FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE...

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

VÍAS

TEMA:

INCIDENCIA DE LAS FIBRAS DE POLIPROPILENO Y FIBRAS METÁLICAS EN UN HORMIGÓN PARA PAVIMENTO RÍGIDO

f´c = 350 KG/CM²

AUTORAS

KENIA PATRICIA LINDAO CEDEÑO ANA CRISTINA ROMERO ORTEGA

TUTOR

ING. GINO FLOR CHAVEZ

Año

2018

GUAYAQUIL -ECUADOR

ii

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por darme la hermosa familia que tengo, por poder sentir el apoyo

de mis padres y de mis hermanos; y por poner en mi camino a personas

maravillosas como lo son mis amigos, los cuales los conocí justamente en el

transcurso de mi formación académica.

Gracias a nuestro tutor el Ing. Gino Flor, quien nos supo guiar en este proceso, nos

tuvo mucha paciencia y nos compartió todos sus conocimientos.

Kenia Lindao C.

Gracias a todos los que son parte de mi formación, sin ellos el camino hubiese sido

más largo; mi familia, mis amigos, quienes me brindaron un techo, su tiempo, su

cariño.

Gracias a mis profesores, por tanta paciencia, sus consejos y entrega a la docencia.

Gracias a los profesionales con quienes laboré, Ing. Chang por los permisos en el

trabajo e Ing. Añasco por su disposición en el laboratorio de hormigón.

Ana Romero O.

iii

DEDICATORIA

Este trabajo lo dedicó con todo mi amor a mis padres y a mi hermana Gabriela,

quienes son los que me han apoyado incondicionalmente desde el inicio de mi

carrera; a mi novio Andrés y a Ana, mi amiga y compañera de tesis.

De manera especial le dedicó mi tesis a dos de los seres que más adoro en la vida,

a mi sobrino Maximiliano, por ser quien me alegra los días con su hermosa sonrisa,

es mi inspiración y el amor más grande que puedo tener; y a mi fiel mascota Mateo.

Kenia Lindao C.

A mi madre, por ser mi motivación constante, a papá por apoyarme como más pudo,

a Willy por creer en mí, a mami Piedad por aconsejarme con tanto amor y a ti mi

CDLHS.

Ana Romero O.

iv

DECLARACIÓN EXPRESA

Articulo XI.- del Reglamento Interno de graduación de la Facultad de

Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.

La responsabilidad de los hechos ideas y doctrinas expuestas en este trabajo de

titulación corresponden exclusivamente al autor y al patrimonio intelectual de la

Universidad de Guayaquil.

Kenia Patricia Lindao Cedeño 0951740661

_____________________________________

Ana Cristina Romero Ortega 0921653812

v

TRIBUNAL DE GRADUACIÓN

Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Sc

Decano Tutor

Vocal Vocal

vi

ANEXO 11

vii

ANEXO 12

LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO

COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS

Yo, ROMERO ORTEGA ANA CRISTINA con C.I. Nº 0921653812 , certifico que los contenidos

desarrollados en este trabajo de titulación, cuyo título es “INCIDENCIA DE LAS FIBRAS DE

POLIPROPILENO Y FIBRAS METÁLICAS EN UN HORMIGÓN PARA PAVIMENTO RÍGIDO f´c = 350

KG/CM²” son de mi absoluta propiedad y responsabilidad y según el Art. 114 del CÓDIGO

ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN,

autorizo el uso de una licencia gratuita intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la

presente obra con fines no académicos, en favor de la Universidad de Guayaquil, para que haga uso

del mismo, como fuera pertinente.

FECHA: 05 de Septiembre de 2018

ROMERO ORTEGA ANA CRISTINA

C.I. Nº 0921653812

“CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN (Registro Oficial n. 899-Dic./2016) Artículo 114.- De los titulares de derechos de obras creadas en las instituciones de educación superior y centros educativos.- En el caso de las obras creadas en centros educativos, universidades, escuelas politécnicas, institutos superiores técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de arte y los conservatorios superiores, e institutos públicos de investigación como resultado de su actividad académica o de investigación tales como trabajos de titulación, proyectos de investigación o innovación, artículos académicos, u otros análogos, sin perjuicio de que pueda existir relación de dependencia, la titularidad de los derechos patrimoniales corresponderá a los autores. Sin embargo, el establecimiento tendrá una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra con fines académicos.

viii

ANEXO 12

LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO

COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS

Yo, LINDAO CEDEÑO KENIA PATRICIA con C.I. Nº 0951740661, certifico que los contenidos

desarrollados en este trabajo de titulación, cuyo título es “INCIDENCIA DE LAS FIBRAS DE

POLIPROPILENO Y FIBRAS METÁLICAS EN UN HORMIGÓN PARA PAVIMENTO RÍGIDO f´c = 350

KG/CM²” son de mi absoluta propiedad y responsabilidad y según el Art. 114 del CÓDIGO

ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN,

autorizo el uso de una licencia gratuita intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la

presente obra con fines no académicos, en favor de la Universidad de Guayaquil, para que haga uso

del mismo, como fuera pertinente.

FECHA: 05 de Septiembre de 2018

LINDAO CEDEÑO KENIA PATRICIA

C.I. Nº 0951740661

“CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN (Registro Oficial n. 899-Dic./2016) Artículo 114.- De los titulares de derechos de obras creadas en las instituciones de educación superior y centros educativos.- En el caso de las obras creadas en centros educativos, universidades, escuelas politécnicas, institutos superiores técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de arte y los conservatorios superiores, e institutos públicos de investigación como resultado de su actividad académica o de investigación tales como trabajos de titulación, proyectos de investigación o innovación, artículos académicos, u otros análogos, sin perjuicio de que pueda existir relación de dependencia, la titularidad de los derechos patrimoniales corresponderá a los autores. Sin embargo, el establecimiento tendrá una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra con fines académicos.

ix

Resumen

Este trabajo tiene como fin mostrar una alternativa para mejorar el

comportamiento del hormigón convencional con la adición de fibras de polipropileno

y fibras metálicas para el diseño de un pavimento rígido f´c = 350 kg/cm². Los

progresos con los que aportan las fibras son la disminución de fisuras, el aumento

considerable de la resistencia a Tracción, así como el incremento de otras

propiedades.

Con la búsqueda de beneficios adicionales en lo que se refiere a incremento de

la durabilidad y reducción del refuerzo tradicional, las fibras son colocadas en

aplicaciones estructurales.

Debido a las nuevas preferencias constructivas el uso de hormigón reforzado

con fibra avanza a gran velocidad, en el campo de los hormigones especiales se

establece como una de las innovaciones más relevantes.

Cada vez más se emplea el uso de hormigón fibro-reforzado, se utiliza en

diferentes obras civiles, desde pavimentos rígidos hasta en el reforzamiento de

estabilidad de obras subterráneas, estabilización de taludes y ejecución de

piscinas.

La visión de la investigación es comparar los resultados obtenidos en el diseño

de hormigón simple y el hormigón reforzado con fibras, tomando en cuenta la

metodología de diseño, procedimiento constructivo y precios unitarios.

x

Summary

This work aims to show an alternative to improve the behavior of conventional

concrete with the addition of polypropylene fibers and metal fibers for the design of

a rigid pavement f'c = 350 kg / cm². The advances with which the fibers contribute

are the decrease of cracks, the considerable increase of the resistance to traction,

as well as the increase of other properties.

With the search for additional benefits in terms of increased durability and

reduction of traditional reinforcement, the fibers are placed in structural applications.

Due to the new constructive preferences, the use of fiber reinforced concrete

advances at high speed, in the field of special concretes it is established as one of

the most relevant innovations.

The use of fiber reinforced concrete is increasingly used, it is used in different

civil works, from rigid pavements to the reinforcement of stability of underground

works, stabilization of slopes and execution of swimming pools.

The vision of the research is to compare the results obtained in the design of

simple concrete and fiber reinforced concrete, taking into account the design

methodology, construction procedure and unit prices.

xi

INDICE

AGRADECIMIENTO .................................................................................................. ii

DEDICATORIA ......................................................................................................... iii

DECLARACIÓN EXPRESA ..................................................................................... iv

ANEXO 11 ................................................................................................................ vi

ANEXO 12 ............................................................................................................... vii

CAPÍTULO I.............................................................................................................. 1

Generalidades .......................................................................................................... 1

1.1. Introducción ................................................................................................. 1

1.2. Contexto de la investigación ....................................................................... 2

1.3. Planteamiento del problema ....................................................................... 4

1.4. Causas ........................................................................................................ 4

1.5. Objetivo General ......................................................................................... 5

1.5.1. Objetivos Específicos. .......................................................................... 5

1.6. Justificación ................................................................................................. 5

CAPITULO II............................................................................................................. 7

2. Marco teórico ..................................................................................................... 7

2.1. Generalidades ............................................................................................. 7

2.2. Antecedentes históricos .............................................................................. 7

2.3. Componentes del Hormigón ....................................................................... 9

2.3.1. Cemento. .............................................................................................. 9

2.3.2. Agregados. ......................................................................................... 10

2.3.3. Agua. .................................................................................................. 16

2.3.4. Aditivos. .............................................................................................. 16

2.4. Propiedades del hormigón ........................................................................ 17

2.4.1. Trabajabilidad. .................................................................................... 17

2.4.2. Resistencia. ........................................................................................ 19

2.4.3. Permeabilidad. ................................................................................... 20

2.4.4. Durabilidad. ........................................................................................ 21

2.5. Hormigón reforzado con fibras ................................................................. 21

2.6. Tipos de fibras adecuadas para hormigones ........................................... 23

2.6.1. Fibras de acero. ................................................................................. 23

2.6.2. Fibras de vidrio. .................................................................................. 25

2.6.3. Fibras de polipropileno. ...................................................................... 25

2.6.4. Fibras naturales. ................................................................................. 26

2.7. Influencia de las fibras de polipropileno en el hormigón .......................... 27

2.8. Influencia de las fibras metálicas en el hormigón ..................................... 28

2.9. Pavimento ................................................................................................. 29

CAPITULO III.......................................................................................................... 31

3. Metodología ..................................................................................................... 31

3.1. Generalidades ........................................................................................... 31

3.2. Ubicación .................................................................................................. 31

3.3. Resistencia de Diseño .............................................................................. 31

xii

3.4. Necesidades Técnicas .............................................................................. 32

3.5. Análisis físico-mecánico de los agregados ............................................... 32

3.5.1. Granulometría. ................................................................................... 32

3.5.2. Determinación de la densidad y absorción para agregados finos. .... 35

3.5.3. Determinación de la densidad y absorción para agregados gruesos.

37

3.5.4. Peso volumétrico suelto del agregado fino ........................................ 38

3.5.5. Peso volumétrico suelto del agregado grueso. .................................. 39

3.5.6. Peso volumétrico varillado del agregado grueso. .............................. 39

3.5.7. Ensayo de Abrasión de los Ángeles. ................................................. 40

3.6. Diseño de mezcla de hormigón convencional .......................................... 42

3.6.1. Dosificación de hormigón con adición de fibras. ................................... 43

3.7. Análisis del hormigón en estado fresco .................................................... 44

3.7.1. Medición de temperatura. ...................................................................... 44

3.7.2. Prueba de revenimiento. ....................................................................... 46

3.8. Análisis del hormigón en estado endurecido ............................................ 48

3.8.1. Determinación de la Resistencia a Compresión. .................................. 48

3.8.2. Determinación de la Resistencia a Flexión. .......................................... 50

CAPITULO IV ......................................................................................................... 53

4. Interpretación de Resultados ........................................................................... 53

4.1. Recolección de datos ................................................................................ 53

4.1.1. Diseño de mezcla de hormigón. ......................................................... 53

4.2. Resultados de Ensayos a Compresión ..................................................... 56

4.3. Resultados de Ensayos a Flexión ............................................................ 61

4.4. Análisis de Resultados .............................................................................. 65

4.4.1. Densidad del hormigón. ..................................................................... 66

4.5. Análisis económico ................................................................................... 67

4.6. Conclusiones ............................................................................................. 68

4.6.1. Con respecto al Estado Fresco del Hormigón. ..................................... 68

4.6.2. Con respeto al Estado Endurecido del Hormigón. ................................ 68

4.6.3. Con respecto al factor económico. ........................................................ 69

4.7. Recomendaciones .................................................................................... 69

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 71

ANEXOS ................................................................................................................. 72

xiii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Granulometría de agregado fino ............................................................. 12

Tabla 2: Requisitos Granulométricos para agregados gruesos ............................ 14

Tabla 3: Clasificación de aditivos .......................................................................... 17

Tabla 4: Principales propiedades de fibras de distintos materiales ...................... 23

Tabla 5: Necesidades Técnicas para diseño de hormigón ................................... 32

Tabla 6: Granulometría del agregado grueso ....................................................... 33

Tabla 7: Granulometría del agregado fino (arena de rio) ...................................... 34

Tabla 8: Granulometría del agregado fino (arena triturada).................................. 34

Tabla 9: D.S.S.S del agregado fino ....................................................................... 36

Tabla 10: Absorción del agregado fino .................................................................. 37

Tabla 11: Absorción del agregado grueso ............................................................ 38

Tabla 12: DSSS del agregado grueso ................................................................... 38

Tabla 13: PVS del agregado fino ........................................................................... 39

Tabla 14: PVS del agregado grueso ..................................................................... 39

Tabla 15: PVV del agregado grueso ..................................................................... 40

Tabla 16: Tipo se abrasión según granulometría .................................................. 41

Tabla 17: Porcentaje de abrasión del agregado grueso ....................................... 42

Tabla 18: Dosificaciones de mezcla con cemento hidráulico ................................ 42

Tabla 19: Cantidad de agua y aire incluido en función del revenimiento del

hormigón y el tamaño máximo nominal del agregado grueso ............................... 53

Tabla 20: Cantidad de agua y aire incluido en función del revenimiento del

hormigón ................................................................................................................. 54

Tabla 21: Volumen de agregado grueso por unidad de concreto para diferentes

módulos de finura de la arena ................................................................................ 55

Tabla 22: Dosificaciones de mezclas con/sin fibras y condiciones del hormigón en

estado fresco .......................................................................................................... 56

Tabla 23: Ensayo de Compresión simple en probetas de prueba a 7 días de edad

................................................................................................................................ 57

Tabla 24: Ensayo de Compresión simple en probetas de prueba a 14 días de

edad ........................................................................................................................ 58

Tabla 25: Ensayo de Compresión simple en probetas de prueba a 28 días de

edad ........................................................................................................................ 59

Tabla 26: Ensayo de rotura a Flexión de vigas de prueba a 7 días de edad ....... 61

Tabla 27: Ensayo de rotura a Flexión de vigas de prueba a 14 días de edad ..... 62

Tabla 28: Ensayo de rotura a Flexión de vigas de prueba a 28 días de edad ..... 63

Tabla 29: Cálculo de relación entre Resistencia a Compresión y módulo de rotura

................................................................................................................................ 65

Tabla 30: Incremento de Resistencia a Compresión según edades .................... 66

Tabla 31: Resultados promediados de ensayos a Compresión en cilindros ........ 66

Tabla 32: Densidades de los distintos tipos de hormigón en estado fresco ......... 66

Tabla 33: Costos de metro cúbico de diferentes tipos de hormigón ..................... 67

xiv

ÍNDICE DE IMÁGENES

Ilustración 1: Ensayo de Revenimiento ................................................................ 18

Ilustración 2: Curva granulométrica del agregado grueso ................................... 34

Ilustración 3: Curva granulométrica de agregados finos ..................................... 35

Ilustración 4: Ensayo de abrasión de los ángeles ............................................... 41

Ilustración 5: Proporciones de materiales para un hormigón f’c = 350 kg/cm2

para 1 m³ de hormigón ........................................................................................... 43

Ilustración 6: Ensayo de Medición de temperatura .............................................. 45

Ilustración 7: Medición de temperatura ................................................................ 45

Ilustración 8: Prueba de revenimiento ................................................................. 47

Ilustración 9: Medición de revenimiento ............................................................... 47

Ilustración 10: Compactación de cilindros con varilla .......................................... 48

Ilustración 11: Colocación de la fecha de elaboración en los cilindros de concreto

................................................................................................................................ 49

Ilustración 12: Ensayo de resistencia a la Compresión del Concreto ................. 50

Ilustración 13: Compactación de vigas con varilla ............................................... 51

Ilustración 14: Ensayo de Resistencia a Flexión ................................................. 52

Ilustración 15: Gráfico comparativo de resistencias a la Compresión a los 7 días

de probetas convencionales y reforzadas con fibras ............................................. 57





Ilustración 18: Gráfico comparativo de resistencias a la Compresión a diferentes

edades de probetas convencionales y reforzadas con fibras ................................ 60

Ilustración 19: Gráfico comparativo de Módulos de rotura a los 7 días de vigas

convencionales y reforzadas con fibra ................................................................... 61





Ilustración 22: Gráfico comparativo de Módulos de rotura a diferentes edades de

vigas convencionales y reforzadas con fibra ......................................................... 64

1

CAPÍTULO I

Generalidades

1.1. Introducción

El hormigón es uno de los materiales más utilizados en la industria de la

construcción, es un material pétreo artificial, obtenido de la mezcla en proporciones

determinadas de cemento, agregado fino, agregado grueso y agua. En algunos

casos para mejorar o modificar algunas de sus propiedades se le añaden aditivos.

Como consecuencia de diversos problemas surge como recurso el concreto

reforzado con fibras, debido a que el hormigón no resiste los esfuerzos de Tracción;

lo que conlleva a tener que reforzarlo con barras de acero o mallas, teniendo que

usar grandes cantidades de mezcla para protegerlos de la corrosión, por tal motivo

los elementos resultantes adquieren gran espesor y consumen mayor cantidad de

materiales.

Este problema de incremento considerable de precios al tener que gastar en

aceros y materiales, llevó a la industria de la construcción a la utilización de

hormigón reforzado con fibras ya que solucionan los problemas antes

mencionados, es decir se consigue un hormigón resistente a los esfuerzos de

Tracción.

El concepto de usar fibras para intentar mejorar el comportamiento mecánico y

estructural de los materiales de construcción, es muy antiguo. Con la adición de

fibras de distintos tipos (acero, vidrio, polipropileno, etc.) se mejora la matriz del

hormigón convirtiéndolo en un material con más ductilidad y de fisuración más

controlada.

2

En los concretos reforzados con fibras, la Resistencia a Compresión no es

considerablemente mayor de lo que sería si el concreto es simple, sin embargo son

considerablemente más firmes y más resistentes al agrietamiento y al impacto.

Cabe recalcar que una varilla refuerza solo en la dirección en la que se la coloca,

mientras que las fibras se distribuyen de manera aleatoria proporcionando

resistencia en todas las direcciones.

En los años 70 comienza la incorporación de fibras como refuerzo en el hormigón

para uso de pavimentos rígidos. Parker (1974) fue el primero en desarrollar curvas

de diseño de espesores de pavimentos, añadiendo como criterio la deformación del

concreto una vez ocurrida la primera fractura. Sus investigaciones concluyeron que

utilizando altas dosis de fibras era posible disminuir el espesor del pavimento entre

un 30 y 50%.

En los capítulos siguientes de este trabajo se detallara cómo se vienen dando

las investigaciones del hormigón, y que las adiciones mejoran su comportamiento.

También se presentarán los cambios que se generan en las mezclas de concreto

al utilizar fibras de acero y fibras de polipropileno, y realizar una comparación con

el hormigón convencional sin fibra, especificando la mejor opción para el diseño de

un pavimento rígido f´c = 350 kg/cm².

1.2. Contexto de la investigación

El enfoque principal de esta investigación es la incidencia de fibras metálicas y

fibras de polipropileno en un hormigón para pavimento rígido f´c = 350 kg/cm², sobre

las cuales actualmente ha habido gran interés y numerosas investigaciones.

Para la elaboración de las muestras se utilizó fibras DRAMIX 3D 80/60 BG con

3

una dosificación de 30 kg/m³, según la recomendación del fabricante, y EPS

Fibratex (fibras de polipropileno), con dosificación de 142 gr por cada 50 kilogramos

de cemento.

Con el objetivo de comprobar el comportamiento mecánico del concreto

fibroreforzado y determinar la autenticidad de los datos dados en las

especificaciones técnicas, se desarrollaron probetas cilíndricas y prismáticas tipo

vigas, utilizando una resistencia f´c = 350 kg/cm², tamaño nominal del agregado de

¾ y dos tipos de fibras (Dramix 80/60 y EPS Fibratex).

Para la elaboración de los especímenes, desarrollo del ensayo y recopilación de

datos, se utilizaron dos metodologías de ensayo: ASTM C39 “Método de ensayo

normalizado para resistencia a la Compresión de especímenes cilíndricos de

concreto” y ASTM C78 que consiste en ensayar probetas de sección prismática

falladas a Flexión, aplicando cargas a los tercios de la luz libre y apoyándola sobre

dos soportes rotulados separados 45 cm.

Para la Resistencia a Compresión, para la aceptación del hormigón reforzado

con fibras, de acuerdo con los requisitos de NTE INEN 1576 y ASTM C192, se

deben analizar al menos dos muestras. Cuando se utiliza resistencia a la Flexión,

de acuerdo con los requisitos de muestreo de ASTM C1609/ C1609M, se deben

realizar al menos tres muestras de ensayo.

Mediante esta investigación se consigue conocer el comportamiento del concreto

reforzado con fibras aplicado en pavimentos, y lograr una reducción de costos, tanto

de implementación como de construcción de estos elementos.

4

1.3. Planteamiento del problema

Debido al cambio climático, las estructuras de hormigón con el paso del tiempo

han sufrido fisuraciones a temprana edad, lo que ha provocado un deterioro más

rápido de dicha estructura, lo que ha incitado la búsqueda de nuevas tecnologías

para evitar estos efectos. Para esto actualmente existen fibras de diversos

materiales que ayudan a mejorar las propiedades físicas mecánicas del hormigón.

Desde hace miles de años se establece como una práctica la adición de fibras,

la cual sirve como refuerzo en materiales frágiles o quebradizos, es decir que no es

nueva la idea de usar fibras para refuerzo de materiales de construcción.

Según normativas y otras experiencias, se ha demostrado que las fibras de acero

son un medio eficaz para mejorar la tenacidad del concreto, aumentar la resistencia

y su capacidad de deformación; y controlar la propagación de fisuras.

Las fibras de polipropileno son más favorables en el momento del mezclado del

hormigón, debido a que tienen ciertas propiedades, son estables, no quitan agua

de la mezcla por lo que presentan una superficie impermeable, pueden alcanzar

resistencias medianas a la tensión, son tenaces y con costos más bajos que otros

tipos de fibras.

Algunos de los parámetros que presentan diferencias al reforzar el concreto con

fibras son: módulo de rotura, agrietamiento por temperatura, mecanismo de colapso

esfuerzo –deformación, entre otros.

1.4. Causas

El hormigón sufre un fenómeno llamado retracción, relacionado con la pérdida

5

de agua en la mezcla, el cual experimenta variaciones de volumen por causas

físico-químicas. La retracción es una deformación impuesta al hormigón que le

ocasiona tensiones de Tracción, las cuales se presentan durante el fraguado y

primera etapa de endurecimiento del concreto.

Este fenómeno y la baja resistencia a la Tracción del hormigón convencional,

son los causantes de la deformación de fisuras de retracción, se presentan en

mayor medida en elementos como losas de pavimentos.

1.5. Objetivo General

Determinar las propiedades físico-mecánicas de los hormigones diseñados, ante

la presencia de distintos tipos de fibras como para aquellos sin refuerzo alguno.

1.5.1. Objetivos Específicos.

Analizar el comportamiento del hormigón en estado fresco y endurecido al

incorporar distintos tipos de fibras.

Obtener un análisis comparativo de precios de los hormigones reforzados

con fibra.

Presentar y analizar los resultados obtenidos en la investigación para

establecer conclusiones que permitan exponer un juicio crítico al respecto.

1.6. Justificación

El hormigón es uno de los materiales de construcción más antiguos que se

conocen. Se ha producido en las últimas décadas de la industria de la construcción

grandes avances, no solo debido a las técnicas de diseño y cálculo, sino también a

las nuevas metodologías del hormigón como material.

6

Debido a la gran producción de volúmenes de hormigón en el campo de la

Ingeniería Civil se realizan avances en la tecnología del mismo. Por esta razón

diversas investigaciones señalan que la aplicación de fibras en el hormigón simple

provocan mejoras en el material y al mismo tiempo optimizaciones en los diseños

de dichas estructuras.

Si los hormigones especiales no se empiezan a incorporar en el campo de la

construcción, el uso del hormigón convencional seguirá con la problemática de la

durabilidad, lo que afecta directamente al servicio que brindan las estructuras.

Como una alternativa para el diseño y construcción de losas industriales se

muestran las fibras de acero y fibras de polipropileno, dando un cambio a los

métodos convencionales.

El comportamiento de los pavimentos rígidos no es constante al transcurso del

tiempo ya que disminuye la servicialidad al irse deteriorando y podría comprometer

estructuras a las cuales el pavimento está soportando. Por este motivo los nuevos

procesos como es el caso de la aplicación de fibras dentro del diseño y construcción

de losas de pavimento, resulta ser una solución óptima.

Con el fin de innovar en el campo de la construcción se debe tener conocimiento

sobre el comportamiento de nuevos materiales que se puedan incorporar al

hormigón convencional, obteniendo un concreto con mejores características.

Los beneficios que involucra el uso de un hormigón especial, son de total

importancia para poder realizar esta investigación que se enfocara en cuantificar

los progresos brindados por la adición de fibras de acero y fibras de polipropileno

al hormigón, para así tener nuevas alternativas en los diseños futuros.

7

CAPITULO II

2. Marco teórico

2.1. Generalidades

El cemento, el agua y los áridos son los tres elementos que el hormigón

considera dentro de su composición tradicional. Los áridos aportan a la resistencia

mecánica de la mezcla disminuyendo el consumo de cemento y los costos de

fabricación debido a que constituyen la mayor parte del volumen y masa del

hormigón.

El hormigón tiene como característica primordial la resistencia a los esfuerzos de

Compresión, sin embargo no tiene buen comportamiento frente a otros tipos de

esfuerzos, por esta razón es normal usarlo asociado con el acero.

Con el fin de modificar o mejorar las características o el comportamiento del

concreto, se pueden añadir aditivos tales como: colorantes, aceleradores,

retardadores de fraguado, impermeabilizantes, fibras, entre otros.

2.2. Antecedentes históricos

Es muy probable que con el descubrimiento del fuego también se haya

descubierto el concepto de hormigón, no se tiene certeza de quien lo utilizó por

primera vez. Según hallazgos en Lepensky de la edad de piedra hace 7500 años,

se tiene la seguridad que los habitantes construían el suelo de sus viviendas

uniendo tierra caliza, arena, grava y agua, lo que se podría considerar como un

hormigón primitivo.

En Roma desde el siglo III A.C se utilizaba un mortero formado por cal y

8

puzolana, con el cual unían grandes bloques de paredes, el problema que

presentaba el mortero con cal viva es que no resistía muy bien la acción del agua

durante largos periodos. Se descubrió mediante pruebas empíricas una mayor

resistencia y durabilidad tanto en aguas dulces como saladas en arenas

provenientes de ciertas rocas volcánicas. Las rocas formadas por cenizas

volcánicas que contienen sílice y alumina, combinadas con cal dieron como

resultado lo que ahora se conoce como cemento puzolánico.

El teatro de Pompeya es una de las obras Romanas más importantes que fueron

elaboradas con hormigón. Intentaron reforzar las estructuras con barras y láminas

de bronce, siendo los resultados no satisfactorios, presentando agrietamientos y

descascaramientos, con muros demasiado pesados y gruesos. Como solución para

reducir el peso y aligerar el hormigón incluyeron jarras de barro y agregado de

procedencia volcánica de baja densidad.

Los arcos del coliseo Romano, la Basílica de Constantino y el domo del panteón

fueron construidos con hormigón aligerado. Estas obras se han conservado durante

largo tiempo, demostrando las propiedades que tiene el hormigón.

El hormigón debido a la cocción incompleta de la cal y escasez de tobas

volcánicas, se consideró de mala calidad y fue poco utilizado en la edad media y el

Renacimiento.

Debido al mejoramiento de la calidad del hormigón, se volvió a utilizar después

del siglo XII, siendo un ejemplo la Torre de Londres la cual aún mantiene su

cimentación en buen estado.

En 1824 el constructor Joseph Aspdin adquirió la patente para producir el primer

9

cemento Portland, el cual es una mezcla calcinada de tres partes de piedra caliza

por una de arcilla.

Con la producción de Clinker del cemento Portland también se empieza la

fabricación de objetos que combinan el acero con hormigón, dando inicio al primer

hormigón armado en el sur de Francia. El material no tuvo la aceptación esperada

a pesar de los descubrimientos y fue hasta 1890 que tuvo impulso, siendo asumido

por la sociedad como un material confiable.

El hormigón se encuentra constantemente en busca de mejoras en su

comportamiento mecánico, en la actualidad el hormigón está presente en todas las

construcciones.

2.3. Componentes del Hormigón

2.3.1. Cemento.

El cemento es uno de los materiales indispensables en la construcción, es el

elemento principal en una mezcla de concreto o de mortero, es un pegante de bajo

costo y versátil. En la actualidad no hay obra que se pueda realizar sin su presencia.

Se puede definir al cemento como un conglomerante hidráulico, es decir, un

material inorgánico finamente molido que amasado con agua, forma una pasta que

fragua y endurece por medio de reacciones y procesos de hidratación y que, una

vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua, tiene

propiedades de adherencia y cohesión, que permiten unir fracciones inorgánicas

entre sí, mediante su capacidad aglomerante. Instituto Español del Cemento y sus

aplicaciones (2017) Componentes y propiedades del cemento.

10

La norma INEN 152 cubre diez tipos de cemento portland que son:

Tipo I. Para ser utilizado cuando no se requieren las propiedades especiales

especificadas para cualquier otro tipo.

Tipo I A. Cemento con incorporador de aire para los mismos usos del Tipo I,

donde se desea incorporación de aire.

Tipo II. Para uso general, en especial cuando se desea una moderada

resistencia a los sulfatos.

Tipo II A. Cemento con incorporador de aire para los mismos usos del tipo

II, donde se desea incorporación de aire.

Tipo II (MH). Para uso general, en especial cuando se desea un moderado

calor de hidratación y una moderada resistencia a los sulfatos.

Tipo II (MH) A. Cemento con incorporador de aire para los mismos usos del

Tipo II (MH). Donde se desea incorporación de aire.

Tipo III. Para ser utilizado cuando se desea alta resistencia inicial o

temprana.

Tipo III A. Cemento con incorporador de aire para los mismos usos del Tipo

III, donde se desea incorporación de aire.

Tipo IV. Para ser utilizado cuando se desea bajo calor de hidratación.

Tipo V. Para ser utilizado cuando se desea alta resistencia a la acción de los

sulfatos.

2.3.2. Agregados.

Los agregados componen entre el 65 y 85% del volumen total del hormigón,

conformando el esqueleto pétreo o granular del mismo. Se pueden estimar como

agregados aquellos materiales que teniendo una resistencia propia, no perturban

11

ni afectan las propiedades del hormigón, además garantizan una adherencia

suficiente con la pasta endurecida de cemento.

Los áridos o agregados son materiales inertes, los cuales no desarrollan ningún

tipo de reacciones con los demás componentes del hormigón, en especial con el

cemento; sin embargo hay algunos como: las escorias de alto horno, los materiales

de origen volcánico con sílice activa y el ladrillo triturado, interfieren el desarrollo

temporal de la resistencia mecánica, característica primordial del hormigón

endurecido.

2.3.2.1. Agregado Fino.

Los agregados finos son arenas naturales o piedras trituradas con un tamaño de

sus partículas menor que 5mm, las cuales deben ser partículas durables, limpias,

resistentes y libres de productos químicos absorbidos, recubrimiento de arcilla o de

otros materiales que afecten la adherencia e hidratación de la pasta cementicia.

La norma ASTM C 33 establece ciertos requisitos que la arena debe cumplir con

respecto a su calidad, no debe contener cantidades dañinas de limo, arcilla, álcalis,

materiales orgánicos y otras sustancias nocivas.

El porcentaje máximo en peso de sustancias perjudiciales no deberá exceder de

los siguientes valores, indicados en porcentaje del peso:

Material que pasa por el tamiz Nº. 200: máx. 3%

Materiales ligeros: máx. 1%

Grumos de arcilla: 1%

Otras sustancias dañinas (álcalis, limo, mica): máx. 2%

Pérdida por meteorización: máx. 10%

12

Los ensayos que se le deben realizar al agregado fino son:

2.3.2.1.1. Granulometría.

El agregado fino tiene una granulometría aceptable para la mayoría de los

concretos dentro de los límites de la norma ASTM C 33, los cuales dependen del

tamaño de las mallas (ver tabla 1).

Tabla 1: Granulometría de agregado fino

Tamaño de la malla Porcentaje que pasa en peso

9.52 mm (3/8”) 100

4.75 mm (No.4) 95 a 100

2.36 mm (No.8) 80 a 100

1.18 mm (No.16) 50 a 85

0.60 mm (No.30) 25 a 60

0.30 mm (No.50) 10 a 30

0.15 mm (No.100) 2 a 10

Fuente: Norma ASTM C 33 Elaborado: Lindao Kenia y Romero Ana

Algunos requisitos de la norma ASTM con respecto a la granulometría del

agregado fino son:

Que el agregado fino no tenga más del 45% retenido entre dos mallas

consecutivas.

El módulo de finura debe estar entre 2,3 y 3,1; no puede variar más de 0,2

del valor obtenido en la fuente de abastecimiento del agregado. Si llegara a

sobrepasar dicho valor, se deberá rechazar el agregado, a menos que se

ajusten las proporciones del agregado fino y grueso.

2.3.2.1.2. Módulo de finura.

El módulo de finura (FM) de acuerdo con la norma ASTM C 125, se obtiene

sumando los porcentajes acumulados en peso de los agregados retenidos por las

mallas especificadas y la suma total dividida para 100. El MF indica que, mientras

13

más sea el valor obtenido, más grueso será el agregado.

2.3.2.1.3. Densidad.

Consiste en la relación del peso del agregado fino con respecto al peso de un

volumen absoluto igual de agua. La DSSS es usada en proporcionamientos de

ciertos cálculos de mezclas.

2.3.2.1.4. Absorción.

Es el incremento en la masa de un agregado seco cuando durante 24 horas es

sumergido en agua. El aumento de masa se debe al agua que se introduce en los

poros del agregado sin incluir el agua que se adhiere a la superficie de las

partículas. Es expresado en porcentaje con respecto al peso seco de la arena, y es

el índice de porosidad del material.

2.3.2.1.5. Contenido de humedad.

Determina la cantidad de agua presente en una muestra de arena, con respecto

al peso seco. Antes de hacer una mezcla de concreto se debe hacer esta prueba,

con la finalidad de ajustar la cantidad de agua de mezclado.

2.3.2.1.6. Peso volumétrico suelto.

Obtiene la cantidad de agregado en kilogramos que se usara en un metro cúbico

de concreto, al vaciar el material a un recipiente de volumen conocido y sin

acomodar las partículas.

2.3.2.2. Agregado grueso.

El agregado grueso es uno de los componentes principales del concreto, cuya

14

calidad es de suma importancia, garantizando resultados satisfactorios en la

preparación de estructuras de hormigón. Consisten en una grava o agregado

triturado, con partículas mayores que 5 mm y principalmente entre 9,5 y 38 mm.

Las partículas de agregado que sean desmenuzables o susceptibles al

resquebrajamiento son indeseables.

El agregado grueso debe someterse a diversos ensayos, algunos de ellos son:

2.3.2.2.1. Granulometría.

Los requerimientos de la granulometría del agregado grueso según la norma

ASTM C 33, permiten límites amplios y una gran variedad de tamaños

granulométricos (Tabla 2). El tamaño del agregado está en función de las

necesidades para el diseño del hormigón.

Tabla 2: Requisitos Granulométricos para agregados gruesos

Tamiz Especificaciones ASTM

2” 1 ½” 1” ¾ ”

2 ½ ’’ 100 - - -

2’’ 95-100 100 - -

1 ½ ’’ - 95-100 100 -

1’’ 35-70 - 95-100 100

¾ ’’ - 35-70 - 90-100

½ ’’ 10-30 - 25-60 -

3/8’’ - 10-30 - 20-5

Nº4 0-5 0-5 0-10 0-10

Nº8 - - 0-5 0-5

Fondo

Fuente: Norma ASTM C33 Elaborado: Lindao Kenia y Romero Ana

2.3.2.2.2. Densidad y absorción de gravas.

La densidad de las gravas se determina empleando el Principio de Arquímedes,

con el fin de obtener el volumen de las gravas y el porcentaje de absorción. Para el

diseño de hormigón los resultados de estos ensayos son de gran importancia.

15

2.3.2.2.3. Contenido de Humedad.

Establece la cantidad de agua presente en una muestra de agregado grueso,

con respecto al peso seco.

2.3.2.2.4. Peso volumétrico suelto.

Obtiene la cantidad de agregado grueso en kilogramos que se usara en un metro

cúbico de concreto, al vaciar el material a un recipiente de volumen conocido y sin

acomodar las partículas.

2.3.2.2.5. Peso volumétrico varillado.

Obtiene la cantidad de agregado grueso en kilogramos que se puede lograr por

metro cúbico, al vaciar el material a un recipiente de volumen conocido y

acomodando las partículas por medio de golpes de varilla.

2.3.2.2.6. Ensayo de abrasión en la máquina de los Ángeles.

Este método determina la resistencia al desgaste de los agregados gruesos

menores a 1 ½ pulgadas (37,5 mm) en la máquina de los Ángeles. De acuerdo con

la norma ASTM C 131, se coloca el agregado dentro de un cilindro rotatorio con un

diámetro interno de 28 pulg y el largo interior de 20 pulg; con cargas abrasivas en

forma de esferas de acero de diámetro aproximado de 46,8 mm y con un peso de

390 a 445 gramos cada una; las esferas son colocadas por un tiempo determinado

(17 min) y después se determina el porcentaje de desgaste.

El agregado grueso sometido al ensayo de desgaste, no deberá tener pérdida

mayor al 50% del peso inicial pasado por el tamiz 12.

16

2.3.3. Agua.

Se puede utilizar para producir concreto, casi cualquier agua natural que sea

potable y que no tenga un sabor u olor pronunciado. Sin embargo, algunas aguas

no potables pueden ser adecuadas para el concreto.

Las impurezas excesivas en el agua no solo pueden afectar el tiempo de

fraguado y la resistencia del concreto, sino también pueden ser la causa de

eflorescencia, manchado, corrosión del esfuerzo, inestabilidad volumétrica y menor

durabilidad.

El agua que contiene menos de 2000 partes por millón de solidos disueltos

totales generalmente puede ser utilizada de manera satisfactoria para utilizar

concreto.

2.3.4. Aditivos.

El ACI y la Norma ASTM C 125, definen al aditivo como “un material que no

siendo agua, agregado, cemento hidráulico, o fibra de refuerzo, es empleado como

un ingrediente del mortero o concreto y es añadido a la tanda inmediatamente antes

o durante su mezclado”.

La ACI 212 clasifica a los aditivos en los siguientes grupos (tabla 3):

17

Tabla 3: Clasificación de aditivos

ADITIVO ACCIONES

PRINCIPALES BENEFICIOS

EFECTOS COLATERALES

Reductores de agua

Fluidificantes Superfluidificantes

Adsorción sobre la superficie del

cemento y dispersión de los granos de

cemento

Mejora de la calidad en servicio

(reducción de a/c) y de la puesta en obra

(aumento de trabajabilidad)

Retraso del fraguado

Retardadores Retardo de la

hidratación inicial del cemento

Permanencia de la trabajabilidad en

clima cálido

Reducción de la resistencia mecánica

inicial

Aceleradores Aceleración de la

hidratación inicial del cemento

Reducción del tiempo de fraguado y aumento de la

resistencia inicial

Aceleración de la pérdida de trabajabilidad

y reducción de la resistencia mecánica

final

Anticongelantes Disminución del punto

de fusión del agua

Durabilidad del hormigón en clima

frio

Corrosión de armaduras y reducción de la

resistencia mecánica final

Incorporadores de aire

Formación de microesferas de aire

Aumento de la resistencia de la

resistencia al congelamiento


Inhibidores de RAS Reducción de la RAS Posibilidad de

empleo de agregados reactivos

Precio, aún en fase de estudio

Inhibidores de corrosión

Prevención de la corrosión de armaduras

Protección de armaduras

Precio, aún en fase de estudio

Hidrorrepelentes Acción hidrófuga

Reducción de la migración de

humedad por acción capilar


Colorantes Pigmentación de la

matriz Modificación del color

del hormigón Reducción de la

resistencia mecánica

Facilitadores de bombeo

Mejora de la plasticidad

Posible bombeo de hormigones pobres

Alta relación costo/prestación

Fuente: Norma ACI - 212 Elaborado: Lindao Kenia y Romero Ana

2.4. Propiedades del hormigón

2.4.1. Trabajabilidad.

La trabajabilidad es propia del concreto en estado fresco y se define como la

capacidad para ser colocado, compactado apropiadamente y para ser terminado

sin segregación ni exudación.

Los factores que intervienen en la trabajabilidad son:

18

El factor primordial que influye en la trabajabilidad del concreto es el agua

de mezclado.

La fluidez de la pasta, la plasticidad de la mezcla dependerá de las

proporciones de cemento y agua en la pasta.

El contenido de aire, ya sea atrapado o adicionado, aumenta la trabajabilidad

de la mezcla, las burbujas que se desarrollan funcionan como balineras de

los agregados permitiendo su movilidad.

El bajo contenido de arena en proporción con el contenido del agregado

grueso determina una mezcla poco manejable. El contenido elevado de

arena requiere de más agua o pasta para que la mezcla sea manejable,

presentándose segregación o exudación.

2.4.1.1. Medida de trabajabilidad.

Existen métodos que miden propiedades del concreto que se relacionan con la

trabajabilidad. Uno de los métodos más sencillos es el ensayo de revenimiento, que

mide la fluidez de una mezcla de concreto en estado fresco con tamaño máximo de

agregado grueso inferior a dos pulgadas.

Ilustración 1: Ensayo de Revenimiento

Fuente: Propia

Elaborado: Lindao Kenia y Romero Ana

19

2.4.2. Resistencia.

El concreto como material estructural se diseña para que tenga una resistencia

determinada. La resistencia a la Compresión simple es la característica mecánica

más importante del concreto y sirve para juzgar su calidad. Para pavimentos rígidos

y losas construidas sobre el terreno, el concreto se diseña para que resista

esfuerzos de Flexión.

2.4.2.1. Medida de la resistencia a la Compresión.

Como ya se dijo anteriormente la resistencia a la Compresión es la característica

mecánica primordial del concreto, es expresada en términos de esfuerzos en

kg/cm² o lb/pul².

Para medir la resistencia a la Compresión es necesario elaborar cilindros con la

mezcla que será usada en la estructura, los cilindros habitualmente son de 30 cm

de altura por 15 cm de diámetro, se coloca la mezcla en tres capas y a cada capa

se le dan 25 golpes con una varilla lisa.

El ensayo de resistencia a la Compresión se realiza generalmente en cilindros

que tengas 28 días de fabricados, también pueden ensayarse a edades más

tempranas como 3,7 o 14 días o edades más tardías como 90 y 120 días.

2.4.2.2. Resistencia a la Flexión.

La resistencia a la Flexión es aplicada en proyectos de losas para carreteras y

pistas de aeropuertos. La resistencia se determina en vigas prismáticas de 15x15

de sección y 50 cm de largo, para ensayarlas se aplica cargas en los tercios medios

de la luz.

20

2.4.2.3. Resistencia a la tensión.

Determinar la resistencia a la tensión directamente en probetas de concreto

resulta difícil, ya que el agarre de las mismas es complicado, lo que implica que al

aplicar esfuerzos de tensión se involucran esfuerzos como el de Compresión al

momento de sujetarlas.

El ensayo que se utiliza es el método brasilero o de Tracción indirecta, radica en

someter los cilindros a cargas de Compresión aplicadas a lo largo del cilindro. Para

calcular la resistencia a Tracción se utiliza la siguiente fórmula:

T = 2P

πLD

Donde:

P: carga máxima aplicada (kg)

L: Longitud del cilindro (cm)

D: diámetro del cilindro (cm)

2.4.3. Permeabilidad.

La permeabilidad en el concreto se refiere a la cantidad de migración de agua u

otras sustancias liquidas por los poros del material. El hormigón es un material

permeable, es decir que al estar sometido exteriormente a presión de gua, genera

escurrimiento a través de su superficie.

Uno de los factores más importantes es la relación agua/ cemento, ya que al

disminuir ésta, también disminuye la permeabilidad del concreto.

21

2.4.4. Durabilidad.

La durabilidad de un concreto es la característica que le da capacidad de

mantener su forma original, su calidad y sus propiedades de servicio a través del

tiempo y frente a problemas climáticos, ataques químicos o cualquier proceso de

deterioro.

Los factores que intervienen en la durabilidad del concreto son:

Condiciones ambientales tales como: aire, agua, gases, congelación, ciclos

repetidos de humedecimiento, así como sustancias disueltas en el agua.

Los materiales utilizados en la fabricación del concreto (cemento, agua,

agregados). Los agregados procedentes de rocas blandas y materiales

micáceos pueden desintegrase con facilidad.

Mantenimiento o conservación que se dé a la estructura.

Las sustancias químicas más agresivas para el concreto son los sulfatos y

ácidos, los sulfatos al reaccionar con el aluminato tricálcico del cemento producen

expansiones que causan agrietamiento en el concreto, mientras que los ácidos

reaccionan con el Ca (OH)2 (hidróxido de calcio) ocasionando la pérdida de la pasta

de cemento.

2.5. Hormigón reforzado con fibras

El uso de fibras como refuerzo del concreto en los últimos años ha sido de gran

importancia en los diseños y producción de la mezcla. Sin embargo, no se trata de

una nueva técnica en el mundo de la construcción, apareció muchos años antes

que el cemento Portland y el concreto, cuando se utilizaban materiales tales como:

hilo, pasto, e inclusive pelos de animales como el de los caballos, los cuales eran

22

agregados al adobe con el fin de evitar fisuración y mejorar la resistencia a tensión.

El hormigón reforzado con fibras se basa en un concepto semejante al de

hormigón armado convencional, “cosiendo” las fisuras que pueden producirse en la

estructura. La diferencia es que en vez de barras de acero de diámetro

relativamente grande y colocado en una dirección determinada, en el caso del HRF,

el refuerzo consiste en la colocación de infinidad de fibras de pequeño diámetro

orientadas en diferentes direcciones, las cuales se dispersan por todo el volumen

de la mezcla.

El principal rol de las fibras está relacionado a:

Reducir la fisuración por asentamiento

Reducir la fisuración por retracción plástica

Disminuir la permeabilidad

Incrementar la resistencia a la abrasión y al impacto

Uno de los aspectos primordiales del desempeño mecánico para el concreto

reforzado con fibras es el comportamiento a la tensión, el cual tiene dificultad para

ser ensayado, sobre todo si se busca conocer la respuesta del material después de

aplicar la carga máxima.

La trabajabilidad del HRF depende de la dosificación en volumen y la forma de

las fibras, el enlace entre ellas, las dimensiones de los agregados y su cantidad

relativa. Para el ensayo de fluidez del concreto se emplea la técnica del cono

invertido, utilizando una vibración interna.

La obtención de propiedades adicionales en el hormigón reforzado con fibras

está en función de la dosificación, longitudes de las fibras y de las propiedades de

23

las mismas.

2.6. Tipos de fibras adecuadas para hormigones

En la tabla 4 se presentan las diferencias entre las propiedades de cada tipo de

fibra, entre las cuales se destacan: la resistencia a la Tracción y alargamiento en la

ruptura.

Tabla 4: Principales propiedades de fibras de distintos materiales

Fibras Diámetro

Equivalente (mm)

Densidad (kg/m³)

Resistencia a la

Tracción (MPa)

Módulo de Elasticidad

(GPa)

Alargamiento de Rotura

(%)

Acrílico 0,02 - 0,35 1100 200 - 400 2 1,1

Asbesto 0,0015 – 0,02 3200 600 – 1000 83 – 138 1 – 2

Algodón 0,2 – 0,6 1500 400 – 700 4,8 3 -10

Vidrio 0,005 – 0,15 2500 1000 – 2600 70 – 80 1,5 – 3,5

Aramida 0,01 1450 3500 – 3600 65 – 133 2,1 – 4

Nylon 0,02 – 1 1100 760 – 820 4,1 16 – 20

Poliéster 0,02 – 0.4 1400 720 – 860 8.3 11 – 13

Polipropileno 0.02 – 1 900 – 950 200 – 760 3.5 – 1.5 5 – 25

Polivinil

alcohol 0.027 – 0.66 1300 900 – 1600 23 – 40 7 – 8

Carbón - 1400 4000 230 – 240 1,4 -1,8

Rayón 0,02 – 0,38 1500 400 – 600 6,9 10 -25

Basalto 0,0106 2593 990 7,6 2,56

Polietileno 0,025 – 1 960 200 – 300 5,0 3

Sisal 0,08 – 0,3 760 – 1100 228 – 800 11 – 27 2,1 – 4,2

Coco 0,11 – 0,53 680 – 1020 108 – 250 2,5 – 4,5 14 – 41

Yute 0,1 – 0,2 1030 250 – 350 26 – 32 1,5 – 1,9

Acero 0,15 – 1 7840 345 – 3000 200 4 -10

Fuente: ACI 544.5R-10, 2010 Elaborado por: Lindao Cedeño, K y Romero Ortega, A

De los diversos tipos de fibras disponibles para comercializar y experimentar, las

más utilizadas en el concreto son: fibras de acero, fibras de vidrio, fibras sintéticas

y fibras naturales.

2.6.1. Fibras de acero.

Las fibras de acero son elementos de corta longitud y pequeña sección que se

24

añaden a la mezcla de hormigón con la finalidad de proporcionarle ciertas

propiedades específicas, con las características necesarias para dispersarse

aleatoriamente en el hormigón en estado fresco, utilizando metodologías de

mezclado habituales.

La efectividad del esfuerzo matriz-fibra, exige a las fibras las siguientes

propiedades:

Una resistencia a Tracción significativamente mayor que la del hormigón.

Una adherencia con la matriz del mismo orden o mayor que la resistencia a

Tracción de la matriz.

Un módulo de elasticidad significativamente mayor que el hormigón.

La fibra de acero generalmente conocida, es fabricada en base al estiramiento y

corte de alambre de acero de diámetros típicos que van del 0,25 a 0,76mm.

También existe la fibra de acero plana, producida por un proceso de laminado de

alambres de acero presentadas en secciones transversales de 0,15 a 0,41 mm de

espesor por 0,25 a 0,90 mm de ancho. Una fibra de acero con mayor eficiencia que

proporciona más adherencia, homogeneidad y trabajabilidad a la mezcla es la fibra

con extremos ensanchados de 0,15 a 30 mm de espesor por 0,20 a 0,60 mm de

ancho.

Las fibras de acero tienen un costo de dos a tres veces más que el refuerzo

tradicional, sin embargo no es conveniente hacer una comparación del potencial de

ambos métodos con respecto al costo del reforzamiento. Su economía puede estar

establecida en base al rendimiento y servicialidad de la estructura, las

características como la ductilidad, resistencia a la fisuración y resistencia dinámica,

hacen que este material pueda emplearse en situaciones donde el hormigón

25

convencional es más voluminoso y menos eficiente.

2.6.2. Fibras de vidrio.

La fibra de vidrio es un material compuesto, de origen mineral que se obtiene a

partir de la arena de sílice, consiste en fibras continuas o discontinuas de vidrio

embebidas en una matriz plástica.

La arena de sílice es complementada por otros componentes como: cal, alumina,

magnesia y determinados óxidos, añadidos en proporciones estrictas, así

obteniendo el producto con las características deseadas. Con estos componentes

y con una serie de procesos que consisten básicamente en introducir la mezcla a

un horno, someterla a un proceso de estirado mecánico en hileras para lograr

filamentos de diámetro de 5 a 25 micras, finalmente se consigue la fibra de vidrio.

El vidrio se emplea como material de refuerzo debido a las siguientes razones:

Es fácilmente hilable en fibras de alta resistencia.

Cuando esta embebida en una matriz plástica produce en compuesto con

alta resistencia.

Cuando está unido a varios plásticos se obtienen materiales compuestos

químicamente inertes muy útiles en una gran variedad de ambientes

corrosivos.

2.6.3. Fibras de polipropileno.

El polipropileno es un polímero de hidrocarburo sintético cuya fibra está hecha

usando procesos de extrusión por medio de estiramiento en caliente del material a

través de un troquel.

26

Este tipo de fibra no tiene reacción química y son muy estables, poseen una

superficie impermeable, evitando absorber agua en el mezclado, son livianas y

pueden alcanzar medianas resistencias a la tensión, sin embargo son tenaces.

Tienen desventajas tales como: adherencia pobre con la matriz del cemento, alta

combustibilidad y un módulo de elasticidad relativamente bajo. Las fibras de

polipropileno que tienen mayor longitud pueden ser difíciles de mezclar debido a su

flexibilidad y a que pueden enrollarse alrededor de las orillas extremas de las hojas

de la mezcladora.

La eficiencia de la fibra como refuerzo depende tanto de las propiedades

mecánicas de la misma, así como de la adherencia existente entre la fibra y la

matriz.

Se tiene conocimiento que la fibra de polipropileno no tratada tienen pobres

características de adherencia, las cuales se pueden mejorar mediante tratamientos

como: el recubrimiento de la superficie de la fibra con el fin de hacerla impermeable,

ensanchamientos en los extremos de la fibra o torciendo y formando mallas con las

mismas.

2.6.4. Fibras naturales.

Las fibras naturales se pueden clasificar en dos grupos de acuerdo a su origen,

orgánico y mineral.

Las fibras de origen orgánico son conocidas como fibras vegetales, las mismas

que pueden clasificarse de acuerdo a la estructura y disposición de la fibra en la

planta.

27

Las fibras vegetales se obtienen mediantes un proceso denominado

“descotización”, las fibras duras mantienen su estructura y forma después de este

proceso. Se pueden clasificar en:

Fibras vegetales de semilla: algodón, lino, ramio bambú.

Fibras vegetales de tallo: yute, banana.

Fibras vegetales de hojas: abacá, cabuya.

Fibras vegetales de fruto: coco.

Dentro de las fibras de origen mineral están las de carbón, asbesto, entre otras.

La fibra de carbón es un filamento largo y delgado de 0,005 a 0,010 mm de diámetro

y compuesto especialmente de átomos de carbono.

2.7. Influencia de las fibras de polipropileno en el hormigón

El desempeño de los concretos reforzados con fibras está dado por algunos

parámetros como: la dosificación, la longitud de la fibra, las propiedades físicas de

la fibra y de la matriz, y por la adherencia entre las dos fases. Estos parámetros

provocan algunos efectos en el hormigón, tales como:

La dosis adecuada de fibras concede una mayor resistencia de

postfisuración y menor dimensión de fisuras.

Una buena adherencia entre la fibra y la matriz logra una reducción del

tamaño de las fisuras y amplía su distribución por el concreto.

Con el aumento de la resistencia de las fibras, también aumenta la ductilidad

del concreto.

El aumento de la ductilidad se logra con la utilización de fibras que presenten

alta deformación a la rotura. Esto es debido a que compuestos con fibras

28

con alto grado de deformidad consuman energía bajo la forma de

estiramiento de la fibra.

La compatibilidad química y física entre las fibras y la matriz es de gran

importancia. Las fibras que absorben agua ocasionan una pérdida de

trabajabilidad del concreto, además pueden sufrir una variación de volumen,

quedando comprometida la adherencia fibra-matriz.

La longitud mínima que está relacionada con su propio diámetro, es

considerada como la mínima longitud que debe tener la fibra para transmitir

la carga desde la matriz. En el caso de que las fibras no puedan anclarse de

forma eficaz a la matriz, se deslizaran debido a la acción de las cargas y

serán arrancadas de la matriz al romperse la pieza.

Tienen estabilidad al medio alcalino.

Incremento en la resistencia a la abrasión e impacto.

Incrementa las resistencias iniciales y finales: 4% a la Compresión, 9% a la

tensión y 7% a la Flexión.

2.8. Influencia de las fibras metálicas en el hormigón

La incorporación de fibras metálicas en el hormigón tiene algunos efectos que

se los puede resumir en:

Las fibras de acero cosen las fisuras del hormigón formando un puente entre

los áridos gruesos, controlando la formación de fisuras y dándole al hormigón

un comportamiento dúctil después de la fisuración inicial, evitando así la

fractura frágil.

Mejora la resistencia a Tracción, Flexión y corte, produciendo un aumento

de la capacidad portante.

29

Provee de excelente resistencia a la corrosión, ya que controla la abertura

de las fisuras y por consiguiente la entrada de agua.

Incremento de la resistencia a rotura.

Reducción de la deformación bajo cargas mantenidas.

Fuerte incremento en la resistencia a impacto y a la abrasión debido a una

reducción de la fisuración.

Aumento de la durabilidad.

2.9. Pavimento

El pavimento es una estructura simple o compuesta con superficie alisada, cuya

función está destinada a la circulación de personas y/o vehículos. Su estructura es

una combinación de cimiento y revestimiento, la cual es colocada sobre un terreno

de fundación resistente a las cargas, a los agentes climatológicos y a los efectos

abrasivos del tránsito.

Los pavimentos se pueden denominar rígidos o flexibles, esto dependiendo de

la forma en que se transmiten los esfuerzos y deformaciones a las capas inferiores.

Los pavimentos rígidos están formados por una capa de rodadura o carpeta de

concreto hidráulico, apoyada sobre la sub rasante o sobre una capa de material

denominada sub base.

El uso primordial de los pavimentos rígidos es en aeropuertos y principales

autopistas, aunque también pueden ser aplicados en pisos industriales, puertos y

en zonas de operación de vehículos pesados. La losa de concreto debe ser

diseñada para soportar cargas de tráfico y evitar fallas por fatiga del pavimento

debido a las cargas repetidas.

30

Los hormigones que se emplean para la construcción de pavimentos rígidos,

debido a las exigencias estructurales requieren de características específicas

como:

Resistencia a flexotracción: resistencia requerida para el pavimento por la

forma en que éste transmite las cargas de tráfico a la base o terreno.

Resistencia a la fatiga: necesaria debido a la forma repetida de actuación

de las cargas de tráfico.

Mínima retracción: la retracción es un problema característico de los

pavimentos, donde predomina la superficie sobre el espesor, provocando

la aparición de fisuras no deseables.

31

CAPITULO III

3. Metodología

3.1. Generalidades

El objetivo de diseñar un hormigón con adición de fibras de polipropileno y fibras

metálicas, utilizando una apropiada composición de agregados, cemento, agua y

aditivos; es el de lograr una mezcla homogénea con una adecuada trabajabilidad y

que cumpla con las propiedades deseadas, tanto en estado fresco como

endurecido. Las propiedades del concreto en estado endurecido son especificadas

al momento de realizar el diseño, mientras que las propiedades en estado fresco

son definidas dependiendo el tipo de construcción y por las técnicas de colocación.

Para establecer las cantidades adecuadas de los componentes de la mezcla de

concreto se realizó un diseño según la Norma ACI, la cual fue analizada con el fin

de que cumpla con las propiedades físico-mecánico deseadas, obteniendo

proporciones idóneas para la composición del mismo.

3.2. Ubicación

En la etapa experimental de la investigación, se realizó la caracterización de los

agregados en el Laboratorio de Suelos y Materiales Dr. Arnaldo Ruffilli, ubicado en

la Universidad de Guayaquil y la elaboración de especímenes de hormigón en el

Laboratorio de Suelos y Hormigón de Enlace 780.

3.3. Resistencia de Diseño

Para la obtención de la dosificación adecuada del concreto, ya sea con o sin

fibras, se especifica la resistencia de diseño de f´c= 350 kg/cm², la cual se

32

comprobó al momento de ensayar los especímenes de hormigón.

3.4. Necesidades Técnicas

En la tabla 5 se puntualizan las necesidades técnicas que deben cumplir los

materiales, para calcular las cantidades de la mezcla de concreto.

Tabla 5: Necesidades Técnicas para diseño de hormigón f´c Esfuerzo a Compresión Kg/cm²

T.M.N Tamaño máximo nominal del agregado grueso mm

Rev. Revenimiento de diseño cm

Agua Densidad ϒ Kg/m³

Cemento Densidad ϒ Kg/m³

Agregado grueso

Granulometría - -

Absorción ABS. %

Densidad saturada superficialmente seca D.S.S.S Kg/m³

Peso volumétrico suelto P.V.S Kg/m³

Peso volumétrico varillado P.V.V Kg/m³

Agregado fino

Granulometría - -

Módulo de Finura MF. -

Absorción ABS. %

Densidad saturada superficialmente seca D.S.S.S Kg/m³

Peso volumétrico suelto P.V.S Kg/m³

Fuente: Manual de Prácticas de Laboratorio de Concretos Elaborado por: Lindao Cedeño, K y Romero Ortega, A

3.5. Análisis físico-mecánico de los agregados

3.5.1. Granulometría.

La granulometría determina la distribución de los agregados a través de los

tamices de serie estándar, además analiza el módulo de finura para agregados

gruesos y finos.

3.5.1.1. Equipos a utilizar.

Tamices, agitador mecánico, balanza calibrada con precisión de 0.1 g, horno,

33

recipientes o bandejas.

Según la norma ASTM indica que las cantidades específicas a usar son: para el

agregado fino se realiza el ensayo con 2 kg de material, y para el agregado grueso

con 5 kg.

3.5.1.2. Procedimiento.

En el caso del agregado fino el proceso empieza con la colocación de la muestra

en los tamices respectivos que según la norma ASTM C33 son: 3/8”, No.4, No.8,

No.16, No.30, No.50 y No.100.

Para el agregado grueso el proceso empieza con la colocación de la muestra en

los tamices que a su vez son ubicados de mayor abertura de tamiz hasta el más

pequeño en el agitador mecánico y se pone una bandeja en el fondo para poder

recoger el material pasante y se anota los datos respectivos que fueron utilizados

en la tabla 6 e ilustración 2.

Tabla 6: Granulometría del agregado grueso

TAMICES Peso

Parcial %

Retenido % Retenido Acumulado

% Pasante Acumulado

Especificaciones ASTM

Máximo Mínimo

1" 0,00 0,00 0,00 100,00 100,00

3/4" 810,50 6,22 6,22 93,78 100,00 90,00

3/8" 11872,90 91,16 97,38 2,62 20,00 5,00

No.4 280,00 2,15 99,53 0,47 10,00 0,00

No.8 9,50 0,07 99,61 0,39 5,00

FONDO 51,30 0,39 100,00 0,00 0,00

TOTAL 13024,20

Fuente: Norma ASTM Elaborado por: Lindao Cedeño, K y Romero Ortega, A

34

Ilustración 2: Curva granulométrica del agregado grueso

Fuente: Norma ASTM

Elaborado por: Lindao Cedeño, K y Romero Ortega, A

Tabla 7: Granulometría del agregado fino (arena de rio)

TAMICES Peso

Parcial %


% Pasante Acumulado

Limites Específicos

3/8" 0,00 0,00 0,00 100,00 100

No.4 1,80 0,18 0,18 99,82 95 - 100

No.8 7,50 0,75 0,93 99,07 80 – 100

No.16 23,10 2,31 3,24 96,76 50 – 85

No.30 78,50 7,85 11,09 88,91 25 – 60

No.50 290,60 29,06 40,15 59,85 10 – 30

No.100 539,30 53,93 94,08 5,92 2 – 10

FONDO 59,20 5,92 100,00 0,00 0 – 5

TOTAL 1000,00


MF =0,18 + 0,93 + 3,24 + 11,09 + 40,15 + 94,08

100= 1,5

Tabla 8: Granulometría del agregado fino (arena triturada)

TAMICES Peso

Parcial %


% Pasante Acumulado

Limites Específicos

3/8" 5,40 0,54 0,54 99,46 100

No.4 77,60 7,76 8,30 91,70 95 - 100

No.8 448,60 44,86 53,16 46,84 80 – 100

No.16 211,50 21,15 74,31 25,69 50 – 85

No.30 116,60 11,66 85,97 14,03 25 – 60

No.50 64,70 6,47 92,44 7,56 10 – 30

No.100 46,80 4,68 97,12 2,88 2 – 10

FONDO 28,80 2,88 100,00 0,00 0 – 5

TOTAL 1000,00


19,109,504,742,36

00,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

%P

asan

te a

cum

ula

do

TamicesMáximo Mínimo AGREGADO GRUESO

35

MF =0,54 + 8,3 + 53,16 + 74,31 + 85,97 + 92,44 + 97,12

100= 4,12

Ilustración 3: Curva granulométrica de agregados finos

Fuente: Norma ASTM


3.5.2. Determinación de la densidad y absorción para agregados finos.


Picnómetro, Molde y compactador para ensayos de humedad superficial,

Balanza con precisión de 0,1 g, Horno, Embudo.

Para este ensayo se necesita un mínimo de 500 gr de muestra del agregado.


Se procede a colocar en un recipiente la cantidad requerida de agregado y

llevarla al horno a la temperatura especificada.

Retirar la muestra del horno, dejarla enfriar al ambiente y luego sumergirla

en agua hasta que se sature por un tiempo aproximado de 24 horas.

Retirar el exceso de agua y extenderla sobre una superficie plana no

absorbente, para que se produzca un secado homogéneo.

9,504,742,361,180,600,300,15

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

0,10 1,00 10,00

% P

asa

nte

acu

mu

lad

o

Tamices

ARENA DE RIO Máximo

Mínimo ARENA TRITURADA

36

Mantener el molde sobre una superficie lisa con el diámetro mayor hacia

abajo.

Colocar el material en el molde y compactarlo con 25 golpes a una altura

aproximada de 5 mm sobre la superficie del agregado, llenar el molde con

material adicional si es necesario.

Pesar una muestra de 500 gramos en estado S.S.S, con ayuda de un

embudo colocar material en el picnómetro y llenarlo hasta un 90% de su

capacidad.

Agitar de forma manual el picnómetro, rodar, invertir y sacudir para eliminar

burbujas de aire.

Ajustar la temperatura del picnómetro a 23°C ± 2°C y verter agua hasta la

marca de calibración.

Retirar el agregado del picnómetro y llevar al horno a una temperatura de

110° ± 5°C, dejar que se enfrié y determinar su masa, también determinar la

masa del picnómetro con agua hasta la marca de calibración.

Tabla 9: D.S.S.S del agregado fino

MATERIAL P.S.S.S

(gr) VOLUMEN

FINAL (cm³)

VOLUMEN INICIAL

(cm³)

D.S.S.S (gr/cm³)

D.S.S.S (kg/m³)

Arena de rio 500 405 200 2,44 2439,02

Arena triturada 500 398 200 2,53 2525,25

Fuente: Norma ACI Elaborado por: Lindao Cedeño, K y Romero Ortega, A

Cálculo de la absorción del agregado fino:

Absorción =Pi − Pf

Pi× 100

37

Tabla 10: Absorción del agregado fino

MATERIAL PESO

INICIAL (gr) PESO

FINAL (gr) ABSORCION

%

Arena de rio 500 476,6 4,68

Arena triturada 500 484,2 3,16


3.5.3. Determinación de la densidad y absorción para agregados gruesos.


Balanza, tanque hermético para agua, tamiz N° 4, canasta de alambre con

abertura de 3,35 mm, horno, recipientes.


Se dejan las gravas en saturación por 24 horas.

Retirar el agua y extender el agregado sobre una superficie no absorbente,

se pesa una cantidad de material cercana a los 500 gr, de esta manera se

obtiene el peso saturado y superficialmente seco de las gravas.

Se determina el volumen desalojado de gravas, empleando el Principio de

Arquímedes, pesando las gravas en una canastilla sumergidas en agua,

obteniendo así el peso de las gravas sumergidas.

Sin que haya pérdida de material, se vacían las gravas a una charola para

secarlas en el horno, obteniéndose el peso de gravas secas.

Con los datos obtenidos anteriormente, se obtienen el porcentaje de

absorción de las gravas mediante la fórmula:

Absorción =Pi − Pf

Pi× 100

38

Tabla 11: Absorción del agregado grueso PESO INICIAL

(gr) PESO FINAL

(gr) ABSORCIÓN

%

1000 994,2 0,58


La D.S.S.S se determina con la siguiente fórmula:

D. S. S. S = P. s. s. s

[P. s. s. s − (Vf − Vi)]

Tabla 12: DSSS del agregado grueso

P.S.S.S (gr) VOLUMEN

FINAL (cm³)

VOLUMEN INICIAL

(cm³)

D.S.S.S (gr/cm³)

D.S.S.S (kg/m³)

1000 2747 2091 2,91 2907


3.5.4. Peso volumétrico suelto del agregado fino


Cucharón de lámina, Recipiente de volumen conocido, Regla de 30 cm, Balanza.


Se deja secar la arena al sol.

Se pesa el recipiente vacío.

Con el cucharón se toma material y se deja caer dentro del recipiente desde

una altura de 5 cm hasta que se llena, evitando que el material se reacomode

por movimientos indebidos, luego se procede a enrasar con la ayuda de la

regla de 30 cm.

Se pesa el recipiente con el material.

Se calcula el peso volumétrico del material seco y suelto, empleando la

39

fórmula:

P. V. S =Pm

Vr

Donde:

Pm = peso del material

Pm = ( Peso del recipiente + material) – ( Peso del Recipiente)

Vr = volumen del recipiente

Tabla 13: PVS del agregado fino

PESO DE BALDE (gr)

PESO DE AGREGADO

(gr)

VOLUMEN (m³)

PESO VOLUMETRICO SUELTO (gr/m³)

PESO VOLUMETRICO SUELTO (kg/m³)

2512 6243,2 0,0028 2229714,29 2229,71


3.5.5. Peso volumétrico suelto del agregado grueso.

Este ensayo se realiza de la misma manera que como se elaboró con el

agregado fino.

Tabla 14: PVS del agregado grueso

PESO DE AGREGADO

(lb)

PESO DE BALDE (lb)

VOLUMEN (m3)

PESO VOLUMETRICO

SUELTO (lb/m³)

PESO VOLUMETRICO SUELTO (lb/m³)

64 17,5 0,014 3321,43 1509,74


3.5.6. Peso volumétrico varillado del agregado grueso.


Cucharón de lámina, Recipiente de volumen conocido, Regla de 30 cm, Balanza,

Varilla punta de bala.

40


La arena se seca al sol.

Se pesa el recipiente vacío.

Se toma material con el cucharón y se deja caer dentro del recipiente a una

altura de 5 cm, llenado así el recipiente en 3 capas y dándole 25 golpes de

varilla a cada capa, luego se procede a enrasar utilizando la regla de 30 cm.

Se calcula el peso volumétrico del material seco y compactado, utilizando la

siguiente fórmula:

P. V. V = Pm

Vr

Tabla 15: PVV del agregado grueso

PESO DE AGREGADO

(lb)

PESO DE BALDE (lb)

VOLUMEN (m3)

PESO VOLUMETRICO

VARILLADO (lb/m³)

PESO VOLUMETRICO

VARILLADO (kg/m³)

70 17,5 0,014 3750,00 1704,55


3.5.7. Ensayo de Abrasión de los Ángeles.


Balanza, mallas estándar, máquina de los ángeles, bandejas.


Se realiza la granulometría con una cantidad representativa para obtener los

porcentajes y cantidades retenidas, identificando así el tipo de abrasión.

De acuerdo a la cantidad de material, por graduación se clasifica el tipo de

desgaste, establecido en la tabla 16:

41

Tabla 16: Tipo se abrasión según granulometría

Tipo Tamices Peso

Retenido (gr)

No. de esferas

Rev. Tiempo

(min)

A 1”, 3/4", 1/2” y 3/8” 1250±10 12 500 17

B 1/2” y 3/8” 2500±10 11 500 17

C 1/4" y No.4 2500±10 8 500 17

D No.8 5000 6 500 17

Fuente: Norma ASTM C-131 Elaborado por: Lindao Cedeño, K y Romero Ortega, A

Calibrar la máquina a 500 revoluciones dentro de un rango de 30 a 33 r.p.m.

Retirar el material de la máquina de abrasión una vez terminado el tiempo

indicado en la norma, luego cribar el material por medio de la malla No.4, y

después el retenido cribarlo por la malla No.12, proceder a lavar la

proporción retenida en dicho tamiz para eliminar las partículas finas y una

vez seco el material se procede a pesarlo.

Calcular la pérdida en porcentaje, utilizando la fórmula:

Pérdida máxima = Peso inicial − peso final

Peso inicialx 100

Ilustración 4: Ensayo de abrasión de los ángeles

Fuente: Propia


42

El porcentaje debe estar dentro del rango especificado en la Norma INEN 860 y

861, las cuales indican que el porcentaje de desgaste no debe ser mayor a 50%.

Tabla 17: Porcentaje de abrasión del agregado grueso

Mallas Peso antes del ensayo

(gr.)

Peso después por tamiz Nº12 (gr.)

% de Pérdida Pasa Retiene

3/4 1/2 2500 4532,2 9,36

1/2 3/8 2500


3.6. Diseño de mezcla de hormigón convencional

La dosificación de la mezcla de hormigón se determinó de acuerdo al método de

diseño ACI, obteniendo los resultados mostrados en la Tabla 18:

Tabla 18: Dosificaciones de mezcla con cemento hidráulico

Material

Módulo

de

Finura

% de

Absorción

Densidad

kg/m³

Masa de

Dosificación

kg/m³

Cemento Holcim UG en saco - - 3050,00 608,19

AF1 Arena de Río 1,5 4,68 2439,02 265,24

AF2 Arena Triturada 4,12 3,16 2525,25 265,24

AG Grava Cantera Verdú - 0,58 2906,98 1109,66

Agua - - 1000,00 231,11

Aditivo - - 1080,00 3,04

Σ 2482,48

Fuente: Norma ACI


43

Ilustración 5: Proporciones de materiales para un hormigón f’c = 350 kg/cm2 para 1 m³ de

hormigón

Fuente: Propia


3.6.1. Dosificación de hormigón con adición de fibras.

Para la mezcla de hormigón reforzado con fibra metálica y fibra de polipropileno

se empleó la misma dosificación del hormigón convencional adicionando la

cantidad recomendada por el fabricante.

3.6.1.1. Adición de fibra metálica.

La fibra elegida para la elaboración de probetas reforzadas es DRAMIX 3D 80/60

BG con propiedades adecuadas para ser aplicada en hormigones para pavimento.

3.6.1.1.1. Especificaciones técnicas.

Las fibras cuentan con una longitud de 60 mm y un diámetro de 0,75 mm.

Resistencia a la Tracción de 1,225 N/mm².

24,50%

10,68%

10,68%

44,70%

9,31%0,12%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Proporción

Aditivo

Agua

Grava Cantera Verdu

AF2 Arena Triturada

AF1 Arena de Río

Cemento Holcim UGen saco

44

En la ficha técnica, el fabricante indica que la dosificación entre 10 a 60 kg/m³,

usando para este análisis una cantidad de 30 kg/m³, siguiendo lo obtenido en la

tesis de Robalino-López (2017).

3.6.1.2. Adición de fibra polipropileno.

De las fibras existentes en el mercado se aplicó EPS Fibratex, con una densidad

de 0,91 gr/cm³ y propiedades que producen la menor reducción de asentamiento

del hormigón.

La resistencia a Tracción de la fibra de polipropileno está ligada a la resistencia

a Compresión.

𝑓𝑐𝑡 = 0.59√𝑓′𝑐²3

La dosificación indicada es 142 gr por cada 50 kilogramos de cemento.

3.7. Análisis del hormigón en estado fresco

3.7.1. Medición de temperatura.

La temperatura es uno de los factores más importantes que intervienen en la

calidad, tiempo de fraguado y resistencia del concreto, no puede exceder de los

32°, debido a que genera problemas futuros tales como: pérdida de trabajabilidad

y producir fisuras cuando el hormigón se endurezca.


Se coloca en la muestra de concreto el dispositivo para medir la temperatura,

debe estar sumergido al menos 3 pulgadas (75 mm).

Presionar suavemente el concreto alrededor del dispositivo, de esta manera

45

se evita que la temperatura ambiente influya en la temperatura medida.

Se debe dejar el dispositivo para medir la temperatura del concreto por un

mínimo de 2 minutos o hasta que la lectura se estabilice.

Por último se lee y registra la temperatura del concreto fresco.

Como se muestra en la Ilustración 7, se realizó el ensayo de medición de

temperatura, dando como resultado una temperatura de 30,2°C.

Ilustración 6: Ensayo de Medición de temperatura

Fuente: Propia


Ilustración 7: Medición de temperatura

Fuente: Propia


46

3.7.2. Prueba de revenimiento.

3.7.2.1. Equipos que se utilizan.

Molde metálico (cono de Abrams), abierto por ambos extremos, con un

diámetro superior de 10 cm y un diámetro inferior de 20 cm, además cuenta

con pisaderas y asas.

Varilla punta de bala.

Placa de apoyo, de material no absorbente y por lo menos de 40 x 60 cm.

Cucharón metálico.


Para realizar el ensayo, la cantidad de concreto necesaria no debe ser menor

a 8 lt.

El cono es colocado sobre una superficie de apoyo, los cuales deben estar

limpios y humedecidos con agua.

Se llena el molde en tres capas de aproximadamente igual volumen y se

comprime cada capa con 25 golpes de varilla distribuidos uniformemente

(ilustración 8). La capa inferior se llena hasta aproximadamente 7 cm de

altura y la capa media hasta aproximadamente 16 cm. Durante el apisonado

de la última capa se debe mantener un exceso de concreto sobre el borde

superior del molde.

47

Ilustración 8: Prueba de revenimiento

Fuente: Propia


Se enrasa la superficie de la capa superior con ayuda de la varilla.

Después de haber terminado el llenado, enrase y limpieza, se levanta el cono

en dirección vertical, todo este proceso no debe demorar más de tres

minutos.

Ya habiendo levantado el cono, inmediatamente se mide la disminución de

altura del concreto moldeado con respecto al cono. La medición se hace en

el eje central del cono en su posición original (tabla 9).

Ilustración 9: Medición de revenimiento

Fuente: Propia


48

3.8. Análisis del hormigón en estado endurecido

3.8.1. Determinación de la Resistencia a Compresión.


Para este ensayo se emplean moldes cilíndricos de 10 cm de diámetro y 20

cm de longitud. Para cada edad según la norma ASTM C 192 se deben

ensayar como mínimo 2 cilindros y trabajar con el promedio de éstos.

Los moldes se deben engrasar y al ser llenados se debe lograr una buena

compactación, la cual puede realizarse con una varilla cilíndrica de acero

estructural con un diámetro de 16 mm y longitud aproximada de 600 mm.

Los cilindros se llenan con hormigón en capas de igual volumen

aproximadamente. Para la compactación con varilla, el llenado se lo realiza

en tres capas y cada capa debe compactarse con 25 golpes, los cuales se

los distribuye uniformemente en toda la sección transversal del molde. Al

momento de terminar el varillado, para cerrar el proceso de deben golpear

suavemente las paredes de los cilindros con un martillo de goma.

Ilustración 10: Compactación de cilindros con varilla

Fuente: Propia


49

Los moldes llenos de concreto se deben colocar durante las primeras 16

horas como mínimo y 24 horas como máximo, sobre una superficie libre de

vibraciones. Los cilindros destinados para verificación de diseño o para

control de calidad, deben removerse de los moldes después de 20±4 horas

de haber sido moldeados y deben ser almacenados en condiciones tales que

se mantenga agua en todas sus superficies a una temperatura permanente

de 23±2 °C hasta el momento del ensayo.

Ilustración 11: Colocación de la fecha de elaboración en los cilindros de concreto

Fuente: Propia


Antes de ensayar los cilindros se debe comprobar que sus bases estén

planas. Los cilindros deben ensayarse tan pronto como sea posible, se

colocan en la máquina de ensayo y se les aplica carga a una velocidad

constante (1,4 a 3,5 kg/cm²/s) hasta que el cilindro falle.

La resistencia se calcula mediante la siguiente fórmula:

Rc =P

A

50

Donde:

P = Carga máxima aplicada en kg

A = Área de la sección transversal en cm²

Rc = Resistencia a la Compresión del cilindro en kg/cm²

Ilustración 12: Ensayo de resistencia a la Compresión del Concreto

Fuente: Propia


Además del valor de la Resistencia a Compresión se debe registrar la referencia

del cilindro y su edad.

3.8.2. Determinación de la Resistencia a Flexión.

3.8.2.1. Equipo empleado para el ensayo.

Probetas para ensayo: los moldes utilizados son los de sección 15 x 15 cm

y de longitud 50 cm.

Varilla lisa, cilíndrica de acero estructural y con punta redondeada.


Para este ensayo se utilizan vigas rectangulares y para cada edad se deben

51

ensayar al menos 3 vigas de acuerdo con los requisitos de la norma ASTM

1609 y ASTM 1609 M.

Los moldes se deben engrasar y son llenados por capas, el número de capas

se determina dependiendo de la altura del molde, en nuestro caso la altura

es ≤ 20 cm, es decir que se llenará en dos capas y se dará un golpe por cada

14 cm² de sección horizontal (Ilustración 13).

Ilustración 13: Compactación de vigas con varilla

Fuente: Propia


Los moldes se deben remover después de 20±4 horas de haber sido

moldeadas, las vigas deben almacenarse en condiciones de humedad de

manera que siempre tenga agua en todas sus superficies a una temperatura

permanente de 23±2 °C hasta el momento del ensayo.

Las vigas se llevan a la máquina de ensayo, se giran 90° con respecto a la

posición de elaboración y se aplica carga a una velocidad constante (8,8 a

12,4 kg/cm²/min) hasta que la viga falle.

Para la determinación del módulo de rotura se utiliza la fórmula:

52

MR = PL

bd2

Donde:

MR= Módulo de rotura de la viga en kg/cm²

P = Carga máxima aplicada en kg

L = Distancia entre apoyos (cm)

B = ancho de la viga en la posición de ensayo (cm)

d = altura de la viga en la posición de ensayo (cm)

Ilustración 14: Ensayo de Resistencia a Flexión

Fuente: Propia


53

CAPITULO IV

4. Interpretación de Resultados

4.1. Recolección de datos

Una vez hecho el análisis, el cual consistió en la realización de 9 cilindros de

prueba con resistencia 350 kg/cm², de estos se ensayaron 3 por cada edad (7, 14

y 28 días), obteniendo los resultados deseados, se decidió ejecutar el diseño

definitivo con el método propuesto por el ACI.

4.1.1. Diseño de mezcla de hormigón.

El proceso para llegar a la dosificación adecuada en la obtención de la

resistencia de f’c = 350 kg/cm² se indica a continuación:

En las necesidades técnicas se estableció un valor de asentamiento en

función del tipo de estructura para el cual se diseña el hormigón. Para el cual

se usa la tabla 19.

Tabla 19: Cantidad de agua y aire incluido en función del revenimiento del hormigón y el tamaño

máximo nominal del agregado grueso

REVENIMIENTO 9,5 13 19 25 38 51 76 152

CM 3/8 '' 1/2 '' 3/4 '' 1 '' 1 1/2 '' 2 '' 3 '' 6 ''

HORMIGON SIN AIRE INCLUIDO

2,5 A 5 207,5 197,6 182,8 177,8 163 153,1 143,3 123,5

5 A 10 227,2 217,3 202,5 192,6 177,8 168 158 138,3

15 A 20 242 227,2 212,4 202,5 187,7 177,8 168 148,2

CANTIDAD APROX. DE AIRE

ENTRAMPADO EN EL HORMIGON

3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,3 0,2


Se determina la cantidad de agua y aire incluido por metro cúbico de

hormigón por medio de la tabla anterior. A este valor se incrementa el

54

porcentaje de absorción de los agregados.

Mediante la resistencia a la Compresión de diseño, se escoge la relación

agua/cemento (Tabla 20):

Tabla 20: Cantidad de agua y aire incluido en función del revenimiento del hormigón

Relación agua/cemento

Resistencia kg/cm²

0,70-0,65 140

0,65-0,60 190

0,60-0,55 210

0,55-0,50 250

0,50-0,45 290

0,45-0,40 310

0,40-0,35 350

0,35-0,30 390

0,30 410


Con los resultados de los ensayos de prueba se concluyó que la relación a/c

= 0,385 es la indicada.

Se calcula las masas reales de cemento y agregados de los valores

obtenidos con anterioridad.

cemento =masa del agua

relacion a/c=

223

0,385= 579,23kg

La masa del agregado grueso se la obtiene de la relación entre el tamaño

máximo nominal y del módulo de finura, este último promediado de la arena

de rio y de trituración:

55

Tabla 21: Volumen de agregado grueso por unidad de concreto para diferentes

módulos de finura de la arena

Tamaño máximo del agregado

Módulo de finuras

pulg mm 2,48 2,6 2,8 3

3/8 '' 9,5 0,44 0,44 0,42 0,4

1/2 '' 12,7 0,55 0,53 0,51 0,49

3/4 '' 19,1 0,65 0,63 0,62 0,59

1 '' 25,4 0,7 0,68 0,66 0,84

1 1/2 '' 38,1 0,76 0,74 0,72 0,78

2 '' 50,8 0,79 0,77 0,75 0,73

3 '' 76,2 0,84 0,82 0,8 0,78

6 '' 152,4 0,9 0,88 0,86 0,84


Agregado grueso =PVV ∗

0,621000

DSSS=

1704.55 ∗0,621000

2907= 364 dm³

Agregado grueso = 364dm3 ∗

2907kgcm3

1000= 1056,82 kg

La masa del agregado fino se determina restando la unidad (1000) menos

volumen total de los componentes de la mezcla:

Agregado fino = 1000 − (cemento + agua + AG + aire) = 204dm³

Agregado fino = 1000 − (190 + 223 + 364 + 20) = 204dm³

Agregado fino =DSSS ∗ volumen de arena

1000=

2482,14 ∗ 204

1000= 505,22kg

A los resultados obtenidos se le aumentó 5% como factor de seguridad.

De igual manera se utilizó el mismo diseño para el hormigón reforzado con fibras,

utilizando la dosificación mencionada en las secciones 3.6.1.1 y 3.6.1.2.

En la tabla 22 se puede observar el contenido de cada uno de los materiales que

se utilizaron para la dosificación del hormigón, la temperatura y el revenimiento que

56

presentan las mezclas cuando se incorporan los distintos tipos de fibra. Los

hormigones elaborados con fibras metálicas (HRFM) presentan menor

trabajabilidad en comparación a los hormigones convencionales (HC) y aquellos

que fueron elaborados con fibras de polipropileno (HRFP). Con respecto a la

temperatura, estos hormigones no sufren variación al incorporarse dichas fibras.

Tabla 22: Dosificaciones de mezclas con/sin fibras y condiciones del hormigón en estado fresco

Componentes del hormigón (kg)

Diseño de hormigón f'c 350 kg/cm² normal sin

fibras

Diseño de hormigón f'c 350 kg/cm² con fibra metálica

Diseño de hormigón f'c 350 kg/cm² normal con

polipropileno

Cemento Holcim UG en saco 608,19 608,19 608,19

AF1 Arena de Río 265,24 265,24 265,24

AF2 Arena Triturada 265,24 265,24 265,24

Grava Cantera Verdu 1109,66 1109,66 1109,66

Agua 231,11 231,11 231,11

Aditivo 3,04 3,04 3,04

Polipropileno EPS Fibratex - 1,73 0

Fibra metálica DRAMIX 3D 80/60 BG

- - 30

PRUEBAS EN HORMIGON FRESCO

Revenimiento 15 cm 8 cm 10 cm

Temperatura 30,2º 30,9º 30º


4.2. Resultados de Ensayos a Compresión

Para poder determinar la Resistencia a Compresión del hormigón, se realizaron

27 cilindros de 10 cm de diámetro y 20 cm de longitud, se ensayaron 9 cilindros

para cada tipo de hormigón, los cuales fueron ensayados a los 7, 14 y 28 días.

Habiendo usado la misma dosificación en el diseño de los tres tipos de hormigón

diferenciándose por la adición de fibra, se observa que la resistencia del HRFP tiene

un incremento del 9,1% a los 7 días; mientras que el HRFM, tiene un aumento de

14,2%, con respecto a los valores obtenidos con HC, tal como se muestra en la

Tabla 23 e Ilustración 15.

57


Método del American Concrete Institute (A.C.I.). Probetas diseñadas para f'c = 350 kg/cm²

Identificación de la probeta

Resistencia Promedio de valores más

próximos

kg/cm² % kg/cm² %

HRFP1 316,85 90,53%

303,49 86,71% HRFP2 304,12 86,89%

HRFP3 302,87 86,53%

HRFM1 334,57 95,59%

321,34 91,81% HRFM2 321,34 91,81%

HRFM3 321,34 91,81%

HC1 251,85 71,96%

271,64 77,61% HC2 291,44 83,27%

HC3 192,51 55,00%


Ilustración 15: Gráfico comparativo de resistencias a la Compresión a los 7 días de probetas

convencionales y reforzadas con fibras

Fuente: Propia


En cuanto a los resultados obtenidos a los 14 días, las probetas de HRFP

incrementaron su resistencia en un 12,9 %, las probetas de HRFM un 18,3%, si se

compara con el promedio final de la resistencia del HC (Ver tabla 24).

86,71%

91,81%

77,61%

70,00%

75,00%

80,00%

85,00%

90,00%

95,00%

HRFP1 HRFM1 HC1

58




Resistencia Promedio de valores más

próximos

kg/cm² % kg/cm² %

HRFP4 366,39 104,68%

364,08 104,02% HRFP5 361,77 103,36%

HRFP6 347,17 99,19%

HRFM4 348,29 99,51%

382,99 109,42% HRFM5 384,23 109,78%

HRFM6 381,74 109,07%

HC4 318,92 91,12%

318,92 91,12% HC5 270,97 77,42%

HC6 318,4 90,97%




Fuente: Propia


Finalmente a los 28 días, el HRFP presenta una disminución de resistencia si se

compara con la obtenida con el hormigón elaborado con fibras metálicas, pero

presentan mayor resistencia entre 13 y 15 % respectivamente con relación al

hormigón convencional.

104,02%109,42%

91,12%

0,00%

20,00%

40,00%

60,00%

80,00%

100,00%

120,00%

HRFP1 HRFM1 HC1

59




Resistencia Promedio de valores

más próximos

kg/cm² % kg/cm² %

HRFP7 409,06 116,87%

407,32 116,38% HRFP8 405,57 115,88%

HRFP9 387,48 110,71%

HRFM7 410,59 117,31%

414,34 118,38% HRFM8 400,83 114,52%

HRFM9 418,1 119,46%

HC7 346,83 99,09%

361,66 103,33% HC8 358,42 102,40%

HC9 364,91 104,26%




Fuente: Propia


116,38%

118,38%

103,33%

95,00%

100,00%

105,00%

110,00%

115,00%

120,00%

HRFP1 HRFM1 HC1

60

Ilustración 18: Gráfico comparativo de resistencias a la Compresión a diferentes edades de probetas convencionales y reforzadas con fibras

Fuente: Propia


303,49

364,08

407,32

321,34

382,99

414,34

271,64

318,66

361,66

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

450,00

7 DIAS 14 DIAS 28 DIAS

RES

ISTE

NC

IAkg

/cm

²

TIEMPO

HRFP HRFM HC

61

4.3. Resultados de Ensayos a Flexión

Para este ensayo se elaboraron 18 vigas de sección de 15 x 15 cm y 50 cm de

longitud, las cuales fueron ensayadas a los 7, 14 y 28 días, cuyos resultados se

presentan en las tablas 26, 27 y 28:

Las vigas de HRFM que se ensayaron a los 7 días presentan mayor resistencia

a la Flexión que el HC, ésta variación es de alrededor del 3,33 %. En cambio el

HRFP muestra menor Flexión con respecto al HRFM, pero una resistencia similar

a la del HC.

Tabla 26: Ensayo de rotura a Flexión de vigas de prueba a 7 días de edad

Módulo de Rotura de diseño= 4.2 MPa


Ilustración 19: Gráfico comparativo de Módulos de rotura a los 7 días de vigas convencionales y

reforzadas con fibra

Fuente: Propia

75,47

79,52

76,19

73

74

75

76

77

78

79

80

HRFP1 HRFM1 HC1


Módulo de

rotura (Kg/cm²)

Módulo de

rotura (MPa.)

Promedio Módulo

de rotura (Kg/cm²)

Promedio Módulo

de rotura (MPa.)

%

HRFP1 32 3,14 32,33 3,17 75,47

HRFP2 32,67 3,2

HRFM1 33,33 3,27 34,00 3,34 79,52

HRFM2 34,67 3,4

HC1 33,33 3,27 32,67 3,2 76,19

HC2 32 3,14

62


En cambio, las vigas de HRFP que fueron sometidas a Flexión a los 14 días

presentan una disminución de resistencia a la Flexión si se compara con la

adquirida con el hormigón elaborado con fibras metálicas, sin embargo presentan

mayor resistencia que los hormigones convencionales.




Módulo de

rotura (Kg/cm²)

Módulo de

rotura (MPa.)

Promedio Módulo de

rotura (Kg/cm²)

Promedio Módulo

de rotura (MPa.)

%

HRFP3 41,33 4,05 40,00 3,92 93,33

HRFP4 38,67 3,79

HRFM3 44,67 4,38 43,67 4,28 101,90

HRFP4 42,67 4,19

HC3 37,33 3,66 39,33 3,86 91,90

HC4 41,33 4,05

Fuente: Norma ACI




Fuente: Propia


Las probetas de hormigón convencional experimentadas a los 28 días alcanzan la

93,33

101,9

91,9

86

88

90

92

94

96

98

100

102

104

HRFP1 HRFM1 HC1

63

Resistencia de Flexión de diseño, sin embargo las vigas de HRFP aumentan un

12% y el HRFM sigue siendo el que presenta mayor resistencia en comparación

con los otros dos hormigones, pudiéndose observar dichos resultados en la tabla

28 e ilustración 21.




Módulo de rotura

(Kg/cm²)

Módulo de rotura (MPa.)

Promedio Módulo de

rotura (Kg/cm²)

Promedio Módulo de

rotura (MPa.)

%

HRFP5 44,67 4,38 44,00 4,32 102,85

HRFP6 43,33 4,25

HRFM5 49,33 4,84 48,33 4,74 112,86

HRFM6 47,33 4,64

HC5 41,33 4,05 42,67 4,20 100

HC6 44 4,32

Fuente: Norma ACI




Fuente: Propia


102,85

112,86

100

90

95

100

105

110

115

HRFP1 HRFM1 HC1

64

Ilustración 22: Gráfico comparativo de Módulos de rotura a diferentes edades de vigas convencionales y reforzadas con fibra

Fuente: Propia


3,17

3,92

4,32

3,34

4,28

4,74

3,20

3,86

4,19

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

7 DIAS 14 DIAS 28 DIAS

RES

ISTE

NC

IA (

MP

a)

TIEMPO

HRFP HRFM HC

65

4.4. Análisis de Resultados

La Resistencia a la Flexión que debe tener un hormigón de peso normal, a partir

de los resultados de Resistencia a Compresión, se puede aproximar por medio de

la fórmula de la ASTM C78:

R = (0,62 a 0,83)√f′c

f`c = Resistencia a Compresión (MPa)

Despejando el factor de la fórmula y usando los resultados conseguidos con las

pruebas del hormigón endurecido, se calcularon los siguientes coeficientes (tabla

29):

Tabla 29: Cálculo de relación entre Resistencia a Compresión y módulo de rotura Tipo HRFP HRFM HC

Edad (días) 7 14 28 7 14 28 7 14 28

Resistencia a Compresión

(MPa) 30,35 36,41 40,73 32,13 38,30 41,43 23,54 31,87 36,17

Módulo de rotura (MPa)

3,17 3,92 4,32 3,34 4,28 4,74 3,20 3,86 4,19

Factor a los 28 días

0,58 0,65 0,68 0,59 0,69 0,74 0,66 0,68 0,70

Fuente: Propia Elaborado por: Lindao Cedeño, K y Romero Ortega, A

Al efectuar un promedio, se establece que el factor es igual a 0,71; valor que se

encuentra en el rango especificado en la fórmula, confirmando por medio de éste

procedimiento la validez de los resultados conseguidos en los ensayos.

El ACI muestra el porcentaje de Resistencia a Compresión que el hormigón

convencional gana al transcurrir el tiempo (ver tabla 30).

66

Tabla 30: Incremento de Resistencia a Compresión según edades Edad (días)

Porcentaje en relación a la resistencia requerida

1 16 %

3 40%

7 65%

14 90%

28 99%


El promedio de los ensayos realizados a Compresión de los hormigones

convencionales y reforzados con fibra, concibió los siguientes resultados:

Tabla 31: Resultados promediados de ensayos a Compresión en cilindros RESISTENCIAS A COMPRESION

EDAD HRFP HRFM HC

kg/cm² % kg/cm² % kg/cm² %

7 DIAS 303,49 87% 321,34 92% 235,40 67%

14 DIAS 364,08 104% 382,99 109% 318,66 91%

28 DIAS 407,32 116% 414,34 118% 361,66 103%

Fuente: Propia Elaborado por: Lindao Cedeño, K y Romero Ortega, A

En comparación con la tabla 30 del ACI, el hormigón convencional tuvo un buen

comportamiento, dando como resultado una resistencia mayor a la de diseño.

4.4.1. Densidad del hormigón.

Tabla 32: Densidades de los distintos tipos de hormigón en estado fresco

Tipo Pesos

(kg) Diámetro

(m) Área (m2)

Volumen (m3)

Densidad (kg/m3)

Densidad Promedio

Relación con HC

HC

4,04 0,102 0,200 0,001634 2472,07

2486,30 100% 4,21 0,102 0,203 0,001659 2539,23

4,00 0,102 0,200 0,001634 2447,60

HRFP

4,00 0,102 0,203 0,001659 2410,22

2410,23 97% 3,95 0,102 0,202 0,001651 2392,46

3,97 0,102 0,200 0,001634 2428,02

HRFM

4,13 0,102 0,202 0,001651 2502,73

2463,21 99% 4,00 0,102 0,202 0,001651 2420,33

4,03 0,102

0,200 0,001634 2466,57

Fuente: Propia


67

En la tabla 32 se observan los pesos de cada tipo de hormigón en estado fresco

y el volumen de cada cilindro, con el fin de obtener la densidad real del hormigón y

la incidencia de las fibras en la consistencia de cada probeta.

4.5. Análisis económico

Se realizaron análisis de precio unitario de los tres tipos de hormigón

considerando para cada uno de ellos la misma dosificación, con la diferencia que

se consideró 30 kg/m3 para el HRFM y 1,73 kg de fibra de polipropileno para un

metro cúbico de hormigón.

Además, se realizaron dos análisis de precio adicionales, considerando el

aumento de resistencia que brinda la fibra al hormigón, diseñando una mezcla con

un f’c= 320 kg/cm2 con el mismo porcentaje de fibra indicado en capítulos

anteriores.

En la tabla 33 se puede observar que existe una variación entre el 20 y 60% del

costo por metro cúbico de hormigón con fibra versus el convencional.

Tabla 33: Costos de metro cúbico de diferentes tipos de hormigón

TIPO COSTO

M3

PORCENTAJE CON RESPECTO

AL HC

F'C 350 KG/CM2 HC $ 135,56 100%

F'C 350 KG/CM2 HRFP $ 166,94 123%

F'C 350 KG/CM2 HRFM $ 216,56 160%

F'C 320 KG/CM2 HRFM $ 208,28 154%

F'C 320 KG/CM2 HRFP $ 158,659 117%

Fuente: Propia


68

4.6. Conclusiones

4.6.1. Con respecto al Estado Fresco del Hormigón.

La inclusión de distintos tipos de fibras causan cambios en el

comportamiento del hormigón tanto en estado fresco como endurecido.

En estado fresco, el revenimiento del HRFP disminuyó en un 33,33 % y el

HRFM en un 46,66 %, ambos con relación al HC, el cual presentó el mismo

revenimiento de diseño. Estos porcentajes nos detallan que la fibra provoca

que se reduzca la trabajabilidad del concreto sobre todo con la adición de la

fibra metálica.

En lo que se refiere a la temperatura, al comparar los tres hormigones, se

puede evidenciar que el cambio es mínimo, concluyendo con que no hay un

cambio notorio de temperatura.

Los hormigones que se reforzaron con fibras presentan disminuciones entre

el 3% (HRFP) y el 1% (HRFM) de su densidad con respecto a la densidad

presentada por el hormigón convencional.

4.6.2. Con respeto al Estado Endurecido del Hormigón.

La resistencia a Compresión es una de las características mecánicas más

representativas del hormigón, con la adición de fibras se consigue un

incremento considerable de ésta. Añadiendo las fibras de polipropileno y

metálica, se ganó un 13 y 15% respectivamente, sobre el hormigón

convencional.

En la resistencia a Flexión, al incluir las fibras de polipropileno en el hormigón

69

simple, proporcionaron un crecimiento mínimo del 2,85 % y con las fibras

metálicas adquirieron 13 % más, comprobando que éstos resultados

comparados con la resistencia que alcanzó el hormigón convencional,

demuestran un incremento notorio en el comportamiento mecánico del

concreto.

De manera visual se constató que mientras se somete a Flexión a las vigas

de hormigón simple y las reforzadas con fibra de polipropileno, sufren

fracturación los especímenes ensayados; mientras que las probetas que

contienen fibra metálica solo presentan fisuración.

4.6.3. Con respecto al factor económico.

Existe un aumento de 1,25 y 1,6 veces el costo del hormigón reforzado

con fibra de polipropileno y metálica respectivamente, en comparación al

hormigón convencional. Al comprobar el aumento de la resistencia en el

diseño analizado, se diseñó una mezcla con menor tenacidad y que la

fibra compense dicha disminución de agregados y cemento, pero no

provoca un ahorro considerable en el costo por metro cúbico de hormigón.

4.7. Recomendaciones

Se recomienda que para el proceso de mezclado, las fibras se coloquen al

final de todos los materiales, además el fabricante sugiere mezclar la fibra

en el mixer por lo menos 5 minutos después de añadirla, ya que si se la

coloca al inicio, esto provoca que las fibras no se distribuyan bien.

El uso de aditivos plastificantes para mejorar la trabajabilidad del concreto.

70

Sería importante que se tome en cuenta la variedad de fibras naturales que

hay en el país realizando investigaciones acerca del comportamiento de

estas fibras como refuerzo para el hormigón, con el objeto de aminorar

costos con relación a las fibras importadas que son mucho más costosas.

A pesar del incremento en el costo de elaboración de hormigones, la

presencia de las fibras evita las fisuraciones, permite soportar mejor las

cargas inducidas por los automotores y condiciones ambientales

contrarrestando el efecto de la fatiga en el pavimento rígido.

Se sugiere que los Equipos y maquinarias deben estar debidamente

calibradas para obtener valores más confiables.

Se propone que el Personal de apoyo de Laboratorio estén en constante

capacitación sobre los diferentes ensayos que se requieran.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ACI 544.1R-96. (2002). Report on Fiber Reinforced Concrete.

NTE INEN 152. (2012). Norma Técnica Ecuatoriana (Primera Edición).

Federico Delfín, A. (2013). Áridos para hormigones.

Sánchez de Guzmán, D. (2001). Tecnología del Concreto y del mortero

(Quinta Edición).

Barros Fierro, V y Ramírez Cueva, H. (2012). Diseño de Hormigones con

Fibras de Polipropileno para Resistencias a la Compresión de 21 y 28 MPa

con agregados de la cantera Pifo (Tesis de Grado).

Montalvo Guevara, M. (2015). Pavimentos Rígidos Reforzados con Fibras

de Acero Versus Pavimentos Tradicionales (Tesis de Grado).

López Chipre, C y Robalino Cabrera, D. (2017). Determinación de cantidad

optima de Fibra Metálica para la Elaboración de Hormigón de Cemento

Portland de Mr= 4.5 MPa para Pavimentos Rígidos (Tesis de Grado).

Mamlouk, M y Zaniewski, J. (2009). Materiales para Ingeniería Civil

(Segunda Edición).

ANEXOS

ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: UNIDAD: m3

DETALLE: HORMIGON f'c 350 kg/cm2 CONVENCIONAL PARA PAVIMENTO

Rendimiento(h/m3)= 0,0166

Equipo

DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA

RENDIMIENTO COSTO

A B C = A * B R D=C*R

Planta de hormigón

1,00 $ 63,58 $ 63,58 0,0166 $ 1,06

Cargadora 1,00 $ 77,58 $ 77,58 0,0166 $ 1,29

Míxer 12,00 $ 56,31 $ 675,72 0,0166 $ 11,22

Pavimentadora 1,00 $ 68,13 $ 68,13 0,0166 $ 1,13

SUBTOTAL M $ 14,69

Mano de Obra

DESCRIPCION CANTIDAD JORNAL/HR COSTO HORA

RENDIMIENTO COSTO


Operador tipo 1 2,00 $ 3,93 $ 7,86 0,0166 $ 0,13

Operador tipo 2 1,00 $ 3,74 $ 3,74 0,0166 $ 0,06

Chofer E 12,00 $ 5,15 $ 61,80 0,0166 $ 1,03

Laboratorista (planta)

1,00 $ 3,93 $ 3,93 0,0166 $ 0,07

Maestro 1,00 $ 3,93 $ 3,93 0,0166 $ 0,07

Albañil 2,00 $ 3,55 $ 7,10 0,0166 $ 0,12

Carpintero 2,00 $ 3,55 $ 7,10 0,0166 $ 0,12

Peón 5,00 $ 3,51 $ 17,55 0,0166 $ 0,29

SUBTOTAL N $ 1,88

Materiales

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO UNIT. COSTO

A B C=A*B

Cemento kg 608,19 $ 0,134 $ 81,45

Piedra 3/4 m3 0,62 $ 8,000 $ 4,96

Arena m3 0,24 $ 12,000 $ 2,85

Agua m3 0,22 $ 0,400 $ 0,09

Plastificante kg 3,04 $ 2,315 $ 7,04

SUBTOTAL O $ 96,40

Transporte

DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD TARIFA COSTO

A B C=A*B

SUBTOTAL P $ 0,00

TOTAL COSTO DIRECTO (M+N+O+P) $ 112,96

COSTO INDIRECTO 20,0% $ 22,59

COSTO TOTAL DE RUBRO $ 135,56


RUBRO: UNIDAD: m3

DETALLE: HORM. f'c 350 kg/cm2 REFORZADO CON FIBRA DE POLIPROPILENO PARA PAVIMENTO


Equipo


RENDIMIENTO COSTO


Planta de hormigón

1,00 $ 63,58 $ 63,58 0,0166 $ 1,06

Cargadora 1,00 $ 77,58 $ 77,58 0,0166 $ 1,29

Míxer 12,00 $ 56,31 $ 675,72 0,0166 $ 11,22

Pavimentadora 1,00 $ 68,13 $ 68,13 0,0166 $ 1,13

SUBTOTAL M $ 14,69

Mano de Obra


RENDIMIENTO COSTO


Operador tipo 1 2,00 $ 3,93 $ 7,86 0,0166 $ 0,13

Operador tipo 2 1,00 $ 3,74 $ 3,74 0,0166 $ 0,06

Chofer E 12,00 $ 5,15 $ 61,80 0,0166 $ 1,03


1,00 $ 3,93 $ 3,93 0,0166 $ 0,07

Maestro 1,00 $ 3,93 $ 3,93 0,0166 $ 0,07

Albañil 2,00 $ 3,55 $ 7,10 0,0166 $ 0,12

Carpintero 2,00 $ 3,55 $ 7,10 0,0166 $ 0,12

Peón 5,00 $ 3,51 $ 17,55 0,0166 $ 0,29

SUBTOTAL N $ 1,88

Materiales


A B C=A*B

Cemento kg 608,19 $ 0,134 $ 81,45

Piedra 3/4 m3 0,62 $ 8,000 $ 4,96

Arena m3 0,24 $ 12,000 $ 2,85

Agua m3 0,22 $ 0,400 $ 0,09


Fibra polipropileno kg 1,73 $ 15,141 $ 26,15

SUBTOTAL O $ 122,55

Transporte


A B C=A*B

SUBTOTAL P $ 0,00





RUBRO: UNIDAD: m3

DETALLE: HORMIGON f'c 350 kg/cm2 REFORZADO CON FIBRA METÁLICA PARA PAVIMENTO


Equipo


RENDIMIENTO COSTO


Planta de hormigón

1,00 $ 63,58 $ 63,58 0,0166 $ 1,06

Cargadora 1,00 $ 77,58 $ 77,58 0,0166 $ 1,29

Míxer 12,00 $ 56,31 $ 675,72 0,0166 $ 11,22

Pavimentadora 1,00 $ 68,13 $ 68,13 0,0166 $ 1,13

SUBTOTAL M $ 14,69

Mano de Obra


RENDIMIENTO COSTO


Operador tipo 1 2,00 $ 3,93 $ 7,86 0,0166 $ 0,13

Operador tipo 2 1,00 $ 3,74 $ 3,74 0,0166 $ 0,06

Chofer E 12,00 $ 5,15 $ 61,80 0,0166 $ 1,03


1,00 $ 3,93 $ 3,93 0,0166 $ 0,07

Maestro 1,00 $ 3,93 $ 3,93 0,0166 $ 0,07

Albañil 2,00 $ 3,55 $ 7,10 0,0166 $ 0,12

Carpintero 2,00 $ 3,55 $ 7,10 0,0166 $ 0,12

Peón 5,00 $ 3,51 $ 17,55 0,0166 $ 0,29

SUBTOTAL N $ 1,88

Materiales


A B C=A*B

Cemento kg 608,19 $ 0,134 $ 81,45

Piedra 3/4 m3 0,62 $ 8,000 $ 4,96

Arena m3 0,24 $ 12,000 $ 2,85

Agua m3 0,22 $ 0,400 $ 0,09


Fibra Metálica kg 30,00 $ 2,250 $ 67,50

SUBTOTAL O $ 163,90

Transporte


A B C=A*B

SUBTOTAL P $ 0,00





RUBRO: UNIDAD: m3

DETALLE: HORMIGON f'c 320 kg/cm2 REFORZADO CON FIBRA METÁLICA PARA PAVIMENTO


Equipo


RENDIMIENTO COSTO


Planta de hormigón

1,00 $ 63,58 $ 63,58 0,0166 $ 1,06

Cargadora 1,00 $ 77,58 $ 77,58 0,0166 $ 1,29

Míxer 12,00 $ 56,31 $ 675,72 0,0166 $ 11,22

Pavimentadora 1,00 $ 68,13 $ 68,13 0,0166 $ 1,13

SUBTOTAL M $ 14,69

Mano de Obra


RENDIMIENTO COSTO


Operador tipo 1 2,00 $ 3,93 $ 7,86 0,0166 $ 0,13

Operador tipo 2 1,00 $ 3,74 $ 3,74 0,0166 $ 0,06

Chofer E 12,00 $ 5,15 $ 61,80 0,0166 $ 1,03


1,00 $ 3,93 $ 3,93 0,0166 $ 0,07

Maestro 1,00 $ 3,93 $ 3,93 0,0166 $ 0,07

Albañil 2,00 $ 3,55 $ 7,10 0,0166 $ 0,12

Carpintero 2,00 $ 3,55 $ 7,10 0,0166 $ 0,12

Peón 5,00 $ 3,51 $ 17,55 0,0166 $ 0,29

SUBTOTAL N $ 1,88

Materiales


A B C=A*B

Cemento kg 557,508 $ 0,134 $ 74,67

Piedra 3/4 m3 0,651 $ 8,000 $ 5,21

Arena m3 0,256 $ 12,000 $ 3,08

Agua m3 0,234 $ 0,400 $ 0,09


Fibra Metálica kg 30,000 $ 2,250 $ 67,50

SUBTOTAL O $ 157,00

Transporte


A B C=A*B

SUBTOTAL P $ 0,00





RUBRO: UNIDAD: m3

DETALLE: HORM. f'c 320 kg/cm2 REFORZADO CON FIBRA DE POLIPROPILENO PARA PAVIMENTO


Equipo


RENDIMIENTO COSTO


Planta de hormigón

1,00 $ 63,58 $ 63,58 0,0166 $ 1,06

Cargadora 1,00 $ 77,58 $ 77,58 0,0166 $ 1,29

Míxer 12,00 $ 56,31 $ 675,72 0,0166 $ 11,22

Pavimentadora 1,00 $ 68,13 $ 68,13 0,0166 $ 1,13

SUBTOTAL M $ 14,69

Mano de Obra


RENDIMIENTO COSTO


Operador tipo 1 2,00 $ 3,93 $ 7,86 0,0166 $ 0,13

Operador tipo 2 1,00 $ 3,74 $ 3,74 0,0166 $ 0,06

Chofer E 12,00 $ 5,15 $ 61,80 0,0166 $ 1,03


1,00 $ 3,93 $ 3,93 0,0166 $ 0,07

Maestro 1,00 $ 3,93 $ 3,93 0,0166 $ 0,07

Albañil 2,00 $ 3,55 $ 7,10 0,0166 $ 0,12

Carpintero 2,00 $ 3,55 $ 7,10 0,0166 $ 0,12

Peón 5,00 $ 3,51 $ 17,55 0,0166 $ 0,29

SUBTOTAL N $ 1,88

Materiales


A B C=A*B

Cemento kg 557,508 $ 0,134 $ 74,67

Piedra 3/4 m3 0,651 $ 8,000 $ 5,21

Arena m3 0,256 $ 12,000 $ 3,08

Agua m3 0,234 $ 0,400 $ 0,09


Fibra Polipropileno kg 1,73 $ 15,141 $ 26,15

SUBTOTAL O $ 115,65

Transporte


A B C=A*B

SUBTOTAL P $ 0,00




Enconfrado de vigas

Encofrado de cilindros

Rotura de viga reforzada con fibra de polipropileno

Presencia de fisuras en la viga reforzada con fibra metálica

Rotura de viga de hormigón simple

Rotura de cilindros

Rotura de cilindros

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

UNIDAD DE TITULACIÓN

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO: INCIDENCIA DE LAS FIBRAS DE POLIPROPILENO Y FIBRAS METÁLICAS EN UN HORMIGÓN PARA PAVIMENTO RÍGIDO F’C = 350 KG/CM²

AUTOR(ES) (apellidos/nombres): Lindao Cedeño Kenia Patricia Romero Ortega Ana Cristina

REVISOR(ES)/TUTOR(ES) (apellidos/nombres):

Ing. Gino Flor Chávez Ing. Fausto Cabrera Montes, M. Sc.

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil

UNIDAD/FACULTAD: Ciencias Matemáticas y Físicas

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:

GRADO OBTENIDO:

FECHA DE PUBLICACIÓN: 2018 No. DE PÁGINAS:

90

ÁREAS TEMÁTICAS: USO DE FIBRAS PARA REFORZAR HORMIGON

PALABRAS CLAVES/ KEYWORDS:

FIBRAS, HORMIGON, POLIPROPILENO, ACERO, PAVIMENTO RIGIDO

RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras): Este trabajo tiene como fin mostrar una alternativa para mejorar el comportamiento del hormigón convencional con la adición de fibras de polipropileno y fibras metálicas para el diseño de un pavimento rígido f´c = 350 kg/cm². Los progresos con los que aportan las fibras son la disminución de fisuras, el aumento considerable de la resistencia a Tracción, así como el incremento de otras propiedades. Con la búsqueda de beneficios adicionales en lo que se refiere a incremento de la durabilidad y reducción del refuerzo tradicional, las fibras son colocadas en aplicaciones estructurales. Debido a las nuevas preferencias constructivas el uso de hormigón reforzado con fibra avanza a gran velocidad, en el campo de los hormigones especiales se establece como una de las innovaciones más relevantes. Cada vez más se emplea el uso de hormigón fibro-reforzado, se utiliza en diferentes obras civiles, desde pavimentos rígidos hasta en el reforzamiento de estabilidad de obras subterráneas, estabilización de taludes y ejecución de piscinas. La visión de la investigación es comparar los resultados obtenidos en el diseño de hormigón simple y el hormigón reforzado con fibras, tomando en cuenta la metodología de diseño, procedimiento constructivo y precios unitarios.

ADJUNTO PDF: SI NO

CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono: 0986974620 0996872001

E-mail: [email protected] [email protected]

CONTACTO CON LA INSTITUCIÓN:

Nombre: FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

Teléfono: 2 – 283348

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ANEXO 10

X

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