tesis resÚmen

FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

Tesis de grado para optar el título profesional de Ingeniero Civil Denominado:

Proyecto De Investigación

EVALUACIÓN COMPARATIVA DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y A FLEXIÓN DEL CONCRETO

CONVENCIONAL, CONCRETO CON FIBRA DE ACERO SIKAFIBER CHO 80/60 NB, Y CONCRETO CON FIBRA

SINTÉTICA SIKAFIBER FORCE PP/PE-700/55

AUTOR PEDRO RAMÓN PATAZCA ROJAS

JORGE EMHILSSEN TAFUR BUSTAMANTE

ASESOR ING. CIVIL MANUEL A. BORJA SUAREZ

Chiclayo - Perú. 2013

ii

RESÚMEN

El presente proyecto de investigación procede su desarrollo a través del estudio

comparativo de tres tipos de concreto: concreto convencional, normal o patrón

(CP), concreto con fibra de acero Sikafiber CHO 80/60 NB (CP+FA) y concreto

con fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55 (CP+FS); a una resistencia de

diseño f’c 210 kg/cm2, de las cuales se realizaron sus respectivos ensayos a

compresión y a flexión (incluyendo absorción de energía) en relación a las normas

técnicas peruanas correspondientes.

Se evaluó el concreto: en su estado fresco teniendo en consideración una

adecuada trabajabilidad, y en su estado endurecido, su resistencia y tenacidad.

Teniendo como factor influyente la forma y tiempo de curado (aplicación de aditivo

curador de concreto Sika Antisol S).

UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPÁN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL TESIS DE INVESTIGACIÓN

3

1.

2. EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

2.1. Descripción de la realidad problemática

En las últimas décadas, el empleo de concreto reforzado con fibras se

está generalizando en el mundo de la construcción a escala internacional.

Ya es habitual ejecutar con este material obras de soleras y

pavimentaciones industriales, concretos proyectados para el

sostenimiento de túneles, taludes y ejecución de piscinas, concretos

prefabricados, etc.

Actualmente en el Perú, en los últimos años, el uso de fibras en el

concreto recién se está dando a conocer y por ende se ha vuelto una

nueva tecnología de aplicación, empresas del sector aditivos y concretos

premezclados están tomando la iniciativa para la promoción de su uso

para su aplicación en el campo de las construcciones industriales y

minería, respetando detalladamente las aplicaciones de su uso.

Sin embargo la aplicación en menor escala tales como edificaciones y

obras menores es muy escasa, y tras el avance de mejorar las estructuras

en relación al menor tiempo, mejor facilidad de aplicación y mayor

productividad (concretos resistentes con menor porcentaje de acero,

menores tiempos y formas de curado, etc.) son motivos de estudio, en

tales condiciones de zona y facilidades para la presente investigación.

Con el presente tema de investigación se pretende dar una visión global

de las ventajas y aplicaciones de los concretos reforzados con fibras

de acero y sintéticas presente en el mercado nacional, así como los

métodos de ensayo y fórmulas de cálculo, con el objetivo de contribuir

a estandarizar su empleo.


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2.2. Formulación de la pregunta de investigación

¿En qué manera influye la incorporación de fibra de acero Sikafiber CHO

80/60 NB y la incorporación de fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-

700/55 en el comportamiento del concreto convencional?

2.3. Justificación e importancia de la investigación

El concreto con fibra ha venido revolucionando el mercado, actúa de

manera estructural. Debido a la adición de fibra mejoran sus

características de tenacidad, control de fisuración y resistencia a flexión y

resistencia a compresión.

Además son especialmente adecuados para sobrellevar acciones

dinámicas y prevenir situaciones donde se requiere el control de los

procesos de fisuración, ya que cosen las fisuras del concreto formando un

“puente” entre los agregados gruesos, llevando al concreto a un

comportamiento dúctil luego de la fisuración inicial evitando así la fractura

frágil. El aumento de la tenacidad es una de las características más

apreciadas del concreto reforzado con fibra.

2.4. Objetivos de la investigación

2.4.1. Objetivo general

Evaluar y comparar la resistencia a compresión y a flexión del

concreto convencional, concreto con fibra de acero Sikafiber CHO

80/60 NB, y concreto con fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55


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2.4.2. Objetivos específicos

Elaborar un diseño de mezcla de concreto convencional de

resistencia a la compresión de diseño f’c = 210 kg/cm2 usando

cemento adicionado (Pacasmayo Extra Forte ICo), piedra

chancada de tamaño máximo nominal (TMN) de 3/4", arena fina

(arena amarilla), agua, sin incorporación de aire.

Elaborar muestras (de acuerdo a los ensayos a realizar) de

concreto convencional y concreto con fibras (acero y sintética)

de proporción en relación a sus hojas técnicas de cada

producto.

Evaluar la trabajabilidad del concreto convencional y del

concreto con fibra incorporada

Acondicionar muestras de concreto endurecido curadas en

laboratorio y sin curar. Para el curado del concreto se propone

el uso del aditivo Sika Antisol S en proporción a su hoja técnica

del producto.

Evaluar la resistencia a compresión y a flexión (incluyendo

absorción de energía) del concreto convencional y del concreto

con fibra incorporada a los 7, 14 y 28 días.

Comparar con cuales de las dos fibras (acero y sintética) se

obtiene mejor resistencia a compresión


obtiene mejor resistencia a flexión.


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obtiene mejor tenacidad (absorción de energía)

2.5. Alcance y limitaciones de la investigación

Para la elaboración de las muestras de concreto se emplearon agregados

(fino y grueso) que cumplieron con los requisitos técnicos empleados en

las NTP. Se tuvo en cuenta el origen de procedencia de los agregados

(cantera y chancadora). De las cuales se optó el uso de piedra chancada

de TMN de 3/4", debido a los factores de economía y uso estructural,

generalmente empleado en obras de infraestructura en la zona

(Departamento de Lambayeque)

Se utilizó agregado fino de la cantera La Victoria – Pátapo y agregado

grueso de la chancadora Piedra Azul - Ferreñafe

Así mismo se optó el uso de cemento portland modificado Pacasmayo

Extra Forte ICo, debido a uso general sobre las estructuras de concreto en

la zona.

En relación a los especímenes de concreto, se optó como adecuada

alternativa experimental el uso de 3 especímenes de concreto por variable

a realizar, de las cuales 2 especímenes fueron curados tipo laboratorio, y

un espécimen no se curó, con el fin de representar la realidad

problemática que se presenta en la ejecución de las infraestructuras reales

Se propone el uso del aditivo curador de concreto Sika Antisol S como

medio de investigación en la toma de datos, simulando la realidad de la

zona.


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2. MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes de otras investigaciones

En el año 2007, Vanesa Corcino Albornoz, estudiante de la

Universidad Ricardo Palma (PERÚ) hizo un “Estudio comparativo

de concreto simple y reforzado con fibras de acero DRAMIX Y

WIRAND, empleando cemento andino tipo V”, como tesis para optar

el título de ingeniero civil.

En este informe se trató exclusivamente de la incorporación de

fibras de acero en el concreto, utilizando cemento andino tipo V, los

cálculos y resultados fueron comparados con resultados obtenidos

del concreto patrón (dosificación de fibra de acero 0 kg/cm2).

En el año 2009, los estudios realizados por los ingenieros de la

universidad norteamericana de Michigan han demostrado e ideado

una nueva técnica que mejora significativamente la resistencia de

edificios altos construidos con concreto en caso de terremoto.

Se trata de mezclar fibra de acero con el concreto que se usa como

base para fabricar las vigas de acoplamiento que después forman

parte de un edificio.


8

Así mismo en el año 2010 el estudiante Tito Andreas Galleguillos

Caro de la Universidad de Chile realizó la siguiente investigación

para optar al título de ingeniero civil: “Modelamiento de vigas de

hormigón con fibras de acero”.

Este trabajo valida un modelo de interacción flexión–corte en vigas

de concreto armado con adición de fibras de acero. Estas fibras son

incorporadas en la mezcla del concreto, y su principal ventaja radica

en un incremento en la ductilidad de los elementos, lo cual

contribuye a disminuir los refuerzos tradicionales de barras de acero

(longitudinales y estribos).

Un estudio similar se realizó en el año 2010 en la ciudad de Madrid

– España por Patricia Cristina Mármol Salazar llamado “Hormigón

con fibras de acero, características mecánicas”. Este trabajo

presenta en sus dos primeros capítulos una introducción al

conocimiento de 3 tipos de concretos con fibras más usados: acero,

vidrio y polipropileno. posteriormente se ha hecho una recopilación

de ensayos obtenidos de fuentes de investigación y de tesis

doctorales donde se ha hecho una comparación entre sus

diferentes autores, tratando exclusivamente las características

mecánicas del concreto con fibras de acero.

En el año 2011, Aleksey Beresovsky De las Casas, estudiante de la

Pontificia Universidad Católica del Perú realizó el presente tema de

investigación para optar el título profesional de ingeniero civil

denominado: “Estudio experimental del comportamiento por

desempeño de concreto lanzado reforzado con fibras metálicas”.


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2.2. Desarrollo de la temática correspondiente al tema investigado (Bases

teórico – científica)

2.2.1. Fibras

Clasificación de las fibras

Las fibras como refuerzo secundario para concreto en general pueden

clasificarse según diferentes consideraciones, hoy en día se emplean

principalmente dos tipos de clasificación, así:

Por material

Fibras metálicas, Secciones discretas de metal que tienen una

relación de aspecto (relación entre la longitud y el diámetro) que va

desde 20 hasta 100. Estas fibras son de acero (en general de bajo

contenido de carbón).

Fibras sintéticas, Secciones discretas que se distribuyen

aleatoriamente dentro del concreto que pueden estar compuestas

por Acrílico, Carbón, Polipropileno, Poliestileno, Nylon, Poliéster,

etc.

Fibras de vidrio, Secciones discretas de fibra de vidrio resistentes al

álcali.

Fibras naturales, Secciones discretas de origen como coco, sisal,

madera, caña de azúcar, yute, bambú, etc. Cuyos diámetros varían

entre 0.5 y 0.2 mm, con valores de absorción superiores al 12%


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Por funcionalidad, geometría y dosificación

Microfibras, Estas fibras están destinadas a evitar la fisuración del

concreto en estado fresco o antes de las 24 horas. Se dosifican en

el concreto para volúmenes de entre 0.03% a 0.15% del mismo. Las

más frecuentes son las fibras en polipropileno (Tipo Sikafiber AD)

cuya dosificación en peso oscila entre 0.3 a 1.2 kg/m3 de concreto.

Estas fibras tienen diámetros entre 0.023 mm a 0.050 mm, pueden

ser monofilamento o fibriladas.

Las microfibras al tener diámetros tan pequeños se califican con un

parámetro denominado Denier. Denieres el peso en gramos de

9000 metros de una sola fibra.

Macrofibras

Estas fibras están destinadas a prevenir la fisuración en estado

endurecido, a reducir el ancho de la fisura si ésta se presenta y a

permitir el adecuado funcionamiento de la estructura fisurada. Las

dosificaciones más frecuentes oscilan entre 0.2% a 0.8% del

volumen del concreto. Las macrofibras más usadas son las

sintéticas y las metálicas cuyos diámetros varían entre 0.05 mm a

2.00 mm. La relación de aspecto (L/d) de las macrofibras varía

entre 20 a 100.

Las macrofibras pueden ser metálicas (Tipo Sikafiber CHO 80/60),

sintéticas (Tipo Sikafiber FORCE PP/PE-700/55) o naturales.

Las macrofibras actúan en estado endurecido, es decir antes de las

24 horas no tienen mayor efecto.


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En conclusión:

Sikafiber CHO 80/60 NB

Son fibras de acero trefilado de alta calidad para reforzamiento del

concreto usado en losas de concreto tradicional e industriales y

elementos de concreto pre-fabricado, especialmente encoladas

(pegadas) para facilitar la homogenización en el concreto durante el

mezclado, evitando la aglomeración de las fibras individuales.

Sikafiber CHO 80/60 NB son fibras de acero de alta relación longitud /

diámetro (l/d) lo que permite un alto rendimiento con menor cantidad

de fibra.

Fibras de acero Sikafiber CHO 80/60 NB


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Sikafiber Force PP/PE-700/55

Es una fibra macro sintética de alta densidad diseñada y usada para

el refuerzo secundario de concreto, es fabricada a partir de

polipropileno virgen y polímeros de alto desempeño y deformadas

mecánicamente, de cuerpo circular para maximizar el anclaje en el

concreto y evitar la pérdida excesiva cuando se proyecta (Shotcrete),

altamente orientada a permitir un área de contacto de mayor superficie

dentro del concreto, lo que resulta en una mayor unión interfacial y

eficiencia de la resistencia de la flexión. Sikafiber Force PP/PE-

700/55 específicamente diseñada y fabricada en una instalación

certificada bajo la norma ISO 9001:2000 para ser usada como

refuerzo secundario de concreto a una tasa de adición mínima de 2

kg por metro cúbico. Cumple con la norma ASTM C 1116/C 1116 M,

concreto Tipo III reforzado con fibra y con la norma Europea EN-

14889-2 como clase II.

Fibras sintéticas Sikafiber Force PP/PE-700/55


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2.2.2. Cemento Portland

2.2.2.1. Cemento Pacasmayo Extra Forte ICo

El cemento Extra forte ICo es un cemento de uso general

recomendado para columnas, vigas, losas, cimentaciones y otras

obras que no se encuentren en ambientes húmedos-salitrosos.

Este cemento contiene adiciones especialmente seleccionadas y

formuladas que le brindan buena resistencia a la compresión,

mejor maleabilidad y moderado calor de hidratación.

2.2.3. Agregado fino

Se define como agregado fino a aquel proveniente de la

desintegración natural o artificial de las rocas, que pasa el tamiz Nro 4

y queda retenido en la malla N° 200, y cumple con los límites

establecidos en las normas NTP 400.037 O ASTM C - 33.

2.2.4. Agregado grueso

Se define como agregado grueso a aquel proveniente de la

desintegración natural o artificial de las rocas, retenida en el tamiz

4,75 mm (Nro. 4) y que cumple con los límites establecidos en la

norma N.T.P. 400.037 Ó ASTM C - 33.


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2.2.5. El agua

Cuando el agua de uso previsto es potable, cabe suponer en principio

que sus características físico-químicas son adecuadas para hacer

concreto, excepto por la posibilidad de que contenga alguna sustancia

saborizante, lo cual puede detectarse fácilmente al probarla. Así, por

ejemplo, si considera que el agua es clara, y no tiene sabor dulce,

amargo o salobre, puede ser usada como agua de mezclado o de

curado para concreto, sin necesidad de mayores pruebas.

2.2.6. Aditivo curador de concreto

2.2.6.1. Sika Antisol S

Es una emulsión líquida que cuando es aplicada con un

pulverizador sobre concreto fresco desarrolla una película

impermeable y sellante de naturaleza micro cristalino. Asegura

una protección perfecta al concreto después que el cemento ha

reaccionado positivamente.

Uso

Sika Antisol S ofrece una protección durable y consistente del

concreto fresco contra una evaporación demasiado rápida debido

a la acción del sol y viento, por lo tanto previene el desarrollo de

fisuras superficiales en la mezcla de cemento en proceso de

endurecimiento.

Es especialmente apropiado para el tratamiento de superficies

verticales donde la previsión es realizada para la posterior

protección de la estructura sin efectos negativos.


15

3.

4. MARCO METODOLÓGICO

4.1. Tipo de investigación

Investigación experimental: Es aquella investigación en que la hipótesis

se verifica mediante la manipulación “deliberada” por parte del investigador

de las variables.

4.2. Diseño de la investigación

Investigación de laboratorio o experimental: Esta investigación se

presenta mediante la manipulación de una variable no comprobada, en

condiciones rigurosamente controladas, con el fin de escribir de qué modo

y por qué causa se produce una situación o acontecimiento particular.

4.3. Población y muestra

4.3.1. Población

La población destinada para esta investigación fueron cilindros de

concreto ensayadas según NTP 339.034:2008 equivalente al ASTM

C–39, vigas de concreto ensayadas según la NTP 339.078:2012

equivalente al ASTM C-78, y paneles circulares según la NTP

339.206:2007 equivalente al ASTM C-1550


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4.3.2. Muestra

El número de muestras para esta investigación está determinado por

las siguientes variables:

Resistencia de diseño del concreto = 210 kg/cm2

Tamaño Máximo Nominal del agregado grueso = 3/4"

Tiempo de rotura de los especímenes = 7, 14 y 28 días

Dosificación de fibras = 3 dosificaciones por tipo de fibra en

relación a sus especificaciones técnicas:

Dosis-Nomenclatura. Fibra de acero Sikafiber CHO 80/60 NB

Dosis Proporción Nomenclatura

1 15 kg/m3 CP+FA1

2 27.5 kg/m3 CP+FA2

3 45 kg/m3 CP+FA3

Dosis-Nomenclatura. Fibra sintética Sikafiber Force PP/PE –

700/55

Dosis Proporción Nomenclatura

1 2 kg/m3 CP+FS1

2 5 kg/m3 CP+FS2

3 8 kg/m3 CP+FS3

Numero de muestras a diseñar por cada variable = 3

especímenes (2 serán curados en laboratorio y 1 será sin curar)

Tipo de curado = Aplicación de aditivo curador de concreto

Sika Antisol S, proporción en relación a sus especificaciones

técnicas


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Se elaboró y ensayó un total de 189 muestras de concreto en la

siguiente distribución:

63 muestras corresponden a muestras cilíndricas de 30 cm de

largo y 15 cm de diámetro

63 muestras corresponden a muestras prismáticas en formas

de vigas de 6” de ancho, 6” de altura y 21” de longitud

63 muestras corresponden a muestras cilíndricas en forma de

losas de 7.5 cm de espesor y 80 cm de diámetro

4.4. Hipótesis

4.4.1. Hipótesis especificas

Debido a que la formulación de la hipótesis es correlacional

(especifican la relación entre dos o más variables) se formulan

hipótesis específicas, las cuales en relación a sus resultados

obtenidos (al ser experimentados) se concluye:

Hipótesis especificas

Contraste

de la

hipótesis

Si incorporamos al concreto convencional, fibra de acero Sikafiber

CHO 80/60 NB, y fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55

entonces aumentaremos su resistencia a compresión

RECHAZO



entonces aumentaremos su resistencia a flexión

ACEPTA



entonces aumentaremos su resistencia a flexión en relación a su

tenacidad (Absorción de energía)

ACEPTA


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4.5. Variables e indicadores

Variables independientes

o Concreto convencional (concreto patrón)

o Fibra de acero Sikafiber CHO 80/60 NB

o Fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55

Variables dependientes

o Resistencia a compresión del concreto (kg/cm2)

o Resistencia a flexión del concreto (kg/cm2)

o Resistencia a flexión del concreto con fibra de refuerzo

expresada como la absorción de energía (Joule)

Variables intervinientes

o Trabajabilidad del concreto (slump)

o Resistencia de diseño del concreto f´c = 210 kg/cm2

Indicadores

o Cemento modificado Pacasmayo Extra Forte ICo

o Tamaño máximo nominal del agregado grueso (Piedra

chancada de 3/4")

o Tipo y tiempo de curado (Sika Antisol S)


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4.6. Métodos y técnicas de investigación

Norma técnica peruana NTP - HORMIGÓN Y PRODUCTOS DE

HORMIGÓN

NTP 339.034:2008 hormigón (concreto), “Método de ensayo

normalizado para la determinación de la resistencia a la compresión

del concreto, en muestras cilíndricas. 3a. ed.” (ASTM C-39)

NTP 339.078:2012 hormigón (concreto), “Método de ensayo para

determinar la resistencia a la flexión del concreto en vigas

simplemente apoyadas con cargas a los tercios del tramo. 3a. ed.”

(ASTM C-78)

NTP 339.206:2007 hormigón (concreto), “Método de ensayo

estándar para determinación de la resistencia a la flexión del

concreto con fibras de refuerzo (usando cargas centrales alrededor

de un panel).”(ASTM C-1550)


20

4.6.1. Agregados fino y grueso

A. NTP 400.012:2013 AGREGADOS. Análisis granulométrico

del agregado fino, grueso y global. 3ra Ed.

El ensayo se realizó con las indicaciones de la norma

ASTM C136 y la NTP 400.012. Mediante este método se

obtiene la granulometría de los agregados al ser tamizados

por las mallas normalizadas.

El objetivo del ensayo es el de trazar la curva granulométrica, y

a partir de ello determinar el Tamaño Máximo Nominal para el

caso del agregado grueso y el Módulo de Fineza para el caso

del agregado fino.

B. NTP 400.021:2002 AGREGADOS. Método de ensayo

normalizado para el peso específico y absorción del

agregado grueso. 2da Ed.

Para el caso del agregado grueso el ensayo se realizó con las

indicaciones de la norma ASTM C127 y la NTP 400.021.

Resumen del método: Una muestra de agregado se sumerge

en agua por 24 h aproximadamente para llenar los poros

esencialmente. Luego se retira el agua, se seca el agua de la

superficie de las partículas, y se pesa. La muestra se pesa

posteriormente mientras es sumergida en agua. Finalmente la

muestra es secada al horno y se pesa una tercera vez. Usando

los pesos así obtenidos y formulas en este ensayo, es posible

calcular tres tipos de peso específico y de absorción.


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C. NTP 400.022:2002 AGREGADOS. Método de ensayo

normalizado para el peso específico y absorción del

agregado fino. 2da Ed.

Para el caso del agregado fino el ensayo se realizó con las

indicaciones de la norma ASTM C128 y NTP 400.022.

Esta NTP se aplica para determinar el peso específico seco, el

peso especifico saturado con superficie seca, el peso específico

aparente y la absorción (después de las 24 horas) del agregado

fino.

D. NTP 339.185: 2002 AGREGADOS Contenido de humedad

total de agregado por secado

El ensayo se realizó con las indicaciones de la norma

ASTM C566 y NTP 339.185

Es la relación entre el peso del agua contenida en la

muestra y el peso de la muestra secada al horno

expresado en porcentaje.

E. NTP 400.017: 2011 AGREGADOS. Método de ensayo para

determinar la masa por unidad de volumen o densidad

("peso unitario") y los vacíos en los agregados. 3a. ed.

El ensayo se realizó con las indicaciones de la norma ASTM

C29 y la NTP 400.017.

Este método de ensayo cubre la determinación del peso

unitario suelto o compactado y el cálculo de vacios en el

agregado fino, grueso o en una mezcla de ambos.


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4.6.2. Concreto Fresco

A. NTP 339.046:2008. (revisada el 2013) HORMIGON

(CONCRETO). Método de ensayo para determinar la

densidad (peso unitario), rendimiento y contenido de aire

(método gravimétrico) del hormigón (concreto). 2a. ed.

Peso unitario

Consiste en determinar el peso de un volumen conocido de

concreto fresco, compactado en forma normalizada

B. NTP 339.035:2009 HORMIGON Método de ensayo para la

medición del asentamiento del hormigón con el cono de

Abrams. 3ra Ed.

Resumen del método: Se coloca una muestra del concreto

fresco compactada y varillada en un molde de forma de cono

trunco, el molde es elevado permitiendo al concreto

desplazarse hacia abajo. La distancia entre la posición inicial y

la desplazada, medida en el centro de la superficie superior del

concreto, se reporta como el asentamiento del concreto.

4.6.3. Diseño de mezclas (método del ACI)

El método ACI es utilizado para elaborar diseños de mezcla de

concreto con agregados que cumplan las normas

correspondientes, hecho que no siempre se da en nuestro

medio, ya que los agregados utilizados no se encuentran

completamente limpios; ni tampoco se cuenta con unas

granulometrías correctas.


23

Es por esta causa que en general el método ACI nos da

mezclas más secas de lo previsto y pedregosas, pero

afortunadamente existen correcciones, las cuales no sólo son

de agua, sino también de agregados.

4.6.4. Elaboración y ensayo de las muestras de concreto:

4.6.4.1. NTP 339.033. 2009. HORMIGÓN (CONCRETO). Práctica

normalizada para la elaboración y curado de especímenes de

concreto en campo

El concreto utilizado para elaborar especímenes moldeados debe

ser muestreado después de que hayan sido hechos todos los

ajustes in situ de la dosificación de la mezcla, incluyendo la

incorporación de agua de mezclado y aditivos.

4.6.4.2. NTP 339.0342008. HORMIGÓN (CONCRETO). Método de

ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a

la compresión del concreto, en muestras cilíndricas

El método consiste en aplicar una carga de compresión axial a los

cilindros moldeados o extracciones diamantinas a una velocidad

normalizada en un rango prescrito mientras ocurre la falla. La

resistencia a la compresión de la probeta es calculada por

división de la carga máxima alcanzada durante el ensayo, entre el

área de la sección recta de la probeta.


24

4.6.4.3. NTP 339.078 2012. CONCRETO. Método de ensayo para

determinar la resistencia a la flexión del concreto en vigas

simplemente apoyadas con cargas a los tercios del tramo

Este método de ensayo consiste en aplicar una carga en los

tercios de la luz de la viga hasta que ocurra la falla. El módulo de

rotura se calculará, según la ubicación de la falla: dentro del

tercio medio o a una distancia de éste no mayor del 5 % de la luz

libre.

4.6.4.4. NTP 339.206 2007. HORMIGÓN (CONCRETO). Método de

ensayo estándar para la determinación de la resistencia a la

flexión del concreto con fibras de refuerzo (usando cargas

centrales alrededor de un panel)

Esta Norma Técnica Peruana se aplica para la determinación de

la resistencia a la flexión del concreto con fibras de refuerzo

(usando cargas centrales alrededor de un panel).

SÍNTESIS DEL MÉTODO DE ENSAYO

Los paneles circulares moldeados de concreto con fibras de

refuerzo o concreto proyectado con fibras de refuerzo están

sujetados a un punto de carga central mientras están soportados

por tres pivotes simétricamente dispuestos. La carga es aplicada

a través de un pistón de acero con terminal semi-esférico cuyo

desplazamiento se efectúa una velocidad prescrita. La carga y la

deflexión son registradas simultáneamente sobre una deflexión

central especificada. La energía absorbida por el panel sobre una

deflexión central especificada es representativa de la resistencia a

la flexión del panel de concreto con fibras de refuerzo.


25

4.7. Materiales equipos y herramientas utilizados

4.7.1. Materiales

Agregados.

Cemento portland modificado Pacasmayo Extra Forte ICo

Agua

Fibra de acero Sikafiber CHO 40/60 NB

Fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55

4.7.2. Herramientas

Moldes cilíndricos de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura.

NTP 339.034:2008

Moldes rectangulares de 6” de lados, por 21” de longitud

(6”x6”x21”). NTP 339.078:2012.

Moldes circulares de 80 cm de diámetro por 7.5 cm de altura.

NTP 339.206:2012

Herramientas diversas empleadas en la elaboración de

muestras de concreto y ensayo de materiales (tamices, picotas,

horno, taras, etc.)

4.7.3. Equipos

Máquina de rotura de testigos de concreto a compresión

Máquina de rotura de testigos de concreto a dos tercios a

flexión

Máquina de determinación de absorción de energía de concreto


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5. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

5.1. DISEÑO DE MEZCLAS

Resumen de diseño de mezcla – concreto patrón f´c = 210 kg/cm2


27

5.2. CONCRETO FRESCO: Peso unitario y asentamiento

Relación de peso unitarios y slump obtenidos

PU (Kg/m3) SLUMP (pulg)

CP 2375 4.0”

CP+FA1 2383 4.0”

CP+FA2 2392 3.0”

CP+FA3 2404 2.0”

CP+FS1 2408 4.0”

CP+FS2 2368 3.5”

CP+FS3 2348 3.0”

5.3. CONCRETO ENDURECIDO:

5.3.1. Ensayo normalizado para la determinación de la resistencia a la

compresión del concreto, en muestras cilíndricas. NTP 339.034

2008

Resultados de fć Concreto Patrón

Se planteó una resistencia de diseño fć = 210 kg/cm2, de la cual se

incrementó un factor de seguridad de + 54 kg/cm2 fćr = 264 kg/cm2

(teórico). Posteriormente al ensayar el concreto patrón real a los 28

días se obtuvo una resistencia fć =228 kg/cm2, la cual se utilizó como

base de comparación con los resultados obtenidos del concreto

incorporado con fibras.


28

Resultados de f´c CP + Fibra de Acero

Resultados de f´c CP + Fibra Sintética


29

Resistencia a la compresión CP vs CP+FA1 vs CP+FS1



72%

100%

68%

98%

71%

78%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

CP+FS1 - Curado

CP+FS1 - Sin curar

CP+FA1 - Curado

CP+FA1 - Sin curar

CP - Curado

CP - Sin curar

72%

100%

66%

74%

67%

84%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

CP+FS2 - Curado

CP+FS2 - Sin curar

CP+FA2 - Curado

CP+FA2 - Sin curar

CP - Curado

CP - Sin curar

72%

100%

70%

77%

66%

79%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

CP+FS3 - Curado

CP+FS3 - Sin curar

CP+FA3 - Curado

CP+FA3 - Sin curar

CP - Curado

CP - Sin curar


30

5.3.2. Ensayo para determinar la resistencia a la flexión del concreto

en vigas simplemente apoyadas con cargas a los tercios del

tramo. NTP 339.078 2012

Resultados de Mr Concreto Patrón

Resultados de Mr CP + Fibra de acero


31

Resultados de Mr CP + Fibra Sintética

Una vez determinado el diseño de mezclas del concreto patrón f´c

=228 kg/cm2, se procede a ensayar las muestras de resistencia a la

flexión, obteniéndose como resultado a los 28 días en el concreto

patrón un módulo de rotura Mr = 34.7 kg/cm2 la cual se utilizó como

base de comparación con los resultados obtenidos del concreto

incorporado con fibras.


32

Módulo de rotura CP vs CP+FA1 vs CP+FS1



84%

100%

105%

116%

99%

111%

0% 50% 100%

CP+FS1 - Curado

CP+FS1 - Sin curar

CP+FA1 - Curado

CP+FA1 - Sin curar

CP - Curado

CP - Sin curar

84%

100%

98%

120%

102%

113%

0% 50% 100%

CP+FS2 - Curado

CP+FS2 - Sin curar

CP+FA2 - Curado

CP+FA2 - Sin curar

CP - Curado

CP - Sin curar

84%

100%

105%

125%

99%

119%

0% 50% 100%

CP+FS3 - Curado

CP+FS3 - Sin curar

CP+FA3 - Curado

CP+FA3 - Sin curar

CP - Curado

CP - Sin curar


33

5.3.3. Ensayo estándar para la determinación de la resistencia a la flexión del concreto con fibras de refuerzo

(usando cargas centrales alrededor de un panel). NTP 339.206 2007

A continuación se presenta el resumen de los resultados obtenidos durante la presente investigación:

Resultados de Absorción de energía - Concreto Patrón


34

Resultados de Absorción de energía – CP + Fibra de acero


35

Resultados de Absorción de energía – CP + Fibra sintética

Se obtuvo como resultado a los 28 días en el concreto patrón una absorción de energía AE = 54.77 Joule, la cual se

utilizó como base de comparación con los resultados obtenidos del concreto incorporado con fibras.


36

Concreto Patrón vs CP+ Fibra de Acero vs CP+ Fibra Sintética

GRÁFICA 1: Energía Absorbida CP vs CP+FA vs CP+FS (Sin curar)

GRÁFICA 2: Energía Absorbida CP vs CP+FA vs CP+FS (Curado)

91.87%

170.30%

235.69%

257.89%

113.20%

128.20%

202.47%

0% 100% 200% 300%

CP+FS3 - Sin curar

CP+FS2 - Sin curar

CP+FS1 - Sin curar

CP+FA3 - Sin curar

CP+FA2 - Sin curar

CP+FA1 - Sin curar

CP - Sin curar

100.00%

197.28%

298.30%

306.19%

138.84%

147.45%

221.26%

0% 100% 200% 300%

CP+FS3 - Curado

CP+FS2 - Curado

CP+FS1 - Curado

CP+FA3 - Curado

CP+FA2 - Curado

CP+FA1 - Curado

CP - Curado


37

5.4. ANÁLISIS ECONÓMICO

6.

7. En relación a la información obtenida por parte de la empresa proveedora de

las fibras SIKA PERU S.A. se presenta el siguiente cuadro de precios

actualizado a la fecha:

8.

PRODUCTO UNIDAD PRECIO (S/.)

Fibra de acero Sikafiber CHO 80/60 NB Bolsa 20kg 110.00

Fibra sintética Sikafiber Force PP/PE-700/55 kg 20.00

Aditivo curador de concreto Sika Antisol S Balde 20lt 68.00

Concreto premezclado f´c = 210 kg/cm2 M3 380.00

9.

10. Agregados de la zona (Chiclayo)

DESCRIPCIÓN UNIDAD PRECIO (S/.)

Arena amarilla M3 40.00

Piedra Chancada 3/4" M3 70.00

Cemento Pacasmayo Extra Forte Bolsa 21.00

Agua potable M3 1.00

11.

12. Concreto elaborado. Dosificación volumen: 1 – 2.15 – 2.90 – 25.5 (cemento –

arena – piedra – agua) por pie3 de concreto

DESCRIPCIÓN DOSIS FIBRA

(Kg/m3) UNIDAD PRECIO (S/.)

CP M3 266.00

CP+FA1 10 M3 316.00

CP+FA2 27.5 M3 403.50

CP+FA3 45 M3 491.00

CP+FS1 2 M3 306.00

CP+FS2 5 M3 366.00

CP+FS3 8 M3 426.00

13.


38

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. CONCLUSIONES

Se elaboró un diseño de mezclas por el método del ACI, del concreto

convencional (normal o patrón) con una resistencia a la compresión de

diseño f´c = 210 kg/cm2, obteniéndose la dosificación:

En peso: 1 – 2.18 – 2.63 – 25.5 y en volumen: 1 – 2.15 – 2.90 – 25.5

(cemento – arena – piedra – agua) por pie3 de concreto

Se elaboraron un total de 189 muestras ensayadas (concreto patrón y

concreto con fibras) de las cuales 63 especímenes fueron probetas, 63

especímenes fueron vigas, y 63 especímenes fueron losas en relación

a sus NTP

Del concreto fresco: A medida que aumentamos la proporción de fibra

de acero al concreto, la trabajabilidad (slump) de la mezcla disminuye

considerablemente; en el caso de la fibra sintética, disminuye

moderadamente.

Se empleó el uso del aditivo curador de concreto Sika Antisol S

aplicado a 126 muestras (distribuidas equitativamente entre probetas,

vigas y losas). 63 muestras no fueron curadas

Se elaboró muestras de concreto convencional, de la cual se obtuvo

como resultado a los 28 días (curado) una resistencia real en

laboratorio de f’c = 228 kg/cm2 (compresión), Mr = 34.7 Kg/cm2

(flexión) y J = 54.7 joule (absorción de energía). Dichos valores son

usados como base de comparación para los resultados obtenidos del

concreto con fibra


39

Del concreto endurecido a los 28 días:

El uso de fibras de acero como sintéticas, no influyen en el aumento de

la resistencia a compresión.

El uso de fibras de acero como sintéticas aumentan la resistencia a

flexión del concreto, siendo la fibra de acero dosis 3 = 45 kg/cm2 con la

que se obtuvo mejores resultados.

El uso de fibras de acero como sintéticas aumentan considerablemente

la tenacidad del concreto. Siendo la fibra de acero dosis 3 = 45 kg/cm2

con la que se obtuvo mejores resultados.

5.2. RECOMENDACIONES

Se debe tomar en cuenta para un adecuado diseño de mezclas: la

calidad de los materiales; y la relación agua – cemento, las cuales son

factores muy influyentes en la determinación de la resistencia

requerida.

Para la elaboración de concreto fresco con fibra, se recomienda

diseñar con un asentamiento (slump) mayor a lo solicitado

No se recomienda diseñar un concreto con fibras para fines de

mejorar su resistencia a compresión

Es recomendable diseñar un concreto con fibras para fines de

mejorar su resistencia a flexión y tenacidad (absorción de

energía).

Se debe tomar en cuenta un adecuado curado de la estructura, ya que

es un factor muy influyente en su resistencia (óptimos resultados)


40

No se recomienda añadir las fibras como primer componente en el

mezclado, sino al final de todos los componentes (dispersándolos para

evitar que se formen pelotas de fibras), hasta que todas las fibras se

separen individualmente, incrementando el tiempo de batido.

Se recomienda proteger las fibras de acero contra la lluvia y el medio

ambiente, ya que pueden corroerse (oxidarse). En el caso de las fibras

sintéticas, se recomienda su adecuado almacenado, debido a que son

fibras muy ligeras pueden ser dispersadas muy fácilmente.

Se puede señalar que las aplicaciones en las cuales el concreto

reforzado con fibra de acero y sintética puede brindar excelentes

resultados, son las siguientes:

Losas, Sobre losas

Área de estacionamiento

Pavimentos Industriales, Pavimentos para Contenedores.

Concreto Proyectado, Revestimientos de Túneles

Reservorios

Prefabricados, etc.

Edificaciones, siempre y cuando se pretenda mejorar su

resistencia a flexión (ejemplos: vigas, losas, cimentaciones

superficiales), en relación a su resistencia a compresión no es

recomendable su uso (ejemplos: Columnas).

41

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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