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 Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil Part of the Civil Engineering Commons 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 This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Civil by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].

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Page 1: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil

Part of the Civil Engineering Commons

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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Page 2: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 3: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 4: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 5: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a
Page 6: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 7: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 8: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 9: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a
Page 10: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 11: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 12: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 13: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 14: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 15: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

14

Gráfica 10. Relación entre separación y ancho de fisuras

en función del recubrimiento de 1.5db, 2.5db y de 3.9db. ... 66

Page 16: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 17: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 18: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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%.

Page 19: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a
Page 20: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 21: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a
Page 22: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 23: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a
Page 24: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 25: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 26: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 27: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 28: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 29: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 30: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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).

Page 31: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 32: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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%

Page 33: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 34: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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).

Page 35: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 36: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 37: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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:

Page 38: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 39: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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:

Page 40: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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%;

Page 41: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 42: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 43: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 44: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 45: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 46: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 47: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 48: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 49: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 50: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 51: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 52: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 53: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 54: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.:

Page 55: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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:

Page 56: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 57: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 58: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 59: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 60: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 61: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 62: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 63: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 64: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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%)

Page 65: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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%)

Page 66: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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%)

Page 67: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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)

Page 68: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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

Page 69: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

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.

Page 70: Separación de fisuras en elementos de SRFC solicitados a

69

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