modelo estructural no industrial para el ensayo de

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MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ESNAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO by INFANTE GODOY, JEAN CARLOS is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional License. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA FACULTAD DE INGENERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL Línea de Investigación: Control De Calidad Tema: Materiales y Ensayos MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO. Abril, 2016 Proyecto de Trabajo de Grado para optar por el Título de Ingeniero Civil, presentado por: Br. Infante Godoy, Jean Carlos C.I.: 19.286.882 Tutor: Ing. Camacho, Nelson C.I.: 3.567.451 CIV: 23297

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Page 1: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ESNAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO by INFANTE GODOY, JEAN CARLOS is licensed under a

Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional License.

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

FACULTAD DE INGENERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

Línea de Investigación: Control De Calidad

Tema: Materiales y Ensayos

MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL

ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL

CONCRETO.

Abril, 2016

Proyecto de Trabajo de Grado para

optar por el Título de Ingeniero Civil,

presentado por:

Br. Infante Godoy, Jean Carlos

C.I.: 19.286.882

Tutor:

Ing. Camacho, Nelson

C.I.: 3.567.451

CIV: 23297

Page 2: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

ii

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

FACULTAD DE INGENERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL

ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL

CONCRETO.

Evaluador Técnico Evaluador de Investigación

_________________________ __________________________

Nombre y Apellido Nombre y Apellido

__________________________ __________________________

Cedula de Identidad Cedula de Identidad

__________________________ __________________________

Firma Firma

Page 3: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

iii

DEDICATORIA

Dedico el presente trabajo principalmente a Dios, seguido de esos seres

maravillosos a los que llamo Padres, Juan Infante y Nelly Godoy que me han

brindado todo su apoyo incondicional para alcanzar mis metas, como

también a mi hermana Josselin Infante y a miembros de mi familia que

apostaron y creyeron en mí.

Page 4: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

iv

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios por el don de la vida, por darme salud para estudiar esta

carrera y lograr una más de mis metas.

A Dios nuevamente por poner en mi camino a los padres y la hermana que

tengo, los cuales han sido pilares fundamentales en esta etapa de mi vida.

A todos los profesores, en especial a la profesora Gladys por su apoyo desde

mis primeros pasos y a lo largo de esta carrera, al profesor Jorge Benítez y al

Profesor Nelson Camacho por aceptar la tutoría de este trabajo de grado.

Los cuales más que profesores los considero como amigos y futuros colegas.

A mis compañeros de clases y Universidad que estuvieron presente y

dispuestos a ayudarme cuando los necesite.

A todas las personas que de alguna manera u otra han contribuido con su

granito de arena, aportando conocimientos para llegar a donde he llegado.

Agradecidos con todos los que de una manera u otra aportaron ayuda para la

culminación de esta meta, ser Ingeniero Civil.

Page 5: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

v

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO.

Autor: Infante, Jean C.

CI: 19.286.882

Tutor: Ing. Nelson Camacho

Año 2016

RESUMEN

Esta investigación se basa en buscar una solución al tema del poco espacio

con el que cuenta el laboratorio de Ingeniería Civil de la Universidad Nueva

Esparta, específicamente por las grandes dimensiones de algunos equipos,

en especial uno para la elaboración de ensayos a flexión. El fin de esta

investigación es realizar un modelo estructural no industrial para el ensayo

de resistencia a la flexión del concreto con unas dimensiones adecuadas al

espacio de dicho laboratorio de ingeniería, guiados de las Normas

Venezolanas Covenin buscando que sea innovador este proyecto.

Es por esto que esta investigación propone analizar el comportamiento entre

un modelo industrial convencional (Máquina Universal), con un modelo no

industrial cumpliendo con parámetros de las Normas Venezolanas Covenin.

Para verificar el comportamiento del modelo no industrial, fue necesario

hacer pruebas experimentales una vez construido el mismo. Arrojando

resultados que se compararían con resultados obtenidos de ensayos de la

Page 6: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

vi

Máquina Universal del Instituto de Materiales y Modelos Estructurales (IMME)

en conjunto con los Laboratorios del Metro y ver qué tan preciso puede llegar

a ser este.

Page 7: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

vii

BOLIVARIAN REPUBLIC OF VENEZUELA

NEW SPARTA UNIVERSITY

FACULTY OF ENGINEERING

SCHOOL OF CIVIL ENGINEERING

NON–INDUSTRIAL STRUCTURAL MODEL FOR TESTING RESISTANCE

TO BENDING OF CONCRETE.

Author: Infante, Jean C.

CI: 19.286.882

Tutor: Nelson Camacho

Year: 2016

SUMMARY

This investigation is based on finding a solution to the issue of the little space

that has the laboratory of Civil Engineering, University of Nueva Esparta,

specifically by the large size of some teams, especially one for bending test

development. The purpose of this research is to perform a non-industrial

structural model for testing flexural strength of concrete with adequate space

for the laboratory engineering dimensions, guided Venezuelan Standards

Covenin looking to be innovative project.

That is why this investigation aims to analyze the behavior between a

conventional industrial model (Universal Machine) with a non-industrial model

or as it were a mechanical and not hydraulic model, fulfilling parameters

Venezuelan Standards Covenin.

To verify the behavior of non-industrial model, experimental tests were

necessary once built the same. Yielding results would be compared with

results obtained from tests on the Universal Machine Institute of Materials and

Page 8: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

viii

Structural Model (IMME) in bodily with Underground Laboratories and see

how pinpoint can became the results.

Page 9: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

ix

ÍNDICE GENERAL

AGRADECIMIENTOS ..................................................................................... iv

RESUMEN ...................................................................................................... v

ÍNDICE GENERAL .......................................................................................... ix

INTRODUCCIÓN ........................................................................................... xv

CAPÍTULO I: PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN ...................................... 1

1.1 Planteamiento del Problema ..................................................................... 2

1.2 Formulación del Problema ........................................................................ 3

1.3 Justificación de la Investigación ................................................................ 3

1.4.1 Objetivo General .................................................................................... 4

1.4.2 Objetivos Específicos......................................................................... 4

1.5 Delimitaciones de la Investigación ............................................................ 6

1.5.1 Delimitación temática ............................................................................. 6

1.5.2 Delimitación Geográfica ......................................................................... 6

1.5.3 Delimitación Temporal ........................................................................... 6

1.6 Limitaciones .............................................................................................. 7

1.7 Cronograma de Actividades ...................................................................... 8

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ................................................................ 10

2.1 Antecedentes .......................................................................................... 11

2.2 Bases Teóricas ....................................................................................... 18

2.2.1 Concreto .............................................................................................. 18

2.2.2 Principales Características del Concreto ............................................. 19

2.2.3 Tipos de Concreto ................................................................................ 19

2.2.4.1 Mezclado del Concreto ..................................................................... 20

2.2.4.2 Reología ............................................................................................ 21

2.2.4.2.1 Fluidez ........................................................................................... 22

2.2.4.2.2 Compactibilidad ............................................................................. 22

2.2.4.2.3 Estabilidad a la Segregación .......................................................... 22

2.2.4.3 Trabajabilidad ................................................................................... 22

2.2.4.4 Retracción del Concreto.................................................................... 24

Page 10: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

x

2.2.5 Características del Concreto Endurecido ............................................. 24

2.2.5.1 Curado del Concreto ......................................................................... 24

2.2.5.2 Velocidad de Secado del Concreto ................................................... 25

2.2.5.3 Resistencia del Concreto .................................................................. 25

2.2.5.3.1 Resistencia a la Compresión ......................................................... 25

2.2.5.3.2 Resistencia a la Flexión ................................................................. 26

2.2.6 Masa Volumétrica ................................................................................ 26

2.2.7 Permeabilidad ...................................................................................... 27

2.2.8 Máquina Universal ............................................................................... 28

2.2.8.1 Principio de Operación ...................................................................... 29

2.2.8.2 Definición de Esfuerzo y Deformación .............................................. 30

2.2.8.2.1 Esfuerzo ......................................................................................... 30

2.2.8.2.2 Deformación Unitaria ..................................................................... 31

2.2.8.3 Diagrama de esfuerzo - Deformación Unitaria .................................. 31

2.2.8.3.1 Ley de Hooke ................................................................................. 32

2.2.8.4 Ensayo de Tracción .......................................................................... 34

2.2.8.5 Ensayo de Compresión ..................................................................... 35

2.2.8.6 Ensayo de Corte Directo ................................................................... 36

2.2.8.7 Ensayo de Flexión ............................................................................ 37

2.2.8.7.1 Sistema Isostático .......................................................................... 39

2.2.8.7.2 Sistema Hiperestático .................................................................... 39

2.2.8.7.3 Módulo de Rotura .......................................................................... 41

2.3 Cuadro de Variables ............................................................................... 43

2.4 Terminología Básica ............................................................................... 44

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO .................................................. 46

3.1 Tipo de Investigación .............................................................................. 47

3.2 Nivel de Investigación ............................................................................. 47

3.3 Diseño de Investigación .......................................................................... 48

3.4 Población y Muestra ............................................................................... 48

3.5 Técnicas e Instrumentos de recolección de datos .................................. 49

Page 11: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

xi

CAPÍTULO IV: PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ........... 50

4.1 Introducción ............................................................................................ 51

4.2 Materiales ............................................................................................... 51

4.2.1 Perfiles Angulares ................................................................................ 52

4.2.2 Gato Hidráulico de Botella ................................................................... 53

4.2.3 Plancha y Barra Metálica Lisa .............................................................. 54

4.2.4 Perfil H o Viga Doble T......................................................................... 55

4.2.5 Electrodos y Anticorrosivos .................................................................. 55

4.2.6 Materiales Para la Elaboración de las Viguetas ................................... 56

4.3 Procedimientos ....................................................................................... 58

4.3.1 Máquina y dispositivos ......................................................................... 59

4.3.2 Construcción del Modelo no Industrial ................................................. 63

4.3.2.1 Cálculo de la Escala del Manómetro que se debe usar en el Modelo

no Industrial .................................................................................................. 65

4.3.3 Elaboración de las Viguetas a Ensayar ............................................... 67

4.3.4 Ensayos a Compresión y a Flexión ...................................................... 70

4.4 Recomendaciones de Uso ...................................................................... 73

4.5 Resultados .............................................................................................. 74

4.5.1 Planilla de Resultados Entregada por el Laboratorio del Metro. .......... 74

4.5.2 Resultados Obtenidos del Modelo no Industrial. .................................. 76

4.5.3 Desviación Estándar de los Ensayos ................................................... 82

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................... 89

5.1 Conclusiones .......................................................................................... 90

5.2 Recomendaciones .................................................................................. 91

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 92

ANEXOS ....................................................................................................... 95

Page 12: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

xii

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1 Mezclado del Concreto ............................................................. 21

Ilustración 2 Cono de Abrams ....................................................................... 23

Ilustración 3 Representación gráfica de la Máquina Universal ..................... 28

Ilustración 4 Esquema general de las partes de la Máquina Universal ......... 30

Ilustración 5 Diagrama esfuerzo-deformación de materiales dúctiles en

tensión (Materiales Metálicos). ..................................................................... 32

Ilustración 6 Esquema gráfico del ensayo de Tracción ................................. 35

Ilustración 7 Esquema grafico de un ensayo de compresión de una probeta

cilíndrica de hormigón. .................................................................................. 36

Ilustración 8 Esquema grafico del ensayo de Corte directo o Corte transversal

a una muestra de suelo. ............................................................................... 37

Ilustración 9 Esquema grafico de un ensayo a flexión aplicando la carga en

los puntos tercios. ......................................................................................... 38

Ilustración 10 Esquema representativo de un sistema isostático para el

ensayo de flexión. ......................................................................................... 39

Ilustración 11 Esquema representativo de un sistema Hiperéstatico para el

ensayo de flexión. ......................................................................................... 40

Ilustración 12 Esquema de la aplicación de cargas y sus fórmulas

respectivamente ............................................................................................ 42

Ilustración 13 Perfil Angular .......................................................................... 52

Ilustración 14 Gato Hidráulico de Botella ...................................................... 53

Ilustración 15 Plancha Metálica .................................................................... 54

Ilustración 16 Barra Metálica Lisa ................................................................. 54

Ilustración 17 Viga Doble T ........................................................................... 55

Ilustración 18 Electrodos ............................................................................... 56

Ilustración 19 Anticorrosivo (fondo de herrería) ............................................ 56

Ilustración 20 Cemento ................................................................................. 57

Ilustración 21 Arena Lavada en Bolsa .......................................................... 57

Ilustración 22 Piedra Picada ......................................................................... 58

Ilustración 23 Instalaciones del IMME ........................................................... 59

Page 13: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

xiii

Ilustración 24 Esquema del Dispositivos para Ensayos a Flexión en Vigas . 60

Ilustración 25 Máquina Universal .................................................................. 61

Ilustración 26 Dispositivo de Soporte de la Vigueta ...................................... 61

Ilustración 27 Dispositivo de Aplicación de Carga o Cabezal ...................... 62

Ilustración 28 Molde de Viguetas .................................................................. 62

Ilustración 29 Adaptación del Manómetro al Gato Hidráulico de Botella ....... 64

Ilustración 30 Manómetro a utilizar en el Modelo no Industrial ..................... 66

Ilustración 31 Modelo no Industrial Finalizado .............................................. 66

Ilustración 32 Preparación de la Mezcla ....................................................... 67

Ilustración 33 Preparación de las Vigas ........................................................ 68

Ilustración 34 Vigas en sus Moldes ............................................................... 69

Ilustración 35 Curado de Vigas ..................................................................... 70

Ilustración 36 Cilindro a Compresión ............................................................ 71

Ilustración 37 Viga a Tracción en la Máquina Universal ............................... 72

Ilustración 38 Viga a Tracción en el Modelo no Industrial ............................. 72

Ilustración 39 Determinación del Diámetro del Pistón través de un Bernier. 76

Ilustración 40 Captura del video en el momento que marca el manómetro

antes de romper la viga. ............................................................................... 80

Ilustración 41 Captura del video en el momento que marca el manómetro

antes de romper la viga. ............................................................................... 80

Ilustración 42 Tabla XIV.3 Del Manual de Concreto Estructural. Factor del

rango ponderado. .......................................................................................... 84

Ilustración 43 Tabla XIV.7 Del Manual de Concreto Estructural. Desviación

Estándar de los Ensayos. ............................................................................. 84

Page 14: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

xiv

ÍNDICE DE FÓRMULAS

Ecuación 1. Fórmula de Esfuerzo. ................................................................ 30

Ecuación 2. Fórmula de Deformación. .......................................................... 41

Ecuación 3. Fórmula de la Media Aritmética. ................................................ 82

Ecuación 4. Fórmula Desviación Estándar. .................................................. 82

Ecuación 5. Fórmula para calcular el Rango. ............................................... 83

Ecuación 6. Fórmula Rango Ponderado. ...................................................... 83

Ecuación 7. Fórmula del Coeficiente de Variación. ....................................... 83

Ecuación 8. Fórmula de la Desviación Estándar de los Ensayos. ................ 84

Page 15: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

xv

INTRODUCCIÓN

En la actualidad el concreto sigue siendo el material más utilizado por el

hombre en el área de la construcción a pesar de lo que se ha evolucionado

en esta área. El concreto es usado en cualquier tipo de obra civil, desde las

más básicas hasta las de mayor envergadura; su importancia en el área

constructiva radica en las características físicas que este puede llegar a

poseer, permitiendo a las construcciones grandes resistencias al soportar

cargas considerables sometidas a compresión como también a flexión, en el

caso de las vigas.

Considerando al concreto como el material de construcción más utilizado en

obras civiles, resulta sumamente importante estudiar la resistencia del mismo

a la hora de construir, de manera de garantizar la seguridad de la estructura.

Tanto la resistencia a la compresión como a la flexión del concreto se

determina a través de ensayos experimentales en equipos especializados

para la elaboración de los mismos. Además de las vigas los pavimentos

rígidos trabajan principalmente a flexión y su resistencia considerada

trabajando a flexión se le conoce como módulo de rotura.

El presente trabajo tiene como objetivo diseñar un modelo estructural no

industrial para el ensayo de resistencia a la flexión del concreto, basándose

en el diseño y comportamiento de La Máquina Universal. Cuyo modelo no

industrial una vez finalizado quedará como donativo al laboratorio de

ingeniería civil de la Universidad Nueva Esparta (UNE) para futuras

generaciones.

La siguiente investigación, está constituida por cinco capítulos, tal como se

señala a continuación:

Capítulo I EL PROBLEMA. Se indaga sobre las circunstancias que lo

genera, asimismo la situación actual, se plantean objetivos que se aspiran

alcanzar, se justifica la realización de la investigación, se delimita en términos

Page 16: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

xvi

de área geográfica donde se va a realizarse. Finalmente se describen las

limitaciones en el desarrollo del proyecto de grado.

Capitulo II MARCO TEÓRICO. En este capítulo se contemplan aspectos

como son: antecedentes, bases teóricas, sistemas de variables y por último

la terminología básica.

Capitulo III MARCO METODOLÓGICO. Se detalla el tipo de investigación,

determinando los materiales y ensayos a realizar, las técnicas e instrumentos

de recolección de datos, el desarrollo experimental y el procedimiento para

ejecutar la investigación.

Capítulo IV ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. Se analizan todos los

parámetros estadísticos necesarios para este trabajo de grado, analizando

cada uno de los resultados obtenidos mediante ensayos realizados en

laboratorios, mostrando así como estos varían unos de otros, valores

obtenidos de una maquina universal convencional y este modelo no

industrial.

Capítulo V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Proyecto.

Page 17: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

1

CAPÍTULO I: PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

Page 18: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

2

1.1 Planteamiento del Problema

La Universidad Nueva Esparta (UNE) ubicada en la Urb. los Naranjos,

Municipio El Hatillo, Edo Miranda actualmente tiene una desventaja en el

área de ensayos con fines prácticos para la enseñanza, como es la carencia

de un buen laboratorio de Ingeniería Civil debido al reducido lugar donde se

encuentra, lo cual no cuenta con todo tipo de equipos y materiales para la

elaboración de prácticas o ensayos que algunas materias de dicha carrera lo

ameritan a veces, ya que algunos de los equipos son muy grandes o

espaciosos.

En tal sentido surge como una iniciativa innovadora tanto de la universidad,

algunos Profesores relacionados al área de Ingeniería Civil como del

investigador realizar este Modelo Estructural no Industrial para el Ensayo

a la Flexión del Concreto, ya que este equipo sería de gran utilidad en

dicho laboratorio, según basándose en las normas Venezolanas Covenin

(“norma venezolana concreto. Determinación resistencia a la flexión en vigas

simplemente apoyadas. Cargas en los extremos del tercio central 342(R)” y

“norma venezolana concreto. Determinación resistencia a la flexión en vigas

simplemente apoyadas. Cargas en el centro del tramo 343(R)”) en la cual

define en ellas, las especificaciones que debería llevar el equipo en cuestión

para la realización de dichos ensayos, lo cual podría elaborarse no tan

grande debido a que solo será un modelo no industrial (se consideraría como

un modelo didáctico). También se observaran algunas relaciones de las

normas ASTM C78 (cargada en los puntos tercios) o ASTM C293 (cargada

en el punto medio) y de este modo suplir la falta de algunos de los equipos

indispensables para los ensayos en el área de Ingeniería Civil.

La situación descrita implica la necesidad de una investigación para

determinar el comportamiento y resultados en equipos industriales, este

ensayo será el primer paso de investigación para la elaboración de dicho

modelo no industrial, una vez ya elaborado, se empezarían a hacer pruebas

y así poder comparar al final resultados y ver qué tan preciso puede llegar a

Page 19: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

3

ser este equipo. Finalizado el proyecto con los resultados que arroje este

modelo estructural no industrial para el ensayo de resistencia a la flexión del

concreto pasará al laboratorio de Ingeniería Civil de La Universidad Nueva

Esparta (UNE) para que futuras generaciones puedan hacer sus ensayos y

tener conocimientos prácticos de la materia en estudio y la carrera.

Actualmente el laboratorio de la Universidad Nueva Esparta cuenta con un

equipo de medición a la compresión del concreto y a la tracción del acero,

también cuenta con otros equipos menores para el ensayo de varias

prácticas de Mecánicas de Suelos y Materiales y Ensayos aunque no en su

totalidad por falta del problema ya planteado, carencia de espacio en el

mismo.

Debido a este problema se propone la elaboración de un Modelo Estructural

No Industrial para el ensayo a la flexión del concreto guiado un poco de las

normas ya mencionadas y lograr que el equipo sea un poco más pequeño y

de una manera u otra proveer el aparato a la institución, que pudiera realizar

estos ensayos a modo de información para el estudiantado del área de

ingeniería civil o las materias que lo ameriten sin la necesidad de tener que

salir de la institución e ir a otras Universidades o laboratorios privados y

pagar por ver la realización de los mismos.

1.2 Formulación del Problema

¿Qué grado de exactitud o diferencias podría tener este Modelo Estructural

No Industrial para el Ensayo a la Flexión del Concreto una vez fabricado en

comparación con un Modelo Industrial convencional (Máquina Universal)

utilizado en laboratorios para el ensayo de resistencia a la flexión del

concreto?

1.3 Justificación de la Investigación

La importancia o aporte en la realización de este trabajo de grado se debe a

que en la actualidad la resistencia del concreto es una de las características

Page 20: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

4

más importante que posee, ya que a través de la determinación de la misma

mediante ensayos se puede verificar que el concreto cumpla con una

resistencia bajo los estándares preestablecidos en las normas venezolanas

Covenin para su uso; por eso se opta por la elaboración de un modelo

estructural no industrial para el ensayo a la flexión del concreto y poder

determinar la resistencia del mismo a través de ensayos experimentales

usando este modelo en el laboratorio de la universidad. Debido a esto se

busca la manera de poder suplir la falta de este equipo diseñándolo con unas

dimensiones adecuadas y pueda ocupar un lugar en el laboratorio y que los

estudiantes puedan poner en práctica conocimientos adquiridos en algunas

de las materias que se ven en la carrera de Ingeniería Civil como son:

resistencia de materiales, materiales y ensayos, estructuras y concreto. Así

de este modo aparte de estar dejando un legado y contribuyendo a la

formación de futuros profesionales de la rama de Ingeniería Civil se estaría

beneficiando a la institución con este proyecto.

1.4 Objetivos de la Investigación

1.4.1 Objetivo General

Diseñar un Modelo Estructural No Industrial Para El Ensayo de Resistencia a

La Flexión Del Concreto.

1.4.2 Objetivos Específicos

1) Analizar el comportamiento de modelos industriales convencionales

para el ensayo de resistencia a la flexión del concreto.

2) Desarrollar el modelo estructural no industrial para el ensayo de

resistencia a la flexión del concreto.

Page 21: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

5

3) Evaluar el funcionamiento del modelo estructural no industrial para el

ensayo de resistencia a la flexión del concreto a través de ensayos

experimentales.

4) Comparar los resultados que arroje el modelo estructural no industrial,

con resultados obtenidos de ensayos de modelos industriales

convencionales (Máquina Universal).

Page 22: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

6

1.5 Delimitaciones de la Investigación

1.5.1 Delimitación temática

Esta investigación se realizará únicamente para el área de Ingeniería Civil,

específicamente en las áreas de estructuras, materiales y ensayos y

concreto, basándose en las normas Venezolanas Covenin 342(R) y 343(R).

1.5.2 Delimitación Geográfica

El proyecto se estará llevando a cabo dentro del Estado Miranda, en diversos

sectores del Municipio El Hatillo (En el sector los Robles, ya que allí se

cuenta con las herramientas y equipos necesarios para la elaboración del

modelo no industrial y por último seria en el sector los Naranjos, en el

laboratorio de ingeniería civil de la Universidad Nueva Esparta para la

realización de los ensayos y evaluación del comportamiento del mismo). Los

ensayos de resistencia a la flexión del concreto que servirán como guía para

luego comparar resultados se realizaran en los laboratorios de La

Universidad Central De Venezuela y los laboratorios del Metro, ubicados en

Caracas.

1.5.3 Delimitación Temporal

La finalización de este proyecto tiene estimado un periodo de ejecución

desde el mes de Octubre del 2015 hasta Agosto del 2016.

Page 23: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

7

1.6 Limitaciones

Una de las limitaciones que se podría presentar es la falta de algunos de los

materiales necesarios para la construcción del modelo no industrial, debido a

la escasez de algunos materiales metálicos en el mercado nacional.

Otra limitación que podría presentarse es que para la ejecución de este

proyecto se deben comprar los materiales para la construcción del modelo no

industrial, lo cual implicaría gastos propios razón por la cual se optara por

comprar un gato hidráulico de botella ya que un gato caimán no funcionaría y

un gato hidráulico industrial es muy costoso y no se cuenta con los recursos

económicos suficiente.

Page 24: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

8

1.7 Cronograma de Actividades

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 2015 2016

CAPÍTULO I SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR

PLANTEAMIENTO

JUSTIFICACIÓN

OBJETIVOS

DELIMITACIÓN

LIMITACIÓN

CAPÍTULO II

ANTECEDENTES

BASES TEÓRICAS

OPERAZIONALIZACIÓN DE VARIABLES

TERMINOLOGIA BÁSICA

Page 25: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

9

CAPÍTULO III

TIPO DE INVESTIGACIÓN

DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

POBLACIÓN Y MUESTRA

REOLECCIÓN DE DATOS

CAPÍTULO IV

PRESENTACIÓN Y ANALISIS DE RESULTADOS

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Page 26: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

10

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO

Page 27: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

11

2.1 Antecedentes

Para desarrollar la presente investigación fue necesario consultar

antecedentes de tesis de grado e investigaciones científicas previas a la

misma, donde se recopiló la información necesaria que sirvió para la

elaboración de la presente investigación.

Según Rojas, (2010), los antecedentes “Se refieren a los estudios previos y

tesis de grado relacionados con el problema planteado, es decir,

investigaciones realizadas anteriormente que guardan alguna vinculación con

el problema en estudio” (p.1).

Para este trabajo de grado se llevó a cabo una búsqueda de información, de

donde se obtuvo cierta cantidad de trabajos de grados e investigaciones que

de alguna forma tienen relación con el trabajo en estudio y sirven para la

elaboración de la estructuración del mismo. A continuación teniendo el tema

en cuestión se nombran y describen dichos trabajos:

Colcha, Juan y Villa, Mariana (2010), “Diseño e implementación de un

sistema electrónico-informático para aplicaciones en ensayos en la

Maquina Universal”. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo;

Riobamba – Ecuador. Para optar por el título de Ingeniero Mecánico.

Resumen.

“Para la implementación del sistema electrónico-informático proyectado se

aplicará el siguiente procedimiento: se realizará inicialmente un diagnóstico

sobre el funcionamiento de la Máquina Universal y de los parámetros de

medición, posteriormente un estudio de los sensores y el tipo de señal. Se

diseñará y seleccionará un circuito de acondicionamiento de señal logrando

en este punto la transformación de las señales analógicas a digitales.

Respecto al diseño del software para la adquisición de datos se empleará el

programa LabVIEW, debido a que presenta mejores opciones en

aplicaciones mecánicas y facilidad de programación.

Page 28: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

12

El software instalado permitirá la captación, almacenamiento y visualización

de las señales digitales procedentes de las pruebas realizadas en la

máquina, de ahí la necesidad de que el sistema de medición sea electrónico

e informático, para que el proceso de toma de datos brinde diferentes

ventajas, como: la recolección y procesamiento de gran cantidad de datos,

obteniéndose mayor fiabilidad y precisión en los resultados. Se detallará un

manual de usuario que permitirá un correcto funcionamiento del software.”

Aporte:

Este trabajo aporta información de gran importancia para la elaboración del

trabajo de grado a realizar ya que en el existe información relacionada al

tema en estudio, exponiendo diversos puntos en este proyecto tales como: la

descripción de algunos tipos de ensayos que se pueden realizar con la

Máquina Universal, sus usos, características, terminologías etc. Que a su vez

contribuyen a desarrollar el presente trabajo de grado.

Alderete Natalia (2010), “Ensayo a Flexión de Vigas de Hormigón con

Incorporación de Agregados Reciclados”. Universidad Tecnológica

Nacional (UTN), Facultad Regional La Plata; Ciudad de Buenos Aires –

Argentina.

Resumen.

“Desde hace varios años la utilización de materiales reciclados ha ido

cobrando una gran importancia, fundamentalmente orientando su empleo

dentro de un sistema sustentable, si bien también se podría considerar un

factor económico, ya que muchas veces el reciclado implica ahorro en los

costos.

La gran variedad de estudios sobre agregados reciclados, como material

para la elaboración de hormigones, indica una gran tendencia hacia el

empleo masivo de los mismos. Como ejemplo de esta afirmación cabe

mencionar la creación de un grupo de trabajo del American Concrete Institute

(ACI), que tiene como objetivo vincular a la tecnología del hormigón con el

Page 29: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

13

desarrollo sostenible fomentando básicamente el tratamiento y la aplicación

de materiales sustentables.

Considerando al hormigón como el material de construcción más utilizado, se

vuelve inmediata la consideración del alto consumo de materiales que ello

implica, por lo que la necesidad de estudiar nuevos materiales o, aún mejor,

reciclar los ya utilizados resulta fundamental en el momento de lograr un

incremento de la sustentabilidad en la tecnología del hormigón.

Se debe tener presente que partiendo de un material de los llamados de

primera generación y que, tras un proceso de transformación, se genera un

insumo, que posteriormente, agotada su vida útil luego de un proceso de

producción o servicio resulta en la generación de un material de desecho, y

si dicho material de desecho, después de recorrer otro proceso de

transformación, generará un material distinto (de los llamados de segunda

generación); y éste es insertado nuevamente dentro de otro insumo (o en el

mejor de los casos, dentro del mismo insumo del que proviene), el ciclo de

vida de los materiales será más eficiente y acorde con el medio ambiente.

Uno de los ejemplos más favorables de un ciclo de vida sustentable es el

empleo de agregados reciclados en reemplazo de agregados naturales para

la elaboración de hormigones. Se trata básicamente de la trituración de

hormigones elaborados previamente, de distintas características.

El presente trabajo tiene como objetivo evaluar el desempeño de vigas de

concreto sometidas a flexión, variando los valores de los porcentajes de

reemplazo del agregado natural por agregado reciclado.”

Aporte:

El aporte de la tesis consultada es de gran provecho debido a que explica el

procedimiento a realizar en un ensayo de flexión en vigas, lo cual es de gran

utilidad al momento de poner a prueba el modelo estructural no industrial una

vez diseñado.

Rosales, Luis (2008), “Análisis del comportamiento de una viga de

concreto armado, ensayada a flexión, reforzada con barras de fibra de

Page 30: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

14

carbono”. Universidad de San Carlos de Guatemala – Guatemala. Para

optar por el título de Ingeniero Civil.

Resumen.

“Las barras de fibra de carbono son un elemento de refuerzo estructural,

para vigas y para muros de carga, en ambos casos el impacto estético es

muy bajo, y el procedimiento de aplicación es muy sencillo; por lo que es una

alternativa muy eficiente para elementos estructurales en funcionamiento.

En este trabajo se elaboraron vigas de concreto armado, de las cuales la

mitad se reforzó con barras de fibra de carbono, para demostrar los

incrementos significativos en cuanto a módulo de ruptura y carga máxima

permisible; basados en un ensayo de flexión, con una carga puntual aplicada

y la viga simplemente apoyada en sus extremos.

Se describe el proceso de aplicación de la fibra de carbono, demostrando su

facilidad de aplicación y los requerimientos mínimos de preparación de un

elemento de concreto para hacer funcionar el refuerzo.

Según lo investigado, el refuerzo de barras de fibra de carbono ofrece una

solución efectiva a problemas comunes; que van desde: incremento de

cargas a una estructura, fatiga y envejecimiento del concreto y acero, hasta

malos diseños estructurales.

Se exponen a su vez experiencias nacionales e internacionales, en las

cuales el refuerzo estructural con fibra de carbono, ha sido la solución a

diferentes circunstancias, tanto en el campo de la construcción como en

diversas industrias. Ejemplificando casos reales detallando el problema y la

solución encontrada en la fibra de carbono.”

Aporte:

El aporte de la tesis consultada estaría relacionada a el comportamiento de

una viga de concreto cuando es sometida a una carga puntual, haciendo

referencia a la norma ASTM C 293 – 02 “Método de prueba para determinar

la resistencia a flexión del concreto (Usando una viga simple con carga

Page 31: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

15

puntual aplicada en el centro de la misma)” para determinar su módulo de

rotura.

Novoa, Macielb y Briceño, Fernando (2009), “Evaluación del concreto de

resistencia 250 kg/cm² a compresión, cuando es sometido a esfuerzo de

tracción”. Universidad Rafael Urdaneta; Maracaibo – Venezuela. Para optar

por el título de Ingeniero Civil.

Resumen.

“La presente investigación se realizó en el laboratorio de pruebas y Ensayo

de Materiales Geotecnia, CA ubicada en Maracaibo estado Zulia.

Esta tesis tiene como objetivo evaluar el concreto de resistencia 250 kg/cm² a

compresión cuando es sometido a esfuerzos de tracción.

Primero se realizó la caracterización de los agregados, posteriormente se

realizó un diseño de mezclas por el método de las Normas Covenin. El

concreto se preparó para la dosificación de una resistencia de 250 kg/cm²,

con este concreto se prepararon probetas para ensayarlas a la tracción,

teniendo un total de 60 probetas para la resistencia a la tracción. Los

ensayos realizados fueron: resistencia a la compresión en los cilindros que

se elaboraron para obtener la dosificación requerida basándonos en la

Norma Covenin 338-2003 “ENSAYO DE LOS CILINDROS DE CONCRETO

A LA COMPRESION, resistencia a la tracción por la Norma Covenin 343-

2004 “DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA FLEXION EN VIGAS

SIMPLEMENTE APOYADAS CON CARGA EN EL CENTRO DEL TRAMO”.

Después de los resultados obtenidos por medio de este trabajo se puedo

determinar que el ensayo a la tracción para los elementos a estudiar nos

demostró que la resistencia a 250 kg/cm² soporto un esfuerzo mayor al

especificado por las normas anteriormente mencionadas y que tanto el

esfuerzo a tracción como el esfuerzo a la compresión al transcurrir del tiempo

nos indica gráficamente y teóricamente que el elemento va tomando mayor

resistencia.”

Page 32: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

16

Aporte:

Esta propuesta aporta información de gran importancia para el presente

trabajo de grado ya que contiene bases teóricas que serían de utilidad para

elaborar el esquema del marco teórico en cuanto bases teóricas y

metodología se trata.

García, Johanna (2010), “Determinación de la correlación entre el

módulo de rotura y la resistencia a la compresión del concreto (Caso

Prevesa).” Universidad Pontificia Bolivariana; Bucaramanga – Colombia.

Para optar por el título de Ingeniero Civil.

Resumen.

“La calidad del concreto representa un parámetro fundamental en el correcto

desarrollo de las obras civiles modernas. La resistencia a la flexión y a

compresión son indicadores del desempeño que presenta un concreto

preparado luego de cumplir satisfactoriamente su ciclo de fraguado. En la

práctica, los ensayos de flexión requieren la elaboración de muestras más

costosas que las utilizadas en los ensayos de compresión y con cuidados

especiales en su manejo y transporte al sitio de ensayos. Por esta razón, es

más común el uso de ensayos de compresión para determinar la calidad de

un concreto preparado. Sin embargo, en concretos para pavimentos, es vital

conocer el desempeño de este a la flexión. En la práctica, es común utilizar

la relación directa que existe entre el módulo de rotura y la resistencia a la

compresión para obtener los valores de la resistencia a flexión mediante una

relación matemática a partir de los valores obtenidos de resistencias a

compresión, para obtener un modelo del comportamiento a flexión.

El presente proyecto de grado, determina de forma experimental, una

constante matemática que relaciona de forma directa el módulo de rotura y la

resistencia a compresión del concreto preparado en la empresa PREVESA,

para 21 MPa, 28 MPa y 35 MPa.

Page 33: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

17

Esta relación matemática obtenida experimentalmente para el caso particular

de la planta PREVESA y expresada por la ecuación Mr = 2,39*√f´c esta

validada por la relación planteada por el Instituto del Concreto ASOCRETO

en el año 2000, donde Mr es la resistencia a la flexión y f´c es la resistencia a

la compresión, ecuación que se encuentra dentro de los límites establecidos

por dicho título.”

Aporte:

El trabajo de grado consultado fue de gran aporte ya que orienta un poco

sobre las bases teóricas y metodología en la realización de los ensayos,

también trata sobre el módulo de rotura y flexión que son puntos claves para

la elaboración del presente trabajo de grado en curso.

Rivera, Zailé (2002), “Incidencia de las fibras de polipropileno y las

fibras metálicas en la resistencia a flexión del concreto para pavimentos

rígidos”. Universidad Nueva Esparta; Miranda – Venezuela. Para optar por

el título de Ingeniero Civil.

Resumen.

“La presente investigación se basa en el estudio de la incidencia de las fibras

de polipropileno y las fibras metálicas en la resistencia a flexión del concreto

(Pavicreto 40) en pavimentos rígidos, elaborado en la planta de concreto La

Bandera, perteneciente a la empresa CEMEX CONCRETOS. Para ello se

procedió a la elaboración de probetas prismáticas provenientes directamente

del concreto mezclado en obra en un trompo de sesenta litros (60 Lts). Todas

las probetas elaboradas se ensayaron a edades de curado de 28 días, con el

objeto de obtener los valores de resistencia a flexión para el ensayo

propuesto. Para que el presente estudio tenga validez estadística, se

elaboraron quince (15) pares de probetas para cada tipo de viga, es decir,

para las vigas patrón 1, las vigas patrón 2, las vigas metálicas y las vigas de

polipropileno. En total se elaboraron y ensayaron 180 probetas. Con los

resultados de los ensayos realizados, se procedió a realizar un análisis de

Page 34: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

18

prueba “t” entre las variables de estudio con el objeto de evaluar si las fibras

metálicas y de polipropileno difieren con sus grupos patrones de manera

significativa respecto a sus medias. En el contexto del análisis realizado, se

calcularon parámetros estadísticos que confirmarán la validez de estas

pruebas “t”. Finalmente se estudió en un diseño de estructuras equivalentes

la influencia económica de las fibras en el comportamiento a flexión del

concreto, controlando el módulo de rotura, para disminuir los volúmenes de

concreto y la mano de obra para la instalación del pavimento”.

Aporte:

La tesis consultada sirvió de gran aporte, ya que en ella trata en partes un

poco sobre la metodología a utilizar en los ensayos, también trata sobre el

módulo de rotura y flexión que son puntos esenciales para la elaboración del

presente proyecto de grado en curso.

2.2 Bases Teóricas

Según Fidias G. Arias (2012), las bases teóricas implican un desarrollo

amplio de los conceptos y proposiciones que conforman el punto de vista o

enfoque adoptado, para sustentar o explicar el problema planteado. Son

aspectos conceptuales o teóricos que se ubican en el problema de la

investigación, esta sección puede dividirse en función de los tópicos que

integran la temática tratada o de las variables que serán analizadas en el

presente trabajo de grado.

2.2.1 Concreto

El hormigón o concreto es una material que se puede considerar constituido

por dos partes una es un producto pastoso moldeable, que tiene la propiedad

de endurecer con el tiempo, y la otra son los áridos (que se clasifican

en grava, gravilla y arena) que quedan englobados en esa pasta. A su vez la

Page 35: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

19

pasta está constituida por agua y un producto aglomerante o conglomerante,

que es el cemento. El agua cumple la doble misión que es el de dar fluidez a

la mezcla y reaccionar químicamente con el cemento dando lugar, con ello a

su vez endurecimiento. La sola mezcla de cemento con arena y agua (sin la

participación de un agregado) se denomina mortero.

2.2.2 Principales Características del Concreto

Son dos las características o propiedades principales de gran importancia. La

primera es la relativa a la consistencia o grado de fluidez del material en

estado fresco, la cual se conoce como manejabilidad, docilidad,

Trabajabilidad, asentamiento y otros. En estos conceptos, no todos

sinónimos se engloban las características relativas a la mayor o menor

facilidad para colocar el concreto. La segunda es el grado de endurecimiento

o resistencia que es capaz de adquirir el concreto. La fluidez suele medirse a

través de ensayos que evalúan el grado de plasticidad de la mezcla. La

resistencia se determinara por medio de ensayos mecánicos de compresión

o tracción sobre probetas normalizadas. Con los resultados a la compresión

el conocedor puede hacer estimaciones sobre la resistencia a otros tipos de

tensiones, tales como flexión corte o tracción. (Porrero. J. 2009).

2.2.3 Tipos de Concreto

El concreto es un material compuesto empleado en la construcción con una

amplia gama de posibilidades, bien sea por el uso de diferentes

componentes o por la distinta proporción de ellos. De esta manera es posible

obtener diversas plasticidades, resistencias y apariencias logrando así,

satisfacer los particulares requerimientos de la construcción. Esa versatilidad

permite explicar los diferentes usos del material.

Page 36: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

20

El concreto es un material que se utiliza en abundancia para elementos

estructurales de edificaciones tales como columnas, vigas, losas,

cerramientos, muros, pantallas, así como en pavimentos, pistas aéreas,

zonas de estacionamiento, represas, acueductos, canales, túneles, taludes,

adoquines, tanques, reservorios, barcos, defensas marinas y en otros

múltiples usos.

Los agregados que se utilizan en la mezcla del concreto pueden ser de

granos de gran tamaño (gravas o piedras), como en el caso de represas o

estribos de puentes, o de pequeño tamaño (gravilla y arena), para los

morteros. La consistencia del mismo puede ser muy seca, como en el caso

de los elementos prefabricados, o puede lograrse muy fluida como se

recomienda para elementos de poca sección y mucha armadura. Sus

resistencias mecánicas pueden ser de niveles muy variados, de acuerdo con

las necesidades que se requieran al momento de ejecutar una obra,

dependería básicamente del tipo de estructura.

2.2.4 Características del Concreto Fresco

Se le denomina concreto fresco a la etapa que abarca, desde que todos los

materiales, incluyendo el agua, del concreto han sido mezclados hasta que

comienza el endurecimiento de la masa.

El concreto fresco, tiene ciertas características que son importantes e interesa

destacar como son:

2.2.4.1 Mezclado del Concreto

Los elementos básicos que componen el concreto son: el agua, el cemento y

los agregados (finos y gruesos). La función del mezclado de concreto es

revestir la superficie de los agregados con la pasta de cemento, la cual dará

como resultado una masa homogénea. Para asegurar este concreto de

Page 37: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

21

manera uniforme se utilizan mezcladoras. Estas están compuestas,

principalmente, por un recipiente metálico denominado tambor o cuba,

provisto de paletas en su interior (trompo mezclador). Ahora bien esta mezcla

se efectúa, cuando cada una de las partes del concreto es elevada, vuelta a

vuelta, por las paletas durante la rotación del tambor, de manera que un

cierto punto, en cada revolución, son vertidas hacia la parte inferior para

mezclarse con las otras porciones, hasta constituir una masa homogénea a

la que se le denomina concreto.

Ilustración 1 Mezclado del Concreto

(Fuente propia)

2.2.4.2 Reología

Porrero y otros autores (2009). Se define como Reología al conjunto de

características de la mezcla fresca que posibilitan su manejo y posterior

compactación. Desde el punto de vista físico, estas características dependen

de las variaciones de viscosidad y de la tixotropía de la mezcla a lo largo del

tiempo.

Page 38: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

22

En la práctica se define con base en tres características: Fluidez,

Compactibilidad y Estabilidad a la Segregación.

2.2.4.2.1 Fluidez

Indica la capacidad de movilidad que puede llegar a tener la mezcla.

2.2.4.2.2 Compactibilidad

Al ser la mezcla vibrada se hace más fluida y puede así distribuirse más

uniformemente, envolviendo bien las armaduras y ocupando todas las

sinuosidades del encofrado.

2.2.4.2.3 Estabilidad a la Segregación

Es la tendencia que tienen los componentes del concreto de separarse,

provocando exudación o sangrado cuando es el agua la que se separa de los

demás, o segregación cuando son los granos del agregado grueso los que

se separan.

2.2.4.3 Trabajabilidad

La Trabajabilidad se emplea con dos acepciones distintas. Una general, con

la cual se designa el conjunto de propiedades del concreto que permiten

manejarlo sin que se produzca segregación, colocarlo en moldes y

compactarlo adecuadamente. La otra acepción es específica para designar el

asentamiento medio por el procedimiento normalizado del Cono de Abrams.

En esta segunda acepción es discutible porque, en realidad, el ensayo solo

es parcialmente representativo del conjunto de propiedades referidas.

Page 39: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

23

2.2.4.3.1 Cono de Abrams

No es más que la medición del asentamiento con el cono de Abrams, según

la norma COVENIN 339-1994 “Concreto. Método para la medición del

asentamiento con el cono de Abrams.” Y ASTM C143, se refiere al ensayo

que se realiza al concreto en su estado fresco, para medir su consistencia

"fluidez" y determinar si la mezcla es homogénea. El cono de Abrams tiene

limitaciones de medición, ya que solo es útil para medir el asentamiento en

concretos con agregados pétreos, con tamaños máximos menores a 5 cm y

con relatividad plástica, caracterizadas por asentamientos entre unos 2 y 17

cm. El aparato es un molde metálico troncocónico de 305 mm de altura,

abierto en ambos extremos de 102 y 203 mm de diámetro, superior e inferior

respectivamente, y siempre con asas.

Ilustración 2 Cono de Abrams (Fuente imagen: Manual de Concreto Estructural conforme con la norma Covenin 1753:03)

Page 40: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

24

2.2.4.4 Retracción del Concreto

La retracción es la disminución del volumen del concreto durante el proceso

de fraguado del mismo, y se produce por la pérdida de agua (debido a la

evaporación). Dicha pérdida de volumen genera tensiones internas de

tracción que dan lugar a las fisuras de retracción. Dependiendo de la

cantidad de finos, de la cantidad de cemento, del tipo de cemento, de la

dosificación agua-cemento, del espesor de la solera, y de la temperatura

ambiental, la retracción puede ser mayor o menor, dando lugar a fisuras e

incluso grietas. (Fuente:http://clubensayos.com/Temas-Variados/Retraccion-Del-

Concreto/563682.html consultado el 7 de diciembre de 2014)

La retracción del concreto no es más que la disminución o encogimiento de

volumen que sufre el material con el pasar del tiempo, debido a la pérdida

parcial de agua en las primeras horas lo que puede llegar a originar el

agrietamiento en el material.

2.2.5 Características del Concreto Endurecido

2.2.5.1 Curado del Concreto

El curado del concreto es el proceso por el cual se busca mantener saturado

el concreto hasta que los espacios de cemento fresco, originalmente llenos

de agua que sean reemplazados por los productos de la hidratación del

cemento. El curado pretende controlar el movimiento de temperatura y

humedad hacia dentro y hacia afuera del concreto. Busca también, evitar la

contracción que fragua hasta que el concreto alcance una resistencia mínima

que le permita soportar los esfuerzos inducidos por ésta. Es importante

acotar que la falta de curado del concreto reduce drásticamente su

resistencia.

Page 41: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

25

2.2.5.2 Velocidad de Secado del Concreto

El concreto ni endurece ni se cura con el secado. El concreto (o de manera

precisa, el cemento en el contenido) requiere de humedad para hidratarse y

endurecer. El secado del concreto únicamente está relacionado con la

hidratación y el endurecimiento de manera indirecta. Al secarse el concreto,

deja de ganar resistencia; el hecho de que este seco, no es indicación de

que haya experimentado la suficiente hidratación para lograr las propiedades

físicas deseadas. El conocimiento de la velocidad de secado es útil para

comprender las propiedades o la condición física del concreto. (Fuente:

http://www.arqhys.com/concreto-endurecido.html consultado el 7 de diciembre de 2014).

2.2.5.3 Resistencia del Concreto

Según Porrero y otros autores (2009). Basado que en las estructuras el

concreto se encuentra sometido a solicitaciones muy variadas (compresión,

corte, tracción, flexotracción, agentes agresivos y otras) no es practico llevar

a cabo ensayos de control que analicen todos esos estados tensiónales, por

lo que se ha establecido la costumbre de realizar el ensayo destructivo a

compresión simple, sobre probetas normalizadas e inferir, a partir de sus

resultados, los valores de otras características mecánicas tales como

resistencia a la tracción o al corte. Para medir la resistencia del concreto es

necesario hacer unas probetas las cuales pueden ser ensayadas a los 7, 14

y 28 días para así estimar la resistencia del concreto.

2.2.5.3.1 Resistencia a la Compresión

La resistencia a la compresión se toma como base para calcular otras

propiedades mecánicas de este material, siendo así la resistencia a la

compresión simple la característica mecánica principal del concreto, dada la

importancia que reviste esta propiedad, dentro de una estructura

Page 42: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

26

convencional de concreto reforzado,

la forma para evaluar la resistencia del concreto es mediante pruebas

mecánicas que pueden ser destructivas, las cuales permiten probar

repetidamente la muestra de manera que se pueda estudiar la variación de la

resistencia u otras propiedades con el paso del tiempo. Existen diferentes

tipos de muestras, entre ellas tenemos: cilindros, cubos y prismas, siendo

universalmente reconocido para ejecutar pruebas de resistencia a la

compresión simple el ensayo de probetas cilíndricas. (Fuente:

http://ingevil.blogspot.com/2008/10/ensayo-compresin-de-cilindros-de.html. consultado el 15 de

Diciembre de 2014)

2.2.5.3.2 Resistencia a la Flexión

La resistencia a la flexión del concreto no es más que una medida a la

resistencia a la tracción del concreto (hormigón). Es una medida de la

resistencia a la falla por momento de una viga o losa de concreto no

reforzada. Se mide mediante la aplicación de cargas a vigas de concreto de

6 x 6 pulgadas (150 x 150 mm) de sección transversal y con luz de como

mínimo tres veces el espesor. La resistencia a la flexión viene dada como el

Módulo de Rotura (MR) en libras por pulgada cuadrada (MPa) y se determina

mediante los métodos de ensayo de las normas ASTM C78 (cargada en los

puntos tercios) o ASTM C293 (cargada en el punto medio). (Fuente:

http://civilgeeks.com/2011/03/18/resistencia-a-la-flexion-del-concreto/ consultado el 15 de Diciembre de

2014)

2.2.6 Masa Volumétrica

El concreto convencional, que usualmente es utilizado en pavimentos,

edificios y en una gran variedad de estructuras, tiene más masa volumétrica

(masa unitaria, densidad) que varía en un rango de 2200 hasta 2400 kg/cm³.

La masa volumétrica del concreto puede variar dependiendo de la cantidad y

Page 43: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

27

la densidad del agregado que se le aplique, la cantidad de aire atrapado

(ocluido) o intencionalmente incluido como también las cantidades de agua y

cemento.

Por otra parte el tamaño máximo del agregado influye en las cantidades de

agua y cemento, al reducir la cantidad de pasta (aumentando la cantidad de

agregado), se aumenta la masa volumétrica de la combinación del concreto

con la armadura, normalmente este se considera como 2400 kg/cm³.

2.2.7 Permeabilidad

La permeabilidad es la facilidad con la cual los líquidos y los gases viajan a

través del concreto. Esta propiedad es importante en relación con la

hermeticidad de las estructuras retenedoras de líquidos y con el ataque

químico. La permeabilidad del concreto se determina mediante una simple

prueba de laboratorio, pero los resultados son comparativos (Neville, A.

1998).

La permeabilidad de la pasta es un aspecto importante pues la pasta cubre

todo los componentes que lleva el concreto. La permeabilidad es afectada

por la relación agua/cemento, el grado de hidratación del cemento y el

periodo del curado húmedo. Un concreto de baja permeabilidad requiere una

relación agua/cemento baja y un periodo de curado adecuado. Se puede

decir que la permeabilidad total del concreto al agua es en función de: (1) la

permeabilidad de la pasta; (2) la permeabilidad y la granulometría del

agregado; (3) la calidad de la pasta y de la zona de transición del agregado y

(4) la proporción relativa de pasta y agregado. La disminución de la

permeabilidad aumenta la resistencia al congelamiento y deshielo del

concreto, restauración, penetración de sulfatos y de iones cloruro y entre

otros ataques químicos.

Page 44: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

28

2.2.8 Máquina Universal

La Máquina Universal constituye una prensa hidráulica, con la que es posible

someter materiales a ensayos mecánicos de tracción y compresión para

medir sus propiedades mediante cargas aplicadas. La presión se logra

mediante placas o mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema

hidráulico. Esta máquina es ampliamente utilizada en la caracterización de

nuevos materiales.

Ilustración 3 Representación gráfica de la Máquina Universal (Fuente Propia)

Page 45: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

29

2.2.8.1 Principio de Operación

Todas las cargas de prueba son aplicadas por el movimiento hacia arriba del

pistón impulsado hidráulicamente. Las válvulas de carga y descarga

controlan el porcentaje de carga y descarga por la regulación del flujo de

aceite desde la bomba montada en la unidad de potencia hidráulica al

cilindro hidráulico bajo el tablero de peso. El tablero de peso está

conformado por un cabezal superior y un cabezal inferior.

Mientras el aceite es medido a través de la válvula de carga y entra al

cilindro pulido se mueve con precisión hacia arriba aplicando una carga a la

muestra.

• La prueba de compresión, flexión y corte se realiza en el área entre el

cabezal ajustable.

• La prueba de tensión se realiza en el área entre el cabezal superior y el

cabezal ajustable.

• El cabezal ajustable, el cual es normalmente motorizado, permanece fijo

durante la prueba. Su juego de ajuste es usado solamente para cambios de

herramientas, etc., y no se usa para aplicar cargas.

El sistema hidráulico está equipado con una bomba la cual impulsa al

cilindro. Un posicionador del pistón está provisto para parar el pistón

aproximadamente a ½ pulgada desde la base al cilindro así se mantiene el

pistón flotando en aceite.

Page 46: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

30

Ilustración 4 Esquema general de las partes de la Máquina Universal (Fuente imagen: Página web: http://www.monografias.com, disponible en:

http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/traccion-en-metales.shtml. Consultado el 09 de Marzo del 2015)

2.2.8.2 Definición de Esfuerzo y Deformación

2.2.8.2.1 Esfuerzo

Son las relaciones internas de los materiales cuando son sometidos a

cargas (P). Generalmente se expresa en intensidad de fuerza, es decir la

fuerza por unidad de área:

Ecuación 1. Fórmula de Esfuerzo.

Page 47: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

31

2.2.8.2.2 Deformación Unitaria

La deformación unitaria (ɛ), se define como la relación existente entre la

deformación total y la longitud inicial del elemento sometido a esfuerzos de

tensión o compresión axial, donde:

L = L0 = Longitud cuerpo inicial

Lf = Longitud del cuerpo final

ΔL = Lf - L0

Deformación = ɛ = ΔL/L

La resistencia de los materiales no son los únicos parámetros que deben

utilizarse al diseñar o analizar una estructura, controlar las deformaciones

para que la estructura cumpla con los propósitos para el cual se diseñó, tiene

la misma o mayor importancia. El análisis de las deformaciones se relaciona

con los cambios en la forma de la estructura que generan las cargas

aplicadas.

2.2.8.3 Diagrama de esfuerzo - Deformación Unitaria

El diagrama de esfuerzos que se muestra en la figura es de importancia para

determinar las propiedades físicas de los materiales metálicos.

Page 48: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

32

Ilustración 5 Diagrama esfuerzo-deformación de materiales dúctiles en tensión (Materiales Metálicos).

(Fuente imagen: Página Web: http://www.monografias.com, disponible en: http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/traccion-en-

metales.shtml#ixzz3LtmOPqZT. Consultado el 14 de Diciembre de2014)

2.2.8.3.1 Ley de Hooke

Su enunciado es: Las deformaciones unitarias lineales son proporcionales a

las tensiones normales: Ƌ = E*Ɛ

Dónde:

Ƌ = Esfuerzo axial

E = Módulo elástico del material o módulo de Young

Ɛ = Deformación unitaria

Módulo de Elasticidad: Al incrementar la carga más allá del límite de

proporcionalidad, la deformación empieza a aumentar más rápidamente para

cada incremento en esfuerzo. La curva de esfuerzo deformación asume

luego una pendiente cada vez más pequeña, hasta que el punto B de la

curva se vuelve horizontal. A partir de este punto se presenta un

alargamiento considerable, con un incremento prácticamente inapreciable en

Page 49: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

33

la fuerza de tensión (desde B hasta C en el diagrama). Este fenómeno se

conoce como cedencia o fluencia del material, y el esfuerzo en el punto B se

denomina esfuerzo de cedencia o punto de cedencia (o bien, esfuerzo de

fluencia o punto de fluencia). En la región de B hasta C, el material se vuelve

perfectamente plástico, lo que significa que puede deformarse sin un

incremento en la carga aplicada.

Después de sufrir las grandes deformaciones que se presentan durante la

fluencia en la región BC el material empieza a mostrar un endurecimiento por

deformación. Durante este proceso, el material sufre cambios en

sus estructuras cristalina y atómica, lo que origina un incremento en la

resistencia del material a futuras deformaciones. Por tanto, un alargamiento

adicional requiere de un incremento en la carga de tensión, y el diagrama

esfuerzo-deformación toma una pendiente positiva desde C hasta D.

Finalmente la carga alcanza su valor máximo y el esfuerzo correspondiente

(en el punto D) se denomina esfuerzo último. De hecho, el alargamiento

posterior de la barra se acompaña de una reducción en la carga y finalmente

se presenta la fractura en un punto E, tal como se indica en el diagrama.

Se presenta una contracción lateral de la muestra cuando se alarga, lo que

origina una reducción en el área de la sección transversal. La reducción en el

área es muy pequeña como para tener un efecto apreciable en el valor de los

esfuerzos calculados antes del punto C, pero más allá de este punto la

reducción comienza a modificar el perfil del diagrama. Desde luego, el

esfuerzo real es mayor que el esfuerzo nominal debido a que se calcula con

un área menor.

En la cercanía del esfuerzo último, la disminución del área se aprecia

claramente y ocurre un estrechamiento pronunciado de la barra, conocido

como estricción. Si para el cálculo del esfuerzo se emplea el área de la

sección transversal en la parte estrecha del cuello ocasionado por la

estricción, la curva real esfuerzo-deformación seguirá la línea punteada CE’.

La carga total que puede resistir la probeta se ve efectivamente disminuida

Page 50: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

34

después de que se alcanza el esfuerzo último (curva DE), pero esta

disminución se debe al decremento en área de la probeta y no a una pérdida

de la resistencia misma del material. En realidad, el material soporta un

aumento de esfuerzo hasta el punto de falla (punto E’).

Sin embargo, con fines prácticos la curva esfuerzo-deformación convencional

OABCDE, basada en el área transversal original de la muestra y que, por lo

tanto, se calcula fácilmente, suministra información satisfactoria para

emplearla en el diseño. La ductilidad de un material a tensión puede

caracterizarse por su alargamiento total y por la disminución de área en la

sección transversal donde ocurre la fractura.

(Fuente: http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/traccion-en-

metales.shtml#ixzz3LzGP7rk9. Consultado el 15 de Diciembre de 2014)

2.2.8.4 Ensayo de Tracción

La Resistencia a la Tracción es la propiedad de un material para resistir a ser

separado por dos fuerzas que actúan en direcciones opuestas y su medida

es en PSI. Esta prueba permite determinar la ductilidad de un material

midiendo la elongación de una porción de la probeta y la carga aplicada. El

ensayo de tracción consiste en someter a una probeta normalizada a un

esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la

probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática

o aplicada lentamente por la Máquina Universal. Las velocidades de

deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas.

El ensayo de tracción en ingeniería es ampliamente utilizado, pues

suministra información sobre las propiedades mecánicas de los materiales

utilizados en el diseño y también para verificación y especificaciones de

aceptación. Dicho ensayo se puede aplicar a los aceros, aleaciones,

maderas, hormigones, plásticos y materiales compuestos. También se puede

aplicar este ensayo para medir otras propiedades, tales como: resistencia de

soldaduras, uniones, adhesivos, etc.

Page 51: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

35

Ilustración 6 Esquema gráfico del ensayo de Tracción (Fuente imagen: Página Web: http://www.unedcervera.com, disponible en:

http://www.unedcervera.com/c3900038/ciencia_materiales/propiedades_mecanicas.html. Consultado el 09 de Marzo de 2015)

2.2.8.5 Ensayo de Compresión

Resistencia a la compresión, es la propiedad de un material para resistir las

fuerzas que tienden a aplastarlo, como por ejemplo: las arandelas, ladrillos,

columnas, etc. Esta prueba permite determinar el comportamiento de los

materiales dúctiles sometidos a esfuerzos de compresión calculando el límite

de Fluencia a la compresión midiendo el diámetro de la probeta antes y

después de aplicada la carga. Cuando el material es cargado más allá de su

límite este se deforma incrementando su área lo que ayuda al material a

aumentar la carga adicional que se le aplique lo que hace imposible obtener

un valor definitivo máximo a la carga de compresión. Por lo general se asume

que ambos valores de tensión y compresión son iguales en un material, pero

si existe una diferencia, el mayor de ellos es de compresión. Se realiza

preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en la

máquina universal. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones,

metales (sobre todo aceros) y madera, aunque puede realizarse sobre

cualquier material a estudiar.

Page 52: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

36

Ilustración 7 Esquema grafico de un ensayo de compresión de una probeta cilíndrica de hormigón.

(Fuente Propia)

2.2.8.6 Ensayo de Corte Directo

Este ensayo consiste en aplicar fuerzas que actúan paralelamente al plano

de la sección que las soporta, obligando a que una porción se deslice sobre

la porción adyacente. Esta prueba permite encontrar de manera práctica la

resistencia al corte de un material midiendo la carga a la cual se rompe la

probeta. El ensayo de corte directo también es llamado corte transversal.

Dicho método consiste en colocar un prisma y aplicar la carga, hasta que

llega a la ruptura, esta prueba es útil solamente para determinar el esfuerzo

de corte. Para el ensayo de corte directo en metales, usualmente se corta

una barra en algún dispositivo que apriete una porción de la probeta mientras

que la restante es sometida a carga por medio de datos adecuados.

Page 53: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

37

Ilustración 8 Esquema grafico del ensayo de Corte directo o Corte transversal a una muestra de suelo.

(Fuente imagen: Página Web: http://ingcivilensayos.blogspot.com, disponible en: http://ingcivilensayos.blogspot.com/2011/04/ensayo-del-corte-directo-del-suelo.html. Consultado el 09

de Marzo del 2015)

2.2.8.7 Ensayo de Flexión

La flexión es un esfuerzo compuesto o combinado, de tracción y compresión.

Si las fuerzas actúan sobre una pieza de material de tal manera tiendan a

inducir esfuerzos compresivos sobre una parte de una sección transversal de

la probeta y los esfuerzos tensivos sobre la parte restante, se dice que la

probeta está en flexión.

El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un

cuerpo una fuerza perpendicular a su eje longitudinal, de modo que

provoquen el giro de las secciones transversales con respecto a los

inmediatos.

Sin embargo y por comodidad para realizar el ensayo de los distintos

materiales bajo la acción de este esfuerzo se emplea generalmente a las

mismas comportándose como vigas simplemente apoyadas, con la carga

Page 54: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

38

concentrada en un punto medio. Cualquier esfuerzo que provoca flexión se

denomina momento flector.

En estas condiciones además de producirse el momento de flexión

requerido, se superpone a un esfuerzo cortante, cuya influencia en el cálculo

de la resistencia del material varia con la distancia entre apoyos, debido a

que mientras los momentos flectores aumentan o disminuyen con esta, los

esfuerzos cortantes se mantienen constantes, por lo que será tanto menor

su influencia cuanto mayor sea la luz entre apoyos.

Es por esta razón que la distancia entre los soportes de la probeta se ha

normalizado convenientemente en función de la altura o diámetro de la

misma, pudiendo aceptar entonces que la acción del esfuerzo de corte

resulta prácticamente despreciable.

Ilustración 9 Esquema grafico de un ensayo a flexión aplicando la carga en los puntos tercios.

(Fuente Propia)

Page 55: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

39

2.2.8.7.1 Sistema Isostático

Los sistemas tales que la sola aplicación de las ecuaciones de la estática

permite calcular las reacciones de los vínculos reciben el nombre de

sistemas isostáticos.

Ilustración 10 Esquema representativo de un sistema isostático para el ensayo de flexión.

(Fuente imagen: Página web: http://dspace.espoch.edu.ec, disponible en: http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/891/1/15T00458.pdf. Consultado el 09 de Marzo de

2015)

Generalmente se reducen a tantas ecuaciones como incógnitas se puedan

calcular, así como también la resolución de estos sistemas se reduce a las

tres ecuaciones fundamentales del equilibrio. Sumatorias con respecto a:

Rx=0; Ry=0; Mo=0. Cuando se consideran a los elementos estructurales que

poseen la cantidad estrictamente necesaria de apoyos para garantizar la

inmovilidad externa misma, estamos en presencia de los llamados sistemas

isostáticos.

2.2.8.7.2 Sistema Hiperestático

Una viga o una estructura se dice que es hiperestática cuando ocurre que:

Número de Ecuaciones de Equilibrio < Número de Incógnitas de las

Ecuaciones

Page 56: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

40

Estos casos suelen presentarse cuando la viga o la estructura tiene apoyos

demás.

Se denomina “grado de hiperestaticidad” a la diferencia entre reacciones y el

número de ecuaciones de equilibrio de la estática. Para resolver la

hiperestaticidad es necesario añadir ecuaciones de deformación, tantas

como sea el grado que:

N° de Ecuaciones de Equilibrio + N° de Ecuaciones de Deformación = N°

Incógnitas

El método de resolución será el transformar la viga hiperestática en dos vigas

isostáticas equivalentes, liberándola de un apoyo redundante, se calcula la

deformación en el punto donde se ha quitado el apoyo redundante en las dos

vigas isostáticas, se aplica la condición de compatibilidad por deformación

por consiguiente se obtendrán las reacciones.

Ilustración 11 Esquema representativo de un sistema Hiperéstatico para el ensayo de flexión.

(Fuente imagen: Página web: http://dspace.espoch.edu.ec, disponible en: http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/891/1/15T00458.pdf. Consultado el 09 de Marzo de

2015)

Page 57: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

41

Definición de Esfuerzo y Deformación de Flexión

El esfuerzo en una probeta sometida a flexión está dado por:

Ecuación 2. Fórmula de Deformación.

Dónde:

Mf = es el momento flector que se determina mediante el diagrama de

momento flector.

ӯ = es la máxima distancia al eje neutro.

Ix = es el momento de inercia de la sección alrededor del eje neutro que

depende de la geometría de la sección transversal.

Probetas Estándares para el ensayo de Flexión:

Las probetas para el ensayo de flexión están establecidas en la norma ASTM

A 48 y Covenin 340:2004.

2.2.8.7.3 Módulo de Rotura

El Módulo de Rotura es cerca del 10% al 20% de la resistencia a

compresión, en dependencia del tipo, dimensiones y volumen del agregado

grueso utilizado, sin embargo, la mejor correlación para los materiales

específicos es obtenida mediante ensayos de laboratorio para los materiales

dados y el diseño de la mezcla. El Módulo de Rotura determinado por la viga

cargada en los puntos tercios es más bajo que el módulo de rotura

determinado por la viga cargada en el punto medio, en algunas ocasiones

Page 58: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

42

tanto como en un 15%. (Fuente: http://civilgeeks.com/2011/03/18/resistencia-a-la-flexion-del-

concreto/ consultado el 15 de Diciembre de 2014)

(Fuente imagen: Página Web: http://www.nrmca.org, disponible en: http://www.nrmca.org/aboutconcrete/cips/CIP16es.pdf. Consultado el 15 de Diciembre de 2014)

FÓRMULAS ASTM C78

COVENIN 342(R) Fr= P*L

b*h²

FÓRMULAS ASTM C293

COVENIN 343(R) Fr= 3*P*L

2*b*h²

Fr MÓDULO DE ROTURA

P CARGA MAXIMA APLICADA

L LUZ ENTRE APOYOS

b ANCHO PROMEDIO DE LA PROBETA

h ALTURA PROMEDIO DE LA PROBETA

(Fuente Propia)

Ilustración 12 Esquema de la aplicación de cargas y sus fórmulas

respectivamente

Page 59: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

43

2.3 Cuadro de Variables

Objetivos

Variables

Dimensión

Indicadores

Medición

Fuente

Técnicas e

Instrumentación

Analizar el

comportamiento

de modelos

industriales

convencionales

para el ensayo

de resistencia a

la flexión del

concreto antes

de empezar a

diseñar el

modelo no

industrial.

Comportamiento

de Modelos

Estructurales

Convencionales

Funcionalidad

Calibración

Fuerzas

Aplicadas

ASTM

C78

ASTM

C293

COVENIN

342 Y 343

Campo

Observación

directa

Desarrollar el

modelo

estructural no

industrial para el

ensayo de

resistencia a la

flexión del

concreto.

Modelo

Estructural No

Industrial

Ensayo de

Resistencia a

la Flexión de

Concreto

Dimensiones

Materiales

ASTM

C78

ASTM

C293

COVENIN

342 Y 343

Campo

Observación

directa

Evaluar el

funcionamiento

del modelo

estructural no

industrial para el

ensayo de

resistencia a la

flexión del

Funcionamiento

Del Modelo

estructural No

Industrial

Evaluación

Pruebas

experimentales

ASTM

C78

ASTM

C293

Campo

Observación

directa

Page 60: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

44

concreto a

través de

ensayos

experimentales.

COVENIN

342 Y 343

Comparar los

resultados que

arroje el modelo

estructural no

industrial, con

resultados

obtenidos de

modelos

industriales

convencionales

(Máquina

Universal)

Resultados Entre

Modelos

Comparación

de Datos

Resistencia

ASTM

C78

ASTM

C293

COVENIN

342 Y 343

Campo

Observación

directa

2.4 Terminología Básica

Ensayo: Conjunto de pruebas iguales que se hacen a una muestra de

material. (Fuente: Norma COVENIN 633-2001)

Concreto: Es la mezcla constituida por el cemento, agregado inertes (finos y

gruesos) y agua en proporciones adecuadas para que se obtengan las

resistencias prefijadas. (Fuente: Norma COVENIN 337-1978)

Módulo de Elasticidad o Módulo de Young: El módulo de elasticidad (E),

también llamado módulo de Young, es un parámetro característico de cada

material que indica la relación existente (en la zona de comportamiento

elástico de dicho material) entre los incrementos de tensión aplicados (ds) en

el ensayo de tracción y los incrementos de deformación longitudinal

unitaria (de) producidos. (Fuente: Página Web: http:// http://www.mecapedia.uji.es, disponible

Page 61: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

45

en: http// http://www.mecapedia.uji.es/modulo_de_elasticidad.htm. Consultado el 16 de Diciembre de

2014)

Sistema Hiperéstatico: En estática, una estructura

es hiperestática o estáticamente indeterminada cuando está

en equilibrio pero las ecuaciones de la estática resultan insuficientes para

determinar todas las fuerzas internas o las reacciones. (Fuente: Página Web:

https://www.prezi.com, disponible en: https://www.prezi.com/0rjsfyjot9wm/sistema-hiperestatico/.

Consultado el 16 de Diciembre de 2014)

Sistema Isostático: Los sistemas tales que la sola aplicación de las

ecuaciones de la Estática permite calcular las reacciones de los vínculos

reciben el nombre de sistemas isostáticos. (Fuente: Página Web:

http://www.construmatica.com, disponible en:

http://www.construmatica.com/construpedia/Sistemas_Estructurales consultado el 16 de Diciembre de

2014)

ASTM: American Society for Testing and Materials. (Fuente: Manual del Concreto

Estructural Conforme con la Norma Covenin 1753:03)

ACI: American Concrete Institute: (Fuente: Manual del Concreto Estructural Conforme con

la Norma Covenin 1753:03)

COVENIN: Comisión Venezolana de Normas Industriales. (Fuente: Manual del

Concreto Estructural Conforme con la Norma Covenin 1753:03)

Page 62: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

46

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO

Page 63: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

47

Este capítulo hace referencia sobre la metodología del proyecto de

investigación, en donde se incluye el tipo y diseño de investigación,

población, muestra, así como técnicas e instrumentos de recolección de

datos que se van a utilizar para llevar a cabo el proyecto de grado, e

igualmente el análisis y procesamiento de los mismos.

Con respecto al marco metodológico de la investigación Sabino (2011)

expresa lo siguiente:

El marco metodológico es el conjunto de acciones destinadas a describir y

analizar el fondo del problema planteado, a través de procedimientos

específicos que incluye las técnicas de observación y recolección de datos,

determinando el “cómo” se realizará el estudio, esta tarea consiste en hacer

operativa los conceptos y elementos del problema que estudiamos.

3.1 Tipo de Investigación

Sobre la investigación de tipo factible, Arias, F. (2012) explica lo siguiente:

Un proyecto factible es una propuesta de acción para poder resolver un

problema, practica o satisfacer una necesidad. Es indispensable que la

propuesta se acompañe de una investigación que demuestre su factibilidad o

posibilidad de realización.

Mediante lo planteado anteriormente, denominamos esta investigación de

tipo Factible, ya que el proyecto a realizar se puede implementar y ejecutar

eficazmente, siguiendo algunos parámetros y normas para la realización del

mismo.

3.2 Nivel de Investigación

“El nivel de la investigación se refiere al grado de profundidad con que se

aborda un fenómeno u objeto de estudio” (Arias, F. 2012, p.23).

Page 64: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

48

Para la ejecución del proyecto se debe tener en cuenta el tipo de

investigación que se va a realizar, ya que existen diversas estrategias para el

proceso metodológico. El tipo de investigación hace referencia al tipo de

estudio que se llevará a cabo con el fin de recolectar los fundamentos

necesarios de la investigación.

3.3 Diseño de Investigación

Según Arias, F (2012), “El diseño de la investigación es la estrategia que

adopta el investigador para responder el problema planteado. En atención al

diseño, la investigación se clasifica en: investigación documental,

investigación de campo e investigación experimental”. (p.27).

Según Arias, F (2006), “La investigación experimental es un proceso que

consiste en someter a un objeto o grupo de individuos a determinadas

condiciones, estímulos o tratamiento (variable independiente), para observar

los efectos o reacciones que se producen (variable dependiente) ’’. (p.34).

Por lo antes mencionado, la investigación es del tipo experimental, ya que

tiene como objetivo diseñar un modelo estructural no industrial para el

ensayo de resistencia a la flexión del concreto, luego someterlo a pruebas

experimentales y ver su funcionabilidad.

3.4 Población y Muestra

Según Arias, F. (2012), “La población, o en términos más precisos población

objetivo, es un conjunto finito o infinito de elementos con características

comunes para los cuales serán extensivas las conclusiones de la

investigación”. (p.81).

Según Arias, F. (2012) “La muestra es un subconjunto representativo y finito

que se extrae de la población accesible’’ (p.83).

Page 65: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

49

Para la realización de este estudio se toma en cuenta como población y

muestra el ensayo no industrial que se realizará con el modelo estructural no

industrial una vez diseñado.

3.5 Técnicas e Instrumentos de recolección de datos

Según Arias, F. (2012) “Las técnicas de recolección de datos son las

distintas formas o maneras de obtener la información necesaria para la

ejecución del proyecto.”

La técnica que se empleó en la siguiente investigación fue la observación

directa ya que permite visualizar el comportamiento y la funcionalidad de

modelos industriales convencionales para el ensayo de resistencia a la

flexión del concreto antes de diseñar el modelo estructural no industrial.

“Los instrumentos son los medios materiales que se emplean para recoger y

almacenar la información.”(Arias, Fidias 2012).

Los instrumentos utilizados para la recolección de datos:

Planillas de Registro.

Block de Notas.

Cámara Fotográfica.

Page 66: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

50

CAPÍTULO IV: PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

Page 67: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

51

4.1 Introducción

En este proyecto de grado se expone a continuación la posibilidad

experimental de desarrollar un modelo estructural no industrial para el

ensayo de resistencia a la flexión del concreto, que sea capaz de cumplir con

las características establecidas en las Normas Venezolanas Covenin, para la

realización de ensayos a la flexión del concreto.

En el siguiente capítulo se presentan los procedimientos a realizar para

poder desarrollar la investigación. Esta propuesta fue llevada a cabo con el

propósito de diseñar el modelo no industrial con unas dimensiones

adecuadas al espacio del laboratorio de la Universidad Nueva Esparta para

el área de ingeniería civil.

A continuación se plantean los procedimientos para la elaboración del

modelo estructural no industrial para el ensayo de resistencia a la flexión del

concreto: el diseño de dicho modelo fue realizado dentro del Estado Miranda,

en diversos sectores del Municipio El Hatillo (En el sector los Robles, ya que

allí se cuenta con las herramientas y equipos necesarios para la elaboración

del modelo no industrial y por último seria en el sector los Naranjos, en el

laboratorio de ingeniería civil de la Universidad Nueva Esparta para la

realización de los ensayos y evaluación del comportamiento del mismo). Los

ensayos de resistencia a la flexión del concreto que servirán como guía para

luego comparar resultados se realizarán en los laboratorios de La

Universidad Central De Venezuela, ubicada en Caracas bajo las Normativas

Venezolanas (COVENIN).

4.2 Materiales

Para la elaboración del modelo estructural no industrial para el ensayo de

resistencia a la flexión del concreto se utilizaron varios materiales como:

Page 68: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

52

4.2.1 Perfiles Angulares

Los perfiles angulares no son más que una barra de metal cuya sección

tienen forma de ángulo recto con las caras de las alas de igual anchura.

También llamado perfil L de lados iguales. Estos perfiles fueron adquiridos en

Hierro Acero 2000 C.A, ubicados en Baruta, ya que los precios eran

accesibles, son de alta calidad y cumplen con los estándares de la Norma

COVENIN; los cuales cuyos perfiles servirán para armar la estructura

principal del modelo no industrial donde irán apoyados los demás elementos

que componen al mismo.

Ilustración 13 Perfil Angular (Fuente propia)

Page 69: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

53

4.2.2 Gato Hidráulico de Botella

El gato de botella es una máquina empleada para la elevación de cargas

mediante el accionamiento manual de una manivela o una palanca. El gato a

utilizar para este proyecto contara con una capacidad de carga de ocho (8)

toneladas, el cual ejercerá una fuerza de aplicación a la base o soporte de la

viga hasta generar su rotura. Fue adquirido en la Ferretería Materiales de

Construcción Ferrelagu C.A, ubicados en El Hatillo Vía La Unión.

Ilustración 14 Gato Hidráulico de Botella (Fuente propia)

Page 70: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

54

4.2.3 Plancha y Barra Metálica Lisa

La plancha (E=2cm) y barras metálicas (1” plg) que servirán para la

elaboración del dispositivo de soporte y aplicación de cargas a las vigas a

ensayar en el modelo no industrial. Materiales adquiridos en Hierro Acero

2000 C.A, ubicados en Baruta.

Ilustración 15 Plancha Metálica (Fuente propia)

Ilustración 16 Barra Metálica Lisa (Fuente propia)

Page 71: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

55

4.2.4 Perfil H o Viga Doble T

Un perfil doble T (o perfil I o H) es un perfil laminado o armado cuya sección

transversal está formada por dos alas y un alma de unión entre ellas. Dicho

perfil doble T cumplirá la función de soporte para el gato hidráulico de botella

y los cabezales de aplicación de esfuerzo sobre las viguetas a ensayar.

Materiales adquiridos en la Ferretería Materiales de Construcción Ferrelagu

C.A, ubicados en El Hatillo Vía La Unión.

Ilustración 17 Viga Doble T (Fuente propia)

4.2.5 Electrodos y Anticorrosivos

Los electrodos y anticorrosivos (fondo y pintura para la protección del

mismo), materiales que servirán para unir los elementos con soldadura y

protegerlos de corrosión respectivamente, los mismos fueron adquiridos en la

Ferretería Materiales de Construcción Ferrelagu C.A, ubicados en El Hatillo

Vía La Unión.

Page 72: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

56

Ilustración 18 Electrodos (Fuente propia)

Ilustración 19 Anticorrosivo (fondo de herrería) (Fuente propia)

4.2.6 Materiales Para la Elaboración de las Viguetas

Esta parte abarca lo referente a los materiales a utilizar para la elaboración

de las viguetas (4) y cilindros (3) a ensayar en el Instituto de Materiales y

Modelos Estructurales (IMME), para la elaboración de un concreto de

resistencia 250 Kgf/cm² con un asentamiento de 12cm (5” plg), cuyos

materiales son:

Page 73: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

57

28 Kg de cemento

Ilustración 20 Cemento (Fuente propia)

80 Kg de arena lavada

Ilustración 21 Arena Lavada en Bolsa (Fuente propia)

Page 74: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

58

80 Kg de piedra picada

Ilustración 22 Piedra Picada (Fuente propia)

4.3 Procedimientos

En la realización de este proyecto fue necesario aparte de consultar en

páginas web y ver videos sobre ensayos de flexión, recurrir al Instituto de

Materiales y Modelos Estructurales (IMME) y a las instalaciones del

laboratorio del Metro en la búsqueda de información fidedigna de cómo

funciona una Máquina Universal, la encargada de determinar la resistencia a

flexión del concreto a través de ensayos experimentales, el cual serviría

como base para la elaboración del modelo estructural no industrial, con la

finalidad de que los objetivos trazados en el siguiente trabajo de grado

pudiesen lograrse eficazmente.

Page 75: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

59

Ilustración 23 Instalaciones del IMME (Fuente propia)

Se empezó realizando un recorrido a las instalaciones del IMME, la cual una

vez allí se contó con la colaboración de los encargados y del personal que

allí operan. Se procedió a recorrer las instalaciones en busca de información

sobre la maquinaria, comenzando desde la explicación de cómo se preparan

las muestras (viguetas), hasta la funcionalidad de la Máquina Universal.

4.3.1 Máquina y dispositivos

En la siguiente figura se muestra un esquema gráfico de un dispositivo para

ensayar vigas a flexión, establecido en las Normas Venezolanas COVENIN

342(R) y 343(R) para el ensayo a flexión del concreto.

Page 76: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

60

Ilustración 24 Esquema del Dispositivos para Ensayos a Flexión en Vigas

(Fuente imagen: Norma Covenin 342(R) “NORMA VENEZOLANA CONCRETO. DETERMINACIóN

RESISTENCIA A LA FLEXIóN EN VIGAS SIMPLEMENTES APOYADAS. CARGAS EN LOS

EXTREMOS DEL TERCIO CENTRAL”)

En la ilustración que se muestra a continuación se puede observar la

Máquina Universal donde realizan ensayos a tracción, compresión y flexión.

La máquina sirve para realizar los ensayos de mayor importancia en la

resistencia de materiales mediante el uso de probetas, los cuales son:

Zona de Tensión: Ensayo a la resistencia de la Tracción.

Zona de Compresión: Ensayos de Compresión, Flexión y de Corte.

Page 77: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

61

Ilustración 25 Máquina Universal (Fuente propia)

A continuación se muestran parte del dispositivo de soporte y aplicación de

carga que se coloca en la máquina para realizar el ensayo de flexión.

Ilustración 26 Dispositivo de Soporte de la Vigueta (Fuente propia)

Este dispositivo (Ilustración N°26) está conformado por una placa metálica de

dimensiones: 50cm de largo * 15cm de ancho * 2cm de espesor, en los

cuales cuenta con dos (2) barras metálicas lisas de diámetro de 1” (Plg), de

longitud de 15 cm, separados a una distancia de 45 cm las cuales hacen la

función de apoyos para sostener las viguetas a ensayar.

Page 78: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

62

Ilustración 27 Dispositivo de Aplicación de Carga o Cabezal (Fuente propia)

En la Ilustración N°26 se muestra un dispositivo de aplicación de carga

conformado por una placa metálica de dimensiones de 20cm * 20cm con dos

(2) barras metálicas lisas a una separación entre ellas de 15cm y con un

diámetro igual al mostrado en el dispositivo de soporte, la cual va colocada

sobre la vigueta en el tercio del tramo central.

Ilustración 28 Molde de Viguetas (Fuente propia)

Page 79: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

63

En la Ilustración N°28 se puede observar un molde metálico cuyas

dimensiones son: 60cm de largo * 15cm de ancho * 15cm de altura,

conformado estructuralmente por placas metálicas de espesor 6mm.

Básicamente con los elementos mostrados anteriormente se puede llevar a

cabo un ensayo de flexión, claro teniendo en cuenta también la ayuda de

otros elementos como son: una pala metálica, mezclador de concreto para la

preparación de la muestra, cucharas metálicas, varillas lisas para la

compactación del concreto por capa aplicada al molde y tanques de agua

para el curado de las viguetas. Todo eso bajo parámetros establecidos en las

Normas Venezolanas Covenin.

Una vez ya recopilada toda esta información, más lo investigado en páginas

web y ya obtenidos todos los materiales se procede a desarrollar el modelo

no industrial.

4.3.2 Construcción del Modelo no Industrial

Como primer paso, se procedió a cortar los materiales, los perfiles angulares

con unas dimensiones de 70 cm de largo * 70cm de ancho * 150cm de altura,

las placas metálicas que servirán de soporte para las viguetas a ensayar con

dimensiones de 50cm de largo * 20cm de ancho * 2cm de espesor, las

placas que ejercerán la fuerza en el tramo del tercio central y en el punto

medio 20cm * 20cm * 2cm de espesor, las barras metálicas lisas de diámetro

1” con una longitud de 20cm, para armar lo que sería la estructura, la cual

soportará el gato hidráulico de botella mediante soportes con una placa

metálica para garantizar la correcta posición y trabajabilidad del mismo. Una

vez teniendo listo los materiales para la estructura, se inicia el proceso de

armado aplicando soldadura eléctrica.

Luego de armado la estructura donde se alojará el gato hidráulico, se arranca

con la adaptación de un manómetro para medir la presión ejercida sobre la

Page 80: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

64

viga en estudio y poder facilitar los cálculos para obtener los resultados de

los ensayos realizados en este modelo no industrial.

Ilustración 29 Adaptación del Manómetro al Gato Hidráulico de Botella (Fuente propia)

Luego de haber adaptado el manómetro al gato de botella y haberlo colocado

en su sitio en la estructura inferior, sigue la adaptación del dispositivo de

soporte de la vigueta a la estructura, para recibir el empuje por el pistón

hidráulico que se genera al darle a la manivela o palanca del gato.

Ya culminado lo que se consideraría como estructura inferior, se prosigue a

construir la parte superior del modelo no industrial el cual contara con un

soporte donde irán los cabezales tanto el de aplicación de carga en el centro

de viga y el de aplicación de carga del tercio central de la viga, siendo fijo el

soporte que mantendrá los cabezales. Los cabezales serán reemplazables

dependiendo del ensayo que se vaya a realizar ya sea aplicando cargas en

el tercio del tramo central o en el punto medio. El esfuerzo se aplicara de

abajo hacia arriba, siendo de este modo empujado el dispositivo de soporte

de las vigas hacia arriba contra el cabezal fijo en la parte superior generando

una especie de compresión a la viga hasta lograr romperla, la cual luego de

Page 81: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

65

haberla fracturado se procede a calcular el módulo de rotura mediante los

parámetros de las Normativas Venezolanas COVENIN para calcular su

resistencia a la flexión.

4.3.2.1 Cálculo de la Escala del Manómetro que se debe usar en el

Modelo no Industrial

Área del pistón:

1. Diámetro del pistón del gato hidráulico de botella: D= 3,81 cm

2. Se calcula el área del diámetro del pistón con la siguiente formula:

A =𝜋∗𝑑2

4=

𝜋∗(3.81)2

4= 11.4 𝑐𝑚²

3. Esfuerzo de compresión del cilindro: 250 kgf/cm² o menos, el esfuerzo

a tracción es del 10% al 20% del de compresión (Aproximadamente):

250 ∗10

100= 25 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚²

4. En la viga el esfuerzo se calcula con la fórmula: Mr =𝑃∗𝐿

𝑏∗ℎ² dónde:

P = Carga Aplicada a la viga (Kgf)

L = Luz entre apoyos de la viga (cm)

b = Ancho promedio de la viga (cm)

h² = Altura promedio de la viga (cm)

5. Despejaremos P para calcular la presión y saber la escala del

manómetro a utilizar.

6. La fórmula quedaría de la siguiente manera al despejar P:

P =𝑀𝑟∗𝑏∗ℎ2

𝐿=

25∗15∗(15)2

45= 1875 𝑘𝑔𝑓, al aplicar el gato esta carga se

reparte por el área del pistón generando una presión de:

1875 𝑘𝑔𝑓

11.4 𝑐𝑚²= 164.5 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚² , lo cual quiere decir que con un manómetro de

escala hasta 700 kgf/cm² se puede usar sin llegar a su máxima escala.

Page 82: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

66

Ilustración 30 Manómetro a utilizar en el Modelo no Industrial (Fuente propia)

Ilustración 31 Modelo no Industrial Finalizado (Fuente propia)

Page 83: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

67

4.3.3 Elaboración de las Viguetas a Ensayar

Se procede a la elaboración del diseño de mezcla de resistencia 250 Kgf/cm²

con un asentamiento de 12cm (5” plg) para cuatro (4) vigas y tres (3) cilindros

(mezcla patrón establecida por un especialista del IMME bajo las Normativas

COVENIN).

Ilustración 32 Preparación de la Mezcla (Fuente propia)

Page 84: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

68

Una vez realizada la mezcla se inicia el llenado y rasado de los moldes

siguiendo los parámetros establecidos en las Normas Venezolanas

COVENIN.

Ilustración 33 Preparación de las Vigas (Fuente propia)

Llenado los moldes se deja por espacio de 24 a 48 horas antes de

desmontar las vigas de los moldes y haciendo sus respectivo curados a los

especímenes de concreto según la Norma Venezolana COVENIN 340.

Page 85: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

69

Ilustración 34 Vigas en sus Moldes (Fuente propia)

Luego de producirse el desencofrado de los cilindros, los mismos se le debe

realizar el curado respectivo, el cual consiste en colocar los cilindros dentro

de un tanque de agua durante un tiempo de 14 días continuos, con el fin de

que sean eliminados cualquier vacío o impureza que haya quedado durante

el proceso de preparación. Llegada la edad para ensayar las probetas se les

aplica sus respectivos ensayos, basados en las Normas Venezolanas

COVENIN.

Page 86: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

70

Ilustración 35 Curado de Vigas (Fuente propia)

4.3.4 Ensayos a Compresión y a Flexión

Para la realización de los ensayos a compresión se extrajeron tres (3)

cilindros con el propósito de ensayar las probetas a los 28 días, para

certificar que el diseño de mezcla elaborado cumpla con los requerimientos

de resistencia buscados (250kg/cm2), para estos se elaboró una mezcla con

los materiales convencionales utilizados en una mezcla de concreto.

Una vez obtenido los resultados de las pruebas de compresión y flexión; y

verificado que cumplía con lo que se buscaba, se procedió a la elaboración

del ensayo a flexión.

Page 87: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

71

Ilustración 36 Cilindro a Compresión (Fuente propia)

En el ensayo a flexión en el cual se trabajó con un número de cuatro vigas

(4) ensayadas de tal manera que a los 14 días se ensayarán dos (2) y a los

mismos 14 días las dos (2) restantes con el modelo no industrial.

Una vez obtenido los resultados de los ensayos experimentales, se procedió

al análisis de factibilidad; y comparación de resultados entre los dos (2)

modelos, tanto el convencional como el no industrial.

Page 88: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

72

Ilustración 37 Viga a Tracción en la Máquina Universal (Fuente propia)

Ilustración 38 Viga a Tracción en el Modelo no Industrial (Fuente propia)

Page 89: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

73

4.4 Recomendaciones de Uso

Utilizar guantes para manipular las muestras y protección de las

manos

Utilizar casco protector en las instalaciones para evitar cualquier daño

Utilizar lentes para la protección de los ojos en caso de que al romper

la viga desprenda virutas o cualquier otro elemento

Utilizar Zapatos punta de hierro para protección de los pies en caso de

caerse una de las muestras

Page 90: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

74

4.5 Resultados

4.5.1 Planilla de Resultados Entregada por el Laboratorio del Metro.

Page 91: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

75

Page 92: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

76

4.5.2 Resultados Obtenidos del Modelo no Industrial.

Para el cálculo de resultados del Modelo no Industrial se procede de la

siguiente manera:

1) Como las unidades que marca el manómetro que se utilizó en este modelo

no industrial están expresada en PSI, se hace una conversión a Kgf que son

las unidades que nos pide la fórmula para poder calcular el Módulo de Rotura

(Mr).

Dónde:

1 Kgf/cm² = 14,7 PSI

D= 3,81cm Diámetro del pistón del gato de

botella

Ilustración 39 Determinación del Diámetro del Pistón través de un Bernier. (Fuente propia)

Page 93: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

77

Calculamos el área del pistón (cm²) mediante la siguiente formula:

𝐴 =π ∗ D²

4= 𝑐𝑚²

Sustituir valores:

𝐴 =π ∗ (3,81)²

4= 11.4 𝑐𝑚²

Se genera una Fórmula para la Conversión:

𝑋 𝑃𝑆𝐼 ∗(1

Kgfcm2)

(14.7 PSI)∗ 𝐴 𝑐𝑚2 = 𝑋 𝐾𝑔𝑓

Simplificando un poco la fórmula para facilidad de la conversión quedaría:

𝑋 ∗ 0.0680 𝐾𝑔𝑓 ∗ 11.4 = 𝑋 𝐾𝑔𝑓

𝑋 ∗ 0.7756 𝐾𝑔𝑓 = 𝑋 𝐾𝑔𝑓

Donde "X" es la cantidad a convertir.

Page 94: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

78

2) Una vez obtenida la fórmula general para la conversión y ensayadas ya

las vigas arrojando resultados en PSI, se procede a la conversión de los

mismos para el cálculo del Módulo de Rotura.

Dónde: M-1= 1900 PSI

M-2= 2000 PSI

Aplicando la fórmula para la conversión a las muestras respectivamente:

𝑴 − 𝟏 = 1900 ∗ 0.7756 𝐾𝑔𝑓 = 1474 𝐾𝑔𝑓

𝑴 − 𝟐 = 2000 ∗ 0.7756 𝐾𝑔𝑓 = 1551 𝐾𝑔𝑓

3) Hecha la conversión de PSI a Kgf se procede a los cálculos para

determinar el Módulo de Rotura en las vigas ensayadas con el Modelo no

Industrial:

Datos de las Vigas:

M-1 l (cm) h (cm) b (cm) PSI Carga de

Rotura L

60,2 15,1 15,3 1900 1474 Kgf 45 cm

M-2 l (cm) h (cm) b (cm) PSI Carga de

Rotura L

60,4 15 15,2 2000 1551 Kgf 45 cm

Page 95: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

79

Fórmulas para el cálculo del Módulo de Rotura de las Vigas:

FÓRMULAS ASTM C78 COVENIN

342(R) Fr= P*L

b*h²

FÓRMULAS ASTM C293

COVENIN 343(R)

Fr= 3*P*L

2*b*h²

Fr MÓDULO DE ROTURA (Kgf/cm²)

P CARGA MAXIMA APLICADA (Kgf)

L LUZ ENTRE APOYOS (cm)

b ANCHO PROMEDIO DE LA PROBETA

(cm)

h ALTURA PROMEDIO DE LA PROBETA

(cm)

Norma Venezolana Concreto. Determinación resistencia a la flexión en vigas

simplemente apoyadas. Cargas en los extremos del tercio central 342(R).

Norma Venezolana Concreto. Determinación resistencia a la flexión en vigas

simplemente apoyadas. Cargas en el centro del tramo 343(R).

En estos casos solo se usó la Norma Covenin 342(R)

M-1 𝐹𝑟 =(1474 Kgf)∗(45 cm)

(15.3 cm)∗(15.1 cm)²= 19.0 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚²

Page 96: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

80

Ilustración 40 Captura del video en el momento que marca el manómetro antes de romper la viga.

(Fuente propia)

M-2 𝐹𝑟 =(1551 Kgf)∗(45 cm)

(15.2 cm)∗(15 cm)²= 20.5 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚²

Ilustración 41 Captura del video en el momento que marca el manómetro antes de romper la viga.

(Fuente propia)

Page 97: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

81

RESULTADOS MODELO NO INDUSTRIAL

VIGAS CARGA (Kgf) Fr (Kg/cm²)

M-1 1474 19,0

M-2 1551 20,5

Nota: Estos resultados que aquí se presentan son del Modelo no Industrial,

fueron arrojados en ensayos anteriores a los ya planteados. Los resultados

del laboratorio los cuales servirían para comparar estos mismos no se

plasman en el trabajo de grado, ya que por mal manejo de los equipos para

realizar estos ensayos a flexión, los valores obtenidos estaban totalmente

alejados de la realidad. Se pueden observar que estos resultados en

comparación con los de los segundos ensayos del Modelo no Industrial son

similares, lo cual indica el buen funcionamiento del mismo.

RESULTADOS MODELO NO INDUSTRIAL

VIGAS PSI CARGA (Kgf) Fr (Kg/cm²)

M-A 2100 1629 21,7

M-B 1900 1474 19,0

M-C 2900 2249 28,5

Page 98: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

82

4.5.3 Desviación Estándar de los Ensayos

Símbolos

Xi Valor cualquiera

Ẋ Media muestral

S Desviación estándar muestral

Se Desviación estándar de los ensayos

v Coeficiente de variación

n Número de datos

d Rango

k Factor de ponderación del rango

Promedio Ẋ: Es la tendencia central del valor del resultado de los ensayos o

datos.

Ecuación 3. Fórmula de la Media Aritmética.

Desviación estándar S: Es el índice estadísticamente más representativo de

la dispersión o variabilidad de los datos.

Ecuación 4. Fórmula Desviación Estándar.

Page 99: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

83

Rango d: Es la diferencia entre el valor mayor y el menor de los obtenidos en

el grupo de ensayos que se analiza.

Ecuación 5. Fórmula para calcular el Rango.

Rango Ponderado: Con el rango se puede obtener una estimación del límite

superior de la desviación estándar. El rango ponderado es sumamente útil

cuando se dispone de pocos valores, la información que suministra se

considera tan válida como la del cálculo de la desviación estándar mediante

fórmulas.

Ecuación 6. Fórmula Rango Ponderado.

Coeficiente de Variación v: Es la relación entre la desviación estándar y la

media, expresada en forma porcentual.

Ecuación 7. Fórmula del Coeficiente de Variación.

Page 100: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

84

Desviación estándar de los ensayos Se: Si de una mezcla de concreto se

elabora un número suficiente de pruebas, con sus resultados se podrá

cuantificar la dispersión propia del ensayo para esa mezcla.

Ecuación 8. Fórmula de la Desviación Estándar de los Ensayos.

Ilustración 42 Tabla XIV.3 Del Manual de Concreto Estructural. Factor del

rango ponderado. (Fuente imagen: Manual de Concreto Estructural conforme con la norma Covenin 1976:03)

Ilustración 43 Tabla XIV.7 Del Manual de Concreto Estructural. Desviación Estándar de los Ensayos.

(Fuente imagen: Manual de Concreto Estructural conforme con la norma Covenin 1976:03)

Page 101: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

85

Con la información ya descrita para el cálculo de la desviación estándar se

procede al cálculo de la misma. Comenzando por los cilindros seguido de las

vigas respectivamente:

Datos:

Cilindros Kgf/cm² Vigas L Kgf/cm² Vigas M Kgf/cm²

1 154,0 1 25,8 A 19,0

2 150,5 2 33,0 B 20,5

3 152,0 Vigas Laboratorio Vigas Modelo no Ind.

Promedio Ẋ: (Cilindros)

�̅� =154 + 150.5 + 152

3= 152

Desviación estándar S:

𝑆 =√(154 − 152)2 + (150.5 − 152)2 + (152 − 152)²

3 − 1= 1.77

Rango d:

𝑑 = 154 − 150.5 = 3.5

Page 102: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

86

Rango Ponderado:

𝑆 = 0.5907 ∗ 3.5 = 2.06

Coeficiente de Variación v:

v =1.77

152∗ 100 = 1.16 %

Promedio Ẋ: (Vigas ensayadas en el Laboratorio)

�̅� =33 + 25.80

2= 29.4

Desviación estándar S:

𝑆 =√(33 − 29.4)2 + (25.80 − 29.4)2

2 − 1= 5.09

Rango d:

𝑑 = 33 − 25.80 = 7.2

Rango Ponderado:

𝑆 = 0.8865 ∗ 7.2 = 6.40

Page 103: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

87

Coeficiente de Variación v:

v =5.09

29.4∗ 100 = 17.31 %

Promedio Ẋ: (Vigas ensayadas en el Modelo no Industrial)

�̅� =19 + 20.5

2= 20

Desviación estándar S:

𝑆 =√(19 − 20)2 + (20.5 − 20)2

2 − 1= 1.11

Rango d:

𝑑 = 20.5 − 19 = 1.5

Rango Ponderado:

𝑆 = 0.8865 ∗ 1.5 = 1.3

Coeficiente de Variación v:

v =1.11

20∗ 100 = 5.60 %

Page 104: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

88

Una vez calculada la desviación estándar a todas las muestras se promedian

las mismas y se sustituyen en la fórmula de desviación estándar de los

ensayos (Se) para el cálculo de la dispersión propia del ensayo. Tomando

como (Se) al rango ponderado para valores más exactos debido a que son

pocos.

𝑆𝑒 =2.06 + 6.40 + 1.3

3= 3.3

Ya una vez obtenido el valor de la desviación estándar de los ensayos y

comparándolos con el tipo de control de la tabla XIV.7 del manual estructural

de concreto y haber adquiridos valores menores a cinco (<5). Se puede decir

que los ensayos están en los parámetros de Excelente

Page 105: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

89

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Page 106: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

90

5.1 Conclusiones

Una vez finalizado los ensayos y obtener resultados, se puede concluir lo

siguiente:

En base a los ensayos efectuados en el presente trabajo, se puede

concluir en principio el buen desempeño que presenta el modelo

estructural no industrial a pesar de que fue un equipo “casero” por así

decirlo.

Los resultados obtenidos en el modelo no industrial son menores que

los obtenidos en probetas semejantes ensayadas en los equipos del

laboratorio del metro.

La comparación de resultados se ve afectada porque los equipos del

laboratorio del metro miden cargas a partir de las dos (2) toneladas.

Trabajar con probetas de mayor resistencia y con un número mayor de

las mismas y a su vez al realizar estos ensayos se calibraría el equipo

ya instalado para corregir las diferencias observadas.

A nivel de ingeniería se demostró que se pueden construir equipos

para medir la resistencia a flexión con elementos relativamente poco

costosos y de fácil obtención para ser usados por profesionales del

área de la Ingeniería Civil.

En lo profesional queda demostrado que el ingeniero puede construir

equipos útiles para su ejercicio profesional.

En general, para la comunidad se podría decir que se pueden

construir en el país equipos que actualmente se importan.

En términos generales se destaca la gran aplicabilidad que tiene este modelo

no industrial en materias de Ing. Civil dadas en el laboratorio de la

Universidad Nueva Esparta (UNE). Este trabajo abre la puerta a un campo de

investigación que permitirá a los estudiantes de Ingeniería Civil acercarse y

Page 107: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

91

comprender de una forma practica el comportamiento de los materiales en

las estructuras de Concreto.

5.2 Recomendaciones

Luego de haber realizado la presente investigación de grado, se pueden

aportar las recomendaciones siguientes:

Realizar estudios futuros para hacer mejoras al modelo no industrial,

como por ejemplo tratar de digitalizar los resultados que arroje.

Hacer la misma investigación pero para realizarle pruebas a otros

materiales como: metales, madera, plástico entre otros.

A las viguetas a ensayar se le podrían sustituir los agregados con otro

tipo de material, como material reciclable por ejemplo y ver qué

resultados daría y compararlos con los agregados convencionales.

Por la limitación de la carga para realizar ensayos a compresión en

cilindros se pueden realizar ensayos en núcleos de concreto,

cambiando el gato de botella por uno con una mayor capacidad.

Page 108: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

92

BIBLIOGRAFÍA

Page 109: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

93

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94

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Para optar por el título de Ingeniero Civil.

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Page 111: MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE

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ANEXOS

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96

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