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    PROYECTO DE INVESTIGACIN:Infuencia de la Fibra de Vidrio en la

    resisencia del concreo

    Asi!naura: Tecnolo!"a de

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    ARQUITECTURA

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    NDICE

    I. IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA6666666666666666666666666666666666666666666666666666666664

    II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA666666666666666666666666666666666666666666666666666666664II.I. DIFICULTADES EN EL PROYECTO66666666666666666666666666666666666666666666666666662

    III. OBJETIVOS6666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666662

    OBJETIVO GENERAL.6666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666662

    OBJETIVOS ESPECFICOS.66666666666666666666666666666666666666666666666666666666666662

    IV. JUSTIFICACIN6666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666662

    V. MARCO TERICO6666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666667

    V.I. INTRODUCCIN6666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666667

    V.II. CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS DE VIDRIO (GRC)66666666666666666666666666666668

    V.III COMPOSICIN DE LAS FIBRAS DE VIDRIO666666666666666666666666666666666666666666665

    V.IV. PROCESO DE FABRICACIN6666666666666666666666666666666666666666666666666666666665

    V.V. APLICACIONES6666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666669

    V.V.I. CLASES Y CARACTERSTICAS DE LA FIBRA DE VIDRIO666666666666666666666666666666669

    V.VI. PRINCIPA*ES CARACTERSTICAS DE *A FI;RA DE VIDRIO-----------8

    VI. METODOLOGA Y MATERIALES------------------------------------------------------------------9

    VII. CONCLUSIONES----------------------------------------------------------------------------------9

    VIII. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES---------------------------------------------------------------9

    IX. PRESUPUESTOS Y FINANCIAMIENTO---------------------------------------------------------10

    X. Norm!--------------------------------------------------------------------------------------------10

    XI. REFERENCIAS----------------------------------------------------------------------------------11

    XII. BIBLIOGRAFIA----------------------------------------------------------------------------------11

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    I. IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA

    El concreto es relativamente resistente en compresin pero dbil en tensin y tiende a ser frgil.La fisuracin del concreto es un fenmeno indeseable cuyas causas van desde variaciones en lacomposicin del material, hasta efectos de cambios trmicos. Una fisura delata realmente la

    competencia perdida entre la capacidad del material de resistir un esfuero frente al efecto deun esfuero actuante.

    Los primeros esfueros por incorporar fibras de vidrio al concreto para desarrollar un material deconstruccin d!ctil se hicieron en "usia en la dcada de #$%&' sin embargo, no tuvieron buenresultado por(ue las fibras de vidrio se deterioraban rpidamente como consecuencia de lareactividad con los lcalis presentes en el cemento.

    En #$)* se invent en el "eino Unido la fibra de vidrio lcali+resistente mediante la adicin deirconio, lo cual permiti desarrollar la tecnologa del concreto reforado con fibra de vidrio o-" /sigla en ingls de -lass 0iber "einforcement oncrete1 y su aplicacin se propag

    rpidamente por todo el mundo. Las recomendaciones para el uso de esta tecnologa seencuentran en documentos del 2nstituto de 3refabricados y 3retensados de Estados Unidos/321 y los ensayos de control de calidad se describen en la norma europea U4E ##*.

    II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

    La debilidad en tensin puede ser superada por el uso de refuero convencional de varilla y, encierta medida, por la inclusin de un volumen suficiente de ciertas fibras. En la b!s(ueda de unrefuero (ue permitiera la consecucin de un material compuesto robusto, con e5celentesprestaciones, se han desarrollado numerosas e5periencias con otras fibras de refuero talescomo las de origen orgnico /aramidas, nylon, rayn, polipropileno,....1, inorgnico /vidrio, boro,

    carbono,....1 y metlicas /hierro, fundicin d!ctil, acero, aluminio,...1. 6e entre todas ellas la me7orrelacin costo 8 propiedades mecnicas la ostentan las 0ibras de 9idrio ofreciendo una granfacilidad de traba7o y mane7abilidad, con7ugada con un carcter inocuo y seguro, otorgando a los:ateriales ompuestos, generados por ellas' grandes resistencias mecnicas.

    Los primeros ensayos y e5periencias para el refuero de los cementos y sus morteros serealiaron con 0ibras de 9idrio tipo E, /usadas normalmente para el refuero de plsticos ypolisteres1 dada la alta resistencia inherente de las mismas. ;in embargo, dichas tentativasfracasaron debido a (ue, este tipo de 0ibra, al ser incorporada al mortero, estaba su7eto alata(ue (umico de los cristales alcalinos producidos en el proceso de hidratacin del cemento,sin poderse remediar este problema.

    El reforamiento con fibras de vidrio tiene numerosas aplicaciones, tales como< aumento decapacidad de carga' da=os en elementos estructurales por enve7ecimiento' sismos' impactos'errores de dise=o o construccin entre otros.

    E" #!o $% &'r!3ara el uso efectivo de fibras en el concreto endurecido se deben tener contempladas lassiguientes caractersticas Las fibras deben ser significativamente ms rgidas (ue la matri, es decir, un mdulo de

    elasticidad ms alto.> El contenido de fibras por volumen debe ser adecuado.> 6ebe haber una buena adherencia entre la fibra y la matri.> La longitud de las fibras debe ser suficiente.

    > Las fibras deben tener una alta relacin de aspecto' es decir, deben ser largas con relacina su dimetro.

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    II.I. DIFICULTADES EN EL PROYECTO

    ? pesar de la gran cantidad de investigaciones (ue han estudiado las propiedades mecnicas delconcreto reforado con fibras de vidrio, el comportamiento de este material frente a cargas dinmicassigue sin estar caracteriado. ?s pues, se ha puesto notable nfasis en el estudio y anlisis de laspropiedades dinmicas del concreto reforado con fibras de vidrio mediante la realiacin de ensayosmecnicos a altas y medias velocidades de deformacin. 3ara el estudio de las propiedades delconcreto reforado con fibras de vidrio se realiaron ensayos a velocidades de deformacin medias.

    III. OBJETIVOS

    OBJETIVO GENERAL.?naliar el comportamiento mecnico de meclas de concreto com!n con inclusin defibras de vidrio

    OBJETIVOS ESPECFICOS. omparar las meclas con porcenta7e de fibra de vidrio incluido, con la mecla

    de referencia, para analiar los cambios encontrados. 3resentar una nueva alternativa de refuero al concreto como para estructuras

    y as poder contar con estructuras confiables. 6ar a conocer de (u esta compuesto la fibra de vidrio. 2ncentivar a (ue puedan tomar en consideracin este tipo de material en las

    obras de construccin, sin importar la especialidad (ue sea.

    IV. JUSTIFICACINLas meclas de concreto con adiciones de fibra de vidrio han sido usadas en el mundooccidental, pero en 3er! no se ha logrado a!n un uso generaliado de este tipo de adicin. Eninvestigaciones realiadas a lo largo de la historia se ha logrado muy buenos resultados encuanto a la me7ora de las propiedades mecnicas de tensin del concreto. /:u=o, @&&*' Aguila,@&' ;nche y ;nche, #$$#1.

    El 5ito de las investigaciones mencionadas impulsa la realiacin de este proyecto, en donde sedesea analiar el comportamiento de meclas de concreto con fibra de vidrio utiliandomateriales locales. Las meclas con adiciones de fibras se componen de los mismos materiales(ue contiene el concreto com!n, con una modificacin en las cantidades de finos y gruesos, yadicionndoles porcenta7es de fibra en diferentes presentaciones. En estudios realiados se haninvestigado diferentes clases de fibras usadas para me7orar las propiedades mecnicas de lasmeclas de concreto, entre las cuales se encuentran fibras de acero, sintticas, de vidrio,

    naturales procesadas y no procesadas. El concreto reforado con fibras se ha usado endiferentes tipos de elementos como por e7emplo en vigas, columnas, muros estructurales, pisosindustriales, concretos lanados, pasadores de pavimentos rgidos y en reparacin de concretos.Btro nfasis entre los estudios de meclas de concreto con adicin de fibras es la tcnica demecla y la colocacin de la fibra, sto dependiente de la fibra adicionada /Cimne, @#1.

    En meclas de concreto con adicin de fibra de vidrio se encuentran fibras enteras (ue soncolocadas en las meclas de manera de costura de hilo o vaivnD, y otras donde se combinacon el resto de los componentes un porcenta7e determinado de fibras cortadas en unosdimensiones especficas. El segundo mtodo es el ms aplicado en la actualidad /;nche y;nche, #$$#1.?ctualmente en 4orte+?mrica, algunos pases de ;ur+?mrica, Europa y parte occidental de?sia se usa este tipo de meclas de concreto con adiciones de fibra de vidrio para la elaboracin

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    de prefabricados, usados en construccin de casas de # y @ pisos, enchapes de edificios,morteros de piso, morteros lanados, losas para evitar retraccin del concreto, /6a, @&&1.

    Btros usos diferentes a la construccin es la elaboracin de monumentos u obras artsticaselaboradas en concreto' esto se debe a (ue el material ofrece muy buen acabado final y permite

    altos mdulos de elasticidad (ue permiten realiar dise=os atrevidos de formas angulosas yesbeltas, (ue el concreto com!n no puede soportar y adicionndole fibra de vidrio es posible.

    V. MARCO TERICO

    V.I. INTRODUCCIN

    El concreto, material indispensable para la e7ecucin de las construcciones msimportantes del planeta, es considerado de gran importancia en el desarrollo de lacomunidad, por ende es estudiado cautelosamente por laboratorios enfocados en losdesarrollos ingenieriles de mayor alcance mundial.

    En la gran mayora de los procesos constructivos (ue se usan actualmente en 3er! seencuentran comprometidas meclas de concreto, las cuales se componen generalmente deuna mecla de cemento, aire, agua y uno o ms conglomerantes' los conglomerantespueden ser de varios tipos entre los cuales se encuentra, los calcreos, bituminosos, ridosfinos o gruesos /(ue son las grava o arenas1. ?dicionalmente, el concreto puede incluiradiciones yFo aditivos dependiendo de un ob7etivo' entre estos e5isten colorantes,retardantes, fluidificantes, impermeabiliantes en el caso de los aditivos y elementos comofibras, minerales y polmeros en el caso de las adiciones. El proceso de elaboracin deconcreto comiena cuando el cemento se hidrata con agua, a partir de este momento esdonde se inician reacciones (umicas (ue provocan el endurecimiento de la mecla' al finalse logra un material con consistencia en forma de piedra /:e7a, @&&$1.

    La mayora de las investigaciones sobre el concreto han hecho nfasis en estudiar laspropiedades mecnicas del material' a partir de estos estudios se ha determinado (ue elconcreto presenta propiedades (ue ayudan al material a comportarse ante unos esfuerosdeterminados de manera positiva y ante otros esfueros no presenta buenos resultados.3or e7emplo, el concreto ha demostrado comportarse de ptima manera ante esfueros decompresin, pero a la hora de someterlo a esfueros de tensin, muestra deficiencias.6urante a=os se han realiado proyectos investigativos enfocados a me7orar la capacidad atensin del concreto. El aumento de la capacidad a tensin se ha obtenido al incluir

    elementos a las meclas de concreto' entre estos elementos se encuentra la fibra de vidrio/:u=o, @&&*' ;nche y ;nche, #$$#1.

    Entre los problemas ms agravantes (ue comprometen la poca resistencia a la tensin delconcreto se encuentra la fisuracin, (ue son pe(ue=as grietas (ue se forman en la mecladel concreto de manera interna o superficialmente, lo cual depende del fenmeno de lafisuracin (ue ocurra. ?dicionar porcenta7es de fibras de vidrio a las meclas de concretopuede evitar (ue ocurra este tipo de fenmeno.

    Btra de las cualidades (ue se puede me7orar en las meclas de concreto al adicionarpe(ue=os porcenta7es de fibra de vidrio es la ductilidad, caracterstica de la cual carece el

    concreto com!n. :e7orar el comportamiento a tensin en las meclas de concreto conaplicacin de fibra de vidrio disminuye la fisuracin por retraccin del concreto, fenmeno

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    (ue ocurre en las meclas debido a los cambio de temperatura del material mientras pasade estado l(uido a slido. La disminucin de la fisuracin por retraccin se refle7a encualidades durabilidad, mayor fle5in y aumento de ductilidad en elementos estructuralescompuestos de concreto /;usetyo, @&&$1.

    V.II. CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS DE VIDRIO (GRC)

    El oncreto "eforado con fibras de 9idrio es un material compuesto (ue est formado poruna matri de mortero de cemento y fibras cortas de vidrio. 0ue ideado alrededor de #$G&como consecuencia del 5ito de los materiales compuestos de matri polimrica reforadoscon fibras de vidrio. ;e intentaron sustituir las armaduras de acero en los elementosconstructivos de hormign, por otros materiales, pero no se consigui usando fibras devidrio ya (ue su mdulo de elasticidad es apro5imadamente tres veces menor (ue el delacero, lo (ue haca (ue las deformaciones en las estructuras fueran demasiado grandes.;in embargo, se empearon a concebir aplicaciones en las (ue las fibras de vidrio seintroducan en el material en forma de mallas y no formando parte de las barras de armadodel hormign. En estas primeras pruebas se alcanaron fracciones volumtricas de fibrasdel G&H. En #$)& se vi la necesidad de sustituir, debido a su componente cancergeno,las fibras de amianto (ue se utiliaban en la industria de la construccin por otro tipo defibras, ideandose de esa manera el -".

    Los primeros tipos de -" estaban formados por la unin de fibras de vidrio E y una matrirealiada con cemento 3ortland. Las fibras se introdu7eron de diferentes formas y secomprob en todas ellas la me7ora de propiedades (ue producan en el mortero decemento.

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    V.III COMPOSICIN DE LAS FIBRAS DE VIDRIOomo principal materia prima en la fabricacin de un -", se emplean las 0ibras de9idrios, mediante las cuales el -" logra las caractersticas (ue se van a detallar en esteestudio.En el 9idrio el componente (ue otorga a la fibra de vidrio su poder de ?lcali+"esistencia es

    el irconio /Ir1.

    Lo! r'*+'"%! +omo*%*,%! $% %!,% -'$r'o !o*B5ido de irconio [email protected] J #GH;lice ;[email protected]?l!mina [email protected] de ;odio [email protected] de itanio [email protected]do de alcio aBEl proceso de fabricacin de la fibra sigue las siguientes etapas Boroe5celentes propiedades elctricas y gran durabilidad.> C/%m'+"< es un tipo de fibra con una elevada resistencia (umica. ;e utilian en estructuras

    (ue se ven sometidas a atmsferas muy agresivas. 3ropiedades mecnicas entre vidrio ? yE. aplicaciones en sectores (umicos, alimentos, etc.

    > D'%"0+,r'+o< debido a sus altas propiedades dielctricas /perdidas elctricas muy dbiles1 seutilian para componentes electrnicos y de telecomunicaciones.

    > E"0+,r'+o< desarrollado principalmente para aplicaciones elctricas, es el tipo de fibra devidrio de coste mas reducido. ambin se emplea en otras aplicaciones como en laconstruccin de barcos y es la ms utiliada en la fabricacin de fibras continuas. Esbsicamente un vidrio de borosilicato de calcio y aluminio con un contenido muy ba7o o nulode potasio y sodio. 3osee una buena resistencia a la humedad.

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    > R o S/resistence en francs y strength en ingles1< es el tipo de fibra de mayor resistencia.;u principal terreno de aplicaciones se encuentra en los campos militares y aeroespaciales."elacin resistenciaFpeso superior al vidrio E. ofrece mayor resistencia a la traccin y a lafatiga.

    V.VI. PRINCIPA*ES CARACTERSTICAS DE *A FI;RA DE VIDRIOa1 E5celente resistencia mecnica especifica /resistencia a la traccinFdensidad1b1 "esistencia a la humedad/debe sin embargo evitar la humedad antes de la laminacin

    por(ue per7udica la unin con la resinac1 "esistencia al ata(ue de agentes (umicosd1 Puenas propiedades como aislante elctricoe1 Pbil conductividad trmicaf1 Puena estabilidad dimensionalg1 Pa7o alargamientoh1 3ropiedades istropas /al contrario (ue las fibras de carbono y Qevlar1i1 E5celente adherencia a la matri /utiliando recubrimientos apropiados para cada tipo de

    resina1

    71 2ncombustibilidad es por naturalea. 4o propaga la lama ni origina con el calor humos oto5icidad

    Q1 2mputrescibilidadl1 ompatibilidad con las materias orgnicas< ;u aptitud a recibir diferentes ensima7es creando

    un puente de unin entreel vidrio y la matri, le confiere, la posibilidad de asociarse anumerosas resinas sintticas, as como a ciertas matricesminerales /yeso, cementoR1.

    Vena

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    riterio mnimo re(uerido antes del reforamiento para prevenir el colapso delpegamento adhesivo toda ve (ue pueda estar comprometido a eventos incontrolables/fuego, vandalismo, impacto, etc.1.

    ambin seg!n las normas (ue se cuenta en nuestro pas.

    Los materiales (ue se utiliaran< cemento, agregado, agua, fibra de carbono, varilla de fierro, losmateriales necesarios para hacer una mecla.En el caso de los ensayos seria necesario una la ma(uina en la cual se pueda realiar ensayos acompresin, tensin y fle5in.

    VII. CONCLUSIONES 6urante este traba7o se evidenci el comportamiento de la fibra de vidrio ba7o diferentes

    circunstancias, con el propsito de poder dar un respaldo y una 7ustificacin cientfica al uso dela fibra de vidrio en la construccin.

    Las propiedades del concreto me7oran cuando se a=aden pe(ue=as cantidades de fibras devidrio. En particular, se minimia el agrietamiento por contraccin plstica, y se consiguen

    me7oras en las propiedades del hormign curado, como resultado de la presencia fsica de lasfibras, en lugar de por su efecto normal y contrastado de refuero. Las fibras de vidrio, pueden aditivarse en cantidades elevadas y proporcionar una me7or

    resistencia al impacto. La cantidad de fibra (ue puede a=adirse depende bsicamente del dise=ode la mecla.

    VIII. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

    CRONOGRA#A DE ACTIVIDADES

    ACT

    #AYO (%NIO4=

    SE#ANA2= SE#ANA 7= SE#ANA 8= SE#ANA 2= SE#ANA

    7 8 > 5 9 43

    44

    42 47 48

    49

    4?

    [email protected]

    23

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    28

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    49

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    [email protected]

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    24

    Elab+

    Doc+

    O O O O O O O O O

    Re

    B+

    Doc

    O O O O

    Enre!a+

    O

    IX. PRESUPUESTOS Y FINANCIAMIENTO

    3ara poder realiar algunos ensayos, necesariamente se debera de contar con