separación de fisuras en elementos de srfc solicitados a
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2016
Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a
tracción para barra número 4 y resistencia de concreto 21, 28, 35 tracción para barra número 4 y resistencia de concreto 21, 28, 35
y 42 MPA y 42 MPA
Yenny Constanza Mancera Hernández Universidad de La Salle, Bogotá
Juan Sebastian Rojas Quiroz Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Mancera Hernández, Y. C., & Rojas Quiroz, J. S. (2016). Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a tracción para barra número 4 y resistencia de concreto 21, 28, 35 y 42 MPA. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/156
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1
SEPARACIÓN DE FISURAS EN ELEMENTOS DE SFRC SOLICITADOS A
TRACCIÓN PARA BARRA NUMERO 4 Y RESISTENCIA DE CONCRETO 21,
28, 35 Y 42 MPA
YENNY CONSTANZA MANCERA HERNÁNDEZ
JUAN SEBASTIAN ROJAS QUIROZ
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2016
2
SEPARACIÓN DE FISURAS EN ELEMENTOS DE SRFC SOLICITADOS A
TRACCIÓN PARA BARRA NÚMERO 4 Y RESISTENCIA DE CONCRETO 21,
28, 35 Y 42 MPa.
Yenny Constanza Mancera Hernández
Juan Sebastián Rojas Quiroz
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al
título de Ingeniero Civil
Director Temático
PhD. Fabián Augusto Lamus Báez
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Civil
Bogotá D.C.
2016
3
Dedicatoria
Dedico este logro a mis padres por darme el apoyo y
motivación incondicional en esta etapa de mi vida, quienes
siempre me han aconsejado y apoyado en mis decisiones para
alcanzar todas mis metas; de igual manera a mi hermano porque
con sus palabras me ha fortalecido para culminar con éxito
esta etapa en mi vida.
Yenny Constanza Mancera Hernández
A mis padres, las personas que hicieron todo en la vida para
que yo pudiera cumplir mis logros, por motivarme y darme la
mano incondicionalmente, por ser el pilar fundamental en todo
lo que soy, todo este trabajo es la sumatoria de sus
esfuerzos y gracias a ellos todo esto ha sido posible por
medio de la voluntad de Dios.
Juan Sebastián Rojas Quiroz
5
Agradecimientos
Los autores expresan sus agradecimientos:
Al Dr. Fabián Augusto Lamus Báez, porque desde el pregrado
siempre ha estado comprometido en compartirnos sus
conocimientos y enseñanzas, dedicó gran parte de su tiempo
como director motivándonos, aconsejándonos y apoyándonos en
realización de esta tesis.
A cada uno de nuestros compañeros de pregrado que se tomaron
un momento de su tiempo para colaborarnos en la elaboración
de las probetas y ejecución de los ensayos, de la misma
manera como acompañaron durante toda la carrera e hicieron
parte de nuestra formación como profesionales.
Yenny Constanza Mancera Hernández
Juan Sebastián Rojas Quiroz
6
CONTENIDO
LISTA DE FIGURAS 9
LISTA DE TABLAS 12
LISTA DE ANEXOS 15
INTRODUCCIÓN 16
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 19
OBJETIVOS 21
Objetivo general 21
Objetivos específicos 21
MARCO REFERENCIAL 23
Antecedentes Teóricos (Estado del Arte) 23
MATERIALES Y METODOLOGÍA 35
Materiales 35
Dimensionamiento del ensayo: 38
Diseño de las mezclas: 40
Metodología 47
Resultados y análisis de resultados 56
- Separación de fisuras en función del porcentaje de
fibras para el recubrimiento de 3.9db. 59
- Relación entre separación y ancho de fisuras en función
del porcentaje de fibras para el recubrimiento de 3.9db. 61
- Ancho de fisuras en función de la resistencia
especificada a la compresión, para el recubrimiento de
3.9db y porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1% y 1.5%. 63
- Relación entre separación y ancho de fisuras en función
de la resistencia especificada a la compresión, para el
7
recubrimiento de 3.9db y porcentajes de fibra de 0%, 0.5%,
1% y 1.5%. 65
- Relación entre separación y ancho de fisuras en función
del recubrimiento de 1.5db, 2.5db y 3.9db. 65
CONCLUSIONES 66
RECOMENDACIONES 68
BIBLIOGRAFÍA 69
9
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Respuesta estructural típica de un elemento de
concreto reforzado sometido a tracción (Gutiérrez, 2010). .. 26
Figura 2. Diferencia entre la fisuración de un concreto
con armado convencional (arriba) y un concreto armado
convencional y fibras de acero (abajo). (Gutiérrez, 2010) . 27
Figura 3. Elemento de concreto reforzado con fibras
sometido a tracción o flexotracción. (Gutiérrez, 2010) .... 28
Figura 4. Fisuras secundarias incluidas por la fibra de
acero. (Gutiérrez, 2010) .................................. 30
Figura 5. (Deluce, 2011) Efecto del cambio de tipo de
fibra en la relación espacio de la grieta - deformación del
concreto para las muestras que tienen un contenido de fibra
de 1,5% .................................................... 31
Figura 6. Relación esfuerzo – deformación uniaxial de los
modelos constitutivos de los materiales componentes: a)
modelo de barra deslizante con adherencia perfecta; b) modelo
de la barra deslizante con pérdida total de adherencia.
(Linero Segrera, Oliver, & Huespe, 2010) ................... 34
Figura 7. Crack spacing vs Φ/Peff non-fibrous serie/fibrous
series: mean crack spacing (a), minimum crack spacing (b).
(Tiberti, Minelli, & Plizz, 2014) .......................... 35
Figura 8. Cemento CEMEX SUPER RESISTENTE. (Cemex) ....... 36
Figura 9. Grava y Arena de Río. (Mancera, 2016) ......... 36
Figura 10. Fibras cortas de acero Dramix ® RL 45/50 BN.
(Dramix®;, 2011) ........................................... 37
Figura 11. Barras Corrugadas de acero NTC 2289 (Mancera,
2016) ...................................................... 38
10
Figura 12. Definición del tamaño de la sección y
recubrimiento de la barra. (Mancera, 2016) ................. 39
Figura 13. Definición del diámetro y longitud de la barra.
(Mancera, 2016) ............................................ 39
Figura 14. Fibras de acero Dramix 3D. (Dramix®;, 2011) .. 40
Figura 15. Material mezcla de concreto para testigos.
(Mancera & Rojas, 2016) .................................... 48
Figura 16. Fundida de cilindros testigo de 4”x 8”.
(Mancera & Rojas, 2016) .................................... 48
Figura 17. Camisas para cilindros de 4”x 8”. (Mancera &
Rojas, 2016) ............................................... 48
Figura 18. Cilindros testigos 4”x 8” fundidos. (Mancera &
Rojas, 2016) ............................................... 48
Figura 19. Curado cilindros testigos fundidos. (Mancera &
Rojas, 2016) ............................................... 48
Figura 20. Fallo de testigos en maquina universal, módulo
de elasticidad. (Mancera & Rojas, 2016) .................... 48
Figura 21. Fallo de testigos en maquina universal,
compresión. (Mancera & Rojas, 2016) ........................ 49
Figura 22. Fallo de testigos en maquina universal,
tracción indirecta. (Mancera & Rojas, 2016) ................ 49
Figura 23. Formaleta para probetas. (Mancera & Rojas,
2016) ...................................................... 50
Figura 24. Dimensiones promedio de las probetas. (Mancera,
2016) ...................................................... 50
Figura 25. Fundida de probetas. (Mancera & Rojas, 2016) . 52
Figura 26. Etapa de curado Especímenes. (Mancera & Rojas,
2016) ...................................................... 53
11
Figura 27. Colocación de las probetas en la maquina
universal. (Mancera, 2016) ................................. 54
Figura 28. Montaje para los deformímetros. (Mancera, 2016)
........................................................... 55
Figura 29. Montaje para ensayo a tracción. (Mancera, 2016)
........................................................... 55
Figura 30. Mapeo de las probetas para determinar el ancho
y separación entre fisuras. (Mancera & Rojas, 2016) ........ 56
Figura 31. Montaje ensayo a tracción. (Mancera, 2016) ... 57
Figura 32. Falla del concreto de 21 MPa reforzado con una
barra de acero y fibras en distintos porcentajes a) 0%, b)
0.5%, c) 1% y d) 1.5% (Mancera & Rojas, 2016) .............. 57
Figura 33. Falla del concreto de 28 MPa reforzado con una
barra de acero. (Mancera & Rojas, 2016) y fibras en distintos
porcentajes a) 0%, b) 0.5%, c) 1% y d) 1.5%. (Mancera &
Rojas, 2016) ............................................... 58
Figura 34. Falla del concreto de 35 MPa reforzado con una
barra de acero y fibras en distintos porcentajes a) 0%, b)
0.5%, c) 1% y d) 1.5% (Mancera & Rojas, 2016) .............. 58
Figura 35. Falla del concreto de 42 MPa reforzado con una
barra de acero y fibras en distintos porcentajes a) 0%, b)
0.5%, c) 1% y d) 1.5% (Mancera & Rojas, 2016) .............. 59
12
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Ficha técnica Fibras cortas de acero Dramix ® RL
45/50 BN. (Dramix®;, 2011) ................................. 37
Tabla 2. Dosificación de la mezcla de concreto 21 MPa.
(Mancera & Rojas, 2016) .................................... 46
Tabla 3. Dosificación de la mezcla de concreto 28 MPa.
(Mancera & Rojas, 2016) .................................... 46
Tabla 4. Dosificación de la mezcla de concreto 35 MPa.
(Mancera & Rojas, 2016) .................................... 47
Tabla 5. Dosificación de la mezcla de concreto 42 MPa.
(Mancera & Rojas, 2016) .................................... 47
Tabla 6. Resumen resultados ensayos de compresión, módulo
elástico y tracción indirecta de los testigos. ............. 49
Tabla 7. Cantidad de especímenes para ensayos a tracción. .. 51
13
LISTA DE GRAFICAS
Gráfica 1. Relación agua-cemento (w/c). (Collepardi,
Collepardi, & Troli) ....................................... 41
Gráfica 2.Cantidad de agua. (Collepardi, Collepardi, &
Troli) ..................................................... 42
Gráfica 3. Volumen de aire. (Collepardi, Collepardi, &
Troli) ..................................................... 44
Gráfica 4. Separación de fisuras para probetas con
recubrimiento de 3.9db y porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1%
y 1.5% ..................................................... 60
Gráfica 5. Ancho de fisuras para probetas con
recubrimiento de 3.9db y porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1%
y 1.5% ..................................................... 61
Gráfica 6. Relación entre separación y ancho de fisuras
para probetas con recubrimiento de 3.9db y porcentajes de
fibra de 0%, 0.5%, 1% y 1.5% ............................... 62
Gráfica 7. Separación de fisuras para probetas con
recubrimiento de 3.9db y porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1%
y 1.5% en función de las resistencias de concreto de 27,5 MPa,
29,8 MPa, 37,2 MPa y 46,4 MPa. ..................................... 63
Gráfica 8. Ancho de fisuras para probetas con
recubrimiento de 3.9db y porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1%
y 1.5% en función de las resistencias de concreto de 27,5 MPa,
29,8 MPa, 37,2 MPa y 46,4 MPa. ..................................... 64
Gráfica 9. Relación entre separación y ancho de fisuras
para probetas con recubrimiento de 3.9db y porcentajes de
fibra de 0%, 0.5%, 1% y 1.5% en función de las resistencias
de concreto de 27,5 MPa, 29,8 MPa, 37,2 MPa y 46,4 MPa. .............. 65
14
Gráfica 10. Relación entre separación y ancho de fisuras
en función del recubrimiento de 1.5db, 2.5db y de 3.9db. ... 66
15
LISTA DE ANEXOS (En el CD)
A. Anexo: Tablas de cálculos ensayos de tracción en SFRC
B. Anexo: Graficas de cálculos ensayos de tracción en SFRC
C. Anexo: Tablas de cálculos ensayos en cilindros de SFRC
D. Anexo: Levantamiento mapeo patrones de fisuración
E. Anexo: registro fotográfico especímenes fallados
16
INTRODUCCIÓN
La respuesta mecánica en los patrones de fisuración del
concreto reforzado con barras y fibras de acero, depende de
diferentes variables como son las propiedades mecánicas del
concreto simple, las propiedades mecánicas del acero de las
barras de refuerzo, las propiedades mecánicas y geométricas
de las fibras de acero y la adherencia entre los diferentes
materiales.
Los patrones de fisuración del concreto reforzado con barras
corrugadas, así como la adherencia entre el concreto y el
acero, dependen, además, del recubrimiento que pueda tener
una barra, de la resistencia al cortante del concreto que
rodea la misma.
Para el concreto reforzado con barras y fibras de acero se ha
trabajado poco en la caracterización de este comportamiento,
sin embargo con los pocos estudios realizados se ha
contribuido al desarrollo de un material que usado en
elementos estructurales es capaz de mantener su forma y
cualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de cargas y
agentes exteriores a que debe estar sometido. Cuando el
concreto simple o reforzado con barras de acero es sometido a
esfuerzos a tracción presenta deficiencia en su
comportamiento; con la implementación de las fibras cortas de
acero el comportamiento a esfuerzos de tracción del concreto
mejora, ya que propiedades como la tenacidad aumenta y la
fisuración es controlada (Fernandez Lopez, 2012). Por tanto
estos estudios han contribuido a la implementación de este
material en estructuras complejas, esperando que la
fisuración originada por el sometimiento de esfuerzos a
tracción disminuya.
17
En este trabajo se evaluaron los patrones de fisuración en
elementos prismáticos de concreto simple de resistencias
especificadas a la compresión de 21MPa, 28MPa, 35MPa y 42MPa,
y reforzado con barras de acero N°4 teniendo en cuenta
recubrimientos del 1.5, 2.5 y 3.9 del diámetro de la barra y
finalmente la inclusión de fibras cortas de acero en
porcentajes de 0%, 0.5%, 1.0% y 1.5%.
19
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
En el diseño de diferentes elementos estructurales de
concreto reforzado sometidos comúnmente a esfuerzos de
tracción y flexión, el espaciamiento y la apertura de las
fisuras son un factor relevante, especialmente en la
construcción de tanques para el almacenamiento de agua.
En estudios previos de concreto reforzado con fibras de acero
y sometidos a esfuerzos de tracción se evidencia la
influencia de la calidad de la matriz, así como el tipo y
contenido de fibras en el control de la fisuración del mismo.
Se requiere conocer el comportamiento de estas variables
cuando se trata de concreto reforzado con barras y fibras de
acero simultáneamente.
21
OBJETIVOS
Objetivo general
Evaluar la influencia de la inclusión de fibras cortas de
acero en los patrones de fisuración de elementos prismáticos
de concreto de resistencias de 21, 28, 35 y 42 MPa reforzado
con acero NTC2289 N°4.
Objetivos específicos
• Determinar la influencia de la cuantía volumétrica de
fibra de acero en los patrones de fisuración del concreto
reforzado cuando es solicitado a esfuerzos de tracción.
• Determinar la influencia de la resistencia especificada
a la compresión en concreto reforzado con barras
longitudinales y distinto porcentaje de fibras cortas de
acero en el patrón de fisuración.
• Determinar la influencia del recubrimiento en concreto
reforzado con barras longitudinales y distinto porcentaje de
fibras cortas de acero en el patrón de fisuración.
23
MARCO REFERENCIAL
Antecedentes Teóricos (Estado del Arte)
El ACI (American Concrete Institute) define el concreto
reforzado con fibras (FRC) como concreto hecho a partir de
cementos, agregados finos, agregados gruesos e inclusión de
fibras cortas de acero discontinuas que estarán discreta y
aleatoriamente distribuidas en su masa. Las fibras cortas de
acero se incluyen en el concreto para controlar la fisuración
por retracción, impacto, aumentar la tenacidad del material,
etc., ya que pueden aportar a la capacidad de soporte del
material a mayores cargas antes de colapsar, es decir, que
los elementos de las estructuras, sometidos a una carga y que
presenten fisuración, puedan someterse a más carga sin que
colapsen. (Calavera, 1996)
En la actualidad, el uso de fibras cortas de acero no se ve
solo desde el punto de vista estructural sino que también
aporta al mercado de la construcción, ya que disminuye los
costos operativos puesto que el incremento constante en el
costo del acero y la calidad desmejorada del mismo han
impulsado significativamente el uso de estos concretos
reforzados con fibras cortas de acero.
En empresas lecheras donde el movimiento de la gente y los
animales es continuo, al igual que el agua por el piso en las
salas de ordeño, se presentan falencias de desgaste
superficial y agrietamiento, dichas falencias son atribuibles
a estas condiciones de uso, sumado a que existe una cierta
despreocupación o desconocimiento sobre la importancia de
construir un piso de concreto duradero y definitivo y de cómo
elaborarlo correctamente.
24
En trabajos de grado como el de (Fernandez Lopez, 2012), se
ha trabajado con SFRC, donde el resultado de la
implementación de este material ha garantizado que la
inclusión de fibras cortas de acero reduce el uso de acero de
refuerzo en elementos estructurales de concreto, a su vez que
se minimiza el espesor de estos elementos y por ende han sido
más económicos.
En el trabajo de grado (Tecnologia del concreto II, 2012) se
trabajaron estructuras basadas en SFRC, donde se han
resaltado aspectos importantes en consideración respecto a
cómo se trabajan las distintas mezclas de SFRC tales como:
• En función del tipo de fibras se mejoran en general las
características mecánicas del concreto y la adherencia ya que
las variables en la matriz del concreto influyen en la
ductilidad de la rotura, por lo que debe evitarse que la
fibra se rompa antes de que deslice.
• El incremento de la resistencia a compresión es
prácticamente despreciable e incluso, en algunos casos, puede
llegar a ser negativo. A compresión, la presencia de fibras
en los concretos cambia el comportamiento de una rotura
frágil al de una dúctil.
• En flexotracción la adición de fibras de acero al
concreto aumenta su resistencia y cambia el comportamiento de
rotura frágil al de una rotura dúctil. Los concretos con
fibras de acero, al tener una rotura a flexotracción dúctil,
aumentan mucho la tenacidad e igualmente mejoran de manera
considerable la resistencia a la fatiga.
25
Los concretos con fibras de acero pueden trabajar
estructuralmente, pero no sustituyen al acero convencional en
la mayoría de sus aplicaciones, por ello hablar de concretos
reforzados con fibras de acero es hablar de losas con
concreto reforzado con fibras de acero, valga la redundancia,
porque el uso de fibras es más utilizada hoy en día debido a
las ventajas que ofrece.
La adición de fibras de acero en el concreto contribuye a un
mejor control de la fisuración, ya que mejora la resistencia
residual y la ductilidad, aumenta también las características
mecánicas del mismo. No obstante, en la mayoría de casos es
necesario el refuerzo convencional de acero.
En ese orden de estudios analíticos acerca de la fisuración,
se considera que el comportamiento mecánico del concreto
reforzado presenta cuatro etapas asociadas con la aparición,
formación y distribución de las fisuras en concreto simple.
A continuación se resume la respuesta típica de paneles
sometidos a tracción pura (Gutiérrez, 2010)cuyas barras de
refuerzo se distribuyen de forma homogénea en toda la
probeta.
Durante los primeros pasos de carga el concreto aún no se ha
fisurado y el comportamiento del concreto y el acero es
elástico lineal, como lo muestra el tramo OA de la curva
carga - desplazamiento en la Figura 1.
Muy cerca al punto A de la curva se forma la primera fisura
del concreto, produciendo una redistribución local de los
esfuerzos hasta la aparición casi inmediata de una nueva
fisura. Esta fase corta se denomina etapa de formación de
fisuras.
26
.
Figura 1. Respuesta estructural típica de un elemento de
concreto reforzado sometido a tracción (Gutiérrez, 2010).
En la etapa de fisuración distribuida la aparición de nuevas
fisuras está limitada por la capacidad de transferir
esfuerzos entre el refuerzo y el concreto. Si la adherencia
entre ambos materiales es buena se seguirán formando fisuras
hasta llegar a la denominada condición de saturación, en la
cual se propagan muchas fisuras de poca apertura y de
separación constante.
Cuando el acero alcanza el límite elástico o las barras se
deslizan con respecto al concreto circundante, la apertura de
una de las fisuras (o en ocasiones dos o tres) se impone con
respecto a las demás, definiendo una etapa de fisura
localizada, como lo muestra el tramo BC de la Figura 1. Esta
etapa se extenderá hasta cuando la capacidad del acero de
refuerzo en el rango plástico lo permita.
De todo lo explicado anteriormente se deduce que la manera de
reducir el ancho de fisura es reduciendo la longitud de
27
anclaje necesaria (es decir, reducir la separación media
entre fisuras) para obtener más fisuras, siendo, en
consecuencia, más pequeñas. Las maneras de conseguirlo son
diversas: aumentando la adherencia, disminuyendo el diámetro
de las barras, aumentando la cantidad de acero y reduciendo
la carga liberada en la fisuración.
Las posibilidades de disminuir el diámetro de las barras y
aumentar la cantidad de acero en la práctica son limitadas.
Es por eso que otra posibilidad de conseguir más fisuras, y
más pequeñas, es el uso de fibras de acero. Para entender el
efecto de las fibras en combinación con el armado
convencional, en la Figura 2 se presenta la diferencia en el
proceso de fisuración entre un concreto armado y un concreto
armado reforzado con fibras.
Figura 2. Diferencia entre la fisuración de un concreto con
armado convencional (arriba) y un concreto armado
convencional y fibras de acero (abajo). (Gutiérrez, 2010)
28
En la Figura 2 se observa el resultado que se obtuvo con la
adición de fibras con más fisuras de menor ancho.
Según (Gutiérrez, 2010) las fibras de acero proporcionan una
resistencia post-pico. Después de la fisuración las fibras
cosen las fisuras y transfieren las cargas de un lado a otro.
En la Figura 3 se muestra el diagrama de tensión -deformación
de un elemento de concreto reforzado con fibras.
Figura 3. Elemento de concreto reforzado con fibras
sometido a tracción o flexotracción. (Gutiérrez, 2010)
En el caso de reforzado con fibras, al iniciarse el proceso
de carga el concreto es el que absorbe dicha carga, siendo
mínimo o nulo el trabajo de la fibra durante esta fase. Una
vez el concreto comienza a fisurar las fibras absorben
gradualmente la carga aplicada. Es decir, la tensión del
concreto reforzado con fibras es, como se observa en la
29
Figura 3, la suma de la contribución del concreto con la
contribución de las fibras.
Cuando se alcanza un determinado valor de la deformación se
inicia una fase de descarga en la que el elemento estudiado
aumenta su deformación a una tensión cada vez menor. Esta
fase de descarga representa la pérdida de anclaje entre las
fibras y el concreto, que acaba produciendo un deslizamiento
de la fibra hasta que finalmente se produce la rotura final
del elemento.
Según (Vitt, G. 2003), además del efecto sobre el ancho de
fisura, las fibras de acero también influyen en la geometría
de la fisura de una manera positiva. Habitualmente, las
fibras de acero cosen una fisura en un ángulo no
perpendicular. En consecuencia, la fibra se flexionará con
anchos de fisura pequeños.
El incremento de fricción local producido induce tensiones de
compresión paralelas a la superficie de la fisura y, por
tanto, las tensiones perpendiculares asociadas pueden
conducir a una fisura secundaria (Figura 4).
30
Figura 4. Fisuras secundarias incluidas por la fibra de
acero. (Gutiérrez, 2010)
Este fenómeno hace que las fisuras sean más curvas, pudiendo
detectarse en algunos casos la fragmentación y ramificación
de las mismas.
Ante esta situación se produce un aumento de la resistencia a
la penetración de sustancias, especialmente líquidos, que
puedan ser agresivas.
En otro aspecto, si el contenido de fibra de un SFRC es
suficientemente alto, el comportamiento de endurecimiento por
deformación se puede desarrollar, comportamiento en el que
múltiples grietas estrechamente espaciadas se formarán en el
material compuesto con o sin la presencia de barras de
refuerzo de acero convencional. Esto da lugar a tensiones
posteriores a la fisuración iguales o más grandes que el
agrietamiento por tensión y ductilidad mucho mayor (Chao et
al. 2009).
En la tesis de (Deluce, 2011) hay una serie de observaciones
útiles sobre los efectos de las fibras en el comportamiento
31
de fisuración donde se muestra cómo cambiar el contenido de
fibra de 0% a 1,5% afectó a la separación media de las
grietas.
Figura 5. (Deluce, 2011) Efecto del cambio de tipo de fibra
en la relación espacio de la grieta - deformación del
concreto para las muestras que tienen un contenido de fibra
de 1,5%
32
La Figura 5 muestra cómo la separación media de fisuras se ve
afectada por el cambio del tipo de fibra de RC-80 fibras /
30-BP a Fibras ZP305 (lf = 30 mm, df = 0,55 mm, lf / df = 55)
y RL-45 fibras / 50-BN (lf = 50 mm, df = 1.05 mm, lf / df =
48).
Mediante la inspección de las muestras de los diferentes
tipos de variables se puede observar que un aumento en el
contenido de fibra causa que las grietas tiendan a disminuir
el espaciado porque como el contenido de fibra aumentó, más
fibras estaban disponibles para cubrir las grietas en el
concreto.
Otra observación fue que a medida que aumentaba el número de
fibras permitía al elemento soportar una carga mayor que se
mantenía por las fibras que atravesaban las fisuras, la
fuerza requerida para formar una nueva fisura tenía que ser
lo suficientemente mayor, pero estas grietas eran menos
espaciadas.
Dos excepciones a esta observación ocurrieron: para H-100/20
especímenes para H-150/30 ejemplares, con un contenido de
fibras de 1,0% causado un significante espaciamiento entre
las grietas al ser menos los causados por un contenido de
fibra de 1,5%. Esto era más probable debido a la aleatoriedad
en la conducta de agrietamiento del concreto, o causada por
las fisuras localizadas por aumento del contenido de fibra en
el concreto de estos especímenes.
También pudo observarse que, para la mayoría de los
especímenes, incluso un mínimo contenido de fibra de 0,5%
tenía un efecto significativo en la disminución del espacio
33
del agrietamiento sobre especímenes de concreto sin fibra.
(Deluce, 2011)
El comportamiento axial de las barras de acero embebidas en
la matriz de concreto se representa mediante el modelo de
barra deslizante, que combina un modelo unidimensional
isótropo de plasticidad con ablandamiento (Simón y Hughes,
1998; de Souza, Peric et al., 2008) y una condición de
adherencia entre los resaltos de las barras de acero y el
concreto circundante. Las propiedades mecánicas que describen
al material son el módulo de Young (Ea), el esfuerzo de
fluencia a tracción (σy) y el módulo de endurecimiento (Ha).
Se define como σadh al esfuerzo del acero cuando se pierde la
adherencia con el concreto obtenido de ensayos de
arrancamiento (Gambarova, 1989)
Si la adherencia es perfecta el modelo de barra deslizante
coincide con el modelo de plasticidad con ablandamiento, cuya
etapa inelástica comienza después de alcanzado el esfuerzo de
fluencia del acero, es decir, para σy < σadh, como lo muestra
la Figura 6 (a). En cambio, si la adherencia se pierde antes
de alcanzar el esfuerzo de fluencia, es decir, si σy < σadh,
el modelo de barra deslizante indica que el régimen elástico
está limitado por el esfuerzo σadh, seguido de una etapa de
plasticidad perfecta asociada al deslizamiento de las barras
en la matriz, Figura 6 (b).
34
Figura 6. Relación esfuerzo – deformación uniaxial de los
modelos constitutivos de los materiales componentes: a) modelo
de barra deslizante con adherencia perfecta; b) modelo de la
barra deslizante con pérdida total de adherencia. (Linero
Segrera, Oliver, & Huespe, 2010)
Según (Tiberti, Minelli, & Plizz, 2014), con énfasis en la
influencia de las fibras en cuanto a la formación de grietas
y su desarrollo, un aspecto significativo que investigó fue
las preocupaciones del patrón de la grieta y su evolución en
términos de la separación mínima de grieta que se evaluó
mediante la medición de la distancia mínima entre grietas
visibles en la superficie (en la etapa grieta estabilizada).
Además, la separación mínima de las fisuras en las muestras
(srmin) se calculó como el valor medio de los valores mínimos
medidos de cada muestra individual.
Este último puede ser un parámetro importante ya que se puede
considerar aproximadamente igual a la longitud de transmisión
35
(LT), en la figura (b), SRM se reporta como una función de
mínima separación de las fisuras (srmin).
Figura 7. Crack spacing vs Φ/Peff non-fibrous serie/fibrous series: mean
crack spacing (a), minimum crack spacing (b). (Tiberti, Minelli, & Plizz,
2014)
MATERIALES Y METODOLOGÍA
Materiales
A continuación se hace una breve descripción de cada uno de
los materiales que fueron empleados para la elaboración de
las probetas.
Cemento: Para el concreto se trabajó con cemento Cemex como
se muestra en la Figura 8 el cual tiene como beneficio altas
resistencias iniciales y finales, provee una excelente
durabilidad en ambientes con polución y tiene un buen
desempeño en el terminado. Además, es amigable con el medio
ambiente por su baja huella de carbono. (Cemex)
36
Figura 8. Cemento CEMEX SUPER RESISTENTE. (Cemex)
Grava y Arena (Figura 9): Para la elaboración de las probetas
se utilizó grava con un tamaño máximo nominal de ½” y la
arena de río, provenientes del Guamo, Tolima.
Figura 9. Grava y Arena de Río. (Mancera, 2016)
Fibras cortas de acero: En la matriz de concreto se emplearon
fibras cortas de acero de la marca Dramix de tipo 3D (Figura
10), ya que son las más usadas y comercializadas en Colombia.
Las fibras cortas de acero Dramix ® RL 45/50 BN tienen las
siguientes características:
37
Dramix ® RL 45/50 BN
Longitud (mm) 50.00
Diámetro (mm) 1.05
Resistencia a la tracción
(MPa)
1115
Tabla 1. Ficha técnica Fibras cortas de acero Dramix ® RL 45/50 BN.
(Dramix®;, 2011)
Figura 10. Fibras cortas de acero Dramix ® RL 45/50 BN. (Dramix®;,
2011)
Acero: Como refuerzo de concreto usado en este proyecto donde
las probetas son solicitadas a tracción controlada se usaron
barras corrugadas de acero NTC 2289 como las de la Figura 11.
Las barras tienen una única resistencia a la fluencia mínima,
de 60.000 psi (420 MPa), designada como grado 60 (420).
(INCONTEC, 2007)
38
Figura 11. Barras Corrugadas de acero NTC 2289 (Mancera, 2016)
Dimensionamiento del ensayo:
Con base enensayos previos de laboratorio de pregrado y
resultados de algunos trabajos como el de (Mehta & Monteiro),
se ha encontrado que al usar fibras cortas de acero se debe
garantizar que la distribución sea en todas las direcciones
de la probeta, por lo tanto las secciones determinadas de las
caras de la probeta son constantes y únicamente varia la
posición de la barra para garantizar los distintos
recubrimientos, la longitud de la probeta se determinó con
respecto al espacio de desarrollo del ensayo en la máquina
universal.
En la Figura 12 y 13 se muestra las secciones determinadas para
las probetas:
39
Figura 12. Definición del tamaño de la sección y recubrimiento de la
barra. (Mancera, 2016)
La longitud de la barra se determinó teniendo en cuenta los
60cm de la longitud de la probeta adicionándole 8cm a cada
lado para garantizar el agarre suficiente de las mordazas de
la máquina en la barra.
Figura 13. Definición del diámetro y longitud de la barra. (Mancera,
2016)
La determinación de la cuantía volumétrica de fibras se
definió con respecto a los porcentajes de 0%a 2% que son los
más usados y adecuados para ensayos en concreto cuando el
tamaño máximo nominal del agregado se encuentra alrededor de
los 12,7 mm, en Colombia. Por lo tanto, los porcentajes
escogidos para los especímenes son de 0%, 0.5%, 1% y 1.5%;
40
garantizando a la vez la manejabilidad del concreto y
evitando que en algunas zonas haya mayor o menor
concentración de fibras; en la Figura 14 se muestra la
longitud de las fibras cortas de acero empleadas.
Figura 14. Fibras de acero Dramix 3D. (Dramix®;, 2011)
Diseño de las mezclas:
Se realizó un diseño de mezcla de concreto para cuatro
resistencias especificadas a la compresión de 21 MPa, 28 Mpa,
35 MPa y 42 Mpa; a cada uno de estos diseños se le
adicionaron las cuatro cuantías de fibra de acero definidas
(0%, 0.5%, 1%, 1.5%).
Diseño de mezcla para 21, 28, 35 y 42 MPa:
- La relación agua cemento se determinó por medio de la
Gráfica 1de la (Collepardi, Collepardi, & Troli)
41
Gráfica 1. Relación agua-cemento (w/c). (Collepardi, Collepardi, &
Troli)
21 8,3 29,3cu
ck
F MPa
21 0,6AMPaC
28 8,3 36,3cu
ck
F MPa
28 0,495AMPaC
35 8,3 43,3cu
ck
F MPa
35 0,45AMPaC
42 8,3 50,3cu
ck
F MPa
42 0,38AMPaC
42
- De acuerdo con el slump la cantidad de agua se determinó
por medio de la gráfica del libro (Collepardi,
Collepardi, & Troli)Gráfica 2.
Gráfica 2.Cantidad de agua. (Collepardi, Collepardi, & Troli)
15slump cm
12TM mm
3230 /Agua kg m
- Siendo la cantidad de agua la misma, se determinó la
cantidad de cemento (C) para cada uno de los diseños:
3
21
3
21
230 /
0,6
383,33 /
MPa
MPa
kg mC
C kg m
3
28
3
28
230 /
0,495
465,65 /
MPa
MPa
kg mC
C kg m
43
3
35
3
35
230 /
0,45
511,11 /
MPa
MPa
kg mC
C kg m
3
42
3
42
230 /
0,38
605,26 /
MPa
MPa
kg mC
C kg m
Para determinar el volumen de agregado se partió de la
ecuación I
Donde:
conv: Volumen de concreto
(1 1000 )m l
cv: Volumen del cemento
Av: Volumen del agua
' av: Volumen de aire, (Collepardi, Collepardi, & Troli)
' a con c A av v v v v I
44
Gráfica 3. Volumen de aire. (Collepardi, Collepardi, & Troli)
Donde:
cd: Densidad del cemento
3,15 /kg l
21 MPa:
33
3
383,33 / 1000 230 / (3,58 10)
3,15 /
612,50 /
a
a
kg mv kg m
kg l
v l m
28 MPa:
33
3
464,64 / 1000 230 / (3,58 10)
3,15 /
580,69 /
a
a
kg mv kg m
kg l
v l m
1000 ( ' 10)a
c
cv A a
d
II
45
35 MPa:
33
3
511,11 / 1000 230 / (3,58 10)
3,15 /
572,94 /
a
a
kg mv kg m
kg l
v l m
42 MPa:
33
3
605,26 / 1000 230 / (3,58 10)
3,15 /
543,64 /
a
a
kg mv kg m
kg l
v l m
Posteriormente se calculó la cantidad de grava y arena,
sabiendo que la densidad de la grava utilizada es de 2,6 /kg l
y
la de la arena de 2,1 /kg l
21 MPa:
3
3
3
3
612,50 / 2,6 /
2
796,26 /
612,50 /2,1 /
2
643,125 /
l mGrava kg l
Gava kg m
l mArena kg l
Arena kg m
28 MPa:
3
3
3
3
586,69 / 2,6 /
2
762,71 /
586,69 /2,1 /
2
616,03 /
l mGrava kg l
Gava kg m
l mArena kg l
Arena kg m
46
35 MPa:
3
3
3
3
571,94 / 2,6 /
2
743,52 /
571,94 /2,1 /
2
600,53 /
l mGrava kg l
Gava kg m
l mArena kg l
Arena kg m
42 MPa:
3
3
3
3
543,64 / 2,6 /
2
706,73 /
543,64 /2,1 /
2
570,82 /
l mGrava kg l
Gava kg m
l mArena kg l
Arena kg m
De la Tabla 2 a la Tabla 5 se presenta un resumen de las
dosificaciones calculadas para cada diseño de mezcla.
Dosificación 21 MPa
Agua 3230 /kg m
Cemento 3383,33 /kg m
Grava 3796,26 /kg m
Arena 3643,125 /kg m
Tabla 2. Dosificación de la mezcla de concreto 21 MPa. (Mancera & Rojas,
2016)
Dosificación 28 MPa
Agua 3230 /kg m
Cemento 3464,64 /kg m
Grava 3762,71 /kg m
Arena 3616,03 /kg m
Tabla 3. Dosificación de la mezcla de concreto 28 MPa. (Mancera &
Rojas, 2016)
47
Dosificación 35 MPa
Agua 3230 /kg m
Cemento 3511,11 /kg m
Grava 3743,52 /kg m
Arena 3600,53 /kg m
Tabla 4. Dosificación de la mezcla de concreto 35 MPa. (Mancera & Rojas,
2016)
Dosificación 42 MPa
Agua 3230 /kg m
Cemento 3605,26 /kg m
Grava 3706,73 /kg m
Arena 3570,82 /kg m
Tabla 5. Dosificación de la mezcla de concreto 42 MPa. (Mancera & Rojas,
2016)
Metodología
Ensayos verificación de los diseños de mezcla:
Teniendo en cuenta el diseño de mezcla se elaboraron para
cada resistencia y cada cuantía de fibras 6 cilindros
(testigos) de 4”x 8”, a los cuales se les realizaron ensayos
de compresión para comprobar la resistencia del concreto a
los 28 días, ensayos de módulo de elasticidad y ensayos de
tracción indirecta como se muestra de la Figura 15 a la Figura
22.
48
Figura 15. Material mezcla de
concreto para testigos. (Mancera &
Rojas, 2016)
Figura 16. Fundida de cilindros
testigo de 4”x 8”. (Mancera &
Rojas, 2016)
Figura 17. Camisas para cilindros
de 4”x 8”. (Mancera & Rojas, 2016)
Figura 18. Cilindros testigos 4”x
8” fundidos. (Mancera & Rojas,
2016)
Figura 19. Curado cilindros
testigos fundidos. (Mancera &
Rojas, 2016)
Figura 20. Fallo de testigos en
maquina universal, módulo de
elasticidad. (Mancera & Rojas,
2016)
49
Figura 21. Fallo de testigos en
maquina universal, compresión.
(Mancera & Rojas, 2016)
Figura 22. Fallo de testigos en
maquina universal, tracción
indirecta. (Mancera & Rojas, 2016)
Los resultados obtenidos de los ensayos de los cilindros se muestran
continuación en la Tabla 6.Error! Reference source not found.Error!
Reference source not found.
F`c (MPa) Dosificación Fibras( % )
E (Mpa)
F'c (Mpa)
F't (Mpa)
21
0 35,2 27,5 3,7
0,5 32,5 27,8 3,3
1 33,6 26,5 5,1
1,5 31,6 26,8 4,8
28
0 32,8 29,8 2,4
0,5 45,3 28,5 3,0
1 35,1 29,8 3,9
1,5 37,6 35,6 5,3
35
0 43,9 37,2 2,7
0,5 31,3 38,4 4,1
1 43,7 38,4 5,7
1,5 35,3 37,3 5,4
42
0 54,5 46,4 4,7
0,5 44,3 37,5 3,9
1 46,9 42,4 5,2
1,5 46,5 44,9 5,6 Tabla 6. Resumen resultados ensayos de compresión, módulo elástico y
tracción indirecta de los testigos.
50
Elaboración de las probetas:
Rectificados los diseños de mezcla y las resistencias a la
compresión, se elaboraron 48 vigas por cada resistencia a la
compresión y por cada cuantía volumétrica de fibras. Se
utilizó una formaleta de madera para la fundida de las
probetas como la que se muestra en la Figura 23:
Figura 23. Formaleta para probetas. (Mancera & Rojas, 2016)
Figura 24. Dimensiones promedio de las probetas. (Mancera, 2016)
51
En la Tabla 7 se especifican las variables de la matriz de
concreto y la cantidad de probetas realizadas para cada una
de ellas.
Tabla 7. Cantidad de especímenes para ensayos
a tracción.
Barra F’c
(MPa) Dosificación Fibras( % )
Recubrimiento (mm)
Repeticiones
Numero 4 (12,7
mm)
21
0
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
0,5
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
1
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
1,5
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
28
0
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
0,5
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
1
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
1,5
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
35
0
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
0,5
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
1 1.5db 4
52
2.5db 4
3.9db 4
1,5
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
42
0
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
0,5
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
1
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
1,5
1.5db 4
2.5db 4
3.9db 4
En la Figura 25 se evidencia la elaboración de las probetas y
la homogeneidad de la mezcla de SFRC.
Figura 25. Fundida de probetas. (Mancera & Rojas, 2016)
53
Posterior a la etapa de fraguado de las probetas se prosiguió
con el proceso de curado, el cual se llevó a cabo durante 28
días en condiciones óptimas de acuerdo con las
especificaciones de la NTC 550. En la Figura 26. Etapa de curado
Especímenes. se muestra el proceso de curado llevado a cabo
para todos los especímenes.
Figura 26. Etapa de curado Especímenes. (Mancera & Rojas, 2016)
Después de ser llevadas las probetas a 28 días de curado,
se realizaron ensayos experimentales de tracción directa,
los cuales consistían en aplicar fuerza directamente de
las mordazas de la máquina a la barra de acero que se
encontraba embebida longitudinalmente en la probeta, como
se muestra en laFigura 27.:
54
Figura 27. Colocación de las probetas en la maquina universal.
(Mancera, 2016)
Para el ensayo se elaboró un montaje que permitió tomar
las lecturas de deformación por cada una de las caras de
la probeta, el montaje constaba de dos pletinas metálicas,
donde la probeta era sujetada por medio de ángulos
metálicos, en las pletinas de la parte inferior de la
probeta se derivaban cuatro ángulos metálicos con una
lámina plana en la que se apoya el deformímetro, y en las
pletinas de la parte superior de las probetas se derivan
cuatro varillas las cuales mantienen fija la posición del
deformímetro.
La anterior descripción se puede ver representada en la
Figura 28donde se indica la posición de los deformímetros
utilizados:
55
Figura 28. Montaje para los deformímetros. (Mancera, 2016)
Durante el ensayo en la máquina universal se tomaron los
valores de los cuatro deformímetros con respecto a la
carga que se aplicaba a la probeta en intervalos de 2000 N
aproximadamente.
Figura 29. Montaje para ensayo a tracción. (Mancera, 2016)
Posterior a la falla de las probetas en la máquina universal,
se realizó un levantamiento de los mapas de fisuración que se
56
desarrollaron en cada una de las probetas y por cada una de
las caras como se muestra en la Figura 30. Mapeo de las probetas
para determinar el ancho y separación entre fisuras..
Figura 30. Mapeo de las probetas para determinar el ancho y separación
entre fisuras. (Mancera & Rojas, 2016)
RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
En esta tesis se realizaron ensayos a tracción en probetas de
SFRC, para cuatro resistencias a la compresión y cuatro
cuantías volumétricas de fibra cortas de acero, con el fin de
conocer la influencia de la inclusión de fibras cortas de
acero en los patrones de fisuración de elementos prismáticos
de concreto de resistencias de 21, 28, 35 y 42 MPa reforzado
con acero NTC2289 N°4.
A continuación se muestra cómo la cuantía volumétrica de
fibra de acero, la resistencia especificada a la compresión y
el recubrimiento del acero de refuerzo influenciaron los
patrones de fisuración cuando las probetas fueron sometidas a
esfuerzo de tracción como se muestra en la Figura 29.
57
Figura 31. Montaje ensayo a tracción. (Mancera, 2016)
A continuación se muestran de la Figura 32 a la Figura 35 los
resultados de patrones de fisuración originados para cada una
de las resistencias variando el porcentaje de fibras y con un
solo recubrimiento de la barra.
a)
b)
c)
d)
Figura 32. Falla del concreto de 21 MPa reforzado con una barra de acero
y fibras en distintos porcentajes a) 0%, b) 0.5%, c) 1% y d) 1.5%
(Mancera & Rojas, 2016)
58
a)
b)
c)
d)
Figura 33. Falla del concreto de 28 MPa reforzado con una barra de acero.
(Mancera & Rojas, 2016) y fibras en distintos porcentajes a) 0%, b) 0.5%,
c) 1% y d) 1.5%. (Mancera & Rojas, 2016)
a)
b)
c)
d)
Figura 34. Falla del concreto de 35 MPa reforzado con una barra de acero
y fibras en distintos porcentajes a) 0%, b) 0.5%, c) 1% y d) 1.5%
(Mancera & Rojas, 2016)
59
a)
b)
c)
d)
Figura 35. Falla del concreto de 42 MPa reforzado con una barra de acero
y fibras en distintos porcentajes a) 0%, b) 0.5%, c) 1% y d) 1.5%
(Mancera & Rojas, 2016)
Recopilados todos los datos del levantamiento de fisuras, se
tomaron los datos promedios de separación entre fisuras se
elaboraron grafias y se analizaron. :
- Separación de fisuras en función del porcentaje de
fibras para el recubrimiento de 3.9db.
En la siguiente grafica se va a representar el comportamiento
de la separación media entre fisuras. Un aspecto
significativo que se investigó, fue las preocupaciones del
patrón de la grieta y su evolución en términos de separación
media de las fisuras (Sm). Este último se calculó para cada
muestra como la distancia media entre las grietas. Además,
para cada conjunto de muestras, Sm se calculó promediando Sm
de cada muestra individual.
60
Gráfica 4. Separación de fisuras para probetas con recubrimiento de 3.9db
y porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1% y 1.5%
Para evaluar este factor como patrón de fisuración, se debe
tener en cuenta que la separación de las fisuras externas es
altamente variable según la resistencia a la tracción del
concreto, la integridad de la adherencia de las barras y la
proximidad de fisuras primarias preexistentes, las cuales
tienden a disminuir la tensión de tracción local en el
hormigón, son las principales causas de esta variabilidad de
la separación de las fisuras. (ACI, 1997)
Como resultado se encontró que con el incremento del
porcentaje de fibra la separación entre fisuras disminuye.
Por otra parte, se observó que la inclusión de fibras de
acero evita las roturas frágiles súbitas como sucedió con los
especímenes que tenían cuantía volumétrica de fibras de 0.0
%, la adición de fibras otorga a los especímenes respuesta
post-pico, es decir ductilidad.
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
1.05
0 0.5 1 1.5
S(mm)
SF%
f'c
61
- Ancho de fisuras en función del porcentaje de fibras
para el recubrimiento de 3.9db.
Gráfica 5. Ancho de fisuras para probetas con recubrimiento de 3.9db y
porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1% y 1.5%
En este caso, se encontraron incrementos en el ancho de las
fisuras conforme se aumenta la adición de fibra de acero,
debido que la separación es menor y las fisuras se
concentraron en un solo lugar.
- Relación entre separación y ancho de fisuras en función
del porcentaje de fibras para el recubrimiento de 3.9db.
0.95
1.15
1.35
1.55
1.75
1.95
0 0.5 1 1.5
W(mm)
SF %
f'c
62
Gráfica 6. Relación entre separación y ancho de fisuras para
probetas con recubrimiento de 3.9db y porcentajes de fibra de 0%,
0.5%, 1% y 1.5%
La correlación obtenida entre separación y ancho de fisura
presentada, muestra un comportamiento inversamente
proporcional entre ambos. No obstante, según investigaciones
previas, por medio de los valores del ancho de las fisuras se
puede obtener un valor anticipado para la máxima separación
de las fisuras ya que es alrededor del doble de la separación
media. Es decir, la máxima separación de las fisuras es igual
a aproximadamente cuatro veces el ancho. (ACI, 1997)
- Separación de fisuras en función de la resistencia
especificada a la compresión, para el recubrimiento de
3.9db y porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1% y 1.5%.
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
0 0.5 1 1.5
W/S
SF %
f'c
63
Gráfica 7. Separación de fisuras para probetas con recubrimiento de 3.9db
y porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1% y 1.5% en función de las
resistencias de concreto de 27,5 MPa, 29,8 MPa, 37,2 MPa y 46,4 MPa.
Como resultado de las tendencias previamente analizadas para
separación entre fisuras, es notable que existe una
correlación directa entre el aumento en la cuantía
volumétrica de fibras de acero y la resistencia de
especificada a la compresión, pues en ambos casos al aumentar
ambos, la tendencia es la disminución de la separación entre
fisuras. Lo que indica que, bajo estas condiciones, los
elementos tuvieron una mejor tenacidad en la etapa de
fisuración distribuida.
- Ancho de fisuras en función de la resistencia
especificada a la compresión, para el recubrimiento de
3.9db y porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1% y 1.5%.
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
25 30 35 40 45 50
S(mm)
f'c (MPa)
0% 1 1% 1.5%
Linear (0%) Linear (1) Linear (1%) Linear (1.5%)
64
Gráfica 8. Ancho de fisuras para probetas con recubrimiento de 3.9db y
porcentajes de fibra de 0%, 0.5%, 1% y 1.5% en función de las
resistencias de concreto de 27,5 MPa, 29,8 MPa, 37,2 MPa y 46,4 MPa.
Análogamente, con respecto a la separación, este factor
denominado abertura máxima de fisura dentro de los patrones
de fisuración, también presentó un comportamiento equivalente
al analizado anteriormente. Lo cual revalida la simbiosis
representada en tenacidad, entre la inclusión de fibras de
acero y la resistencia especificada a la compresión del
concreto.
Para este caso, el ancho de fisura para una adición de fibras
es proporcional. Esto se debe a que a mayor recubrimiento, a
mayor proporción de fibras y mayores resistencias, habrá una
mayor concentración de tensiones en la etapa de fisura
localizada. Por lo general, esta etapa se presenta en un
estado de resistencia post-pico, donde se presenta la rotura
final del elemento, además del efecto sobre el ancho de la
fisura.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
25 30 35 40 45 50
W(mm)
f'c (MPa)
0% 0.5% 1% 1.5%
Linear (0%) Linear (0.5%) Linear (1%) Linear (1.5%)
65
- Relación entre separación y ancho de fisuras en función
de la resistencia especificada a la compresión, para el
recubrimiento de 3.9db y porcentajes de fibra de 0%,
0.5%, 1% y 1.5%.
Gráfica 9. Relación entre separación y ancho de fisuras para
probetas con recubrimiento de 3.9db y porcentajes de fibra de
0%, 0.5%, 1% y 1.5% en función de las resistencias de concreto
de 27,5 MPa, 29,8 MPa, 37,2 MPa y 46,4 MPa.
- Relación entre separación y ancho de fisuras en función
del recubrimiento de 1.5db, 2.5db y 3.9db.
En la Figura 42 de evidencia la influencia del recubrimiento
en concreto reforzado con barras longitudinales y distinto
porcentaje de fibras cortas de acero en el patrón de
fisuración.
0
1
2
3
4
5
6
25 30 35 40 45 50
W/S
f'c (MPa)
0% 0.5% 1% 1.5%
Linear (0%) Linear (0.5%) Linear (1%) Linear (1.5%)
66
A medida que el recubrimiento aumenta en los especímenes, la separación y
el ancho de las fisuras aumenta, por esta razón la longitud de desarrollo
para las fisuras tiende aumentar y el ancho se concentra en un solo
lugar, es decir el espécimen puede soportar mayores cargas cuando el
recubrimiento es mayor y su ductilidad mejora con el aumento en el
porcentaje de fibras cortas de acero.
CONCLUSIONES
- Se encontró que un incremento en el contenido de fibra
tiende a disminuir la separación media entre las fisuras
primarias, debido al aumento del número de fibras que
estaban disponibles para transmitir la carga a través de
las fisuras, lo cual se puede representar como una
matriz de cocido que impide que el desarrollo de la
grieta en el concreto conlleve a una falla frágil.
Gráfica 10. Relación entre separación y ancho de fisuras en función del
recubrimiento de 1.5db, 2.5db y de 3.9db.
1
1.5
2
2.5
3
3.5
15 20 25 30 35 40 45 50 55
W/S
Recubrimiento
(mm)
f'c Poly. (f'c)
67
- Las fisuras son uno de los síntomas patológicos más
importantes del comportamiento en servicio de las
estructuras de concreto. No son más que roturas que
aparecen en el concreto como consecuencia de la
aparición de esfuerzos que superan la capacidad
resistente del material. El objetivo fundamental del
diseño y la construcción de estructuras de concreto
debería ser minimizar y/o controlar la fisuración. Por
esta razón este trabajo se centró en el análisis y la
influencia de las variables constitutivas del SFRC en
los patrones de fisuración para elementos prismáticos de
concreto reforzado con barras de acero No y adición de
fibras de acero
- Las anchuras máximas de las fisuras transversales en los
especímenes reforzados con fibras exhibidas, tuvieron un
incremento significativo en función al incremento de
adición volumétrica de fibras. Esto es porque una vez el
acero alcanza el límite elástico o las barras se
deslizan con respecto al concreto circundante, la
apertura de una de las fisuras (o en ocasiones dos o
tres) se impone con respecto a las demás, definiendo una
etapa de fisura localizada, y en efecto la capacidad de
las fibras para cerrar las grietas comenzaron a
disminuir como se evidencia en las figuras 32, 33, 34 y
35 Esta etapa se prolongó hasta cuando la capacidad del
acero de refuerzo en el rango plástico lo permitió, en
algunos casos se reportó la rotura de esta.
- Se pudo evidenciar que la adición de fibras otorga a los
especímenes mayor ductilidad, ya que la inclusión de
fibras de acero evita las roturas frágiles súbitas como
68
sucedió con los especímenes que tenían cuantía
volumétrica de fibras de 0.0 %.
- Se puede reducir el número de fisuras visibles para una
fuerza de tracción dada simplemente aumentando el
recubrimiento de hormigón. Al haber mayor recubrimiento
un mayor porcentaje de las fisuras permanecerán como
fisuras internas para un nivel dado de fuerza de
tracción. Sin embargo, al aumentar el recubrimiento
aumenta el ancho de las fisuras visibles, lo cual es
evidente en las probetas con recubrimientos de 3.9 db
respecto a los de 2.5 db y los de 1.5 db.
RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar en este tipo de investigaciones de
patrones de fisuración en SFRC, la implementación de strain
gaugues en los ensayos a tracción, ya que el uso de
deformímetros limita la toma de datos por su corto recorrido.
Se recomienda realizar ensayos bajo las mismas condiciones
para complementar los ensayos anteriores variando los
diámetros del refuerzo longitudinal y la sección de las
probetas con el fin de determinar la influencia que tienen
estas variables en los patrones fe fisuración de SFRC.
69
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