REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NUEVA ...

Evaluación del plástico reciclado (PET1) como elemento sustituto de la malla electrosoldada,

en miembros no estructurales de concreto (f'c= 180 kgf/cm2 t=3"). by Díaz Mata, Brayan Jesús; González Paéz, Emmanuel Enrique is licensed under a Creative Commons

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

Línea de investigación: Control de calidad Tema: Materiales y ensayos

EVALUACIÓN DEL PLÁSTICO RECICLADO (PET1) COMO ELEMENTO

SUSTITUTO DE LA MALLA ELECTROSOLDADA, EN MIEMBROS NO

ESTRUCTURALES DE CONCRETO (f’c= 180 kgf/cm2 T=3)”

Tutor:

Ing. Rafael Reyes

C.I. 3.838.952

CIV 35.001

Proyecto de Trabajo de Grado para

optar al Título de Ingeniero Civil,

Presentado por:

Br. Emmanuel Enrique González Páez

C.I: 19.378.553

Br. Brayan Jesús Díaz Mata

C.I.: 22.900.933

Enero 2016

ii

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

Línea de investigación: Control de calidad

Tema: Materiales y ensayos

EVALUACIÓN DEL PLÁSTICO RECICLADO (PET1) COMO ELEMENTO

SUSTITUTO DE LA MALLA ELECTROSOLDADA, EN MIEMBROS NO

ESTRUCTURALES DE CONCRETO (f’c= 180 kgf/cm2 T=3”)

Evaluadores:

Técnico Investigación

Nombre y Apellido Nombre y Apellido

Cedula de Identidad Cedula de Identidad

Firma Firma

Enero 2016

iii

Dedicatoria

Por sobre todas las cosas primeramente quisiera dedicarle este trabajo a

Dios, quien siempre me ha ayudado desde que tengo uso de razón y nunca me

fallará.

A mis padres por el apoyo incondicional, por darme todo lo que he

necesitado durante toda mi vida y mi carrera universitaria, se que sin ellos no estaría

donde estoy.

A mi querida profesora Gladys Hernández, y a excelentes profesionales que

tuve el honor de conocer durante mi carrera universitaria, profesores Rafael Reyes,

Jorge Benítez y a un gran amigo Miguel Soto.

A mi hermano, amigos de la universidad y personas que a lo largo de la mi

carrera universitaria que aportaron un granito de arena.

Brayan Díaz

iv

Dedicatoria

A mi madre de forma especial quien ha sido la bendición más grande y la

prueba viva del amor de Dios. Por su ejemplo de lucha, perseverancia, paciencia,

amor infinito e incondicional pero sobre todo por su ejemplo de fe en Dios. Tú eres y

serás siempre mi fiel amiga, en quien consigo las fuerzas necesarias para enfrentar

las adversidades de la vida y la responsable de cada meta lograda. Te amo tanto.

A mi hermano Daniel quien ha sido más que un hermano, un excelente

amigo, consejero y compañero de vida.

A mi hermanita María José por ser la princesa de la casa, por su amor

incondicional y su ejemplo de éxito. A ustedes tres por ser el tesoro más preciado

que Dios me dio.

Emmanuel González

v

Agradecimientos

Primeramente el mayor de los agradecimientos a mis padres, quienes nunca

se cansaron de ayudarme y apoyarme en todo momento, ambos son pilares

fundamentales de mi formación como persona y como profesional, todo se lo debo a

ustedes, Juan Díaz y Briceida Mata.

A la profesora Gladys Hernández, muchísimas gracias por su apoyo, siempre

estaré agradecido con usted, definitivamente es el mejor ingeniero y amiga.

Al profesor Rafael Reyes quien nos apoyó desde el comienzo con la tesis,

muchísimas gracias por toda la ayuda que nos brindó en nuestra tesis.

Al profesor Jorge Benítez por su apoyo y su amistad, muchísimas gracias.

A mis amigos que a lo largo de mi vida conocí y que siempre están

pendientes de mi trabajo y mi persona.

Brayan Díaz

vi

Agradecimientos

Agradezco a mis compañeros y amigos que siempre me brindaron el apoyo

necesario cada vez que lo necesité.

Agradezco a todo el personal en general de la Universidad Nueva Esparta

por siempre mostrarse prestos en el cumplimiento de sus roles.

Al Profesor y Tutor Ing. Rafael Reyes, por su gran interés en darnos toda la

ayuda y guía necesaria en el desarrollo de este trabajo.

A la Profesora Ing. Gladys Hernández por su dedicación admirable a la

Universidad y por su buena disposición a aclarar siempre las dudas.

A Raffaele Fruggiero por su apoyo sin condición, por ser un ejemplo de

bondad. Que Dios y la vida sepan apremiar toda la confianza y todo el cariño

depositado en mí. Este logro, sin duda es tuyo. Muchas gracias!

A mi madre y hermanos por siempre ser familia, por enseñarme a ser quien

soy, por darme siempre todo el apoyo, por ser la pieza fundamental en mi vida. Los

amo.

Emmanuel González

vii

UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL TÍTULO: EVALUACIÓN DEL PLÁSTICO RECICLADO (PET1) COMO

ELEMENTO SUSTITUTO DE LA MALLA ELECTROSOLDADA, EN

MIEMBROS NO ESTRUCTURALES DE CONCRETO f’c= 180 kgf/cm2 T=3”

AUTORES:

Br. González, Emmanuel C.I. 19.378.553

Br. Díaz, Brayan C.I. 22.900.933

Tutor: Ing. Rafael Reyes C.I. 3.838.952

PALABRAS CLAVES: Diseño de mezcla, Ingeniería civil, Tereftalato de

polietileno, Complemento PET1, Tiras en forma de espiral.

RESUMEN: La búsqueda de soluciones en lo relativo a disminuir los costos

asociados a la construcción de pavimentos, es de importancia en la actualidad. Los

pavimentos son elementos que distribuyen las cargas de manera uniforme a la

superficie del terreno, a los cuales se le emplea malla electrosoldada en su proceso

constructivo; lo que da cabida a explorar nuevos métodos y alternativas innovadoras

considerando además el factor ecológico.

El presente trabajo de investigación comprende el estudio donde se involucra

el concreto con material proveniente de desecho, constituyendo así una acción

sustentable ya que se le da una disposición final diferente a rellenos sanitarios.

Asimismo la recolección y preparación de este material para tal fin, supone una

fuente de empleo a comunidades organizadas.

viii

Este trabajo se enfoca en la búsqueda de información y ensayo de concreto,

utilización tiras en forma de espiral de Tereftalato de polietileno PET1 como

complemento del mismo, a fin de evaluar la factibilidad de prescindir de la malla

electrosoldada en pavimentos.

Se evalúa, compara y analiza, la resistencia de una mezcla de concreto de

f´c= 180kgf/cm2 con el complemento PET1 en función de una mezcla de concreto

tradicional, con la incorporación de la malla electrosoldada.

ix

NUEVA ESPARTA UNIVERSITY

FACULTY OF ENGINEERING

SCHOOL OF CIVIL ENGINEERING

TÍTLE: EVALUATION OF RECYCLED PLASTIC POLYETHYLENE

TEREPHTHALATE AS A TRUCKSON MESH SUBSTITUTE, IN NON-

STRUCTURAL CONCRETE f’c= 180 kgf/cm2 MEMBERS. SLUMP OF 3’’

AUTHORS:

Br. González, Emmanuel C.I. 19.378.553

Br. Díaz, Brayan C.I. 22.900.933

Tutor: Ing. Rafael Reyes C.I. 3.838.952

KEYWORDS: Concrete mixture design, Civil Engineering, Polyethylene

Terephthalate, PET1 Complement, Spiral Strips.

ABSTRACT: The search for solutions with regard to lower the costs associated

with the construction of pavements has a significant importance nowadays.

Pavements are elements that distribute loads uniformly to the surface of the land,

involving the use of the truckson mesh in its construction process; which allows

exploring new methods and innovative alternatives considering the ecological topic.

This research includes the study where the concrete is related to waste

material, thus constituting sustainable action because it gives a different disposal to

landfills . Also the collection and preparation of the material for this purpose is a

source of employment for organized communities.

x

The following research is focused on the search for specific information and

test using spiral polyethylene terephthalate strips, as a concrete complement, in

order to assess the feasibility of dispensing with the truckson mesh on pavements.

The resistance of a concrete mix fc = 180 kgf/cm2 with polyethylene

terephthalate supplement is evaluated, compared and analyzed based on a mixture

of traditional concrete, with the addition of the truckson mesh.

xi

INDICE GENERAL

Dedicatoria

iii

Agradecimientos

v

Resumen

vii

Abstract

ix

Introducción

xi

CAPÍTULO I.

EL PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

1.1 Planteamiento del problema

2

1.2 Formulación del problema

3

1.3 Objetivos de la investigación

4

1.3.1 Objetivo General

4

1.3.2 Objetivos Específicos

4

1.4 Justificación

5

1.5 Delimitaciones

6

1.5.1 Geográfica

6

1.5.2 Temática o de Contenido

7

1.5.3 Temporal

7

1.6 Limitaciones

7

1.7 Cronograma de ejecución del proyecto

8

CAPÍTULO II.

MARCO REFERENCIAL

2.1 Antecedentes de la investigación

11

2.2 Bases teóricas

18

Introducción

18

2.2.1 Concreto

18

2.2.1.1 Tipos

19

2.2.2 Concreto fresco

20

2.2.2.1 Manejabilidad

20

2.2.2.2 Propiedades del concreto fresco

20

2.2.2.2.1 Fluidez

21

2.2.2.3 Asentamiento

21

2.2.2.4 Cono de Abrams

22

xii

2.2.3 Concreto endurecido

23

2.2.3.1 Ensayo a compresión

25

2.2.3.2 Ensayo a flexión

26

2.2.4 Agregados

28

2.2.4.1 Niveles de calidad

29

2.2.4.1.1 Agregados Controlados

29

2.2.4.1.2 Agregados conocidos con control insuficiente

29

2.2.4.1.3 Agregados no empleados con anterioridad

30

2.2.4.1.4 Toma de muestra

30

2.2.4.2 Granulometría

30

2.2.5 Mezcla de concreto con fibras

31

2.2.5.1 Tipos de fibras

33

2.2.6 Cemento

34

2.2.6.1 Tipos de cemento Portland

34

2.2.7 Agua para concreto

35

2.2.7.1 Efectos de las impurezas sobre el concreto

35

2.2.8 Diseño de mezclas

36

2.2.8.1 Relación Beta

36

2.2.8.2 Relación Alfa

37

2.2.8.3 Determinación de la resistencia

37

2.2.9 Plástico

38

2.2.9.1 Tipos de plásticos

38

2.2.9.2 Propiedades del plástico PET1

39

2.2.10 Acero de refuerzo para el concreto

39

2.2.10.1 Malla electrosoldada

40

2.2.10.2 Corrosión del acero

41

2.3 Cuadro de Variables

42

2.4 Definición de términos básicos

44

Reciclaje

44

Segregación

44

Exudación

44

Residuos

45

Desechos

45

CAPÍTULO III.

MARCO METODOLÓGICO

3.1 Tipo de investigación

47

3.2 Nivel de investigación

48

xiii

3.3 Diseño de la investigación

48

3.4 Población y Muestra

49

3.5 Técnicas e instrumentos de recolección de datos

50

CAPÍTULO IV.

ESTUDIO DE LOS PROCESOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

Introducción

52

4. Procedimiento de la investigación

52

4.1 Procedimiento para el diseño de mezcla patrón

52

4.1.1 Determinación granulométrica de los agregados

52

4.1.2 Tamaño máximo del agregado

54

4.1.3 Determinación de la relación beta

54

4.1.4 Diseño de mezcla patrón

57

4.1.4.1 Determinación de dosis de cemento

57

4.1.4.2 Determinación de α (agua/cemento)

60

4.1.5 Cálculos para la dosificación de un concreto f´c=180 kgf/cm2 a 28 días con T=3”.

65

4.2 Criterios para el diseño de mezcla con complemento PET1

69

4.2.1 Recolección y procesamiento de contenedores PET1

71

4.3 Ensayo de asentamiento con el cono de Abrams

72

4.4 Procedimiento para la toma de muestra

74

4.4.1 Muestra cilíndrica

74

4.4.1.1 Concreto patrón

74

4.4.1.2 Concreto con complemento PET1

78

4.4.2 Muestra de viguetas

82


83

4.4.2.2 Concreto con malla electrosoldada

85


85

4.5 Materiales y equipos 87

4.6 Ensayo a compresión

87

4.6.1 Cilindros con mezcla patrón

88

4.6.2 Cilindros de concreto con PET1

90

4.7 Ensayo a flexión

94

4.7.1 Viguetas de concreto patrón 94 4.7.2 Viguetas de concreto con malla electrosoldada 95 4.7.3 Viguetas de concreto con PET1 95

4.8 Análisis de resultados 99

xiv

4.8.1 Ensayo a compresión 99 4.8.2 Ensayo a flexión 103

4.9 Factibilidad económica 108

CAPÍTULO V.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

112

Recomendaciones

113

Referencias bibliográficas 115

xv

ÍNDICE DE IMÁGENES

Imagen N° 1 Muestra endurecida de concreto 19

Imagen N° 2 Asentamiento medido con el cono de Abrams 21

Imagen N° 3 Cono de Abrams (medidas en centímetros) 23

Imagen N° 4 Procedimiento normalizado para la medición del asentamiento 23

Imagen N° 5 Principales estados por los que pasa el concreto en el desarrollo

de su resistencia 24

Imagen N° 6 Ensayo de granulometría 31

Imagen N° 7 Concreto con fibra sintética 32

Imagen N° 8 Distintos tipos de fibra para el concreto 33

Imagen N° 9 Código de identificación de resinas de plástico 38

Imagen N° 10 Malla electrosoldada 40

Imagen N° 11 Oxidación del acero de refuerzo 41

Imagen N° 12 Esquema de los pasos del diseño de mezcla 57

Imagen N° 13 Ejemplo de loseta 69

Imagen N° 14 Metro cuadrado de malla electrosoldada 100x100x4 mm 70

Imagen N° 15 Tiras de PET1 71

Imagen N° 16 Medición del asentamiento con el cono de Abrams 73

Imagen N° 17 Limpieza y curado de moldes 76

Imagen N° 18 Vaciado de moldes primera capa 77

Imagen N° 19 Vaciado de moldes última capa 77

Imagen N° 20 Probetas de mezcla patrón 77

Imagen N° 21 Mezcla de concreto al 0,55% de PET1 80

Imagen N° 22 Mezcla de concreto al 1% de PET1 81

Imagen N° 23 Mezcla de concreto al 2% de PET1 81

Imagen N° 24 Probetas cilíndricas de concreto al 0,55%;1% y 2% de PET1 81

Imagen N° 25 Vaciado de viguetas con concreto patrón 85

Imagen N° 26 Vaciado de viguetas con PET1 al 1% 86

Imagen N° 27 Muestra de concreto patrón f’c=180 kgf/cm2 88

xvi

Imagen N° 28 Ensayo a compresión del cilindro de concreto patrón f´c=180

kgf/cm2 89

Imagen N° 29 Cilindro de concreto con complemento PET1 90

Imagen N° 30 Ensayo de vigueta a flexión 97

Imagen N° 31 Falla en vigueta 98

Imagen N° 32 Grieta en vigueta 98

Imagen N° 33 Análisis de precio unitario con malla electrosoldada 111

Imagen N° 34 Análisis de precio unitario con PET1 al 0,55% 112

xvii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla N°1 Valores usuales de asentamiento con el cono de Abrams 22

Tabla N°2 Tipos de cemento Portland 35

Tabla N°3 Resultado de ensayo de granulometría. Agregado grueso 53

Tabla N°4 Resultado de ensayo de granulometría. Agregado fino 54

Tabla N°5 Límites granulométricos recomendados para distintos tamaños

máximos de agregado. Porcentaje pasante 55

Tabla N°6 Valores usuales de asentamiento con el cono de Abrams 58

Tabla N°7 C1 Factor para corregir C por tamaño máximo, mm (Pulgadas) 58

Tabla N°8 C2 Factor para corregir C por tipo de agregado 59

Tabla N°9 Contenidos mínimos de cemento en función de las condiciones

ambientales 60

Tabla N°10 Resistencia promedio a la compresión requerida, Fcr, cuando no

se disponga de datos para establecer la desviación estándar 61

Tabla N°11 Kr Factor para corregir α por tamaño máximo, mm (Pulgadas) 62

Tabla N°12 Ka Factor para corregir α por tipo de agregado 62

Tabla N°13 Máximos valores de α para distintas condiciones de servicio o

ambiente 63

Tabla N°14 Dosificación para un concreto f’c=180 kgf/cm2 T=3" 68

Tabla N°15 Dosificación para 3 probetas cilíndricas patrón 75

Tabla N°16 Dosificación para 11 probetas cilíndricas 79

Tabla N°17 Cantidad en gramos de PET1 (cilindros) 80

Tabla N°18 Dosificación para 3 probetas rectangulares patrón 84

Tabla N°19 Cantidad en gramos de PET1 (viguetas) 86

Tabla N°20 Resultados obtenidos de los ensayos a compresión a 28 días de

cilindros de concreto patrón 89


cilindros de concreto PET1 al 0,55% 91

Tabla N°22 Resultados obtenidos de los ensayos a compresión a 28 días de 92

xviii

cilindros de concreto PET1 al 1%


cilindros de concreto PET1 al 2% 93

Tabla N°24 Resultados obtenidos a flexión a 28 días con mezcla patrón 94

Tabla N°25 Resultados obtenidos a flexión a 28 días con malla

electrosoldada 95

Tabla N°26 Resultados obtenidos a flexión a 28 días con mezcla PET1 al

0,55% 95

Tabla N°27 Resultados obtenidos a flexión a 28 días con mezcla PET1 al 1% 96

Tabla N°28 Resultados obtenidos a flexión a 28 días con mezcla PET1 al 2% 97

Tabla N°29 Módulo de rotura de viguetas de concreto patrón 104

Tabla N°30 Fuerza/deformación promedio de viguetas de concreto patrón 105

Tabla N°31 Módulo de rotura de viguetas de concreto con malla

electrosoldada 105

Tabla N°32 Fuerza/deformación promedio de viguetas de concreto con malla

electrosoldada 105

Tabla N°33 Módulo de rotura de viguetas de concreto con PET1 al 0,55% 105

Tabla N°34 Fuerza/deformación promedio de viguetas de concreto con PET1

al 0,55% 106

Tabla N°35 Módulo de rotura de viguetas de concreto con PET1 al 1% 106


al 1% 106

Tabla N°37 Módulo de rotura de viguetas de concreto con PET1 al 2% 107


al 2% 107

Tabla N°39 Cuadro comparativo de las cargas requeridas para deformación

de 1 mm. 108

xix

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico N°1 Relación Arena/Agregado Total, β (%) 56

Gráfico N°2 Resultados de ensayos a cilindros con PET1 al 0,55% 91

Gráfico N°3 Resultados de ensayos a cilindros con PET1 al 1% 92

Gráfico N°4 Resultados de ensayos a cilindros con PET1 al 2% 93

Gráfico N°5 Resultados de ensayos a flexión con mezcla patrón 94

Gráfico N°6 Resultados de ensayos a flexión con malla electrosoldada 95

Gráfico N°7 Resultados de ensayos a flexión con PET1 al 0,55% 96

Gráfico N°8 Resultados de ensayos a flexión con PET1 al 1% 96

Gráfico N°9 Resultados de ensayos a flexión con PET1 al 2% 97

Gráfico N°10 Datos comparativos de resultados a compresión 99

Gráfico N°11 Resistencia en función de la desviación estándar (mezcla PET1 al

0,55%) 100


1%) 101


2%) 102

Gráfico N°14 Resultados comparativos de datos obtenidos de ensayos a flexión 104

Gráfico N°15 Diagrama Fuerza/deformación. Ensayo a flexión. 107

Introducción

El concreto es un material de gran importancia en la Ingeniería Civil a nivel

mundial, pues este al igual que el acero, es el responsable de la existencia de

millones de estructuras como losas, columnas, vigas, puentes, muros, aceras,

brocales, entre otros. El concreto está formado principalmente por 3 elementos,

agua, cemento y agregados. Los agregados se refieren a la arena lavada y piedra

picada, y el cemento es un material de naturaleza polvorienta proveniente de la

trituración del Clinker, que al hidratarse con el agua forma una pasta aglomerante.

Este material tiene la propiedad de endurecer en su estado de reposo,

adquiriendo una resistencia prevista en función de las solicitaciones, a las cuales

estará sometido. Por lo tanto, este material se caracteriza por trabajar de forma

óptima a compresión. Por otra parte, el acero de refuerzo es incorporado en los

miembros de concreto con el fin de absorber los esfuerzos de tracción y flexión, que

el concreto por sí solo no es capaz de soportar.

El acero es un material costoso y escaso en Venezuela, es por ello que este

proyecto pretende estudiar el comportamiento del PET1 al incorporarse en mezclas

de concreto de f’c= 180 kgf/cm2 T=3”, como sustituto de la malla electrosoldada, ya

que es un material que se consigue en muchos tipos de contenedores y es

desechado generando alta contaminación ambiental. Es por lo anteriormente

mencionado que esta propuesta no escapa del contenido ambiental, es decir, al

mismo instante que se busca una alternativa económica, contribuye a darle a estos

recipientes una disposición final distinta en el ambiente.

Adicionalmente, al hacer utilización del PET1 en mezclas de concreto se

promueve el desarrollo de este material dentro del campo de la ingeniería civil.

Este proyecto de investigación está dividido en 5 capítulos. En el primer

capítulo se detalla la problemática encontrada, así como los objetivos que se deben

cumplir para darle validez al estudio.

El segundo capítulo se refiere al marco referencial, en donde se expone

investigaciones realizadas con anterioridad por otros autores, y bases teóricas que

guardan relación con el presente trabajo de investigación y permiten la comprensión

del estudio.

Por otra parte, el capítulo 3, se basa en la metodología aplicada en la

investigación. En este se expone el tipo, diseño y nivel de la investigación; además

la población y muestra objeto de estudio, así como las técnicas e instrumentos para

la recolección de datos.

En el cuarto capítulo se emplean procedimientos en la ejecución de ensayos

y análisis de resultados. En este se presenta el desarrollo, cálculos y normativas

aplicadas en el diseño, toma de muestra, ensayo y análisis de resultados que

permitirán cumplir con los objetivos establecidos.

En el quinto capítulo se presentan las conclusiones y recomendaciones

estimadas según los resultados obtenidos en la investigación.

Finalmente las referencias bibliográficas que dan sustento al trabajo de

investigación aportado, las cuales son obtenidas en las diferentes páginas web

disponibles, así como de organismos e instituciones que poseen alguna relación con

la temática y la evidencia fotográfica registrada.

CAPÍTULO I.

EL PROBREMA DE LA INVESTIGACIÓN

2

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Desde tiempos remotos hasta hoy, el hombre se ha visto en la necesidad de

adecuar su entorno con el fin de vivir satisfactoriamente, por ende lo ha llevado a

utilizar métodos constructivos que implican el uso de materiales que garanticen la

resistencia, durabilidad y confiabilidad de las estructuras.

En la actualidad el uso del concreto en las obras civiles, se ha adoptado

como material fundamental en muchos países, debido a sus propiedades mecánicas

positivas, entre las cuales se encuentran la resistencia, durabilidad, fluidez,

manejabilidad y trabajabilidad.

Porrero (2012) manifiesta que:

El Concreto u hormigón es un material que se puede considerar constituido

por dos partes: una es un producto pastoso y moldeable, que tiene la propiedad de

endurecer con el tiempo, y la otra son trozos pétreos que quedan englobados en

una pasta. A su vez, la pasta está constituida por agua y un producto aglomerante o

conglomerante, que es el cemento. El agua cumple la doble misión de dar fluidez a

la mezcla y reaccionar químicamente con el cemento dando lugar, con ello, a su

endurecimiento (p. 31)

El concreto es un material con buenas propiedades mecánicas y durabilidad,

resistente a esfuerzos de compresión, pero tiene una resistencia a la tracción muy

reducida. La norma COVENIN 1753-06, establece que la estimación de la

resistencia a tracción de un concreto, varía entre el 8% y 15% aproximadamente de

su resistencia a compresión.

La retracción del concreto es un fenómeno que consiste en la pérdida de

volumen durante el proceso de fraguado de este, producido por la evaporación del

agua, desarrollándose tensiones internas de tracción que dan lugar a fisuras.

3

Para controlar adecuadamente los esfuerzos de tracción, es necesario

combinar el concreto con acero, ya que este tiene la misión resistir estas tensiones,

además de conferirle ductilidad a los elementos, permitiendo que se deformen antes

de producirse la falla. Es un método eficaz, cuya práctica es común en el día a día

de la construcción.

Este trabajo de investigación se enfocará en pavimentos y aceras; cuyo

método constructivo requiere del empleo de la malla electrosoldada como acero

refuerzo, lo cual representa una clara desventaja relacionada a su costo elevado en

el mercado, aunado a la corrosión ocasionada por el descuido en su

almacenamiento.

Por lo tanto es de interés proponer las botellas plásticas que entren en la

clasificación de PET1, sin importar su forma, tamaño o color, cuyo acceso no implica

ningún costo económico, sus propiedades de resistencia son aceptables y no sufre

corrosión; con el fin de medir la factibilidad de prescindir del uso de la malla

electrosoldada en pavimentos y aceras.

En este trabajo de investigación se utilizará tiras en forma de espiral,

característica definida por la forma cilíndrica de la botella plástica, de tereftalato de

polietileno (PET1) con un tamaño uniforme, en tres proporciones diferentes.

1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Se podrá prescindir del uso de la malla electrosoldada, en pavimentos y aceras,

haciendo uso del plástico reciclado (PET1)?

4

1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.3.1 Objetivo General

Evaluar el plástico reciclado (PET1) como elemento sustituto de la malla

electrosoldada, en pavimentos y aceras de concreto f’c =180 Kgf/cm2 T=3”.

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Diseñar una mezcla de concreto patrón, con una dosificación para f’c= 180

kgf/cm2. T=3”.

Diseñar una mezcla de concreto con una dosificación para f’c= 180 Kgf/cm2

T=3”, agregándole 0,55% de PET1 como complemento.


T=3”, agregándole 1% de PET1 de polietileno como complemento.


T=3”, agregándole 2% de PET1 como complemento.

Determinar la resistencia a compresión de los cilindros elaborados con la

mezcla de concreto patrón.

Determinar la resistencia a compresión de los cilindros elaborados con las

mezclas de concreto con complemento PET1.

Determinar la resistencia a flexión de las viguetas elaboradas con concreto

patrón.

Determinar la resistencia a flexión de las viguetas elaboradas con malla

electrosoldada.

Determinar la resistencia a flexión de las viguetas elaboradas con las

mezclas de concreto con complemento PET1.

Analizar comparativamente los resultados de la resistencia a compresión y

flexión, obtenidos para la mezcla patrón, mezcla con malla y el concreto con

complemento PET1.

5

1.4 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

El presente trabajo de investigación propone la sustitución de la malla

electrosoldada por el diseño de una mezcla de concreto que incorpora el material de

residuo plástico PET1 dentro de los elementos constituyentes de la misma,

representando una alternativa económica en la elaboración de concretos de f’c=

180 Kgf/cm2 T=3”; debido al costo elevado asociado a la malla electrosoldada. Por

otra parte, la exposición al intemperismo de la malla genera un proceso corrosivo, el

cual podría afectar la capacidad de resistencia de la misma y por ende la del

concreto; por lo que se presume mayor durabilidad y calidad a partir de la

incorporación del material propuesto.

La utilización de este material de residuo, implica un proceso de recolección

y tratamiento para su reutilización, el cual podría generar una fuente de empleo para

las comunidades organizadas, a través de sus consejos comunales, fortaleciendo el

aspecto social, económico y ambiental.

La construcción de estos elementos de concreto es indispensable en el

desarrollo de urbanismos, los cuales demandan áreas de recreación, lugares para el

entrenamiento físico y canales que permitan la movilización de peatones de un sitio

a otro. Todo ello implica largas distancias de aceras; que exigen cantidad

considerable de material para su construcción, y que tienen un costo elevado en el

mercado o son escasos por la situación-país actual. Además estos materiales deben

garantizar durabilidad por su alta exposición a los agentes del intemperismo.

En Venezuela, la construcción de este tipo de obras es realizada

generalmente por entes públicos como alcaldías y/o gobernaciones, los cuales

carecen generalmente de recursos suficientes para atender muchas de las labores

que les competen.

6

Es por lo anterior el deseo de sustituir la malla electrosoldada como acero de

refuerzo, a través del empleo de tiras en forma de espiral de PET1 como

complemento en el concreto de f’c= 180 Kgf/cm2 T=3”, proveniente de botellas

cuya característica sea PET1; ya que es un material ligero, de alta resistencia

mecánica y su acceso no implicaría costo alguno.

Por otra parte, el presente trabajo de investigación no escapa del contenido

ambiental. La selección del PET1 proveniente de botellas o envases, no fue

realizada exclusivamente por sus propiedades mecánicas positivas, sino por su

impacto ambiental negativo. Según Vázquez (2003), la producción anual de envases

de tereftalato de polietileno en el mundo es aproximadamente de 207 millones de

toneladas, cifra que va aumentando considerablemente día a día. Según Luis, et al

(2008), el tereftalato de polietileno es uno de los materiales más útiles en la vida

cotidiana, pero uno de los que genera más contaminación en el mundo.

Es por ello la importancia de brindar una alternativa que implique el uso de

este material de desecho, que permita una disposición final diferente a rellenos

sanitarios y así eliminarlos del ambiente.

1.5 DELIMITACIONES

1.5.1 Geográfica

La investigación estará circunscrita en el laboratorio de calidad de la

empresa Pilotes Perforados, C.A (PILPERCA), ubicada en la urbanización La

Limonera, municipio Baruta, Edo. Miranda, donde se llevarán a cabo la realización

de las muestras de concreto de las probetas cilíndricas y posterior ensayo de

compresión de los cilindros de concreto.

7

Las probetas rectangulares muestreadas fueron realizadas en el laboratorio

previamente mencionado, y su ensayo fue realizado en el Instituto de Ingeniería

(CIMEC), ubicado en Sartenejas, municipio Baruta, Edo. Miranda.

1.5.2. Temática o de Contenido

En dicho proyecto de investigación, se propone la eliminación de la malla

electrosoldada en pavimentos de concreto de f’c= 180 kgf/cm2 T= 3”, con

complemento PET1 en tiras en forma de espiral. Conocimientos adquiridos a través

de las unidades curriculares de materiales y ensayos, resistencia de materiales y

concreto.

1.5.3 Temporal

El presente estudio se realizará en 13 meses, contados a partir del mes de

enero de 2015.

1.6 LIMITACIONES

En toda investigación existen restricciones, que a la hora de realizar el

proyecto deben ser sopesadas, en este caso las limitaciones se derivan en primera

instancia, del difícil acceso al cemento, ya que actualmente es un material regulado,

haciéndolo escaso en el mercado. De igual manera el proceso para obtener las tiras

de botellas plásticas, ya que este será un proceso manual, que requiere de tiempo.

Otra de las limitantes es el factor económico, ya que la compra de materiales

para realizar las mezclas de concreto y los ensayos realizados por laboratorios

privados, para recabar los datos necesarios y relevantes para esta investigación,

implican altos costos.

8

Pilperca (Pilotes Perforados, C.A.), municipio Baruta, Edo. Miranda, empresa

de concreto pre mezclado, facilitó el cemento, agregados y los ensayos a

compresión de los cilindros; lo que permitió superar las limitaciones que fueron

planteadas inicialmente, y tomar un número representativo de muestras que brinden

precisión en los resultados.

Respecto a los ensayos a flexión de las viguetas, el Instituto de Ingeniería (CIMEC),

ubicado en Sartenejas, municipio Baruta, Edo. Miranda, prestó la colaboración para

realizar dichas pruebas en su laboratorio de materiales, de manera gratuita.

1.7 Cronograma de ejecución del proyecto

El cronograma de ejecución de proyecto se representará por un cuadro, en la

cual se apreciará ordenadamente los objetivos específicos, relacionados a un

número de semanas, en la cual se proyecta que el objetivo sea alcanzado. Esto

permite al investigador plantearse una meta por semana planificada.

CAPÍTULO II.

MARCO REFERENCIAL

11

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

Son estudios previos relacionados con los planteamientos de esta

investigación, que ofrecen una base teórica para desarrollar con mayor facilidad el

proyecto, entre estos se tomarán tesis de investigación y publicaciones científicas.

Se considerarán los antecedentes que puedan servir de aporte para el

desarrollo de este proyecto, y se deberá tomar en consideración el nombre de los

autores, título del proyecto o investigación, lugar y fecha de este antecedente para

validarlo. Las investigaciones que se tomaron en consideración fueron las

siguientes:

Acosta (2014), en su trabajo de investigación titulado Análisis comparativo

de la resistencia a compresión de bloques huecos de concreto con la adición

de fibra de polipropileno, presentado como tesis de pregrado para optar por el

título de Ingeniero Civil, en la Universidad Nueva Esparta Edo. Miranda,

Venezuela.

En dicho proyecto se realizó un estudio de análisis entre bloques

convencionales con mezclas patrones de concreto y bloques con mezclas de

concreto con aditivos de fibras de polipropileno y para así obtener datos sobre el

comportamiento de cada muestra, realizando ensayos a compresión. Esta

investigación está basada en el estudio de la resistencia a compresión en bloques

de concreto, tanto convencional como modificados con fibra de polipropileno, con el

fin de verificar un aumento de la resistencia del concreto y así proponer su uso a

nivel estructural. La metodología empleada fue la realización de una cantidad total

de 18 bloques de concreto con diferentes diseños de mezcla, los cuales

posteriormente fueron sometidos a esfuerzos de compresión pura en el laboratorio

de materiales de la empresa Consulcret C.A. después de 30 días de realizados los

bloques, se obtuvieron resultados los cuales fueron analizados y evaluados con

detalle para determinar la influencia que tienen los bloques con adición de fibra de

polipropileno con respecto a los bloques tradicionales de concreto.

12

Acosta concluye que al modificar las mezclas de concreto experimentales

con fibras de polipropileno, se genera aumento en un 18% de la resistencia a

compresión con respecto a los bloques hechos con mezcla de concreto tradicional.

El resultado esperado en el trabajo de investigación fue el siguiente:

Lograr aumentar la resistencia a compresión así como mayor durabilidad de

bloques de concreto, a través del empleo de fibras de polipropileno con el fin

de darles uso a nivel estructural.

Aporte: El trabajo de investigación antes citado constituye un antecedente

importante, ya que en este se estudia la factibilidad de proponer bloques de

concreto con fibra de polipropileno como material de construcción, el cual depende

de la resistencia que arroja al ser sometido al ensayo de compresión. Esta

resistencia debe presentar aumento con respecto a la mezcla de concreto

convencional.

Asimismo, el aumento de la resistencia en los bloques de concreto a partir

del empleo de la fibra de polipropileno se considera un aporte positivo, ya que este

aumentó en un 18% de la resistencia a compresión con respecto a los bloques

hechos con mezcla de concreto tradicional. Además esta tiene propiedades

mecánicas similares a la del material propuesto en el presente trabajo de

investigación, motivo por el cual se presume la obtención de resultados esperados.

Monte De Oca y Quiñónez (2011), en su trabajo de investigación titulado

Incidencia del poliestireno expandido reciclado y la fibra de polipropileno en la

resistencia a compresión del concreto para un diseño de mezcla con f’c de 250

kgf/cm², presentado como tesis de pregrado para optar por el título de Ingeniero

Civil, en la Universidad Nueva Esparta Edo. Miranda, Venezuela.

En la presente investigación se estudió la influencia que tiene el Poliestireno

expandido reciclado y la fibra de polipropileno en la resistencia a compresión del

concreto para un diseño de mezcla con un f’c de 250 kgf/cm², elaborándose en la

13

planta perteneciente a la empresa INV. PICOY, situada en Santa Teresa del Tuy,

Edo. Miranda. Este proyecto tuvo la finalidad de evaluar la resistencia a compresión,

al agregar el poliestireno expandido reciclado y la fibra de polipropileno en mezclas

de concreto de f’c de 250 kgf/cm2 con respecto a una mezcla patrón; en virtud de la

búsqueda de la disminución de costos de los materiales de construcción. La

metodología del estudio fue la realización de 60 probetas, dividas en 30 cilindros

patrones y 30 cilindros con la mezcla experimental, estos fueron evaluados con

ensayos destructivos a compresión en un laboratorio.

Monte De Oca y Quiñónez, concluyen que los agregados utilizados en la

investigación presentan ventajas en cuanto al funcionamiento, trabajabilidad; e

inciden en la resistencia a compresión de forma negativa debido a la alta porosidad

de estos.

Aporte: El trabajo de investigación previamente citado constituye un valioso

aporte ya que ayuda a comprender la incidencia del plástico en estudio en las

mezclas de concreto, observándose que la porosidad del material adicionado a la

mezcla, genera una disminución en la resistencia. Por lo tanto es de importancia

tener en consideración esta característica en el material empleado en este trabajo

de investigación.

Asimismo la normativa utilizada es un buen aporte que puede ser empleado

para la obtención de resultados, ya que sirve de referencia en cuanto a la

realización de ensayos, así como la cantidad de muestra que se deben evaluar con

el fin de obtener resultados fidedignos y confiables.

Méndez (2012), en su trabajo de investigación titulado, Propuesta para

sustitución de agregados pétreos por agregados PET, en diseño de mezcla de

concreto con resistencia f’c = 150 kgf/cm2, usado para banquetas,

guarniciones y firmes, presentado como tesis para obtener el título de especialista

en construcción en la Universidad Veracruzana, Región Xalapa, México.

En dicho proyecto de investigación se estudia el reciclaje de material tipo

PET1, el cual es convertido en agregado grueso y fino, para la ayuda de la

14

construcción de una de las necesidades básicas de la vivienda digna y de la

urbanización como lo es la banqueta, guarnición y firme, teniendo como fin buscar

una solución a la problemática que se ha presentado en los últimos años con

respecto al volumen abundante de basura que en las principales ciudades del país,

y a su vez a la contribución del desarrollo de la nación. Este proyecto de

investigación pretende convertir el material de desecho PET1 en agregado artificial

para el concreto, ya que es un material que se genera en volúmenes abundantes,

resultando difícil de erradicar del ambiente. Por lo tanto, su reciclaje no solo implica

la disminución del impacto ambiental que genera, sino que brinda una alternativa

económica por ser basura inorgánica sin valor alguno. Este proyecto contribuye a

elevar la calidad de vida de la población que habita en zonas rurales y populares, a

las cuales se les imposibilita la adquisición de agregados pétreos de bancos

naturales, ya sea por el costo o por la localización de estos. La metodología se basó

en la dosificación de agregados gruesos y finos plásticos junto con cemento, para la

elaboración del concreto diseñado. Por cada proporción se hicieron 12 cilindros para

ensayarlos con edades variadas, y cada muestra se realizó con diferentes

proporciones de agregados gruesos naturales y agregados plásticos, según

procedimientos estandarizados en las normas ASTM C 192, NMX-C-083 ONNCCE

y NMX-C-160.

Méndez concluye que la grava plástica arrojó resultados positivos al

intercalarla en proporción por grava convencional, para la realización de concretos

pobres como banquetas, guarniciones y firmes. Según las pruebas de laboratorio,

confirmó el resultado de la resistencia a la cual se pretendía llegar, por lo tanto el

uso de esta grava puede ser usado confiablemente.

Aporte: El proyecto de investigación citado, constituye un buen antecedente,

ya que se plantea la utilización del material de desecho PET1 como agregado

artificial en elementos concreto que no demanden altas solicitaciones, como

banquetas, brocales y firmes; en vista del volumen considerable de basura que

genera este material, y por ende un impacto ambiental negativo. Por lo tanto, el

contenido ambiental, es un tema del que no se debe escapar, porque si bien se

aprovechan las bondades de resistencia del PET1, deben existir opciones de

15

reciclaje tales, que permitan su mayor aprovechamiento posible, debido a la

necesidad de erradicar dicho material del ambiente.

Existe una relación directa en cuanto al uso propuesto del concreto. El

concreto es un material que cumple una función vital en la construcción, por lo tanto

la aplicación del concreto en estudio, se plantea en elementos como brocales,

aceras, firmes, banquetas; ya que contemplan dosificaciones de baja resistencia por

no estar sometidos a cargas considerables, sin comprometer estructuras de gran

envergadura.

Mendoza, Aire y Dávila (2011), en su artículo publicado titulado Influencia

de las fibras de polipropileno en las propiedades del concreto en estados

plástico y endurecido, presentado como artículo científico e investigativo

perteneciente al Instituto de Ingeniería, Estructuras y Materiales, Universidad

Nacional Autónoma de México, México.

En dicho artículo se estudia el efecto que tiene la incorporación de fibras

cortas de polipropileno en las propiedades del concreto en estado fresco y

endurecido. Este artículo evalúa los efectos de incorporar fibras de polipropileno en

el concreto, ya que esta fibra se caracteriza por su alto nivel de resistencia a la

tensión, propiedad es otorgada por su módulo de elasticidad. Las principales

ventajas de la adición de fibras sintéticas en el concreto son: en estado endurecido,

el incremento de la tenacidad y de la resistencia al impacto y, en el estado fresco, el

control de la contracción plástica. Adicionalmente, controla la aparición de fisuras

durante la vida útil de la estructura y brinda mayor resistencia a la fatiga. El estudio

comprende la fabricación de mezclas de concreto con dos tamaños de agregado

grueso (9.5 y 19.0 mm), y cuatro contenidos de fibra de polipropileno (0, 1, 3 y 5

kg/m3), en mezclas con revenimiento promedio de 100 mm y una resistencia

nominal a compresión de 300 kgf/cm2. Realizando así un total de 8 mezclas de

concreto las cuales se ensayaron en estado fresco y a las edades de 7 y 28 días.

Mendoza, Aire y Dávila concluyen que las propiedades físicas del concreto

no son modificadas notablemente con la inclusión de fibras de polipropileno con un

consumo de hasta 5 kg/cm3. La resistencia a tensión aumenta, aunque la tendencia

16

es variable y observaron una notable disminución de las fisuras ocasionadas por la

retracción del concreto al momento del fraguado. Vale destacar que las

proporciones que se usarán de fibras serán determinantes en las características del

concreto. El objetivo planteado en dicho artículo de investigación fue el siguiente:

Evaluar la influencia de las fibras de polipropileno en las propiedades del

concreto.

La información que ofrece el artículo previamente citado, brinda la posibilidad

de contrarrestar la retracción mecánica inherente del concreto, a partir de adicionar

materiales como la fibra de polipropileno, la cual tiene un módulo de elasticidad y

flexión alta.

Aporte: Este artículo menciona la utilización de las fibras de polietileno que

son utilizadas en la construcción, específicamente en el concreto como sustituto de

la malla electrosoldada, permite presumir la factibilidad del funcionamiento del

material de desecho PET1 como sustituto de dicha malla electrosoldada, ya que

posee propiedades similares, y a diferencia del las fibras de polietileno, no implica

costo económico alguno.

Alesmar, Nalia, et al (2008), en su artículo titulado Diseños de mezcla de

tereftalato de polietileno (PET) – cemento, presentado en la revista de la Facultad

de Ingeniería de la Universidad Central de Venezuela, Venezuela.

En dicho artículo se estudia la necesidad de solucionar la gestión de

residuos sólidos urbanos a través del desarrollo de sistemas alternativos del

reciclado. La producción anual de envases de PET en el mundo es

aproximadamente de 207 millones de toneladas, cifra que va aumentando

considerablemente a nivel mundial (Vázquez, 2003). A través del tiempo la industria

del plástico ha ido en aumento y ha sustituido diversos materiales tales como el

vidrio, la madera y el cloruro de polivinilo (PVC) por el PET, ya que el mismo es un

material caracterizado por su gran ligereza y resistencia mecánica a compresión.

Este artículo estudia el comportamiento de las mezclas de concreto conformadas

17

por 5%, 10%, y 15% de plástico PET; en cuanto a su resistencia y durabilidad, por

ser un material que tiene la propiedad de alta resistencia mecánica y durabilidad, así

como la necesidad de gestionar la disposición final de este tipo de desechos, ya que

es un material altamente contaminante y existe en gran cantidad a nivel mundial,

dato obtenido del II Congreso Nacional de Demolición y Reciclaje realizado en

mayo de 2004 en Zaragoza, España. Se estableció una metodología basada en una

investigación teórico-práctica, que ayudase a determinar de manera preliminar el

posible comportamiento del plástico proveniente de botellas al utilizarlo como

agregado en una mezcla. Se utilizaron tres diseños de mezclas, en donde se

sustituyó parte de la arena por el plástico. Para determinar las propiedades

mecánicas y de durabilidad de las mezclas realizadas se elaboraron una serie de

probetas que tuvieran las características para los ensayos de compresión, de

absorción, erosión e impacto. Las mismas se curaron por 7 días, luego se

almacenaron hasta los 28 días para realizar los ensayos correspondientes.

Alesmar, Nalia, et al concluyen, que el tereftalato de polietileno puede ser

usado como agregado en las mezclas, a fin de contribuir con su proceso de

disposición final, ayudando a disminuir el impacto ambiental. Dichas mezclas

pueden utilizarse en la construcción de elementos de obras civiles, cuyas cargas y

su durabilidad estén limitadas a cierto período de tiempo. No se debe sustituir el

agregado fino por el PET a fin de mantener una resistencia óptima. El objetivo del

presente artículo es el siguiente:

Determinar el posible comportamiento del plástico proveniente de las

botellas de gaseosas al utilizarlo como agregado en una mezcla.

Aporte: El artículo antes citado constituye un aporte valioso pues, su

objetivo está relacionado con el presente trabajo de investigación, pues este estudia

el comportamiento del concreto al incorporársele el PET, permitiendo así tomar

como referencia las distintas variables utilizadas, así como los resultados obtenidos

a fin realizar los ajustes correspondientes que conlleven a obtener los efectos

esperados en este trabajo de investigación.

18

Asimismo las conclusiones de este artículo permiten aclarar disyuntivas con

respecto a la geometría del material PET, por lo tanto, la investigación pretende la

incorporación de formas regulares y uniformes de este material.

2.2 BASES TEÓRICAS

Las bases teóricas son aquellos conceptos y términos que serán utilizados

durante el proceso de la elaboración de este trabajo de investigación, esto permite

una mayor comprensión de las actividades a realizarse, para alcanzar la resolución

del objetivo general. Es necesario destacar que no es un glosario de términos, sino

una esquematización del trabajo a realizarse.

2.2.1 Concreto

El concreto es un elemento ampliamente utilizado en las obras civiles, debido

a que este una vez endurecido tiene una alta capacidad de soportar esfuerzos a

compresión, aportada por la previa selección y combinación de los agregados en el

concreto tales como piedra, arena, cemento y agua. Siendo esta su composición

más básica, que al unirse reaccionan químicamente bajo una relación de agua y

cemento. “Es necesario un exceso de agua sobre la precisa para esta reacción

química, para dar a la mezcla la manejabilidad que le hace posible rellenar los

moldes, antes de esta endurecer…” (G. Winter. 2002).

Según J. Porrero (2012) en el Manual del Concreto Estructural, hace una

definición de: “El concreto es un producto pastoso y moldeable, con la capacidad de

endurecer con el tiempo, con trozos pétreos que quedan englobados dentro de

este”. Que previamente fueron mezclados y reaccionaron bajo la relación agua –

cemento.

19

Imagen N° 1. Muestras endurecidas de Concreto (Fuente Digital. Disponible en línea: http://goo.gl/CYxqmV )

2.2.1.1 Tipos

El concreto es usado ampliamente en diversos elementos estructurales, tales

como, columnas, vigas, losas, entre otras, y en elementos no estructurales como

aceras, brocales, pavimentos, recubrimientos, etc. El uso que se le dará al concreto

será determinado por las necesidades y el proyecto planificado para esa obra. “El

concreto es un material con amplia gama de posibilidades, bien sea por el uso de

diferentes componentes o por la distinta proporciones de ellos”. (J. Porrero 2012).

Teniendo en consideración que el tipo de concreto dependerá de los

componentes (agregados), y/o proporciones, obtendremos algunos tipos de

concretos entre las cuales tenemos:

1. Concreto celular: Resistencia de 20 a 60 kgf/cm2

2. Concretos livianos: Resistencia de 140 a 380 kgf/cm2

3. Concretos normales: Resistencia de 180 a 350 kgf/cm2

4. Concretos de alta resistencia: Resistencia de 350 a 800 kgf/cm2

5. Concretos con fibras de acero: Resistencia de 350 a 850 kgf/cm2

http://goo.gl/CYxqmV

20

Rangos aproximados de resistencias a la compresión de diferentes tipos de

concreto (J. Porrero 2012).

2.2.2 Concreto fresco

2.2.2.1 Manejabilidad

“Al principio el concreto parece una “masa”. Es blando y puede ser trabajado

o moldeado en diferentes formas. Y así se conserva durante la colocación y la

compactación”. (IMCYC, 2004). Aunado a esto debemos considerar que

previamente esta mezcla tuvo una reacción química, causada por la reacción entre

el agua y el cemento. Formando una pasta que ayuda a conglomerar los agregados

(piedra y arena), y manteniéndolos todos en una masa. Que posteriormente será

colocada en un molde, y con el tiempo endurecerá.

2.2.2.2 Propiedades del concreto fresco

Son las propiedades del concreto fresco, que permiten trabajarlo con

facilidad, para mezclarlo, colocarlo y compactarlo, sin que este se segregue o sea

que será homogéneo. Esta es permitida por la cantidad de agua dentro de la

mezcla, quiere decir que a mejor cantidad de agua tenga, menos trabajabilidad

tendrá.

2.2.2.2.1 Fluidez

Para una mezcla de concreto fresca, que denominaremos pasta, la fluidez

será la relación agua – cemento ideal, ya que si en la mezcla existe un nivel bajo de

21

agua su nivel de trabajabilidad será casi nula, haciendo que este no sea homogénea

y provocando que no se adhieran los agregados, por lo contrario si la pasta tiene

alta cantidad de agua, esta provocará que los elementos como la piedra se corran

en la superficie donde esta es mezcla y por el alto nivel de agua esta pierda la

capacidad de mezclarse completamente

2.2.2.3 Asentamiento

El asentamiento del concreto representa el nivel de trabajabilidad del mismo,

este será determinado por la cantidad de agua que se le agregó a la mezcla, si la

fluidez es poca, la manejabilidad será más difícil y su capacidad de moldearse

disminuirá, por el contrario, si el nivel de líquido en la mezcla es alto, se corre el

riesgo de dañarla, ya que los componentes estarán completamente asentados y no

se formará la pasta. Este asentamiento será determinado según la solicitación, y

medida con el Cono de Abrams.

Imagen N° 2. Asentamiento medido con el Cono de Abrams (Fuente: Manual del Concreto Estructural. - Revisada 29 de junio de 2015).

2.2.2.4 Cono de Abrams

22

Este es un instrumento en forma de cono, que permite hacer ensayos de

asentamiento de mezclas de concreto en estado fresco, éste brinda información

relacionada a la fluidez de la mezcla.

Tabla N° 1. Valores usuales de asentamiento con el Cono de Abrams (Fuente: Manual del Concreto Estructural. - Revisada 29 de junio de 2015).

Este ensayo esta normalizado por la COVENIN 0339-2003. Titulada: Método

para la medición del asentamiento con el Cono de Abrams.

El Cono de Abrams debe cumplir con lo siguiente según la norma COVENIN:

Constituido de un material rígido e inatacable por el concreto, con un espesor

mínimo de 1.5 mm. Su forma interior debe ser la de un tronco de cono, de (200 ± 3)

mm de diámetro de base mayor, (100 ± 3) mm de diámetro de base menor y (300 ±

3) mm de altura. Las bases deben ser abiertas, paralelas entre sí y perpendiculares

al eje del cono. El molde debe estar provisto de asas y aletas. El interior del molde

debe ser relativamente suave y sin protuberancias, tales como remaches.

Barra compactadora

23

Esta debe ser de acero, recta, cilíndrica y lisa, de 16 mm de diámetro, 600

mm de longitud aproximada, con el extremo semiesférico de 8 mm de radio.

Imagen N° 3. Cono de Abrams (medidas en centímetros). (Fuente Digital. Disponible en línea: http://goo.gl/PdWqwi)

Los procedimientos de ensayos están descritos en la norma COVENIN 0339-

2003.

Imagen N° 4. Procedimiento normalizado para la medición del asentamiento (Fuente Digital. Disponible en línea: http://goo.gl/NBAuTi)

2.2.3 Concreto endurecido

Cuando el agua y el cemento entran en contacto, comienza a realizarse una

reacción que se divide en 3 etapas, la plástica es cuando el concreto es

completamente manejable y trabajable, el fraguado que lo podemos determinar

como el endurecimiento parcial de la mezcla, cuando se seca, y la etapa de

endurecimiento final, que le da la resistencia y durabilidad del concreto.

http://goo.gl/PdWqwi

http://goo.gl/NBAuTi

24

Vale destacar que en el proceso de encofrado se tiene que vibrar la mezcla,

esto le permitirá sacar el todo el aire de la mezcla y evita la aparición de las

cangrejeras, que es cuando se le observa agujeros a la superficie del material

endurecido.

Además es de relevancia acotar que uno de los principales problemas de

este concreto en estado endurecido o en proceso de endurecimiento, es que según

las condiciones ambientales, si pierde muy rápido el agua, este sufrirá la aparición

de fisuras.

Imagen N° 5. Principales estados por los que pasa el concreto en el desarrollo de su resistencia

(Fuente: Manual del Concreto Estructural. Revisada 28 de junio de 2015).

En la gráfica previa (imagen N° 6), se puede observar 3 tipos de estados del

concreto, el primero (estado plástico) se aprecia que la curva se mantiene baja,

indicándonos que el concreto tiene un tiempo determinado para ser trabajado, una

vez que entra en la segunda etapa (fraguado), se nota que la curva aumenta de

forma exponencial en un tiempo relativamente corto, y cuando llega a su etapa final

25

de endurecimiento, observamos como la curva nuevamente se normaliza, pero su

resistencia sigue aumentando al transcurrir el tiempo de forma moderada.

2.2.3.1 Ensayo a compresión

Los ensayos se realizan para saber qué calidad de concreto se elaboró; los

ensayos con mayor exactitud son los de tipo destructivo, siendo el más común el de

compresión, el cual es efectuado por laboratorios, utilizando una máquina universal,

que comprime el cilindro y obtiene los valores de compresión.

Los ensayos que se realizarán durante la elaboración del concreto, están

normalizados por la COVENIN 0338-2002, titulada: Método para la elaboración,

curado y ensayo a compresión de cilindros de concreto

Aparatos a usar para realizar los ensayos normalizados

Máquina de ensayo (máquina universal): Utilizada en los ensayos de

compresión, siempre que su capacidad sea suficiente para producir la rotura de la

probeta y se pueda regular la velocidad de carga, de modo que alcance la velocidad

requerida para el ensayo. Debe estar provista de 2 platos de acero cuya dureza

Rockwell C no sea inferior a 60 (HRC). Uno de estos platos estará fijo, donde se

colocará la muestra y el otro será quien comprima el cilindro.

Moldes cilíndricos (recolector de muestra): Preferiblemente metálicos,

rígidos, estancos de superficie interior lisa, no absorbente y que no reaccione con el

concreto.

Dimensiones del molde: El molde normal debe tener 152.5 ± 2.5 mm de

diámetro y 305 ± 6 mm de altura para el tamaño nominal de agregado grueso no

mayor de 50 mm. Se pueden utilizar moldes de otras dimensiones, siempre que el

diámetro sea como mínimo tres veces el tamaño nominal del agregado grueso. La

relación altura a diámetro debe mantener 2 a 1 en ningún caso su diámetro debe ser

menor a 50 mm.

26

Barra compactadora: De acero, cilíndrica y lisa, de 16 mm de diámetro por

600 mm de longitud, aproximadamente, y punta semiesférica, de 8mm de radio.

2.2.3.2 Ensayo a flexión

La resistencia a la flexión es una medida de la resistencia a la tracción del

concreto. La resistencia a la flexión se expresa como el módulo de rotura (Mr).

Según el National Ready Mixed Concrete Association, El Módulo de Rotura

es cerca del 10% al 20% de la resistencia a compresión. Este ensayo es usado para

en campo y aceptación de pavimentos. Aunque también es tomado en

consideración la resistencia a compresión como criterio de aceptación.

Los ensayos a flexión están normalizados por la COVENIN 340 – 1979

(Método para la elaboración y curado en el laboratorio de probetas de concreto para

ensayos a flexión), dicha norma específica los parámetros a usarse para la

realización del muestreo de una mezcla de concreto para una vigueta, y bajo qué

condiciones esta deberá ser curada, para su posterior ensayo.

Los equipos a usarse serán los siguientes:

Moldes rectangulares: Molde rígido preferiblemente metálico que no

reaccione con el concreto. Deben llevar distintos dispositivos que aseguren entre sí

las distintas partes del molde, así como éstas a la placa de base de tal manera que

el conjunto resulte impermeable al agua. Las superficies interiores deben ser lisas,

planas y sin imperfecciones.

Herramientas: Palas, baldes, llanas metálicas y de madera, cuchara,

enrasadora, cucharones, etc.

27

Barras compactadora: Debe ser rectas lisas, cilíndricas, de acero, con los

extremos semi-esféricos.

Toma de muestras:

Se debe tomar una muestra de concreto fresco con las especificaciones

descritas en este trabajo. Por cada variable se debe realizar al menos 3 viguetas

como mínimo. Se recomienda que los ensayos a flexión se realicen a edades de 14

y 28 días.

Una vez realizada las muestras, la aplicación de la COVENIN 343 – 1979

(Método de ensayo para determinar la resistencia a la tracción por flexión del

concreto en vigas simplemente apoyadas, con carga en el centro del tramo).

Método de ensayo

Máquina de ensayo: Que tenga un dispositivo para asegurar que la carga

aplicada a la viga se mantenga vertical y sin excentricidad y debe estar diseñada de

acuerdo con las siguientes condiciones:

Que el aparato sea capaz de mantener la distancia entre apoyo. Esta carga

debe ser aplicada perpendicularmente a la cara superior de la viga para evitar toda

excentricidad. Dicha carga debe ser incrementada gradualmente y sin impacto.

Material a ensayar: será la probeta de concreto elaborada según la

COVENIN 340, que tenga una luz libre entre apoyos lo más próxima posible al triple

de su altura.

28

El procedimiento de ensayos será el siguiente:

Se voltea la probeta sobre uno de sus lados, con respecto a la posición

inicial de vaciado y se centra con respecto a las placas de apoyo.

La placa de aplicación de carga se pone en contacto con la probeta sobre la

línea central de la luz libre.

Se aplica la carga a velocidad uniforme, libre de impacto.

Una vez obtenidos los resultados, estos se expresarán bajo la siguiente fórmula:

Mr: Modulo de rotura expresado en kg/cm2

P: Carga máxima aplicada, indicada en la máquina de ensayo, expresada en kg.

L: Luz, expresada en centímetros.

b: Ancho promedio de la probeta, expresado en cm.

h: Altura promedio de la probeta, expresada en cm.

2.2.4 Agregados

Los agregados, o también llamados áridos o inertes, representan un alto

porcentaje en el concreto, estos aparte de dar volumen y abaratar costos, también

son influyentes en la resistencia del elemento que se proyectará. “Los agregados

29

finos y gruesos constituyen entre el 60 y el 75% de una mezcla de concreto”.

(IMCYC, 2015).

Haciendo referencia a lo que previamente se citó, es claro que los agregados

juegan un papel fundamental en las mezclas de concreto, esto conlleva a que estos

elementos sean cuidadosamente evaluados y seleccionados, lo que posteriormente

se desarrollará.

2.2.4.1 Niveles de calidad

Según la COVENIN 0277-2000 Concretos. Agregados. Requisitos.

Esta norma Venezolana contempla los requisitos mínimos que deben cumplir

los agregados finos y gruesos, para poder ser usados en concreto. Debido a que los

agregados dentro de una mezcla de concreto tienen un papel fundamental, la

normalización de los niveles de calidad y ensayos debe ser cumplida, para así

obtener al máximo los valores deseados al realizar los proyectos.

2.2.4.1.1 Agregados controlados

Estos agregados son estrictamente evaluados, las plantas de procesamiento

presentan todas las condiciones ideales para usar lo que ellos producen, en una

obra el caso ideal sería usar este tipo de agregado ya que representa un gran

respaldo debido a que cumplen con los parámetros ideales, que son establecidos

por la norma COVENIN 0277-2000.

2.2.4.1.2 Agregados conocidos con control insuficiente

Estos agregados son extraídos de canteras y ríos, que fueron previamente

usados en obras de gran envergadura, y se comprobó en algún momento la calidad

que estos ofrecían, pero por distintas razones el control que conlleva a la toma de

30

muestras, ensayos, etc., no son tomados en consideración, representando así un

grave error, ya que estos controles son obligatorios siempre. En este caso si bien

existe un antecedente de uso, no existe un control del mismo.

2.2.4.1.3 Agregados no empleados con anterioridad

Este tipo de agregado es aquel que por primera vez se usará, o que si en

algún momento se utilizó no se tiene registro de ello, para la utilización de este tipo

de material sin antecedentes previos, los ensayos y la comprobación de la calidad

de este debe ser exhaustivo y con mayor profundidad. Esto generará mayor

confianza en caso de comprobar su calidad, de no ser así el material no se podrá

utilizar.

2.2.4.1.4 Toma de muestra

La toma de muestras de los agregados en los yacimientos, canteras o ríos,

es obligatoria para poder usar este material.

Según la COVENIN 270-1998 titulada: Extracción de muestras para morteros

y concretos. Que tiene como objetivo principal:

Los procedimientos para la extracción de muestras respectivas de los

agregados para concretos y morteros, con el propósito de hacer ensayos de los

mismos

2.2.4.2 Granulometría

31

“Se entiende por granulometría la composición del material en cuanto a la

distribución del tamaño de los granos que lo integran. Esta característica decide, de

manera muy importante, la calidad del material para su uso como componente del

concreto”. (J. Porrero, 2012).

La granulometría también es normalizada por la COVENIN 255-1998,

titulada: Determinación de la composición granulométrica. Que tiene como objetivos

principales:

Esta norma venezolana contempla un procedimiento para la determinación

por cernido de la distribución de los tamaños de las partículas de agregados finos y

gruesos.

Algunas especificaciones para agregados que se referencian en esta Norma

Venezolana contienen requisitos de gradación que abarcan tanto la fracción gruesa

como la fina. Se incluyen, por lo tanto, las instrucciones para el análisis de la

composición granulométrica.

Imagen N° 6. Ensayo de Granulometría (Fuente Digital. Disponible en línea: https://goo.gl/3oXoQ1)

https://goo.gl/3oXoQ1

32

2.2.5 Mezclas de concreto con fibras

Se sabe que propiamente el concreto ya endurecido es capaz de resistir

grandes esfuerzos a compresión, pero al momento de este ser sometido a esfuerzos

de tracción su resistencia es mínima, aproximándose al 10% de su capacidad de

resistir a compresión. Por tal motivo la incorporación de mallas de acero están

presentes dentro del concreto. La inclusión de las fibras dentro de la mezcla de

concreto busca igualar al acero, ya que éste por estar presente al hacer la mezcla,

tiene la ventaja de entrelazarse y formar una malla sintética, ofreciéndole mayor

tenacidad al concreto.

Según la NRMCA (National Ready Concrete Association), en su revista

digital:

Las fibras sintéticas que son específicamente diseñadas para el concreto

(hormigón) se fabrican a partir de materiales sintéticos que pueden resistir el medio

alcalino del concreto a largo plazo. Las fibras sintéticas son añadidas al concreto

antes o durante la operación de mezclado. El uso de las fibras sintéticas en

proporciones típicas no requiere de ningún cambio en el diseño de la mezcla.

Imagen N° 7. Concreto con fibra sintética

33

(Fuente Digital. Disponible en línea: https://goo.gl/dZ0bKs)

2.2.5.1 Tipos de fibras

Fibras de vidrio

Fibras de acero

Fibras sintéticas (acrílica, polipropileno, nylon, poliéster, polietileno, etc.)

Según el IMCYC (Instituto Mexicano del Cemento y Concreto). En su revista

digital, 2007. El uso de fibras:

Para el uso efectivo de fibras en el concreto endurecido se deben tener

contempladas las siguientes características:

Las fibras deben ser significativamente más rígidas que la matriz, es decir,

un módulo de elasticidad más alto.

El contenido de fibras por volumen debe ser adecuado

Debe haber una buena adherencia entre la fibra y la matriz

Las fibras deben tener una alta relación de aspecto; es decir, deben ser

largas con relación a su diámetro.

https://goo.gl/dZ0bKs

34

Imagen N° 8. Distintos tipos de fibras para el concreto (Fuente Digital. Disponible en línea: http://goo.gl/JOFmVu).

2.2.6 Cemento

El cemento es el componente que permite el desarrollo de la resistencia

mecánica del concreto y el componente con mayor costo unitario en la mezcla, el

cemento se obtiene de la calcinación de piedra caliza y arcilla a temperatura

cercana a 1.450 ˚C para promover la sintetización, seguidamente se somete a un

enfriamiento brusco para obtener especies químicas con fases meta estables. El

producto obtenido de esta forma se denomina clinker y este debe ser sometido

posteriormente a un proceso de molienda donde se adiciona sulfato de calcio, con la

finalidad de controlar el falso fraguado del cemento durante el mezclado del

concreto.

Según Porrero, J. (2012), el cemento es el componente activo del concreto e

influye en todas las características de ese material. Sin embargo el cemento

constituye solo un 10 o 20 % del peso del concreto, siendo el 80 a 90 % de

materiales restantes el que condiciona la posibilidad de desarrollar las propiedades

del concreto.

De acuerdo a lo anteriormente expuesto, el cemento es una especie de cal

hidráulica, que tiene la propiedad de endurecer por medio de reacciones y

procesos de hidratación de los silicatos de calcio y aluminatos que, una vez

endurecido conserva su resistencia y estabilidad. El cemento, también conocido

como cemento portland, utilizado casi únicamente con fines estructurales; es la

combinación de materias de carácter ácido y básico proveniente de arcillas y caliza.

http://goo.gl/JOFmVu

35

2.2.6.1 Tipos de cemento Portland

Los diferentes tipos de cementos son determinados por el proceso de

trituración de la materia prima, en la cual se puede distinguir peculiaridades que

diferencian a los productos entre sí. El manual del concreto estructural de J. Porrero,

indica en la página N° 96, que en la COVENIN 28 “Cemento Portland.

Especificaciones”, existen 5 tipos de cemento, que se mencionarán en la siguiente

tabla:

Tabla N° 2. Tipos de cemento Portland (Fuente: Porrero, J. (2012), Manual de Concreto Estructural- Revisada 31 de octubre de 2015).

2.2.7 Agua para concreto

Se sabe que el agua es el elemento que hará reaccionar químicamente al

cemento, generando lo que previamente definimos como la pasta. Esta genera que

la mezcla se hidrate y se pueda trabajar. Según J. Porrero 2012. “…El agua de

mezclado ocupa normalmente entre 15% y 20% del volumen del concreto fresco…”.

Sus características están normalizadas por la COVENIN 1753-2006,

refiriéndose de esta manera: “El agua empleada en el mezclado del concreto debe

ser limpia y no debe contener cantidades perjudiciales de aceites, ácidos, álcalis,

sales, materia orgánica u otras sustancias nocivas al concreto o al acero de

refuerzo.”

36

2.2.7.1 Efectos de las impurezas sobre el concreto

Según el Ing. Gerardo Rivera en su libro Concreto Simple, destaca 2 tipos de

impurezas: Orgánicas e inorgánicas, definiéndolas de la siguiente manera:

Impurezas orgánicas: las sustancias orgánicas contenidas en aguas

naturales, afectan considerablemente el tiempo de fraguado inicial del cemento y la

resistencia última del concreto u hormigón. Se debe tener especial cuidado con los

altos contenidos de azúcar en el agua porque pueden ocasionar retardo en el

fraguado

Impurezas inorgánicas: los límites permisibles para contenidos inorgánicos

son algo amplios, pero en algunas partes, éstos pueden presentarse en cantidades

suficientes para causar un deterioro gradual del hormigón.

2.2.8 Diseño de mezclas

El diseño de mezcla es el procedimiento previo a la realización de la mezcla,

en este proceso se calculan los porcentajes de cada elemento que conformará el

concreto. Teniendo en consideración que este diseño deberá cumplir con todas las

propiedades del concreto fresco y endurecido. La realización del diseño permitirá

que el proyecto cumpla correctamente con los requerimientos (resistencia y

durabilidad). Se toma en cuenta las siguientes variables:

Tipo de agregados, cantidades y granulometría

Resistencia y durabilidad

Tipo de cemento y cantidades

Cantidad de agua para realizar la mezcla

El ambiente en donde se preparará la mezcla y una vez endurecido las

condiciones al que este será sometido.

37

2.2.8.1 Relación Beta

La relación beta β es la relación de agregados gruesos y finos, mediante

este procedimiento se obtiene los valores deseados de la proporción de cada uno

de ellos, vale la pena destacar que el uso del concreto en el proyecto muchas veces

determinará en que porcentaje utilizaremos los agregados. Por ejemplo si

realizamos un concreto para proyectarlo por medio de bombas hidráulicas, lo ideal

sería usar más agregados finos que gruesos.

El valor será expresado en porcentaje. Donde A es el peso de la arena y G

es el peso del agregado grueso.

2.2.8.2 Relación Alfa

Esta será la relación agua – cemento dentro de la mezcla, dejándonos la

siguiente expresión matemática.

Donde a representa la cantidad de agua en litros o en kilogramos fuerza y C

representa la dosis de cemento en kilogramos fuerza.

2.2.8.3 Determinación de la resistencia

La determinación de la resistencia la dará el proyecto, según sean las

condiciones y las solicitaciones requeridas, por ejemplo si se necesita hacer una

acera, este entra en los elementos no estructurales, ya que no soportará grandes

cargas, pero si se necesita que cumpla unas de las propiedades del concreto como

lo es la durabilidad. En general el tipo de concreto que se utilizaría para este

proyecto sería de 180 kgf/cm2.

38

2.2.9 Plástico

El plástico es un material sintético formado por carbono, hidrógeno, nitrógeno

y oxígeno, combinados con otros elementos obtenidos del petróleo. En el caso del

PET1 (tereftalato de polietileno), contiene ácido tereftálico y etilenglicol por

condensación. El gran uso que se le da a este producto es debido a que su

capacidad de almacenar los productos, ya sea alimentos o bebidas, es excelente,

manteniendo la calidad de lo que este almacena. Este plástico es a nivel mundial

uno de los más usados, según datos de la organización mundial de la salud (OMS),

para el año 2000 la producción anual fue de 160 millones de toneladas

2.2.9.1 Tipos de plásticos

Los plásticos se presentan en distintos tipos, estos son determinados por su

composición química propia, entre los más comunes tenemos:

Tereftalato de Polietileno (PET1)

Polietileno de alta densidad (PEAD – HDPE)

Policloruro de vinilo (PVC)

Polipropileno (PP)

Poliestireno (PS)

Imagen N° 9. Códigos de identificación de resinas de plástico (Fuente Digital. Disponible en línea: http://goo.gl/A2P3Y4)

http://goo.gl/A2P3Y4

39

2.2.9.2 Propiedades del plástico PET1

El polietileno tereftalato (PET), es un material ampliamente usado en la

industria, esto debido a sus características, que permiten moldearlo en diversas

formas técnicas requeridas, entre las características más importantes tenemos las

siguientes:

Alta resistencia al desgaste

Buena resistencia química

Buena resistencia térmica

Cristalinidad y transparencia (aunque admite muy bien el uso de colorantes,

por tal motivo, se puede ver una amplia gama de envases de colores)

Alta rigidez y dureza

Estas características previamente mencionadas hacen que el plástico PET1,

tenga una larga lista de uso. Además que su densidad es de 1,34 g/cm3, según el

Departamento de Química de la Universidad de Valladolid, lo que permite que su

peso por unidad de medida lo haga liviano, en comparación con otros materiales.

2.2.10 Acero de refuerzos para el concreto

El acero de refuerzo es introducido en el concreto, para absorber y resistir

los esfuerzos previamente dichos, generando así lo que mayormente se conoce

como concreto armado, vale la pena resaltar que el acero tiene la capacidad ser

estirado y regresar a su estado original. Este concreto armado o reforzado es capaz

de resistir esfuerzos de compresión y tracción.

“Las formas más comunes del acero para servir de refuerzo al concreto son:

la barra con resaltes o corrugada (cabilla en Venezuela) y la malla electrosoldada”

(J. Porrero 2012).

40

En la COVENIN 1753-2006, en su capítulo 3.6 (Acero de refuerzo),

menciona específicamente las propiedades y los tipos de acero para refuerzo del

concreto

2.2.10.1 Malla Electrosoldada

Es una estructura que la conforma acero dispuesto de forma longitudinal y

transversal, soldada en las intercepciones, este proceso generará una malla, vale

destacar que el tipo de acero es de poco diámetro.

Imagen N° 10. Malla electrosoldada (Fuente Digital. Disponible en línea: http://goo.gl/G2uu39)

Según la COVENIN 1753-2006 en el capítulo 3.6.4, la malla electrosoldada

deberá cumplir las siguientes condiciones: “La separación de las intersecciones

soldadas en la dirección del refuerzo principal no debe ser mayor de 30 cm. para

mallas de alambre liso ni de 40 cm. para mallas de alambre con resaltes”.

El uso que se le da según Joaquín Porrero en el Manual del Concreto

Estructural serán las siguientes:

Se utilizará como refuerzo estructural en losas y muros, como reemplazo de

la parrilla de barras corrugadas, esto facilita enormemente la colocación y evita que

se pierda tiempo haciendo el emparrillado.

http://goo.gl/G2uu39

41

También se puede usar como acero de repartición y como refuerzo por

retracción y temperatura. Especialmente apropiada para el sistema de túnel,

tuberías de concreto, concreto proyectado, aceras y pavimento.

2.2.10.2 Corrosión del acero

La ASTM define la corrosión como la “reacción química o electroquímica

entre un material, usualmente un metal y su medioambiente, que produce un

deterioro del material y de sus propiedades”. La producirse este proceso, generará

problemas posteriores, tales como, perdida de resistencia mecánica del acero, esto

a su vez genera que el elemento (el concreto armado), no cumpla sus funciones, y

posteriormente esta corrosión será transferida al concreto.

La corrosión puede ser producida por los siguientes elementos, todos

presentes de una u otra forma en las obras, que deberán ser previamente

considerados en el proyecto:

Carbonatación del concreto

Presencia de sales en la superficie del acero

Acciones del medio ambiente (lugares donde las condiciones de construcción

son extremas).

Humedad

Ataques de cloruros o sulfatos

Imagen N° 11. Oxidación del acero de refuerzo (Fuente Digital. Disponible en línea: http://goo.gl/3Te1sb)

http://goo.gl/3Te1sb

42

2.3 Cuadro de variables

Objetivo específico

Variable Dimensión Indicadore

s Medición Fuentes

Técnicas e instrumento

s

Diseñar una mezcla de concreto

patrón, con una

dosificación para f’c= 180 kgf/cm2 T=3”.

Diseño de mezcla

Dosificación

Arena Piedra picada

Cemento Agua

COVENIN 1753-2006

Campo

Observación Directa

Formatos de recolección

de datos block de

notas cámara

fotográfica

Diseñar una mezcla de

concreto con una

dosificación para f’c= 180 kgf/cm2 T=3”, agregándole

0,55% de PET1 como

complemento.

Diseño de mezcla

Dosificación

Arena Piedra picada

Cemento Agua

0.5 % tiras de PET1

COVENIN 1753-2006

Campo



de datos block de

notas cámara

fotográfica


concreto con una

dosificación para f’c= 180 kgf/cm2 T=3”, agregándole 1% de PET1

como complemento

.

Diseño de mezcla

Dosificación

Arena Piedra picada

Cemento Agua

1 % tiras de PET1

COVENIN 1753-2006

Campo



de datos block de

notas cámara

fotográfica


concreto con una

dosificación para f’c= 180 kgf/cm2 T=3”, agregándole 2% de PET1

como complemento

Diseño de mezcla

Dosificación

Arena Piedra picada

Cemento Agua

2 % tiras De PET1

COVENIN 1753-2006

Campo



de datos block de

notas cámara

fotográfica

Determinar la resistencia a compresión

de los cilindros

elaborados con la mezcla

Resistencia a

compresión

Mezcla de concreto Patrón

Cilindros COVENIN

0338-2002

Campo



de datos block de

notas

43

de concreto patrón

cámara fotográfica

Determinar la resistencia a compresión

de los cilindros

elaborados con las

mezclas de concreto con complemento

PET1.

Resistencia a

compresión

Mezcla concreto con complemento

PET1 en 0.5,1 y 2%

Cilindros COVENIN

0338-2002

Campo



de datos block de

notas cámara

fotográfica

Determinar la resistencia a flexión de las

viguetas elaboradas

con concreto patrón.

Resistencia a flexión

Mezcla de concreto Patrón

Viguetas COVENIN

0343-1979

Campo



de datos block de

notas cámara

fotográfica


viguetas elaboradas con malla

electrosoldada.


Malla electrosoldad

a Viguetas

COVENIN 0343-1979

Campo



de datos block de

notas cámara

fotográfica


viguetas elaboradas

con las mezclas de

concreto con complemento

PET1


Mezcla concreto con complemento

PET1 en 0.5,1 y 2%

Viguetas COVENIN

0343-1979

Campo



de datos block de

notas cámara

fotográfica

Analizar comparativamente los

resultados de la resistencia a compresión

y flexión, obtenidos

para la mezcla patrón,

mezcla con malla y el

concreto con complemento

PET1.

Resultados Ensayos de laboratorios

Muestras patrón , Muestra

con malla y Muestras

con complemen

to PET1

Normas COVENIN usadas.

Campo



de datos block de

notas cámara

fotográfica Gráficos de

barras

44

2.4 Definición de términos básicos

Reciclaje

El reciclaje consiste en aprovechar los materiales u objetos que la sociedad

de consumo ha descartado por considerarlos inútiles, es decir, darle un nuevo valor

a lo descartado a fin de que pueda ser reutilizado en la fabricación o preparación de

nuevos productos, que no tienen por qué parecerse ni en forma ni aplicación al

producto original.

(Fuente Digital. Disponible en línea: http://goo.gl/Cyik5D /)

Segregación

La segregación del hormigón es la separación de sus componentes una vez

amasado, provocando que la mezcla de hormigón fresco presente una distribución

de sus partículas no uniforme. Si un hormigón presenta buena resistencia a

segregación, eso significa que los áridos están uniformemente distribuidos en la

mezcla, tanto en dirección vertical como en horizontal.

(Fuente Digital. Disponible en línea: http://goo.gl/Z5Iops)

Exudación

La exudación del hormigón fresco es un el fenómeno que se produce por el

ascenso del agua de amasado de una mezcla de hormigón durante el tiempo que

dura su fraguado. Los componentes del hormigón fresco vertido contienen

materiales de distintas densidades y se produce una tendencia a la decantación de

áridos más pesados, y un ascenso del agua, menos densa.

La exudación es una forma de segregación de los componentes de una

mezcla de hormigón fresco en la que el agua tiende a elevarse hacia la superficie

http://goo.gl/Cyik5D%20/

http://goo.gl/Z5Iops

45

del hormigón como consecuencia de la incapacidad de los áridos de arrastrarla con

ellos al irse compactando.

(Fuente Digital. Disponible en línea: http://goo.gl/GO5so4)

Residuos

Es todo material resultante de los procesos de producción, transformación y

utilización, que sea susceptible de ser tratado, reusado, reciclado o recuperado, en

las condiciones tecnológicas y económicas del momento específicamente por la

extracción de su parte valorizable.

(Fuente: Ley de residuos y desechos sólidos Venezolana (actual)) - Revisada 25 de julio de 2015)

Desechos

Todo material o conjunto de materiales resultantes de cualquier proceso u

operación, para los cuales no se prevé un destino inmediato y deba ser eliminado o

dispuesto en forma permanente.

(Fuente: Ley de residuos y desechos sólidos Venezolana (actual)) – (Revisada 25 de julio de 2015).

http://goo.gl/GO5so4

46

CAPÍTULO III.

MARCO METODOLÓGICO

47

3.1 Tipo de investigación

De acuerdo al nivel de conocimiento científico (observación, descripción,

explicación) al cual pretende llegar un investigador, permite formular el tipo de

estudio, es decir de acuerdo al tipo de información que espera obtener así como el

nivel de análisis que deberá realizar.

La presente investigación es un proyecto factible que como su nombre lo

indica, está orientado a resolver un problema planteado o a satisfacer las

necesidades en una institución. Para ello es importante resaltar la definición que

hace al respecto la Universidad Pedagógica Experimental Libertador (UPEL, 2006),

la cual refiere:

“Un proyecto factible consiste en la investigación, elaboración y

desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para

solucionar problemas, requerimientos o necesidades de

organizaciones o grupos sociales; pueden referirse a la formulación

de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos. El

proyecto debe tener apoyo en una investigación de tipo

documental, de campo o un diseño que incluya ambas modalidades

(p. 16)”.

Tomando en cuenta lo expuesto anteriormente, se considera que este

proyecto es factible porque busca plantear una alternativa en la construcción de

aceras y pavimentos, donde se requiera el empleo de la malla electrosoldada para

el control de la retracción del concreto. Dicho proyecto de investigación pretende

incorporar a la mezcla de concreto tiras de PET 1, y disminuir los costos asociados

a la construcción de estos elementos. La malla supone un costo elevado en el

mercado.

48

3.2 Nivel de investigación

El nivel de investigación se refiere al grado de profundidad con que se

aborda un objeto de estudio. Arias (2006). Se puede clasificar en exploratoria,

descriptiva y explicativa.

La investigación exploratoria se refiere a aquella que se realiza sobre objetos

poco estudiados, por lo que sus resultados dan una visión de dicho objeto. Nivel de

conocimiento superficial.

Tomando en cuenta lo expuesto anteriormente, la presente investigación es

de tipo exploratoria, porque implica realizar un estudio poco conocido, el cual

arrojará una serie de resultados que permitirán establecer un pronóstico del tema.

De acuerdo a la revisión bibliográfica, la incorporación del PET1 en el concreto, no

se ha empleado para el control de la retracción del concreto y así determinar la

factibilidad de prescindir de la malla electrosoldada en la construcción de aceras y

pavimentos.

El aporte en este trabajo de investigación será evaluar la retracción del

concreto con la incorporación del PET1.

3.3 Diseño de la investigación

El diseño de la investigación se refiere al plan o estrategia concebida para

obtener la información que se desea. Lo ideal es tomar un solo diseño de

investigación con el fin de no aumentar los costos que demanda. Asimismo, la

confiabilidad de los resultados dependerá de las estrategias utilizadas para el diseño

de la investigación.

En este proyecto de investigación se tomará como diseño el experimental,

pues incluirá revisión bibliográfica, ensayos de laboratorio y análisis de resultados.

Según Babbie, (2009), el termino experimento, se refiere a elegir o realizar una

49

acción y después observar las consecuencias. La esencia de esta concepción, es

que requiere la manipulación intencional de una acción para analizar sus posibles

resultados.

Para esta fase se pretende en cuanto al diseño de mezcla incorporar el

PET1, como complemento del concreto con una dosificación de f’c = 180 kgf/cm2

T=3”; en diferentes proporciones con el fin de medir sus efectos en relación a la

retracción del mismo.

3.4 Población y muestra

Según Arias, (2006) se entiende por población al conjunto finito o infinito de

elementos con características comunes, para los cuales serán extensivas las

conclusiones de la investigación. Por tanto la población se refiere al conjunto de los

casos que convergen en particularidades, sobre la cual se pretende generalizar los

resultados obtenidos de las muestras.

En el presente proyecto de investigación se considera población a todas las

probetas cilíndricas y viguetas que serán elaboradas para su posterior ensayo de

laboratorio, a compresión y flexión respectivamente.

Por otra parte, Sampieri, et al (2010) establecen que la muestra es un

subgrupo de la población de interés, sobre el cual se recolectarán datos, y que tiene

que definirse o delimitarse de antemano con precisión, éste debe ser representativo

de una población. El investigador pretende que los resultados encontrados en la

muestra logren generalizarse o extrapolarse a la población.

Para esta investigación la muestra será las probetas cilíndricas y viguetas de

concreto de f’c = 180 kgf/cm2 T= 3” con la incorporación del PET1, las cuales serán

sometidas a ensayos de compresión y flexión.

50

3.5 Técnicas e instrumentos de recolección de datos.

Las técnicas empleadas para la recolección de datos en el presente trabajo

de investigación, son las siguientes:

Revisión bibliográfica: Gálvez (2002) indica que la revisión bibliográfica es un

procedimiento estructurado cuyo objetivo es la localización y recuperación de

información relevante para un usuario que quiere dar respuesta a cualquier duda

relacionada con su práctica, ya sea esta clínica, docente, investigadora o de gestión.

La naturaleza de la duda y, por tanto, de la pregunta que se hace el usuario

condicionará el resultado de la revisión, tanto en el contenido de la información

recuperada como en el tipo de documentos recuperados.

Observación directa: Según Behar (2011) consiste en el registro sistemático,

válido y confiable del comportamiento o conducta manifiesta. Puede utilizarse como

instrumento de medición en muy diversas circunstancias.

Mediante esta técnica se puede establecer contacto visual con el

comportamiento del concreto al incorporar el material propuesto y someterlo a las

pruebas de laboratorio.

Siendo estas características del tipo de investigación que se está

desarrollando en el presente trabajo: la observación, recolección de datos y la

realización de conclusiones. Características propias de un trabajo de investigación

exploratorio, y realizado en campo.

Finalmente para la recolección de datos se hace necesario tener presente

que el laboratorio donde se realicen las pruebas, debe estar certificado por

SENCAMER para garantizar la calibración de todos los equipos utilizados y así

obtener resultados confiables.

En cuanto a los instrumentos utilizados, se tienen los siguientes:

51

Cámara fotográfica: Permite el registro en imágenes de cada etapa del

ensayo a realizar, así como dejar en evidencia del momento en el que se produzca

la falla.

Block de notas: El block de notas es el instrumento que permite tomar notas

importantes del desarrollo del ensayo en laboratorio.

Formatos de recolección de datos: Este formato permite recabar una gran

cantidad de información relevante, dicho formato puede ser digital o impreso.

Gráficos estadísticos: Al obtener todos los datos por medio de los

formatos, este será filtrado y se elaborará una gráfica que permita arrojar datos

estadísticos para realizar las conclusiones.

52

CAPÍTULO IV

ESTUDIOS DE LOS PROCESOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

52

Introducción

A continuación se presentan los procedimientos aplicados y resultados

obtenidos de los ensayos realizados en esta investigación, los cuales permitieron el

cumplimiento de los objetivos específicos establecidos, que a su vez conducen

obtener el resultado del objetivo general.

4. Procedimiento de la investigación

En el desarrollo de la presente investigación se tomaron en consideración los

parámetros dispuestos en la norma Venezolana COVENIN, con la finalidad de

obtener resultados confiables que brinden respuestas objetivas en la evaluación del

PET1 como complemento del concreto de f’c 180v= kgf/cm2 T=3”, para la sustitución

de la malla electrosoldada, en pavimentos.

4.1 Procedimiento para el diseño de la mezcla patrón.

Según Porrero, 2014, p.123 Se conoce como diseño de mezcla el

procedimiento mediante el cual se calculan cantidades que debe haber de todos y

cada uno de los componentes que intervienen en una mezcla de concreto, para

obtener de ese material el componente deseado, tanto durante en su estado plástico

como después, en su estado endurecido.

4.1.1 Determinación granulométrica de los agregados.

Según Porrero, 2012, p.63 ‘’Se entiende por granulometría la composición

del material en cuanto a la distribución del tamaño de los granos que lo integran.

Esta característica decide, de manera muy importante, la calidad del material

para su uso como componente del concreto’’.

53

Para iniciar con el diseño de mezcla de concreto patrón, se aplicó el

procedimiento establecido en la norma COVENIN 255-1998, Agregados.

Determinación granulométrica. A través de este método de ensayo se separa una

muestra de 2kg de agregado seco de masa conocida, a través de una serie de

cedazos de aberturas progresivamente reducidas para determinar la distribución de

los tamaños de las partículas. Dicho ensayo se aplicó tanto para agregado grueso

como para agregado fino. Los resultados obtenidos se especifican en las siguientes

tablas:

Cedazo Peso

Cedazo Peso Total

Peso Muestra

%Retenido %Pasante

1 ½”" 535.8 535.8 0 0.00 100

1" 534.8 1430.35 895.55 44.78 55.22

3/4" 544.6 1371.55 826.95 41.35 13.88

3/8" 509.4 747.55 238.15 11.91 1.97

1/4" 539 543.95 4.95 0.25 1.72

#4 483.9 485.75 1.85 0.09 1.63

Receptor 476.5 509.05 32.55 1.63 0.00

Tabla N° 3. Resultado de ensayo de granulometría. Agregado grueso.

(Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en laboratorio.)

54

Cedazo Peso

Cedazo Peso Total

Peso Muestra

%Retenido %Pasante

1/4" 548.7 835.4 286.7 14.34 85.67

#4 493.8 634.4 140.6 7.03 78.64

#8 475.1 848.4 373.3 18.67 59.97

#10 481 573.5 92.5 4.63 55.35

#30 451.2 1091 639.8 31.99 23.36

#60 353 773.4 420.4 21.02 2.34

#100 341.6 383.4 41.8 2.09 0.25

Receptor 482.9 487.8 4.9 0.25 0.00

Tabla N° 4. Resultado de ensayo de granulometría. Agregado fino.

(Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en laboratorio.)

4.1.2 Tamaño máximo del agregado.

Según Porrero, 2012, p.67-68 Se denomina tamaño máximo de un

agregado al tamaño de sus partículas más gruesas, medido como abertura del

cedazo de menor tamaño que deje pasar el 95% o más del material.

El tamaño máximo del agregado en este trabajo de investigación fue de

11/2”, debido a que se observó 100% de la muestra pasante por el cedazo 11/2”.

4.1.3 Determinación de la relación beta.

Al hacer revisión del manual de concreto estructural de J. Porrero, se puede

observar que son múltiples las variables que intervienen en el diseño de una mezcla

de concreto entre ellas destacan: dosis de cemento, trabajabilidad, relación

agua/cemento y resistencia.

Asimismo la proporción entre agregado fino y grueso es una variable

independiente respecto al resto del procedimiento, que puede ser manipulada en un

55

intervalo determinado, sin alterar la dosis del resto de los componentes. Dicha

proporción es conocida como relación beta (β).

El valor beta (β) se debe seleccionar de manera que el tamaño máximo del

agregado en la muestra, cuente con una granulometría adecuada en la siguiente

tabla:

Tabla N° 5. Límites granulométricos recomendados para distintos tamaños máximos de agregado. Porcentaje pasante.

(Fuente: Porrero, 2012, p.126.)

Para la determinación beta (β) se aplicó un método gráfico en el cual:

Se trazan dos líneas verticales escaladas de cero (0) a cien (100). El eje

“G” representa el porcentaje pasante de agregado grueso y el eje “A el

porcentaje pasante de agregado fino.

Se marcan los puntos correspondientes a los porcentajes pasantes del

agregado grueso sobre el eje “G” y porcentajes pasantes del agregado

fino sobre el eje “A” y se identifican con el cedazo correspondiente.

Se traza una línea que una los extremos superiores de los ejes “A” y “G”

en una escala 0 a 100. Este nuevo eje representa las relaciones beta (β).

56

Se unen los puntos de los cedazos de igual designación ploteados tanto

en el eje de los finos como en el eje de los gruesos.

Sobre cada una de las rectas de proporcionalidad se señalan los límites

correspondientes indicados en la tabla N° 5. Para cada cedazo se

tendrá, entonces, las posibilidades de combinación que caen dentro de

los límites recomendados. Estos intervalos deben resaltarse.

Se debe señalar los valores extremos entre los que se puede escoger

beta (β), para cumplir en toda su extensión y para todos los cedazos.

En la presente investigación se aplicó el procedimiento anteriormente

descrito, obteniendo así la siguiente gráfica:

Gráfico N°1 Relación Arena/Agregado Total, β (%). (Fuente: Elaboración propia en base a resultados obtenidos en laboratorio.)

Una vez realizada la gráfica anterior, se estableció beta β=60%.

57

4.1.4 Diseño de mezcla patrón.

Imagen N° 12 Esquema de los pasos del diseño de mezcla (Fuente: Porrero, 2012, p.146.)

Una vez establecido el esquema para el diseño de mezcla, se procedió a

realizar los cálculos y condiciones de los materiales a usar de la siguiente manera:

4.1.4.1 Determinación de dosis de Cemento (C):

Donde:

C= Dosis de cemento (kgf/m3)

α= a/C= Relación agua / cemento en peso

T= asentamiento (en centímetros)

58

K, m, n son constantes (características de los materiales usados).

En esta expresión relacionan la trabajabilidad, como propiedad del concreto

fresco medida por el Cono de Abrams que señala el asentamiento (T) de la mezcla,

con α que representa la relación agua / cemento.

Asentamiento (T) en centímetros, este valor es seleccionado posteriormente

se determine el uso que se le dará al elemento de concreto, en este caso será

pavimento.

Tabla N° 6 Valores usuales de asentamiento con el Cono de Abrams. (Fuente: Porrero, 2012, p.141.)

Según J. Porrero (2012), el valor usual del asentamiento (T) medido con el

Cono de Abrams se encuentra entre 5 y 8 centímetros.

Corrección C por características del agregado:

Tabla N° 7 C1 Factor para corregir C por tamaño máximo, mm (Pulgadas). (Fuente: Porrero, 2012, p.141.)

59

Factor C1: Este factor está relacionado con el tamaño máximo de la muestra,

que fue previamente establecido por medio del estudio granulométrico.

Tabla N° 8 C2 Factor para corregir C por tipo de agregado (Fuente: Porrero, 2012, p.141.)

Factor C2: Este factor está relacionado con el tipo de agregado y sus

características. El tipo de material a usarse será determinado previamente

dependiendo del proyecto.

Corrección del cemento:

Para corregir el cemento se aplicó esta fórmula, que toma en consideración

el tamaño y las características de los agregados.

Donde:

Cc= Cemento corregido

C= Dosis de cemento previamente calculada

C1= Factor de corrección por tamaño máximo del agregado

C2= Factor de corrección por las características del agregado

Verificación de la dosis de cemento

Una vez aplicada las fórmulas para determinar la dosis de cemento de

diseño y posteriormente la dosis corregida, se obtiene la siguiente expresión:

60

En esta expresión se puede observar que el cemento de diseño será mayor

o igual al cemento corregido, pero a su vez se tiene que comparar con la dosis

mínima de cemento para una mezcla. A continuación se presenta la tabla para las

dosis mínimas de cemento.

Tabla N° 9 Contenidos mínimos de cemento en función de las condiciones de servicio o ambientales


Si el cemento corregido resulta menor al cemento mínimo, inmediatamente

se toma la dosis mínima, esto garantizará que el diseño de mezcla arroje los valores

deseados. Este valor mínimo dependerá directamente de las condiciones de servicio

o ambientales a las cuales el elemento de concreto será sometido.

4.1.4.2 Determinación de α (agua / cemento).

Una vez que se conoce la relación β, se procede a determinar α (agua/ cemento).

61

Tabla N° 10 Resistencia promedio a la compresión requerida, Fcr, cuando no se dispone de datos para establecer la desviación estándar.

(Fuente: Manual del concreto estructural – revisado 13 de octubre de 2015)

Donde:

Log R28: Representa la resistencia del concreto a los 28 días (ej. 180 kgf/cm2).

La determinación de α, se realizó por medio de la siguiente expresión

matematica:

Donde:

M y N son constantes.

R= Será definida por la resistencia a 28 días del concreto.

62

Corrección por el tamaño y característica del agregado:

Tabla N° 11 Kr Factor para corregir α por tamaño máximo, mm (Pulgadas). (Fuente: Porrero, 2012, p.136.)

Factor Kr: Corrección para alfa por tamaño máximo del agregado, definido

por el estudio granulométrico.

Tabla N° 12 Ka Factor para corregir α por tipo de agregado (Fuente: Porrero, 2012, p.137.)

Factor Ka= Corrección por el tipo de agregado que se utilizará para realizar la

mezcla.

Corrección de α:

(6)

Esta corrección permite tomar en consideración las características del tipo de

agregado y su tamaño máximo, para realizar el diseño de mezcla.

63

Verificación de α:

Una vez establecido el αc (corregido), se verificó que cumpla con el α

máximo dispuesto por COVENIN, este estará directamente relacionado con el uso y

los factores que puedan influir sobre el elemento de concreto.

Esta expresión indica que el alfa de diseño deberá ser menor o igual al

corregido, y estos deberán ser menores al alfa máximo, que estará dispuesto en la

siguiente tabla:

Tabla N° 13 Máximos valores de α para distintas condiciones de servicios o ambientales.


Volumen absoluto de agua:

)

Donde:

a= Cantidad de agua a usarse en la mezcla

Cc= Dosis de cemento corregido

64

αc= Alfa corregido

Volumen de aire atrapado:

Donde:

V= Volumen del aire atrapado

C= Dosis de cemento (kgf/m3)

P= Tamaño máximo del agregado en milímetros

El volumen de aire atrapado será calculado a pesar del vibrado que se le

aplica al concreto. Este dato será usado posteriormente para determinar la cantidad

de agregado fino y grueso.

Determinación de la cantidad del agregado fino y grueso, cuando no se

conoce el peso específico de los agregados:

Donde:

G+A= Agregado grueso mas agregado fino

ϒ G+A = Peso específico del agregado (constante)

1000= Representa el metro cúbico de concreto que se diseñará

Cc= Dosis de cemento

a= Volumen de agua

V= Volumen de aire atrapado

65

Determinación de la cantidad de agregado fino en kilogramos:

Donde:

A= Agregado Fino

β= Relación agregado fino / agregado grueso

G + A= Agregado grueso mas agregado fino

Determinación de la cantidad de agregado grueso en Kilogramos:

Donde:

G= Agregado grueso

β= Relación agregado fino / agregado grueso

G + A= Agregado grueso más agregado fino

4.1.5 Cálculo para la dosificación de un concreto 180 kgf/cm2 a 28 días

con T=3”

Una vez considerado el esquema para determinar la dosificación de un

concreto, se obtuvieron los siguientes datos para un volumen total de 1 m3.

Las fórmulas utilizadas fueron enumeradas, para simplificar la búsqueda:

66

Fórmula 1: Determinación de la dosis de cemento

Fórmula 2: Relación agua / cemento (α)

Fórmula 3: Cemento corregido, considerando las características del

agregado y su tamaño máximo.

Fórmula 4: Comparación de la dosis mínima de cemento y el cemento

corregido.

Usando así la dosis mínima de cemento establecida por COVENIN, para un

uso del elemento en una atmosfera común.

67

Fórmula 5: Determinación de alfa (α).

Fórmula 6: Corrección de alfa (α), considerando las características del

agregado y su tamaño máximo.

Fórmula 7: Comparación del α corregido con el α máx.

Se utilizó el αc= 0.678

Fórmula 8: Volumen absoluto de agua

Fórmula 9: Volumen de aire atrapado

68

Fórmula 10: Determinación de de la dosificación del agregado grueso y

fino:

Fórmula 11: Cantidad de agregado fino

Fórmula 12: Cantidad de agregado grueso:

Una vez realizados los cálculos se resume entonces en la siguiente tabla, la

cantidad en kilogramos de cada componente, para obtener 1 m3 de concreto f´c =

180 kgf/cm2 con asentamiento T= 3”:

Material Peso Kg

Arena 1158.89

Piedra 772.59

Agua 183.06

Cemento 270

Tabla N° 14 Dosificación para un concreto f’c= 180 kgf/cm2 T=3”

(Fuente: Elaboración propia en base a cálculos realizados)

69

4.2 Criterios para el diseño de mezcla con complemento PET1.

Es importante señalar que si bien el volumen que ocupa la malla

electrosoldada en una losa es prácticamente despreciable, en este trabajo de

investigación se va a realizar una evaluación de tal volumen, de manera que se

pueda establecer un criterio coherente en la estimación inicial de la cantidad de

PET1 a utilizar en la mezcla experimental.

Por lo tanto, tomando en cuenta una loseta de 1 metro de ancho por 1 metro

de largo por 0,05 metros de alto y una malla electrosoldada 100x100x4, se procede

a determinar el porcentaje del volumen de malla con respecto al volumen de la

loseta.

Imagen N° 13 Ejemplo de loseta (Fuente: Elaboración propia)

70

Imagen N° 14 1m2 de malla electrosoldada 100x100x4 (mm) (Fuente: Elaboración propia)

Donde:

Vi: Volumen individual de acero.

Vtotal: Corresponde al volumen de 1 m2 de malla electrosoldada 100x100x4 mm.

Por lo tanto, si establecemos el volumen de la loseta como el 100%, el

porcentaje de la malla electro soldada respecto a la loseta es el siguiente:

71

Con el cálculo anterior se pudo ratificar que la malla electrosoldada ocupa un

volumen despreciable respecto a la loseta. Por lo tanto que se considera que el

valor inicial debe ser mayor o igual al 0,55%. Por ello se tomó como valores

experimentales 0.55%, 1% y el 2% de PET1.

4.2.1 Recolección y procesamiento de contenedores de PET1

Para esta etapa del proyecto, se realizó una jornada de recolección de

botellas plásticas que cumplieran con la característica de PET1, en comunidades y

vecindarios cercanos. Posteriormente fueron lavadas a fin de retirar cualquier

impureza existente, asimismo se cortó una a una con la ayuda de una tijera,

obteniendo tiras en forma de espiral de PET1.

Imagen N°15 Tiras de PET1 (Fuente: Elaboración propia)

72

4.3 Ensayo de asentamiento con el Cono de Abrams

Tomando en consideración lo dispuesto en la norma Venezolana COVENIN

339:2003 “Método para la medición del asentamiento con el Cono de Abrams”, se

verificó el asentamiento obtenido en campo respecto al asentamiento de diseño.

Para realizar este ensayo se requirieron los siguientes instrumentos:

Cono de Abrams:

Según la COVENIN 339: 2003 en su capítulo 3 – sección 3.1, donde

describe las características del Cono de Abrams, tales como el tipo de material, su

espesor y diámetros.

Barra compactadora:

Según la COVENIN 339: 2003 en su capítulo 3 – sección 3.2, donde

describe las características de la barra.

Cinta Métrica:

Las características de la cinta pueden variar, lo importante es que esta

permita la lectura del asentamiento en cualquier unidad. El valor obtenido de dicha

medición debe ser convertido en pulgadas ya que esta es la unidad de medición del

asentamiento en concreto; o en su defecto, hacer uso de una cinta que cuente con

esta unidad.

El Material a ensayarse será la muestra de concreto fresco, previamente

diseñada:

Se humedece la parte interna del cono, la barra y la base donde estará

colocado el cono.

73

El cono se sujeta firmemente por las aletas con los pies, para que este no

pierda el material por la parte inferior del molde.

Se procede a verter el concreto fresco dentro del cono, el vaciado se realiza

en 3 capas.

Por cada tercio de concreto vaciado, se procede a compactar con 25 golpes

por medio de la barra compactadora. Este proceso se repite en cada tercio,

sin afectar las capas inferiores.

Al completar el vaciado se debe enrasar el cono con la mezcla.

Se retira el cono de forma perpendicular al suelo, de forma ascendente sin

realizar desplazamientos laterales. Este paso debe tomar entre 5 y 10

segundos.

Posterior al levantar el cono, se mide el asentamiento del concreto respecto

a la altura del cono, por medio de la cinta métrica.

Imagen N°16 Medición del asentamiento con el Cono de Abrams (Fuente: Elaboración propia)

74

4.4 Procedimiento para la toma de muestra.

4.4.1 Muestra cilíndrica.

La toma de muestra se realizó según lo establecido en la norma venezolana

COVENIN 344-2002 “Concreto fresco. Toma de muestra”. Cuyo objeto es

“establecer las condiciones para obtener muestras representativas de concreto

fresco, con agregado de tamaño máximo hasta 7,6 cm (3”) para determinar si el

concreto cumple con los requisitos de calidad de las especificaciones bajo las

cuales se elabora”.

4.4.1.1 Concreto Patrón.

Para la elaboración de las probetas con el concreto patrón se tomó la

dosificación previamente determinada en el diseño de mezcla para obtener 1m3 de

concreto f’c = 180 kgf/cm2 T=3”. Se realizaron 3 muestras haciéndose el siguiente

cálculo para determinar las proporciones de los componentes:

Dimensiones del cilindro:

Alto 30 cm

Diámetro 15 cm

Por tanto:

Una vez conocido el volumen de un cilindro, se multiplico dicho volumen por

la cantidad 4, a fin de obtener el volumen total de concreto requerido.

75

Por tanto:

Se divide entre , para convertir cm3 m3.

Una vez conocido el volumen de concreto requerido para la toma de

muestra, se realizan los cálculos correspondientes para determinar las proporciones

de los componentes:

Entonces la dosificación es la siguiente:

Material Peso en Kg

Arena 24.58

Piedra 16.38

Agua 3.88

Cemento 5.73

Tabla N° 15 Dosificación para 3 probetas cilíndricas patrón


76

Curado y vaciado de las probetas cilíndricas:

Para llevar a la toma de muestra de concreto patrón fue necesario aplicar el

procedimiento señalado en la norma venezolana COVENIN 338:2002, “Concreto.

Método para la elaboración, curado y ensayo a compresión de cilindros de

concreto”.

Se limpió el interior de los moldes cilíndricos con un cepillo de alambres a fin

de retirar cualquier material adherido a la superficie de la pobreta. Estas partículas

pueden influir en la malformación del cilindro lo que afectaría directamente en el

resultado del ensayo a compresión. Posteriormente se aceitó en su interior una a

una, de esta manera se facilita el desencofrado de los cilindros de concreto luego de

24 horas.

Imagen N°17 Limpieza y curado de moldes (Fuente: Elaboración propia)

En una segunda fase del proceso, se realizó el cerrado y posterior vaciado

de las probetas en tres partes iguales, ya que la compactación se iba a realizar por

el método de la barra. Cabe destacar que el método de compactación por medio de

una barra lisa, es una elección que se hace libremente por tenerse un asentamiento

igual a 3”. Por cada tercio de concreto vaciado, se procedió a golpear 25 veces a fin

de asentar la mezcla.

77

Imagen N° 18 Vaciado de moldes primera capa. (Fuente: Elaboración propia)

Imagen N°19 Vaciado de moldes última capa. (Fuente: Elaboración propia)

Imagen N° 20 Probetas de mezcla patrón. (Fuente: Elaboración propia)

78

Curado de cilindros:

Para el curado de los cilindros, se aplicó lo indicado en la normativa

COVENIN 338:2002. El día 31 de Septiembre de 2015 fueron retiradas las probetas

de los moldes después de 24 horas. Durante este periodo de tiempo permanecieron

firmes y en una superficie nivelada a fin de evitar cualquier malformación, así como

bajo sombra para impedir la pérdida de agua por evaporación.

Una vez realizado el desencofrado de los cilindros, fueron colocados en una

piscina con agua potable para realizar el curado respectivo por 28 días

consecutivos. Es importante resaltar que dicha agua, se encontraba libre de

cualquier agente contaminante que pudiera afectar la calidad de los cilindros.

4.4.1.2 Concreto con complemento PET1.

En este trabajo de investigación se elaboró la mezcla experimental con

PET1, proveniente de material de desecho.

Se realizaron 11 muestras cilíndricas por cada proporción de material PET1

propuesto, es decir 11 cilindros con 0.55%, 11 cilindros con 1% y 7 cilindros con 2%,

a fin de poder darle validez al resultado obtenido. Cabe destacar que las

proporciones del material propuesto están en función del volumen de concreto a

mezclar.

Para determinar la cantidad en gramos del material PET1 por cada

proporción, se realizaron los siguientes cálculos:

79

Dimensiones del cilindro:

Alto 30 cm

Diámetro 15 cm

Por lo tanto:

Una vez determinado el volumen de concreto para 11 cilindros se calculó la

dosificación resultando de la siguiente manera:

Material Peso en Kg

Arena 67,58

Piedra 45,05

Agua 10,67

Cemento 15,74

Tabla N°16 Dosificación para 11 probetas cilíndricas


Determinado el volumen del PET1 al 0,55% se multiplicó por su densidad

para obtener el peso en gramos. La densidad del PET1 es aproximadamente 1,34

gr/cm3.

80

El procedimiento anterior se repitió tanto para 1% como para 2% de PET1. A

continuación se anexa cuadro con la cantidad en gramos de PET1 a incorporar:

PET1 Peso en gr

0,55% 429,78

1% 779,60

2% 1559,20

Tabla N° 17 Cantidad en gramos de PET1 (Cilindros)


Imagen N° 21 Mezcla de concreto al 0,55% de PET1. (Fuente: Elaboración propia)

81

Imagen N° 22 Mezcla de concreto al 1% de PET1.

(Fuente: Elaboración propia)

Imagen N° 23 Mezcla de concreto al 2% de PET1. (Fuente: Elaboración propia)

Imagen N° 24 Probetas cilíndricas de concreto al 0,55%; 1% y 2% de PET1. (Fuente: Elaboración propia)

82

Es por lo anterior que se debe establecer la cantidad cilindros a elaborar, a

fin de estimar el volumen de concreto de f’c = 180 kgf/cm2 T=3” y por consiguiente

la cantidad en gramos de PET1.

4.4.2 Muestra de viguetas

La toma de muestra de viguetas se llevó a cabo según lo dispuesto en la

norma venezolana COVENIN 340-1979 “Método de ensayo para la elaboración y

curado en el laboratorio de probetas de concreto para ensayos de flexión”.

Asimismo se tomaron 3 muestras de viguetas de acuerdo a las 3 variables

fundamentales; el primer grupo corresponde a las vigueta con concreto patrón de f’c

= 180 kg/cm2 T=3”, el segundo grupo a las vigueta de concreto f’c = 180 kg/cm2

T=3” con la incorporación de la malla electrosoldada 100x100x4 mm, y por último,

las vigueta con las distintas proporciones previamente planteadas de material PET1.

Obteniendo así 15 muestras de viguetas.

Siguiendo lo establecido en la norma venezolana COVENIN 340-1979, se

tiene que las probetas deben tener una longitud mínima igual a tres veces su altura

más 5cm. La relación ancho/ altura no debe ser mayor de 1,5. La sección

transversal mínima debe ser de 5cm y no menor de 3 veces el tamaño máximo del

agregado.

Asimismo es importante destacar que para la realizar la toma de muestra de

viguetas con PET1, se deben realizar los cálculos previos a fin de estimar las

cantidades en gramos de este, en función de las proporciones definidas en este

trabajo de investigación.

83


Para la realización de las viguetas con mezcla de concreto patrón, se utilizó

la dosificación previamente definida para 1 m3 de concreto. Esta fue calculada en

función de la cantidad requerida; tomando el volumen total de las 3 viguetas.

Dimensiones de la probeta rectangular (vigueta):

Altura: 0.15 m

Base: 0.15 m

Longitud: 0.5 m

Volumen de concreto para 1 probeta rectangular:

Este valor debe ser multiplicado por el número de probetas a realizarse. En

este caso serán 3 muestras. Obteniendo el siguiente volumen:

Vt = 0.01125 x 3= 0.03375 m3

El resultado anterior fue aproximado a 0.035 para tener un margen de

desperdicio al momento de mezclarse.

Datos de dosificación para realizar 3 probetas rectangulares

Arena: 1158.89 kg

84

Piedra: 772.6 kg

Cemento: 270 kg

Agua: 183.06 litros

Se anexa dosificación para 3 probetas rectangulares:

Material Kg

Arena 40.6

Piedra 27

Cemento 9.5

Agua 6.4

Tabla N° 18 Dosificación para 3 probetas rectangulares patrón


Para la toma de muestra de estas viguetas, se aplicó el procedimiento

establecido en la norma COVENIN 0340-79 “Método para la elaboración y curado

en el laboratorio de probetas de concreto para ensayos de flexión”. Se realizó la

mezcla de concreto, se procedió a verter dentro de los moldes previamente curados

con aceite y gasoil, se vaciaron en 3 capas al igual que las probetas cilíndricas con

el fin de compactarlas y extraer el aire que pueda haber dentro de la mezcla. Una

vez se completara el llenado del molde, este se enrasó con una cuchara de albañil.

85

Imagen N° 25 Vaciado de viguetas con concreto patrón. (Fuente: Elaboración propia)

4.4.2.2 Concreto con malla electrosoldada

Para la toma de muestra de viguetas con la incorporación de la malla

electrosoldada se aplicó el mismo procedimiento anteriormente descrito. La

diferencia en este ensayo radicó en la incorporación de la malla; la misma fue

dispuesta en el primer tercio de la probeta de abajo hacia arriba, debido a que la

fibra inferior sería sometida a tracción durante el ensayo a flexión.


Para la toma de muestra de viguetas con la incorporación del PET1, se llevó

a cabo de la misma manera lo dispuesto en la norma COVENIN 0340-79 “Método

para la elaboración y curado en el laboratorio de probetas de concreto para ensayos

de flexión”. La diferencia en este ensayo radicó en la incorporación del PET1 en la

mezcla de concreto, con las proporciones planteadas en este trabajo de

investigación.

86

Imagen N° 26 .Vaciado de viguetas con PET1 al 1%. (Fuente: Elaboración propia)

Volumen 3 viguetas = 0.034 m3

Volumen PET1 al 0,55% = 34000 cm3 x 0,0055 = 187 cm3

Peso PET1 al 0,55% = 187 cm3 x 1,34 gr/cm3 = 251 gr

Volumen PET1 al 1% = 34000 cm3 x 0,010 = 340 cm3

Peso PET1 al 1% = 340 cm3 x 1,34 gr/cm3 = 456 gr

Volumen PET1 al 2% = 34000 cm3 x 0,020 = 680 cm3

Peso PET1 al 2% = cm3 x 1,34 gr/cm3 = 911 gr

PET1 Peso en gr

0,55% 251

1% 456

2% 911

Tabla N°19 Cantidad en gramos de PET1 (viguetas)


87

4.5 Materiales y equipos.

Máquina universal de ensayos (modelo Forney)

Moldes con neoprenos (permite que el cilindro no se deslice y logra que la

compresión ejercida sea uniforme).

Balanza (peso del cilindro).

Cinta métrica

Placas de apoyo

4.6 Ensayo a compresión

Para la realización de los ensayos a compresión, se tomaron en cuenta los

parámetros normalizados en la COVENIN 0338-2002 “Método para la elaboración,

curado y ensayo a compresión de cilindros de concreto”, estos ensayos se

realizaron en el laboratorio de control de calidad de la empresa Pilotes perforados,

C.A. (PILPERCA), ubicado en la Limonera, Baruta – Edo. Miranda, esto permitió

constatar los valores obtenidos de los ensayos a compresión a 28 días, respecto a

la resistencia de f´c = 180kgf/cm2, para la cual fue diseñada la mezcla.

Los parámetros contemplados en el desarrollo del ensayo fueron los

siguientes:

Inspección visual: Se verifica que el cilindro no tenga ninguna alteración que

pueda dar lugar a resultados erroneos.

Medición del cilindro: Se miden para ratificar las medidas normalizadas.

Peso: Se pesa el cilindro y se verifica que resulte ± 12,5 kg.

Colocación del cilindro en la maquina: El cilindro es colocado en los moldes

que contienen el neopreno.

Ensayo del cilindro: La máquina debe tener 2 velocidades, velocidad de

avance y velocidad de ensayo

88

Obtención de datos: El resultado ofrecido por la maquina es en kg, y este

posteriormente debe ser dividido entre el área transversal del cilindro, dando

como resultado la resistencia en kg/cm2.

Conclusiones del ensayo: Corresponde a la comparación del resultado

promedio de la cantidad de muestras en estudio, respecto a una resistencia

dada en función de la edad del ensayo. Asimismo se debe evaluar

visualmente el tipo de falla característica que el cilindro este presentando.

4.6.1 Cilindros con mezcla patrón.

El ensayo de compresión axial en los cilindro de concreto patrón a la edad de

28 días, tiene como finalidad principal corroborar que el esfuerzo resistente en

estos, cumpla con la resistencia para el cual fueron diseñados y así validar el diseño

de mezcla de concreto f’c = 180kgf/cm2 T=3” propuesto en esta investigación.

Se tomaron 3 muestras cilíndricas de concreto patrón. A continuación se

presentan los resultados obtenidos del ensayo:

Imagen N°27 Muestra de concreto patrón f’c= 180 kgf/cm2 (Fuente: Elaboración propia)

89

Imagen N°28 Ensayo a compresión del cilindro de concreto patrón f’c=180 kgf/cm2


Número de Muestra Resistencia

Muestra patrón 001 191 kgf/cm2




cilindros de concreto patrón (Fuente: elaboración propia en base a resultados obtenidos en laboratorio)

A la edad de 28 días el resultado promedio obtenido de las muestras de

concreto patrón fue de 186 kgf/cm2, lo que indica que el diseño de mezcla que se

elaboró, obtuvo el resultado esperado, validando de esta manera la dosificación

realizada.

90

4.6.2 Cilindros de concreto con PET1

La metodología de ensayo a aplicar a los cilindros de concretos con

complemento PET1, fue la misma a la empleada en los cilindros de concreto patrón,

por lo que se considera la norma COVENIN. Estos especímenes fueron ensayados

a la edad de 28 días.

Imagen N°29 Cilindro de concreto con complemento PET1 (Fuente: Elaboración propia)

A continuación se anexan cuadro con resultados obtenidos de ensayos de 11

cilindros por cada proporción de PET1.

91

Resistencia a compresión de cilindros con mezcla PET1

N° Cilindro

Porcentaje de PET1

Fecha de toma

Resistencia en kgf

Resistencia en kgf/cm2

1 0,55 9/12/2015 27.652 158

2 0,55 9/12/2015 29.400 168

3 0,55 9/12/2015 21.350 122

4 0,55 9/12/2015 16.975 97

5 0,55 9/12/2015 21.175 121

6 0,55 9/12/2015 16.975 97

7 0,55 9/12/2015 26.250 150

8 0,55 9/12/2015 20.650 118

9 0,55 9/12/2015 18.725 107

10 0,55 9/12/2015 26.950 154

11 0,55 9/12/2015 26.250 150


cilindros de concreto PET1 al 0.55% (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Gráfico N°2 Resultados de ensayos a cilindros con PET1 al 0,55% (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

158 168

122 97

121 97

150

118 107

154 150

Cilindros con mezcla de concreto PET1 al 0,55%


92


N° Cilindro

Porcentaje de PET1

Fecha de toma

Resistencia en kgf


1 1,00 9/12/2015 21.700 124

2 1,00 9/12/2015 22.225 127

3 1,00 9/12/2015 18.375 105

4 1,00 9/12/2015 19.950 114

5 1,00 9/12/2015 18.200 104

6 1,00 9/12/2015 20.125 115

7 1,00 9/12/2015 22.050 126

8 1,00 9/12/2015 17.500 100

9 1,00 9/12/2015 18.550 106

10 1,00 9/12/2015 19.425 111

11 1,00 9/12/2015 20.650 118


cilindros de concreto PET1 a 1% (Fuente Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Gráfico N°3 Resultados de ensayos a cilindros con PET1 al 1% (Fuente Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

124 127

105 114

104 115

126

100 106 111 118

Cilindros con mezcla de concreto PET1 al 1%


93


N° Cilindro

Porcentaje de PET1

Fecha de toma

Resistencia en kgf


1 2,00 9/12/2015 10.850 62

2 2,00 9/12/2015 11.200 64

3 2,00 9/12/2015 13.475 77

4 2,00 9/12/2015 8.050 46

5 2,00 9/12/2015 18.200 104

6 2,00 9/12/2015 10.500 60

7 2,00 9/12/2015 16.450 94


cilindros de concreto PET1 a 2% (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Gráfico N°4 Resultados de ensayos a cilindros con PET1 al 2% (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

1 2 3 4 5 6 7

62 64 77

46

104

60

94

Cilindros con mezcla de concreto PET1 al 2,00%


94

4.7 Ensayo a flexión

En esta fase, se llevó a cabo la metodología de ensayo dispuesta en la

norma COVENIN 343-79 “Método de ensayo para determinar la resistencia a la

tracción por flexión del concreto en vigas simplemente apoyadas, con cargas en el

centro del tramo”. Los ensayos a flexión en el presente trabajo de investigación se

realizaron en el Instituto de Ingeniería (Centro de Ingeniería Mecánica y Diseño

Industrial (CIMEC)).

Se ensayaron 3 viguetas de concreto patrón, 3 viguetas con malla

electrosoldada y 3 viguetas por cada proporción de PET1.

4.7.1 Viguetas de concreto patrón

Resultado de ensayo de vigueta con mezcla patrón

Vigueta Fecha de toma Resistencia kgf/cm2

1 17/12/2015 41,8

2 17/12/2015 40,4

3 17/12/2015 38,6

Tabla N°24 Resultados obtenidos de los ensayos a flexión a 28 días con

mezcla patrón (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Gráfico N°5 Resultados de ensayos a flexión con mezcla patrón (Fuente Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

36,0

38,0

40,0

42,0

1 2 3

Patron 41,8 40,4 38,6 Resis

ten

cia

en

kg

f/cm

2 Ensayos a flexión mezcla patrón

95

4.7.2 Viguetas de concreto con malla electrosoldada

Resultado de ensayo de vigueta con malla electrosoldada

Vigueta Fecha de toma Resistencia

kgf/cm2

1 17/12/2015 33,8

2 17/12/2015 45,9

3 17/12/2015 32,7

Tabla N°25 Resultados obtenidos de los ensayos a flexión a 28 días con malla

electrosoldada (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Gráfico N°6 Resultados de ensayos a flexión con malla electrosoldada

(Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

4.7.3 Viguetas de concreto con PET1

Resultado de ensayo de vigueta con mezcla PET1 al 0,55%


kgf/cm2

1 17/12/2015 35,5

2 17/12/2015 33,7

3 17/12/2015 32,3


mezcla PET1 al 0.55% (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

1 2 3

Malla 33,8 45,9 32,7

Res

iste

ncia

en

kg

f/cm

2

Ensayos a flexión Malla Electrosoldada

96

Gráfico N°7 Resultados de ensayos a flexión con PET1 al 0.55%

(Fuente Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Resultado de ensayo de vigueta con mezcla PET1 al 1%


kgf/cm2

1 17/12/2015 33,1

2 17/12/2015 38,5

3 17/12/2015 30,5


mezcla PET1 al 1% (Fuente Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Gráfico N°8 Resultados de ensayos a flexión con PET1 al 1%

(Fuente Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

30,0

31,0

32,0

33,0

34,0

35,0

36,0

1 2 3

PET1 0.55% 35,5 33,7 32,3

Re

sis

ten

cia

en

kg

f/c

m2

Ensayos a flexión mezcla PET1 0,55%

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

1 2 3

PET1 1% 33,1 38,5 30,5

Res

iste

nc

ia e

n k

gf/

cm

2

Ensayos a flexión mezcla PET1 1%

97

Resultado de ensayo de vigueta con mezcla PET1 2%


kgf/cm2

1 17/12/2015 28,3

2 17/12/2015 24,5

3 17/12/2015 29,0


mezcla PET1 al 2% (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Gráfico N°9 Resultados de ensayos a flexión con PET1 al 2%


Imagen N°30 Ensayo de vigueta a flexión (Fuente: Elaboración propia)

22,0

24,0

26,0

28,0

30,0

1 2 3

PET1 2% 28,3 24,5 29,0

Resis

ten

cia

en

kg

f/cm

2

Ensayos a flexión mezcla PET1 2%

98

Imagen N°31 Falla en vigueta (Fuente: Elaboración propia)

Imagen N°32 Grieta en vigueta PET 1%


99

4.8 Análisis de resultados

4.8.1 Ensayo a compresión

A continuación se representó gráficamente los resultados obtenidos de todos

los ensayos a compresión de los cilindros con plástico PET1, con sus 3 variantes.

Esto permite evaluar con mayor facilidad los resultados.

Gráfico N°10 Datos comparativos de resultados a compresión (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

PET1 0.55% 158 168 122 97 121 97 150 118 107 154 150

PET1 1% 124 127 105 114 104 115 126 100 106 111 118

PET 1 2% 62 64 77 46 104 60 94

Res

iste

nci

a en

kgf

/cm

2

Gráfico comparativo de ensayos a compresión

100

Lo presentado a continuación es un resumen del registro de todas las

resistencias obtenidas en los ensayos a compresión, donde se delimitó los valores

aceptables, para su posterior promedio, la condición para determinar si un resultado

se encuentra dentro del rango, fue determinada por la desviación estándar. Dicha

condición se encuentra en el Manual del concreto estructural, de J. Porrero, P. 134.

El valor usado para todas las gráficas fue ±80 kgf/cm2, para un control de calidad

intermedio, que se refiere a las condiciones del agregado, su procedencia o a la

forma en que se realizó la mezcla de concreto.

Gráfico N°11 Resistencia en función de la desviación estándar (Mezcla

PET1 al 0,55%) (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

En la gráfica N°11, se puede observar 2 líneas rectas que limitan los valores,

siendo la superior la resistencia esperada a 28 días, y la inferior el valor mínimo

determinado por la desviación estándar, todo valor por debajo de esta línea inferior

de 100 kgf/cm2, fueron descartados.

De esta gráfica que contiene resultados proveniente de 11 muestras

cilíndricas, que representan el 100%, de las cuales fueron descartadas 2 bajo las

condiciones previamente descritas, se obtiene que 9 resultados cumplen con lo

158

168

122

97

121

97

150

118

107

154 150

85 90 95

100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

PET1 0,55%

Limite inferior 100kgf/cm2

Resistencias obtenidas

Resistencia esperada

101

establecido, esto representa el 81.8%, dando un promedio general de 139 kgf/cm2,

lo que indica que la inclusión del PET1 al 0,55% dentro de la mezcla de concreto,

disminuye en un 22.8% su resistencia esperada de 180 kgf/cm2 a los 28 días.

No obstante vale destacar que los resultados obtenidos de estos ensayos

aun cumplen con lo requerido según la normativa, esto implica que se puede

considerar modificar la relación beta (agregados finos / agregados gruesos),

llevándola hacia los agregados finos, o disminuyendo el tamaño máximo del

agregado. Evaluando nuevamente los nuevos resultados y observando su

comportamiento.

Aunque el resultado promedio obtenido fue de 139 kgf/cm2, esta propuesta

de complemento al concreto con este porcentaje, puede ser usado para pavimentos

y aceras. Tomando en consideración las posteriores recomendaciones y

conclusiones dadas.


PET1 1%) (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

124 127

105

114

104

115

126

100 106

111 118

70 75 80 85 90 95

100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

PET1 1%

Resistencia obtenida

Limite inferior 100kgf/cm2

Resistencia esperada

102

En la gráfica N°12, se observa el comportamiento de los resultados

obtenidos a los 28 días a compresión, donde se usó la misma condición establecida

inicialmente para evaluarla, dando los siguientes resultados, para una familia de 11

cilindros se obtiene que todos ellos se encuentran por encima del límite inferior.

Obteniendo así un 100% de los cilindros con resultados con valores aceptables,

logrando un promedio de 114 kgf/cm2. Dicho promedio indica que la resistencia

disminuyó en un 36.7%.


PET1 2%) (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

En la gráfica N°13, se puede observar el resultado de los cilindros ensayados

a 28 días, inicialmente se propuso que los cilindros que iban a ser aceptados tienen

que estar por encima de 100 kgf/cm2, según lo establecido por la desviación

estándar. Se puede notar que de los 7 cilindros muestreados, solo 1 cumplió con

esta característica, que solo representa 14,3% de las muestras, obteniendo un

promedio de resistencia de 72 kgf/cm2.

62 64 77

46

104

60

94

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 2 4 6 8 10 12

PET1 2%

Resistencia obtenida

limite inferior

Series1

103

Este resultado implica que el PET1 en esta proporción, afecta en un 60% la

resistencia del concreto a compresión. Lo que indica que estos valores serán

descartados y no se recomienda el uso de este concreto.

4.8.2 Ensayo a flexión

Debido a que los pavimentos de concreto son elementos que trabajan

principalmente a flexión, es oportuno que su especificación de resistencia sea

acorde con ello, por eso en el diseño se considera el módulo de rotura normalmente

a los 28 días.

Aunque en la actualidad se ha encontrado confiable o conveniente la

resistencia a compresión del concreto para juzgar su calidad, en el presente trabajo

de investigación se determinó la resistencia a flexión o módulo de rotura de 15

viguetas con el fin de definir la interacción del concreto ante las variables planteadas

y así establecer parámetros comparativos que conlleven a la respuesta del objetivo

general.

Se anexa el gráfico comparativo de los resultados de ensayos a flexión:

104

Gráfico N°14 Resultados comparativos de datos obtenidos de ensayos a

flexión (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Se tomaron como referencia 2 de 3 viguetas, cuyos datos no presentaron

variaciones considerables. Los resultados de las viguetas seleccionadas se

promediaron generando un valor final.

A continuación se presentan tablas donde se puede observar tanto el módulo

de rotura obtenido como la deformación en función de la fuerza a la cual se

someten.

PATRÓN

Vigueta Módulo de

rotura Kgf/cm2

1 41,8

2 40,4

Promedio 41,1

Tabla N° 29 Módulo de rotura de viguetas de concreto patrón.


0,0 5,0

10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0

1 2 3

Malla 33,8 45,9 32,7

Patron 41,8 40,4 38,6

PET1 0.55% 35,5 33,7 32,3

PET1 1% 33,1 38,5 30,5

PET1 2% 28,3 24,5 29,0

Res

iste

nc

ia e

n k

gf/

cm

2 Gráfico comparativo

105

PATRÓN 1 PATRÓN 2 PATRÓN PROMEDIO

Fuerza kg

Deformación mm

Fuerza kgf

Deformación mm

Fuerza kgf

Deformación mm

4,8 0,0270 4,0 0,007 4,4 0,017

1029,6 2,393 1016,0 2,622 1022,8 2,5075

2074,3 3,193 2020,1 3,289 2047,2 3,241

Tabla N° 30 Fuerza / deformación promedio de viguetas de concreto patrón.


MALLA ELECTROSOLDADA

Vigueta Módulo de rotura Kgf/cm2

1 33,8

3 32,7

Promedio 33,25

Tabla N° 31 Módulo de rotura de viguetas de concreto con malla

electrosoldada. (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

MALLA1 MALLA3 MALLA PROMEDIO

Fuerza kgf

Deformación mm

Fuerza kgf

Deformación mm Fuerza

kgf Deformación

mm

0,8 0,0120 2,4 0,018 1,6 0,015

827,2 1,153 824,0 1,051 825,6 1,102

1647,1 3,636 1636,0 1,709 1641,55 2,673

Tabla N° 32 Fuerza / deformación promedio de viguetas de concreto con malla

electrosoldada. (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

PET1 0,55%

Vigueta Módulo de rotura

Kgf/cm2

2 33,7

3 32,3

Promedio 33

Tabla N° 33 Módulo de rotura de viguetas de concreto con PET1 al 0,55%.


106

PET 0,55%-2 PET 0,55%-3 PET 0,55%- PROMEDIO

Fuerza kgf

Deformación mm Fuerza

kgf Deformación mm

Fuerza kgf

Deformación mm

8,8 0,0130 4,0 0,011 6,4 0,012

834,3 0,663 808,0 1,019 821,15 0,841

1663,9 1,222 1612,9 1,611 1638,4 1,417

Tabla N° 34 Fuerza / deformación promedio de viguetas de concreto con PET1

al 0,55%. (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

PET1 1%

Vigueta Módulo de rotura

Kgf/cm2

1 24,8

3 22,8

Promedio 23,8

Tabla N° 35 Módulo de rotura de viguetas de concreto con PET1 al 1%.


PET 1%-1 PET 1%-3 PET 1%- PROMEDIO

Fuerza kgf

Deformación mm Fuerza kgf

Deformación mm Fuerza kgf

Deformación mm

5,7 0,0150 6,8 0,022 6,25 0,019

886,8 0,740 808,3 0,722 847,55 0,731

1773,6 1,206 1631,3 1,222 1702,45 1,214


al 1%. (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

107

PET1 2%

Vigueta Módulo de rotura Kgf/cm2

1 20,2

3 20,7

Promedio 20,45

Tabla N° 37 Módulo de rotura de viguetas de concreto con PET1 al 2%.


PET 2%-1 PET 2%-3 PET 2%- PROMEDIO

Fuerza kgf Deformación mm Fuerza kgf Deformación mm Fuerza kgf

Deformación mm

2,6 0,0150 3,9 0,009 3,25 0,012

826,9 0,515 838,0 0,684 832,46 0,600

1653,8 0,99 1695,6 1,175 1674,7 1,083


al 2%. (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Gráfico N°15 Diagrama Fuerza / deformación. Ensayos a flexión


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

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

F

u

e

r

z

a

k

g

f

Deformación

Diagrama Fuerza / deformación. Ensayo a flexión.

Patrón

Malla

PET 0,55%

PET 1%

PET 2%

108

Se evaluaron las cargas requeridas en cada vigueta para obtener una

deformación de 1 milímetro. Se obtuvieron los siguientes valores:

Deformación 1 mm

Viga Carga Kgf

Patrón 380

Malla 771

Pet1 0,55% 1037

Pet1 1% 1317

Pet1 2% 1542

Tabla N° 39 Cuadro comparativo de las cargas requeridas para deformación de

1 mm. (Fuente: Elaboración propia en base a ensayos realizados en laboratorio)

Para la deformación de 1 mm, se observó que la vigueta patrón requirió una

fuerza de 380 kgf. Asimismo, con el uso de la malla electrosoldada, demandó una

carga de 771 kgf lo que supone un incremento de la misma en un 102%, con la

adición del PET1 al 0,55%, para lograr la misma deformación, solicitó una carga de

1037 kgf, aumentando en un 173%. Al incorporar PET1 al 1% la carga demandada

fue de 1317 kgf lo que implica un amento del 246% y finalmente al agregar PET1 al

2% exigió una fuerza de 1542 kgf lo que significa un aumento del 300%.

Cabe destacar que el módulo de elasticidad del concreto es constante; por lo

tanto el aumento en la demanda de carga para lograr la misma deformación (1mm)

en cada vigueta, responde a la resistencia que ofrece la incorporación de la malla y

el PET1.

4.9 Factibilidad económica

La factibilidad económica implica el costo monetario que genera la

construcción de acera o pavimento. Se efectúo un análisis de precio unitario de la

construcción de 1m2 de acera o pavimento, con malla electrosoldada y con

109

complemento PET1 al 0,55%, con el fin de establecer la diferencia en costos entre

cada una, resultando una disminución del 21% al sustituir la malla electrosoldada

por el complemento PET1. Se anexa los análisis de precio unitario, por cada una.

Imagen N°33 Análisis de precio unitario con malla electrosoldada (Fuente: Elaboración propia)

110

Imagen N°34 Análisis de precio unitario con PET1 al 0,55% (Fuente: Elaboración propia)

111

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

112

Conclusiones

Para concluir este trabajo de investigación, se puede indicar que el objetivo

general fue alcanzado de forma satisfactoria, ya que los resultados obtenidos de los

ensayos permitieron analizar comparativamente la respuesta del concreto ante las

variables propuestas.

La recolección del PET1 supuso un proceso en el cual se tuvo que emplear

gran cantidad de tiempo, debido a la carencia de una metodología organizada para

la obtención de dicho material. Esta metodología estaría dirigida en la concentración

del PET1 en lugares destinados a tal fin. Al realizar el corte del plástico con tijeras,

el rendimiento fue de aproximadamente 15 envases/hora, lo que se considera bajo.

En cuanto a la trabajabilidad del concreto con PET1 en estado fresco, se

observó que a mayor proporción de plástico, se pierde el grado de movilidad de la

mezcla, dificultando su mezclado cuando es realizado de forma manual. Además, la

compactación del concreto con PET1 requirió más energía y tiempo, ya que la forma

y disposición del material, generó espacios vacios que dieron lugar a burbujas de

aire. Por otra parte el enrasado al final del vaciado de las probetas con PET1

requirió mayor dedicación debido a la exposición del plástico en las superficies de

las probetas. Los cilindros de concreto con PET1 al 2% en un 100%, presentaron

cangrejeras en los laterales una vez endurecido, lo que generó planos de falla y por

ende una resistencia a compresión muy baja respecto a lo esperado.

En relación a la calidad del concreto, se logró mediante ensayo a compresión

a la edad de 28 días, en primer lugar un promedio de 186 kgf/cm2 de un concreto

patrón diseñado para resistir 180 kgf/cm2; lo que permitió darle validez a la

dosificación. Al incorporar el PET1 al 0,55% se obtuvo una resistencia de 139

kgf/cm2 en promedio, para el 81,80% de la muestra. Esto supone una disminución

del 23% de la resistencia esperada. Al agregar el PET1 al 1% se consiguió una

resistencia de 114 kgf/cm2 en promedio, para el 100% de la muestra, lo que implica

una disminución del 36,7% de la resistencia requerida. Al añadir el PET1 al 2% la

113

resistencia adquirida fue de 72 kgf/cm2 en promedio, para el 85,7% de la muestra,

suponiendo una disminución del 60% de la resistencia pretendida, motivo por el cual

fue descartada esta muestra. Cabe destacar que a pesar de que los resultados

obtenidos para los cilindros de concreto con PET1 al 0,55% y 1% se encuentran por

debajo de 180 kgf/cm2, están dentro de los límites establecidos por la desviación

estándar. En función de estos resultados se seleccionó el de mayor resistencia

promedio, correspondiente a la proporción de PET1 al 0,55%

Si bien los envases de PET1 proveniente de material desecho cuentan con

una superficie lisa, lo que le resta adherencia con el concreto; se observó que su

forma y disposición dentro de la mezcla, generan una envolvente que impide su

desplazamiento. Asimismo se pudo apreciar que este material evitó el

desprendimiento del concreto al momento de fallar durante el ensayo a compresión.

Con respecto al ensayo a flexión realizado a las viguetas a los 28 días se

verificó la carga que requería cada muestra para una misma deformación. Se

observó un aumento en la demanda de carga en las viguetas con malla

electrosoldada y PET1, respecto a la vigueta de concreto patrón. Por lo tanto, el

PET1 se encuentra resistiendo los esfuerzos de tracción, por lo que le otorga a la

vigueta la propiedad de deformarse a mayores cargas.

Por lo anterior, se considera que es posible el uso de una mezcla de

concreto con complemento PET1 al 0,55% como sustituto de la malla electrosoldada

en pavimentos y aceras.

Económicamente puede apreciarse la disminución del costo que aporta el

concreto con la incorporación del PET1 al 0,55% para la construcción de aceras y

pavimentos, en un 21% respecto a la construcción de aceras con malla

electrosoldada. Asimismo es probable obtener mayor durabilidad en el concreto con

PET1 ya que este material es menos vulnerable a los agentes del intemperismo.

Con relación al aspecto social, la utilización de este material podría generar

una fuente de empleo para las comunidades, específicamente en el área de

114

recolección y tratamiento del PET1. Asimismo este trabajo de investigación

permitiría servir de ejemplo de como se puede aprovechar dicho material de residuo,

despertando la creatividad de las personas con relación a los diferentes usos que se

le puede otorgar.

El aporte que brinda el presente trabajo de investigación radica en que el rol

del acero en el concreto, puede ser suplantado a partir de otros materiales que se

asemejen a este en cuanto a propiedades mecánicas y durabilidad. Por este motivo

la construcción de aceras y pavimentos con mezclas de concreto que incorporen el

material PET1, constituye un proyecto ecológico e innovador que abre el paso a

estudios relacionados a fibras sintéticas además de significar una alternativa en la

ingeniería civil.

En cuanto a lo profesional, el desarrollo de esta investigación ha conllevado

al fortalecimiento de los conocimientos obtenidos durante la carrera, sobretodo en

asignaturas como materiales y ensayo, resistencia de materiales y concreto;

aprendizajes que se han aplicado en el campo laboral.

115

Recomendaciones

En base a las experiencias obtenidas durante la investigación, se destacan

las siguientes recomendaciones a ser tomadas en cuenta:

Una vez establecido que la proporción de PET1 al 0,55% ofrece la mejor

alternativa en comparación a las otras 2 propuestas, se recomienda que se

modifique la dosificación donde el tamaño máximo del agregado sea disminuido, e

incluso realizar un estudio donde se trabaje netamente con agregados finos. Al

tomar en consideración esta recomendación, se debe realizar nuevamente los

ensayos aplicados en este trabajo de investigación.

Evaluar el comportamiento del concreto con PET1, enfocado en un mayor

control de calidad de este es decir; trabajar con una estandarización de sus

dimensiones. A su vez se recomienda realizar una herramienta que permita el

procesamiento de corte de botellas, a fin de lograr las tiras requeridas de forma

uniforme, en un menor tiempo.

Trabajar con un asentamiento mayor, entre 4 a 5 pulgadas, esto permitirá

que el concreto al mezclarse con el plástico adquiera más fluidez y facilite su

compactación.

Evaluar la posibilidad de optimizar la adherencia del PET1 al concreto,

mediante geometría, rugosidad y características del material.

Realizar una investigación dirigida a la sustitución parcial del agregado

grueso por los picos de los envases de PET1, en mezclas de concreto.

Evaluar el uso de los anillos de plástico de los six packs como sustituto de la

malla electrosoldada en pavimentos.

116

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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de fecha 17/12/2003

Norma COVENIN 0340-1979. FONDONORMA Consejo Superior Aprobado

por COVENIN 11/12/1979

Norma COVENIN 0343-1979. FONDONORMA Consejo Superior Aprobado

por COVENIN 12/6/1979


de fecha 30/10/2002

Norma COVENIN 1753-2006. FONDONORMA Consejo Superior Nº2006-04

de fecha 30/08/2006

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