autores

30

Cemento (kg) 1 350 kg

0,042 X X = 14, 7 kg + 5% X = 15,435 kg Arena

1 0,56

0,042 X

X = 0,0235 + 5% X = 0,0246

Grava o Triturado

1 0,84

0,042 X

X = 0,035 + 5% X = 0,0367

Agua (Lts) 1 180 Lts

0,042 X

X = 7,56Lts+ 5% X = 7,938 Lts Densidad

31

2.6.1.1 Resumen de Dosificación Concreto Simple. El diseño de la mezcla de concreto simple indica la cantidad de cada componente utilizado para realizar la mezcla de concreto simple (véase el Cuadro 4). Cuadro 4. Diseño de Mezcla Concreto Simple

COMPONENTE CANTIDAD

Cemento 15,435 kg

Arena 0,0246

Grava o Triturado 0,0367

Agua 7,938 Lts

RESUMEN DE DOSIFICACION

CONCRETO SIMPLE

Fuente. Los Autores. 2.6.1.2 Resumen de Dosificación Concreto con Fibras de Vidrio. A partir de la dosificación del diseño de concreto simple se realiza la dosificación de los cilindros de concreto con fibras de vidrio, indicando la cantidad de cada componente (véase el Cuadro 5). Cuadro 5. Diseño de Mezcla Concreto con Fibras de Vidrio

COMPONENTE CANTIDAD

Cemento 15,435 kg

Arena 0,0246


Fibra de Vidrio 0,768 kg

Agua 7,938 Lts


CONCRETO CON FIBRAS DE VIDRIO


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96kg 100% 0.768kg 0.8% La fibra de vidrio representa el 0,8 % del total de la masa de la mezcla. 2.6.1.3 Resumen de Dosificación Concreto con Fibras de Carbono. A partir de la dosificación del diseño de concreto simple se realiza la dosificación de los cilindros de concreto con fibras de carbono, indicando la cantidad de cada componente (véase el Cuadro 6). Cuadro 6. Diseño de Mezcla Concreto con Fibras de Carbono

COMPONENTE CANTIDAD

Cemento 15,435 kg

Arena 0,0246


Fibra de Carbono 0,240 kg

Agua 7,938 Lts


CONCRETO CON FIBRAS DE CARBONO

Fuente. Los Autores. 96kg 100% 0.24kg 0.25% La fibra de Carbono representa el 0,25 % del total de la masa de la mezcla. 2.7 MEMORIA DE CÁLCULOS La memoria de cálculo se realiza para determinar las características geométricas y físicas de los especímenes, utilizados para realizar la prueba a compresión, se registran tres lecturas de diámetros y tres de alturas, para al final sacar un promedio y utilizarlo para determinar el área y volumen de cada elemento. 2.7.1 Memoria de Cálculos – Datos Obtenidos Ensayo de Laboratorio Mezcla Concreto Simple, Ensayo a Compresión. Se registran los datos tomados en la práctica de laboratorio, Cilindros de Mezcla de Concreto Simple, Justo antes de someterlo a esfuerzos de compresión (véase la Figura 7).

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º

Figura 7. Cilindros de Mezcla de Concreto Simple

Fuente. Los Autores. Datos tomados del diseño experimental, Cilindros de Mezcla de Concreto simple, justo antes de someterlo a esfuerzos de compresión. Cilindro # 1 A Los 7 Días De Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,516 kg H1 = 30, 33 cm H2 = 30, 28 cm H PROMEDIO = 30, 294 cm H3 = 30,265 cm D1 = 15,20 cm D2 = 15,10 cm D PROMEDIO = 15,14 cm => 5,96 in D3 = 15,12 cm Pcarga = 33000 kg

34

Cilindro # 2 A Los 7 Días De Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,496 kg H1 = 30, 28 cm H2 = 30, 30 cm H PROMEDIO = 30, 29 cm H3 = 30,29 cm D1 = 15,24 cm D2 = 15,12 cm D PROMEDIO = 15,18 cm => 5,97 in D3 = 15,18 cm Pcarga = 32000 kg

Cilindro # 3 a los 14 días de Fundido

W PESO DE CILINDRO = 12,520 kg H1 = 30,5 cm H2 = 30,2 cm H PROMEDIO = 30, 33 cm H3 = 30,3 cm D1 = 15,19 cm D2 = 15,18 cm D PROMEDIO = 15,17 cm => 5,97 in D3 = 15,14 cm Pcarga = 35000 kg

35

Cilindro # 4 a los 14 Días de Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,488 kg H1 = 30,42cm H2 = 30,50 cm H PROMEDIO = 30, 33 cm H3 = 30,48 cm D1 = 15,14 cm D2 = 15,19 cm D PROMEDIO = 15,16 cm => 5,968 in D3 = 15,16 cm Pcarga = 36000 kg

Cilindro # 5 a los 21 Días de Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,556 kg H1 = 30,25 cm H2 = 30,3 cm H PROMEDIO = 30, 316 cm

36

H3 = 30,4 cm D1 = 15,2 cm D2 = 15,3 cm D PROMEDIO = 15,21 cm => 5,988 in D3 = 15,13 cm Pcarga = 34000 kg

Cilindro # 6 a los 21 Días de Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,617 kg H1 = 30,2 cm H2 = 30,3 cm H PROMEDIO = 30, 23 cm H3 = 30,2 cm D1 = 15,06 cm D2 = 15,11 cm D PROMEDIO = 15,11 cm => 5,950

D3 = 15,13 cm Pcarga = 31000 kg

37

Cilindro # 7 a los 28 Días de Fundido

W PESO DE CILINDRO = 12,646 kg H1 = 30,42 cm H2 = 30,46 cm H PROMEDIO = 30, 45 cm H3 = 30,48 cm D1 = 15,16 cm D2 = 15,20 cm D PROMEDIO = 15,19 cm => 5,982

D3 = 15,23 cm Pcarga = 43000 kg

Cilindro # 8 a los 28 Días de Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,572 kg H1 = 30,32 cm H2 = 30,29 cm H PROMEDIO = 30, 29 cm H3 = 30,27 cm D1 = 15,16 cm D2 = 15,20 cm D PROMEDIO = 15,16 cm => 5,968 D3 = 15,12 cm Pcarga = 41000 kg

38

2.7.2 Memoria de Cálculos – Datos Obtenidos Ensayo de Laboratorio Mezcla Concreto Modificado con Fibras de Vidrio, Ensayo a Compresión. Se registran los datos tomados en la práctica de laboratorio, Cilindros de Mezcla de Concreto con fibras de vidrio, Justo antes de someterlo a esfuerzos de compresión (véase la Figura 8. Figura 8. Cilindro tipo

Fuente. Los Autores. Datos tomados del diseño experimental, Cilindros de Mezcla de Concreto con fibras de Vidrio, justo antes de someterlo a esfuerzos de compresión. Cilindro # 1 a los 7 Días de fundido W PESO DE CILINDRO = 12,054 kg H1 = 30, 35 cm H2 = 30, 25cm H PROMEDIO = 30, 30 cm H3 = 30,30 cm

39

D1 = 14,91 cm D2 = 14,85 cm D PROMEDIO = 14,91 cm => 5,87 in D3 = 14,93 cm Pcarga = 44000 kg

Cilindro # 2 a los 7 Días de Fundido

W PESO DE CILINDRO = 12,214 kg H1 = 30, 30 cm H2 = 30, 35 cm H PROMEDIO = 30, 35 cm H3 = 30,40cm D1 = 14,90 cm

D2 = 14,85 cm D PROMEDIO = 15,18 cm => 5,86 D3 = 14,98 cm Pcarga = 36500kg

40

Cilindro # 3 a los 14 Días de Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,278kg H1 = 30,02 cm H2 = 30,03 cm H PROMEDIO = 30, 026 cm H3 = 30,03 cm D1 = 15,19 cm D2 = 15,20 cm D PROMEDIO = 15,24 cm => 6,0 in D3 = 15,34 cm Pcarga = 45000 kg

Cilindro # 4 a los 14 Días de Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,488 kg H1 = 30,03cm H2 = 30,04cm H PROMEDIO = 30, 33 cm H3 = 30,02 cm D1 = 14,96 cm D2 = 14,97 cm D PROMEDIO = 15,17 cm => 5,97 in D3 = 15,58 cm Pcarga = 50000 kg

41

Cilindro # 5 a los 21 Días de Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,026kg H1 = 30,40cm H2 = 30,50cm H PROMEDIO = 30, 47 cm H3 = 30,51 cm D1 = 15,35 cm D2 = 15,20 cm D PROMEDIO = 15,25 cm => 5,98 in D3 = 15,19 cm Pcarga = 58000 kg

Cilindro # 6 a los 21 días de Fundido

W PESO DE CILINDRO = 11,31kg H1 = 30,41cm H2 = 30,53cm H PROMEDIO = 30, 45 cm H3 = 30,43 cm D1 = 15,35 cm

D2 = 15,20 cm D PROMEDIO = 15,19cm => 5,98 D3 = 15,19 cm Pcarga = 48000 kg

42

Cilindro # 7 a los 28 Días de Fundido W PESO DE CILINDRO = 11,708kg H1 = 30,54 cm H2 = 30,55 cm H PROMEDIO = 30,54 cm H3 = 30,55 cm D1 = 15,09 cm D2 = 15,11 cm D PROMEDIO = 15,10 cm => 5,94 in D3 = 15,12 cm Pcarga = 44000 kg

43

Cilindro # 8 a los 28 Días de fundido W PESO DE CILINDRO = 11,61kg H1 = 30,54 cm H2 = 30,55 cm H PROMEDIO = 30,55 cm H3 = 30,55 cm D1 = 15,13 cm D2 = 15,10 cm D PROMEDIO = 15, 12cm => 5,95 in D3 = 15,13 cm Pcarga = 37000kg

A

2.7.3 Memoria de Cálculos – Datos Obtenidos Ensayo de Laboratorio Mezcla Concreto Modificado con Fibras de Carbono, Ensayo a Compresión. Se registran los datos tomados en la práctica de laboratorio, Cilindros de Mezcla de Concreto con fibras de carbono, Justo antes de someterlo a esfuerzos de compresión (véase la Figura 9). Figura 9. Cilindro tipo


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Datos tomados del diseño experimental, Cilindros de Mezcla de Concreto con fibras de Carbono, justo antes de someterlo a esfuerzos de compresión. Cilindro # 1 a los Días 7 de Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,384kg H1 = 30,66cm H2 = 30,65 cm H PROMEDIO = 30,53 cm H3 = 30,60 cm D1 = 15,65 cm

D2 = 15,63 cm D PROMEDIO = 15, 62cm => 6,15

D3 = 15,59 cm Pcarga = 29500kg

Cilindro # 2 a los Días 7 de Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,384kg H1 = 30,40cm H2 = 29,90 cm H PROMEDIO = 30,53 cm H3 = 30,42 cm D1 = 15,21 cm

D2 = 15,28 cm D PROMEDIO = 15, 256cm => 6,00 D3 = 15,28 cm Pcarga = 26000kg

45

Cilindro # 3 a los Días 14 de Fundido W PESO DE CILINDRO = 12,096kg H1 = 30,40cm H2 = 30,10 cm H PROMEDIO = 30,23 cm H3 = 30,20 cm D1 = 15,09 cm D2 = 15,12 cm D PROMEDIO = 15, 08cm => 5,94 in D3 = 15,03 cm Pcarga = 22000kg

46

Cilindro # 4 a los Días 14 de Fundido W PESO DE CILINDRO = 11,60kg H1 = 30,20cm H2 = 30,30 cm H PROMEDIO = 30,33 cm H3 = 30,50 cm D1 = 14,98 cm D2 = 14,96 cm D PROMEDIO = 14, 96cm => 5,89 in D3 = 14,95 cm Pcarga = 27000kg

2.8 DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS EN LA PRACTICA LABOLATORIO 2.8.1 Datos Concreto Simple. Los datos que se obtuvieron en la practica de laboratorio, son necesarios para determinar las propiedades fisicas de cada elemento, donde se registra el tipo de falla que se presentó, su peso y el esfuerzo el cual fue resistió en la prueba de compresion (véase los Cuadros 7, 8, 9, 10, 11,12 y 13).

47

Cuadro 7. Ensayo a compresión Hormigón Simple

ESFUERZO (Mpa)

ENSAYO A COMPRESION HORMIGON SIMPLE

FIGURA No 1 Cilindro # 1 TIPO DE FALLA

Cono y Corte

AREA DEL CILINDRO(in2)

19-sep-15

PESO DE CILINDRO (kg)

12,516

17,98

PRUEBA A COMPRESION A LOS 7 DIAS

DIA DE ENSAYO

27,89

FUERZA (Lb)

72765

ESFUERZO (Lb/in2)

2609,00

Fuente. Los Autores. Cuadro 8. Ensayo a Compresión Hormigón Simple



Cono


12,520


28,01

FUERZA (Lb)

77175

ESFUERZO (Lb/in2)

2755,27

ESFUERZO (Mpa)

18,98


DIA DE ENSAYO

26-sep-15 Fuente. Los Autores.

48

Cuadro 9. Ensayo a compresión Hormigón Simple



Columnar


12,488


27,97

FUERZA (Lb)

72765

ESFUERZO (Lb/in2)

2601,54

26-sep-15

ESFUERZO (Mpa)

17,92


DIA DE ENSAYO

Fuente. Los Autores. Cuadro 10. Ensayo a compresión Hormigón Simple

DIA DE ENSAYO

03-oct-15



Cono y Corte


12,556


28,16

FUERZA (Lb)

74970

ESFUERZO (Lb/in2)

2662,29

ESFUERZO (Mpa)

18,34


Fuente.Los Autores.

49


DIA DE ENSAYO

10-oct-15



Cono y Corte


12,646


28,11

FUERZA (Lb)

94815

ESFUERZO (Lb/in2)

3373,00

ESFUERZO (Mpa)

23,24

Cuadro 11. Ensayo a Compresión Hormigón Simple

03-oct-15

ESFUERZO (Mpa)

16,94


DIA DE ENSAYO



Cono y Corte


12,617


27,80

FUERZA (Lb)

68355

ESFUERZO (Lb/in2)

2458,81

Fuente. Los Autores. Cuadro 12. Ensayo a Compresión Hormigón Simple


50

Cuadro 13. Ensayo a Compresión Hormigón Simple

DIA DE ENSAYO

10-oct-15

3232,21

ESFUERZO (Mpa)

22,27




Cono y Corte


12,572


27,97

FUERZA (Lb)

90405

ESFUERZO (Lb/in2)

Fuente. Los Autores 2.8.2 Datos Concreto Modificado con Fibras de Vidrio. Los datos que se obtuvieron en la práctica de laboratorio, son necesarios para determinar las propiedades físicas de cada elemento, donde se registra el tipo de falla que se presentó, su peso y el esfuerzo el cual fue resistió en la prueba de compresión (véase los Cuadros 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 y 21). Cuadro 14. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio

03-oct-15


12,054

ESFUERZO (Mpa)

24,70

PRUEBA DE COMPRESION A LOS 7 DIAS

DIA DE ENSAYO

27,06

FUERZA (Lb)

97020

ESFUERZO (Lb/in2)

3585,37

ENSAYO A COMPRESION HORMIGON MODIFICADO CON FIBRAS DE VIDRIO


CORTE

AREA DEL CILINDRO (in2)

Fuente. Los Autores

51

Cuadro 15. Ensayo a compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio

ESFUERZO (Mpa)

20,54


DIA DE ENSAYO

03-oct-15



CONO Y CORTE


12,21


27,00

FUERZA (Lb)

80482,5

ESFUERZO (Lb/in2)

2980,83

Fuente. Los Autores. Cuadro 16. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio

DIA DE ENSAYO

10-oct-15



CONO


12,28


28,29

FUERZA (Lb)

99225

ESFUERZO (Lb/in2)

3507,42

ESFUERZO (Mpa)

24,17



52

Cuadro 17. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio

10-oct-15

ESFUERZO (Mpa)

27,10


DIA DE ENSAYO



CONO


12,10


28,03

FUERZA (Lb)

110250

ESFUERZO (Lb/in2)

3933,43

Fuente. Los Autores. Cuadro 18. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio

DIA DE ENSAYO

17-oct-15



CORTE


12,03


28,00

FUERZA (Lb)

127890

ESFUERZO (Lb/in2)

4567,50

ESFUERZO (Mpa)

31,47



53


ESFUERZO (Mpa)

25.95


DIA DE ENSAYO



CONO Y CORTE


11.31


28.11

FUERZA (Lb)

105840

ESFUERZO (Lb/in2)

3765.61

17-oct-15 Fuente. Los Autores. Cuadro 20. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Vidrio



CONO


11,71


27,76

FUERZA (Lb)

97020

ESFUERZO (Lb/in2)

3494,96

ESFUERZO (Mpa)

24,08


DIA DE ENSAYO

24-oct-15 Fuente. Los Autores.

54




COLUMNAR


11,61


27,83

FUERZA (Lb)

81585

ESFUERZO (Lb/in2)

DIA DE ENSAYO

24-oct-15

2931,55

ESFUERZO (Mpa)

20,20


Fuente. Los Autores. 2.8.3 Datos de Concreto Modificado con Fibras de Vidrio. Los datos que se obtuvieron en la práctica de laboratorio, son necesarios para determinar las propiedades físicas de cada elemento, donde se registra el tipo de falla que se presentó, su peso y el esfuerzo el cual fue resistió en la prueba de compresión (véase los Cuadros 22, 23, 24 y 25). Cuadro 22. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Carbono

ESFUERZO (Mpa)

15,09


ENSAYO A COMPRESION HORMIGON MODIFICADO CON FIBRAS DE CARBONO


CONO Y CORTE


12,38


29,71

FUERZA (Lb)

DIA DE ENSAYO

17-oct-15

65047,5

ESFUERZO (Lb/in2)

2189,41

Fuente. Los Autores

55

Cuadro 23. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Carbono



CONO


12.38

17-oct-15


28.33

FUERZA (Lb)

57330

ESFUERZO (Lb/in2)

2023.65

ESFUERZO (Mpa)

13.94


DIA DE ENSAYO

Fuente. Los Autores. Cuadro 24. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Carbono

DIA DE ENSAYO

24-oct-15



CONO Y CORTE


12.10


27.68

FUERZA (Lb)

48510

ESFUERZO (Lb/in2)

1752.53

ESFUERZO (Mpa)

12.07



56

Cuadro 25. Ensayo a Compresión Hormigón Modificado con Fibras de Carbono

24-oct-15

ESFUERZO (Mpa)

15.05


DIA DE ENSAYO



CONO


11.60


27.25

FUERZA (Lb)

59535

ESFUERZO (Lb/in2)

2184.77

Fuente. Los Autores. 2.9 CALCULO MÓDULO DE ELASTICIDAD Y DEFORMACIONES 2.9.1 Concreto Simple a los 7 Días. A continuación se muestran los valores promedio de los cilindros 1 y 2 del concreto simple a los 7 días (véase el Cuadro 26). Cuadro 26. Valor Promedio Cilindro 1 y 2

Tipo de Mezcla Concreto Simple Promedio Unidad

Ensayo a Compresion A los 7 Dias

Carga Ultima (P) 32500 kg

Altura (H) 30,292 cm

Area 180,5

fc (σ) 17,66 Mpa

fc (σ) 176,6 kg/

Modulo de Elasticidad (E ) 19751,18731 Mpa

Modulo de Elasticidad (E ) 197511,8731 kg/

Deformacion (δ) 0,027614736 cmDeformacion Unitaria (Ɛ) 0,000911618 N.A

Valores Promedio Cilindro 1 Y 2


Módulo de Elasticidad (E) = 4700* = 4700 17.66 =

197511.8731

Deformación (δ)= = = 0,027614736 cm

Deformación Unitaria (Ɛ) = = = 0,000911618

2.9.2 Concreto Simple a los 14 días. A continuación se muestran los valores promedio de los cilindros 3 y 4 del concreto simple a los 14 días (véase el Cuadro 27).

57

Cuadro 27. Valor Promedio Cilindro 3 y 4

Tipo de Mezcla Concreto Simple Promedio UnidadEnsayo a Compresion A los 14 DiasCarga Ultima (P) 35500 kgAltura (H) 30,330 cmArea 194,827fc (σ) 18,45 Mpafc (σ) 184,5 kg/Modulo de Elasticidad (E ) 20188,1277 MpaModulo de Elasticidad (E ) 201881,277 kg/

Deformacion (δ) 0,027375091 cm

Deformacion Unitaria (Ɛ) 0,000902575 N.A

Valores Promedio Cilindro 3 y 4



201881.277



2.9.3 Concreto Simple a los 21 días. A continuación se muestran los valores promedio de los cilindros 5 y 6 del concreto simple a los 21 días (véase el Cuadro 28). Cuadro 28. Valor Promedio Cilindro 5 y 6





Area 180,50

fc (σ) 17,64 Mpa

fc (σ) 176,4 kg/

Modulo de Elasticidad (E ) 19740 Mpa

Modulo de Elasticidad (E ) 197400 kg/





Módulo de Elasticidad (E) = 4700* = 4700 17.64 = 19740



58

2.9.4 Concreto Simple a los 28 días. A continuación se muestran los valores promedio de los cilindros 7 y 8 del concreto simple a los 28 días (véase el Cuadro 29). Cuadro 29. Valor Promedio Cilindro 7 y 8





Area 180,861

fc (σ) 22,835 Mpa

fc (σ) 228,35 kg/

Modulo de Elasticidad (E ) 22459,41117 Mpa

Modulo de Elasticidad (E ) 224594,1117 kg/






224594.11



2.9.5 Concreto Modificado con Fibra de Vidrio a los 7 Días. A continuación se muestran los valores promedio del concreto modificado con fibra de vidrio de los cilindros 1 y 2 (véase el Cuadro 30). Cuadro 30. Valor promedio cilindros 1 y 2

Tipo de Mezcla Concreto Modificado con fibras de vidrio Unidad




Area 174,36

fc (σ) 22,62 Mpa

fc (σ) 226,2 kg/

Modulo de Elasticidad (E) 22353,42927 Mpa

Modulo de Elasticidad (E) 223534,2927 kg/





59

Módulo de Elasticidad (E) = 4700* = 4700 22,62 =

223534,29

Deformación (δ)= = = 0,031316677cm


2.9.6 Concreto Modificado con Fibra de Vidrio a los 14 Días. A continuación se muestran los valores promedio del concreto modificado con fibra de vidrio de los cilindros 3 y 4 a los 14 días (véase el Cuadro 31). Cuadro 31. Valor Promedio Cilindro 3 y 4





Area 182,05

fc (σ) 25,63 Mpa

fc (σ) 256,3 kg/

Modulo de Elasticidad (Ɛ) 23794,25771 Mpa

Modulo de Elasticidad (Ɛ) 237942,5771 kg/


Deformacion Unitaria 0,001096556 N.A




237942,5771



2.9.7 Concreto Modificado con Fibra de Vidrio a los 21 Días. A continuación se muestran los valores promedio del concreto modificado con fibra de vidrio de los cilindros 5 y 6 a los 21 días (véase el Cuadro 32).

60

Cuadro 32. Valor Promedio Cilindro 5 y 6





Area 181,5

fc (σ) 28,71 Mpa

fc (σ) 287,1 kg/








251834,0525



2.9.8 Concreto Modificado con Fibra de Vidrio a los 28 Días. A continuación se muestran los valores promedio del concreto modificado con fibra de vidrio de los cilindros 7 y 8 a los 28 días (véase el Cuadro 33). Cuadro 33. Valor Promedio Cilindro 7 y 8





Area 179,32

fc (σ) 22,58 Mpa

fc (σ) 225,85 kg/








223336,5622

Deformación (δ)= = = 0,030884139c


61

2.9.9 Concreto Modificado con Fibra de Carbono a los 7 Días. A continuación se muestran los valores promedio del concreto modificado con fibra de carbono de los cilindros 1 y 2 a los 7 días (véase el Cuadro 34). Cuadro 34. Valor Promedio Cilindro 1 y 2

Tipo de Mezcla Concreto Modificado con fibras de carbono Unidad




Area 188,935

fc (σ) 14,38 Mpa

fc (σ) 143,8 kg/

Modulo de Elasticidad (E) 17822,85611 Mpa

Modulo de Elasticidad (E) 178228,5611 kg/






178228.5611



2.9.10 Concreto Modificado con Fibra de Carbono a los 14 Días. A continuación se muestran los valores promedio del concreto modificado con fibra de carbono de los cilindros 3 y 4 a los 14 días (véase el Cuadro 35). Cuadro 35. Valor Promedio Cilindro 3 y 4

Tipo de Mezcla Concreto Modificado con fibras de carbono Unidad




Area 177,186

fc (σ) 13,56 Mpa

fc (σ) 135,6 kg/






Fuente. Los Autores

62


173072.3548



63

3. COMPARACIÓN DE LAS PROPIEDADES ESTRUCTURALES DEL CONCRETO, SEGÚN LA NSR-10, CON PROBETAS DE CONCRETO

REFORZADAS CON MATERIALES NO CONVENCIONALES, FIBRAS DE VIDRIO Y FIBRAS DE CARBÓN, SOMETIDAS A ESFUERZOS DE

COMPRESIÓN 3.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS Los resultados del concreto simple comparando esfuerzo vs. Deformación de presentan a continuación (véase los Cuadro 36, 37 y 38 y la Figura 10). Cuadro 36. Concreto Simple Esfuerzo vs Deformación


Esfuerzo (σ ) Deformacion Unitaria (Ɛ)

0 0

17,66 0,000911618


0 0

18,45 0,000902575


0 0

17,64 0,000912115


0 0

22,835 0,001033965

A los 7 dias

A los 14 dias

A los 21 dias

Concreto SIMPLE

A los 28 dias

64

Cuadro 37. Concreto con Fibras de vidrio Esfuerzo vs Deformación


0 0

22,62 0,001032702


0 0

25,63 0,001096556


0 0

28,71 0,000711037


0 0

22,58 0,001011268

Concreto con Fibras de Vidrio

A los 7 dias

A los 14 dias

A los 21 dias

A los 28 dias

Fuente. Los Autores Cuadro 38. Concreto con Fibras de Carbono Esfuerzo vs Deformación


0 0

14,38 0,000824087


0 0

13,56 0,00079893

Concreto con Fibras de Carbono

A los 7 dias

A los 14 dias

Fuente. Los Autores

65

Figura 10. Esfuerzo vs Deformación, a los 7 días.

Fuente. Los Autores. En la Figura 10 Esfuerzo vs Deformación a los 7 días del proceso de curado, podemos ver el comportamiento de las diferentes mezclas que se analizaron en la práctica de laboratorio donde a partir de ensayos de resistencia a la compresión, se obtuvieron distintos datos experimentales. El patrón para realizar esta comparación es el concreto simple descrito en la gráfica de color azul donde se obtuvo un esfuerzo de 17, 66 Mpa y una deformación de 0,000911618 es decir que su comportamiento es directamente proporcional, a mayor esfuerzo mayor será su deformación, tal y como lo vemos en la línea de color rojo, el cual el tipo de mezcla es concreto con fibra de vidrio, esto nos indica que se obtuvo una mejor resistencia a la compresión que en el concreto simple, pero una mayor deformación ya que a los 7 días del proceso de curado el esfuerzo fue de 22.62 Mpa y una deformación de 0,001032702 es decir que tuvo una mayor resistencia a la compresión pero tuvo así mismo una mayor deformación, pero que sucedió con el concreto con fibras de carbono (Línea color Verde), tuvo una menor resistencia a la compresión (15,15 Mpa) y así mismo una menor deformación 0,000802872, esto nos indicaba en ese momento que podíamos utilizar un concreto con fibras de vidrio para mejorar su resistencia a la compresión, pero si queríamos una deformación menor nuestra mejor opción sería utilizar un concreto con fibras de carbono.

66


Fuente. Los Autores En la Figura 11 Esfuerzo vs Deformación a los 14 días del proceso de curado, observamos el comportamiento de las diferentes mezclas que se analizaron en la práctica de laboratorio donde a partir de ensayos de resistencia a la compresión, se obtuvieron distintos datos experimentales. Al igual que en la gráfica de a los 7 días de proceso de curado observamos un comportamiento similar donde esta vez el concreto con fibras de vidrio en color rojo, presenta una muy buena resistencia a la compresión esta vez de 25.63 Mpa y una deformación de 0,001096556, de la misma manera el concreto simple en color azul, aumento sus propiedades y a los 14 días del proceso presento una resistencia a la compresión de 18.45Mpa y una deformación de 0,000902575, pero en este momento el concreto con fibras de carbono en color verde, perdía resistencia a la compresión de 13,94Mpa pero de igual forma se reduce su deformación unitaria a 0,000787966.

67


Fuente. Los Autores En la Figura 13 Esfuerzo vs Deformación a los 21 días del proceso de curado, observamos el comportamiento de solo dos de las diferentes tipos de mezcla que se analizaron en la práctica de laboratorio donde a partir de ensayos de resistencia a la compresión, se obtuvieron distintos datos experimentales. Esta vez indicando que a medida de que transcurra el tiempo en el proceso de curado el concreto simple de color azul se mantenía en una resistencia a la compresión muy similar que en el día 7 del proceso de curado, esta vez fue de 17,64Mpa y una deformación de 0,000912115, pero en este momento el concreto con fibras de vidrio, en color rojo aumentaba su resistencia a la compresión ya que esta vez fue de 28.71Mpa y una deformación unitaria de 0,000711037, eso nos indicaba nuevamente que el concreto con fibras de vidrio era una muy buena opción para mejorar su resistencia a la compresión.

68


Fuente. Los Autores En la Figura 13 se puede observar que a los 28 días el concreto modificado con fibras de vidrio presento una resistencia a la compresión muy similar a la resistencia obtenida del concreto simple. Esto indica que hubo algún tipo de error en la elaboración de las probetas de los especímenes de concreto por que se esperaba un gran aumento de la resistencia como se obtuvo en los otros ensayos a los 7,14 y 21 días. Se nota claramente que la deformación unitaria del concreto con fibras es menor que la del concreto simple, debido a que las fibras rigidizan la mezcla del concreto mejorando sus condiciones plásticas y elásticas, así como su resistencia solo que en el ensayo a los 28 días el concreto con fibras de vidrio no mejoro mucho su resistencia, comparado con los otros ensayos, seguramente por algún error de procedimiento al momento de elaboración de mezcla o del ensayo.

69

Figura 14. Esfuerzo vs Días de Curado

Fuente. Los Autores. El curado de concreto represento un incremento en el esfuerzo de compresión directamente proporcional a los días de curado del concreto modificado; pero solo hasta los 21 días, a partir de ahí bajo su resistencia; pudo ser debido un mal procedimiento en el fundido de las probetas u otro error de procedimiento al elaborar la mezcla. En el concreto simple, el aumento de la resistencia fue hasta los 14 días, en la lectura del esfuerzo a los 21 días bajo, pero su tendencia siempre fue al alza obteniendo la resistencia deseada por encima de la resistencia teórica de lo 21Mpa. El curado en el concreto modificado con fibras de carbono no fue muy conveniente debido que los especímenes presentaban gran porosidad, y esto se reflejó en baja resistencia al momento de falla.

70

3.2 ANÁLISIS DE DATOS TEORICOS Y EXPERIMENTALES CILINDRO TEÓRICO A LOS 28 DÍAS W PESO DE CILINDRO = 12,000 kg H=30,0cm D PROMEDIO = 15,0 cm => 5,905

Á

Cuadro 39.Valores Teóricos Concreto Simple a la Compresión

Tipo de Mezcla Concreto Simple Teorico Unidad




Area 174,714

fc (σ) 21 Mpa

fc (σ) 210 kg/





Valores Teoricos Cilindros a La compresión

Fuente. Los Autores. A continuación se presenta el Cuadro información teórica concreto de 3000 psi (véase el Cuadro 39). Cuadro 40. Esfuerzo vs Deformación


0 0

21 0,002183625

A los 28 dias


71

Figura 15. Esfuerzo vs Deformación a los 28 días

Fuente. Los Autores. La resistencia del concreto modificado con fibras de vidrio en la prueba a los 28 días no aumento por posibles problemas previamente mencionados, pero a pesar de que no tuvo las mejores condiciones se nota en la gráfica que su resistencia nunca decreció en comparación con los estándares teóricos ni experimentales, se mantuvo siempre por encima de los mismos. Claramente se destaca que la deformación unitaria del concreto modificado es mucho menor que la deformación teórica, dando así mejores propiedades al concreto. 3.3 ANÁLISIS TEÓRICO-EXPERIMENTAL Se realiza un análisis donde se compara la información teórica, citada en este trabajo con la información experimental obtenida en la práctica de laboratorio; para inferir en la comparación del comportamiento del concreto con fibras. 3.3.1 Fibras de Vidrio en el Concreto. En la documentación teórica utilizada en este trabajo, encontramos información importante donde a partir de investigaciones y pruebas realizadas a elementos estructurales de concreto modificado con fibras de vidrio (Micro fibras), donde el fin era estudiar el comportamiento de estos elementos estructurales y buscar unas mejores condiciones de diseño. En el primer caso de la investigación teórica se desarrolló una placa de un espesor de 50 mm, bajo condiciones atmosféricas controladas, lo que les permitió comprobar la altísima eficiencia de las microfibras para controlar la fisuración antes de las 24 horas, Así el número total de fisuras en el concreto sin reforzar fue

72

de 166 mientras que, en el mismo concreto con apenas 900 g/m3 (45 g/m2), de microfibras A se redujo el número de fisuras a 9 y con las microfibras B a 2 junto con áreas de fisuración despreciables. Estos datos muestran el buen comportamiento que presenta las fibras de vidrio en un elementos de concreto, condiciones que se repiten en este trabajo experimental, ya que aparte de concordar con el estudio teórico en el cual reduce las fisuras, también vimos que con solo adicionar porcentajes bajos de fibras a la mezcla, podemos obtener mejora en las propiedades físicas del elemento ya que en nuestro proyecto la resistencia a la compresión aumento en comparación con el patrón de muestra (concreto simple). Con respecto a la dosificación que se usó en este trabajo experimental y con la que se usó en los documentos teóricos, vemos que existe una gran variedad ya que en él, se agregó (45g/m2) vs el 0,8% que utilizamos en nuestro diseño experimental es decir alrededor de (0.250 g/m2) del total de la mezcla. Esto indica a que a través de la historia la dosificación aún no está estandarizada y dependerá del diseñador cuanto porcentaje sea apropiado para la mezcla, es evidente que esta investigación está abierta a pruebas, las cuales puedan servir para que algún momento se pueda llegar a estandarizar esta dosificación y podamos encontrar una tabla indicando los porcentajes adecuados a utilizar con respecto a las dimensiones del elemento que vayamos a diseñar, para que de esta manera podamos agregar cierto porcentaje con fin de mejorar ciertas propiedades físicas. Con respecto a la segunda investigación donde se obtuvieron características mecánicas, físicas y químicas de un concreto reforzado con fibras de vidrio a los 28 días, esta vez en una placa de 10mm, su resistencia a la compresión varía entre 50 a 80 Mpa, esto es un valor superior encontrado en nuestra practica de laboratorio ya que nuestro máximo valor fue de alrededor de 30Mpa. Esto una vez más nos indica la importancia que tiene la dosificación de la mezcla, es probable que si en este trabajo experimental se hubiera agregado un mayor porcentaje de fibra del que se agregó, las condiciones serian muchísimo más altas. 3.3.2 Fibras de Carbono en el Concreto. En las investigaciones realizadas en la tesis anterior previamente nombrada, demuestra de una forma experimental que el método de refuerzo utilizando materiales compuestos por fibras de carbono incrementa considerablemente la capacidad de carga última de las estructuras de concreto, además que es una forma efectiva, de fácil aplicación y muy práctica de reforzamiento estructural. Debido a esto, esta investigación tiene como objetivo comparar resultados de estudios experimentales compuestos por fibras de carbono que permitan aumentar las capacidades estructurales del concreto mediante el estudio y análisis de especímenes dispuestos en condición de falla.

73

Comparamos los resultados de nuestra investigación con el trabajo de grado de Andrés Arturo Beltrán Riveros universidad de la Salle; En este trabajo de grado las fibras de vidrio aumentaron considerablemente la capacidad a flexión en la viga en los lugares de mayores solicitaciones de esfuerzo. Se nota un gran incremento de la carga última de falla y de la resistencia a flexión en vigas. Su adherencia fue buena y eficaz con el concreto. En nuestro caso las fibras de carbono no mejoraron la resistencia por lo contrario se notó un decrecimiento en la capacidad de carga, las fibras de carbón absorbían rápidamente la humedad de la mezcla. En el momento de desencofrado de los especímenes se notó excesivas porosidades en el cuerpo del cilindro que seguramente influyeron en el momento del ensayo. Cabe destacar que se observó un buen comportamiento en el momento de la falla, las fibras de carbono no permitieron que el concreto se desboronara, únicamente se notaba una pequeña fisura y el cuerpo del cilindro quedo casi intacto. Los resultados con fibra de carbón para nuestra investigación no fueron buenos probadamente no utilizamos la cantidad adecuada de fibra, o hubo errores en el procedimiento de la mezcla y fundida de los cilindros.

74

4. INFORME FOTOGRÁFICO Figura 16. Elaboración de la mezcla concreto modificado con fibras de virio

Fuente. Los Autores. Figura 17. Elaboración de la Mezcla Concreto Modificado con Fibras de Vidrio


75

Figura 18. Cálculos y Análisis de Resultados

Fuente. Los Autores. Figura 19. Desprendimiento Brechas de la Fibra de Carbón


76

Figura 20. Desprendimiento brechas de fibra de carbón

Fuente. Los Autores. Figura 21. Agregado, Triturado Grueso


77

Figura 22. Elaboración de Probetas de Concreto Modificado con Fibras de Carbono

Fuente. Los Autores. Figura 23. Elaboración de Probetas de Concreto Modificado con Fibras de Carbono


78

Figura 24. Piscina para Curado de los Especímenes

Fuente. Los Autores. Figura 25. Fibra de Carbono antes de Desmenuzar


79

Figura 26. Registro de Temperatura de la Piscina de Curado

Fuente. Los Autores. Figura 27. Mezcla de Fibras de Carbón, Cemento, Arena y Grava


80

Figura 28. Fibras de Vidrio Justo antes de la Mezcla


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5. CONCLUSIONES El uso de fibras, en este caso de vidrio como refuerzo para una mezcla de concreto es muy eficiente, debido a que es una alternativa innovadora que mejora las propiedades estructurales del concreto dando mayor rigidez y menor deformaciones al concreto al someterlo a cargas de compresión. Al utilizar estas fibras sobre todo la fibra de vidrio en los especímenes de concreto se observa un claro incremento de la resistencia a la compresión respecto a su carga de rotura aumentando considerablemente su carga última. Los especímenes de concreto modificado con fibras de vidrio presentaron considerablemente mejores condiciones estructurales al aumentar la resistencia a la compresión, aproximadamente en un 45% en comparación con el concreto simple sin fibras; y un 38% de aumento de la resistencia a la compresión, con respecto a la resistencia teórica utilizada de 3000 psi. Se destaca la gran propiedad de las fibras de vidrio al trabajar de forma eficiente con el concreto que no solo aumenta significativamente su resistencia, sino define un método sencillo de mejorar las condiciones del concreto, al ser de fácil aplicación, eficaz y que puede suplantar el acero en muchas condiciones, además de su bajo costo y su fácil ejecución. Se observó que la adherencia de las fibras de carbono con el concreto es determinante en la mezcla, para que esta trabaje de la mejor manera al momento de someterlo a la carga, ya que se observó solo una pequeña grieta en todos los especímenes al llegar a la carga ultima, no se observó ningún tipo de desprendimiento del cuerpo del cilindro, es decir quedo casi completo y no se desborono ni perdió sus partes. No se presentó incremento en la resistencia con el concreto modificado con fibras de carbono, por lo contrario según los datos experimentales su resistencia decrecía respecto al tiempo y se alejaba de la resistencia teórica utilizada así como también de la resistencia experimental del concreto simple. Las fibras de carbono mejoraron las condiciones elásticas del concreto al no fracturarse ni desprenderse y al quedar el espécimen casi intacto al momento de rotura, esta propiedad se debe a que las fibras de carbono se adhieren muy bien al concreto dándole propiedades flexibles que pueden ser utilizadas en otro campos de la ingeniería civil por ejemplo los pavimentos. La mezcla de concreto con fibras de carbono puede presentar incrementos en los costos de fabricación ya que es una de las fibras más costosas en el mercado incluso se dificulta la comercialización de las mismas en el país.

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El porcentaje utilizado en la fibras de vidrio fue el 0,8% del total de la mezcla, es decir que no es necesario invertir en grandes cantidades, solo utilizando cantidades mínimas podemos llegar a mejorar su resistencia a la compresión del concreto. En el proceso de desencofre de la mezcla con fibras de carbono observamos que por ser fibras sintéticas pueden absorber el cemento o incluso el agua de la mezcla, dejando con poros el elemento que se ha fundido.

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6. RECOMENDACIONES Actualmente las investigaciones realizadas en este campo de la ingeniería no cuentan con amplias fuentes investigativas. Se sugiere a las próximas generaciones realizar trabajos experimentales para poder estandarizar los porcentajes óptimos con los que las fibras puedan brindar un mejor comportamiento. La dosificación y el porcentaje de fibras con el cual se realizó este trabajo experimental fueron valores mínimos. Se recomienda usar porcentajes mayores con el fin de lograr una mayor resistencia a la compresión. También se sugiere evaluar las características de las fibras en otros materiales utilizados en la ingeniería, tal y como lo son los pavimentos, es posible que la utilización de materiales no convencionales como las fibras pueda mejorar sus propiedades mecánicas. En este trabajo experimental se evaluaron materiales no convencionales por separado se sugiere evaluar las fibras en conjunto, ya que sus propiedades mecánicas podrían mejorar los datos obtenidos. Se aconseja pedir, si es posible, el cemento y sus otros componentes de una empresa de cemento certificada, para evitar fallos en la mezcla y así garantizar la calidad y resistencia de los elementos a diseñar.

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BIBLIOGRAFÍA AIRE UNTIVEROS, Carlos. Estudio experimental del comportamiento del hormigón confinado sometido a compresión. Barcelona: Universidad politécnica de Catalunya. Ingeniería. Tesis doctoral, 2002. 124 p. BELTRÁN R., Andrés Arturo. Uso de fibras de carbono como reforzamiento a flexión en vigas de concreto reforzado. Bogotá: Universidad de la Salle. Facultad de Ingeniería. Modalidad Trabajo de grado, 2011. 151 p.

CONSTRUYA FÁCIL. Dosificación por volumen para mezclas de concreto en

línea. Bogotá: La Empresa citado 20 agosto, 2015. Disponible en Internet:

URL: http://www.construyafacil.org/2012/05/dosificaciones-por-volumen-en-

mezclas.html

FIBRATEC FIBRAS TECNOLÓGICAS. ¿Para qué sirve la fibra de vidrio AR? en

línea. Bogotá: La Empresa citado 25 julio, 2015. Disponible en Internet: <URL: http://fibratec.sharepoint.com/ Pages/default.aspx> FOLLIS, Maximiliano; LUBARI, juan; NICOLAI, Mariana y PEPE, Osvaldo. Hormigón Reforzado con Fibra de Vidrio. Rosario: Universidad del Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura. Modalidad trabajo de grado, 2002. 21 p. GONZÁLES ISABEL, German. Hormigón de Alta Resistencia. Madrid: Intemac, 1993. 316 p. INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Compendio tesis y otros trabajos de grado. NTC 1486. Sexta actualización. Bogotá: ICONTEC, 2008. 36p.

NRMCA. El concreto en la práctica, ¿Qué porque y cómo? en línea. Madrid: La

Empresa citado 5 agosto, 2015. Disponible en Internet: <URL: http://www.nrmca.org/aboutconcrete/cips/cip1es.pdf>

OSORIO, Jesús David. El concreto Reforzado con Fibras de Vidrio en línea.

Bogotá: La Empresa citado 25 julio, 2015. Disponible en Internet: <URL: http://blog.360gradosenconcreto.com/el-concreto-reforzado-con-fibras-de-vidrio/>

PANELCO GRC. Paneles arquitectónicos y elementos constructivos en GRC en

línea. Bogotá: La Empresa citado 5 agosto, 2015. Disponible en Internet: <URL: http://enlaces.arq.com.mx/Detalles/2273 5.html>



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RIVIERA L. Gerardo A. Resistencia del concreto Capitulo 6 en línea. Cali:

Universidad del Cauca citado 25 julio, 2015. Disponible en Internet: <URL: ftp://ftp.unicauca.edu.co/cuentas/geanrilo/docs/FIC%20y%20GEOTEC%20SEM%202%20de%202010/Tecnologia%20del%20Concreto%20-%20%20PDF%20ver .%20%20 2009/Cap.%2006%20-%20Resistencia.pdf> SIKA COLOMBIA. Concreto reforzado con fibras. Bogotá: La Empresa, 2012. 15 p. TROTTIER, J.F.; MAHONEY, M. y FORGERON, D. Boletín No. 11 “¿Pueden las fibras sintéticas reemplazar la malla electrosoldada en losas sobre terrero”?. Bogotá: Concrete International ACI- Seccional Colombiana, 2008. 13 p.

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ANEXOS

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Anexo A. Ficha Técnica Fibra de Carbono

STYLE 284 US System

Type of Yarns Warp Yarn: 3K Carbon, 33MSI

Fill Yarn: 3K Carbon, 33MSI

Fabric Weight, Dry

5.80 oz/yd2

197 g/m2

Weave Style CONSTRUCTION

2/2 Twill

Nominal Construction Warp Count: 12/in

Fill Count: 12/in

Fabric Thickness 9.1 mil 0.23 mm

IMPORTANT

All information is believed to be accurate but is given without acceptance of liability. All values have been generated from limited data. The values listed for weight, thickness and breaking strengths are typical greige values, unless otherwise noted. Users should make their own assessment of the suitability of any product for the purpose required. All sales are made subject to our standard terms of sales which include limitations on liability and other important terms. The fabric style listed may not be available from inventory and minimum order quantities may apply.

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Anexo B. Ficha Técnica Fibra de Vidrio

estudio teÓrico y experimental del comportamiento … · concreto modificado con fibras de...

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