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UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZÁN DE HUÁNUCO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA E.A.P. DE INGENIERÍA CIVIL

PROYECTO DE TESIS ============================================ “ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN DEL CONCRETO DE fc ' =¿ 210kg/cm2 REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO-HUANUCO-2016” ============================================

TESISTA: Bach. JAVIER CANCIO SOTO CUEVA ASESOR: ING. JORGE L., MEYZAN BRICEÑO HUÁNUCO – PERÚ (2016)

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Tabla de contenido I. GENERALIDADES..........................................................................................................................3 i. TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN................................................................................................................3 ii. TESISTA.........................................................................................................................................................3 iii. ASESOR........................................................................................................................................................3 iv. FECHA DE INICIO Y FECHA PROBABLE DE TÉRMINO.....................................................................3 v. RESUMEN.....................................................................................................................................................3 vi. SUMMARY...................................................................................................................................................3 II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.........................................................................................5 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN.................................................................................................................5 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN.......................................................................5 2.1 ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN DEL PROBLEMA.............................................................6 2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA........................................................................................................7 2.2.1 PROBLEMA GENERAL......................................................................................................................7 2.2.2 PROBLEMAS ESPECÍFICOS...........................................................................................................7 2.3. OBJETIVOS................................................................................................................................................7 2.3.1 OBJETIVO GENERAL........................................................................................................................7 2.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.............................................................................................................7 2.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA.......................................................................................................7 2.5. LIMITACIONES Y ALCANCES................................................................................................................8 III. MARCO TEÓRICO........................................................................................................................9 3.1. REVISIÓN DE ESTUDIOS REALIZADOS............................................................................................9 3.2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES.......................................................................................................10 3.2.1 CONCRETO:..........................................................................................................................................10 3.2.2 CONCRETOS REFORZADOS CON FIBRAS DE ACERO (HRFA):.............................................10 3.3. MARCO SITUACIONAL.........................................................................................................................13 3.4. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS.............................................................................................13 3.4.1 ANÁLISIS............................................................................................................................................13 IV. HIPÓTESIS, VARIABLES, INDICADORES Y DEFINICIONES OPERACIONALES......................16 4.1 HIPÓTESIS............................................................................................................................................16 4.2. SISTEMA DE VARIABLES-DIMENSIONES E INDICADORES...................................................17 4.3 DEFINICIÓN OPERACIONAL DE VARIABLES, DIMENSIONES E INDICADORES................18 IV. MARCO METODOLÓGICO.......................................................................................................19 4.1. NIVEL Y TIPO DE INVESTIGACIÓN...................................................................................................19 4.1.1 NIVEL DE INVESTIGACIÓN...............................................................................................................19 4.1.2 TIPO DE INVESTIGACIÓN.................................................................................................................19 4.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN........................................................................................................19 V. UNIVERSO/POBLACIÓN Y MUESTRA....................................................................................20 5.1. DETERMINACIÓN DEL UNIVERSO/POBLACIÓN...........................................................................20

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5.1.1 DETERMINACIÓN DE LA POBLACIÓN...........................................................................................20 5.2. SELECCIÓN DE LA MUESTRA............................................................................................................20 VI. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS........................................20 6.1. FUENTES, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS............................20 6.2. PROCESAMIENTO Y PRESENTACIÓN DE DATOS........................................................................21 VII. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS Y PRESUPUESTALES..................................................21 7.1. POTENCIAL HUMANO...........................................................................................................................21 7.2. RECURSOS MATERIALES...................................................................................................................21 7.3. RECURSOS FINANCIEROS.................................................................................................................21 7.4. COSTOS...................................................................................................................................................22 7.5. CRONOGRAMA DE ACCIONES..........................................................................................................22 BIBLIOGRAFIA..................................................................................................................................23 REFERENCIAS DE INTERNET.....................................................................................................23 ANEXOS.............................................................................................................................................25

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I. GENERALIDADES i. TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN. “ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA A LA TRACCIÓN DEL CONCRETO DE

'

fc =¿

210kg/cm2 REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO-HUÁNUCO-2016”

ii.TESISTA. Bachiller Ingeniería Civil Javier Cancio Soto Cueva

iii. ASESOR. ASESOR: ING. JORGE L., MEYZAN BRICEÑO

iv. FECHA DE INICIO Y FECHA PROBABLE DE TÉRMINO. FECHA PROBABLE DE INICIO:

01 de Setiembre del 2016.

FECHA PROBABLE DE TÉRMINO:

30 de diciembre del 2016.

v. RESUMEN El hormigón reforzado con fibras de acero (SFRC) resulta de la acción de adicionar, al

hormigón

tradicional,

fibras

relativamente

cortas

que

se

distribuyen

aleatoriamente. Las consecuencias estructurales de la adición de fibras de acero al hormigón, se manifiestan principalmente en estado fisurado, dotando al hormigón de una capacidad de resistencia residual y una rotura más dúctil. El comportamiento del SFRC y la determinación de sus propiedades mecánicas ha sido ampliamente estudiado en ensayos a corto plazo, pero la capacidad de garantizar estas propiedades a lo largo del tiempo no se ha estudiado en profundidad. Así, actualmente existe poco conocimiento sobre la fluencia bajo solicitaciones a flexión del SFRC en estado fisurado. Se ha realizado una revisión de la literatura científica, estructurada de la siguiente forma: • Primero, una introducción a los hormigones reforzados con fibras (FRC), ahondando principalmente en los SFRC: componentes, elaboración, características mecánicas y ensayos para su caracterización.

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• Después, se hace una introducción al fenómeno de fluencia en general y en los SFRC, se presentan los resultados de los estudios más afines, las variables empleadas, los métodos de ensayo y se comentan los modelos de predicción de deformaciones diferidas a flexión. Partiendo de la falta de una metodología y equipo de ensayo estandarizado para evaluar la fluencia a flexión del SFRC en estado fisurado, se ha definido una metodología y diseñado un ensayo para evaluar este fenómeno. Se ha verificado la viabilidad de la aplicación del ensayo diseñado, siendo una destacable aportación que permitirá profundizar en el estudio de la fluencia a flexión del SFRC en estado fisurado. Se ha desarrollado un programa experimental para analizar la fluencia a flexión del SFRC en estado fisurado, variando el tipo de hormigón, tipo y contenido de fibras, la abertura previa de fisura y los niveles de carga aplicados. Se ha constatado la capacidad del SFRC en estado fisurado de soportar cargas a lo largo del tiempo, desarrollando deformaciones diferidas que varían en función de las características del material y de la carga aplicada, y se ha cuantificado la respuesta obtenida. PALABRAS CLAVES    

CONCRETO CONCRETO REFORZADO FIBRAS DE ACERO RESISTENCIA A LA TRACCIÓN SUMMARY

The steel fibre reinforced concrete (SFRC) is a result of adding short and discontinuous steel fibres to the traditional concrete. The structural impact of the presence of the steel fibres in the concrete mass is experienced mainly in cracked state, giving to the concrete the capacity to develop residual strengths and a more ductile behaviour. The short term mechanical behaviour of the SFRC has been widely studied, but the capacity to maintain these properties with time has not been studied at the same depth. Nowadays, there is still a big uncertainty about the knowledge of the flexural creep of the SFRC in cracked state. A scientific literature review has been done and structured as it follows: 4

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• The FRC is introduced and a detailed description of the SFRC, its components, mechanical properties and tests employed to characterize the material is done. • Then, the creep phenomenon is introduced from a general point of view and more detailed for the SFRC. • The results of related studies are analyzed, and the variables, test methods are showed. Also, the main models to predict flexural long-term behaviour presented. A standardized methodology and equipment to test the performance of flexural creep of SFRC specimens in cracked state has not been developed up to date. In this study a methodology has been defined and a test designed to evaluate this phenomenon. The feasibility of the application of the test previously designed has been checked. It can be considered a remarkable contribution that will allow an indepth study of the flexural creep of the SFRC in cracked state. An experimental program with variable type of concrete, fibre type and content, crack opening and amount of load applied, has been developed. The capacity of the SFRC to bear long-term flexural loads has been observed, increasing the specimen’s strains with different behaviour related with material properties and applied load. KEYWORD    

CONCRETE CONCRETE REINFORCED STEEL FIBER RESISTANCE TO THE TRACTION

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN Baja resistencia a la tracción del concreto. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN La inclusión de fibras con una apropiada resistencia mecánica a la tensión, como las fibras de acero, homogéneamente distribuidas en el concreto fresco, conforman una micro-armadura la cual, por un lado, trabaja eficazmente en controlar la formación de grietas por tracción cosiendo el matriz cementante y, por otro lado, confiere al concreto mejores respuestas en sus propiedades físico mecánicas. En las últimas décadas, la incorporación del hormigón reforzado con fibras, ha generado una impresionante evolución en el campo de la construcción alrededor del mundo; mas no ha significado un gran avance en nuestro país, en el que ve al 5

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concreto a uno de sus materiales primordiales para las consideraciones de diseño y costo de los proyectos que se estudian y ejecutan, pero que aún no visualiza el empleo de materiales innovadores que ayuda en la optimización de recursos y en la edificación de estructuras durables en el tiempo, con la capacidad de soportar las acciones del medio natural, ataques físicos, u otros procesos de deterioro con un mínimo mantenimiento.

2.1 ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN DEL PROBLEMA. 2.1.1 ANTECEDENTES.

La baja resistencia a la tracción del concreto fue un problema desde el siglo XVIII donde se utilizaron diferentes métodos de solución, donde la mejor solución encontrado fue con la incorporación de fibras, donde diversas investigaciones los demuestran como es el caso de Blanco A., “Durabilidad del hormigón con fibras de acero.” tesis de grado de la Universidad Politécnica de Catalunya, Barcelona, (2008). Expresa que “La mayor esbeltez de la fibra favorece la adherencia con el hormigón permitiendo la mejor transmisión de tensiones del acero al hormigón. Esta mejor transmisión de tensiones permite alcanzar la resistencia a tracción del hormigón, favoreciendo la aparición de nuevas fisuras en lugar del desarrollo de las ya existentes.” el concreto tiene una falla frágil, desde el siglo XVIII y hasta la actualidad se fue ayudando de las barras de acero para poder tener un comportamiento dúctil, pero si embargo con las fibras de acero incorporados en el diseño son más efectivos para un comportamiento dúctil del concreto donde se demuestra así en la siguiente investigación, Mármol P., “Hormigones con fibras de acero – Características mecánicas.” trabajo Fin de Máster de la Universidad Politécnica de Madrid, (2010). Concluye que “En el ensayo para determinar la resistencia estática a flexión se observó un que debido a la adición de fibras de acero el modo de fallo pasó de una rotura frágil a una rotura dúctil, con un gran aumento en la capacidad de absorción de energía después de la grieta. Los hormigones con fibras de acero, al tener una rotura a flexo tracción dúctil, aumenta mucho la tenacidad e igualmente mejorar de manera considerable la resistencia a la fatiga.” Las propiedades físicos - mecánicos de las fibras de acero son estudiadas desde el siglo XIX los cuales tienes ventajas y desventajas en la incorporación del diseño de mescla donde se demuestra así en la siguiente investigación de, Irias A., “Refuerzo de elementos estructurales con hormigones con fibras o solo fibras” trabajo Fin de Máster de la Universidad Politécnica de Madrid, (2013). Indica que “Aunque las fibras de acero son susceptibles de oxidarse si se encuentran cerca de la superficie de la pieza, la experiencia indica que ello solo puede afectar a la estética, pero no a la resistencia.

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Cabe decir que, en contrapartida a las ventajas que produce la adición de fibras en el material endurecido, su inclusión en la masa de hormigón fresco reduce su trabajabilidad, efecto parcialmente reducido por los aditivos químicos. Otros aspectos a los que se les debe prestar una especial atención son: la posible alteración de las fibras durante el mezclado, la orientación final de las mismas, y el acabado de las superficies.”

causas Fibras de acero

Resistencia a la tracción

concreto

Concreto con fibras de acero aceroacero acero

Tracción

Mayor Resistencia a la tracción.

efectos 2.1.2 FUNDAMENTACIÓN DEL PROBLEMA. En la actualidad la mayoría de profesionales de la construcción en nuestro país continúan utilizando los mismos materiales tradicionales para la edificación de obras, lo cual nos hace reflexionar que estamos dejando a un lado el concepto de innovar para mejorar. La utilización de un concreto especial producto de incorporar nuevos componentes a uno ya existente, como el concreto reforzado con fibras de acero, dentro del mercado de la construcción lleva a realizar diversos análisis previos con el objetivo de conocer a cabalidad cuales son las nuevas propiedades del material, y consideraciones que se tomarían al momento de planificar y ejecutar una obra civil. De no realizarse la investigación propuesta dejará de lado la oportunidad de utilizar un innovador material dentro del sector de la construcción local con lo que se vería aún más rezagado el intento de desarrollo de nuevas técnicas constructivas. Al no existir fuentes de orientación sobre el comportamiento del concreto reforzado con fibras de acero, los profesionales inmiscuidos en esta área tan explotada y necesaria para el progreso del país, seguirían utilizando los mismos materiales convencionales en las edificaciones, sin tener la intención de ver más allá e innovar para aprovechar al máximo los recursos que nuestro país tiene al alcance de las manos.

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2.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. 2.2.1 PROBLEMA GENERAL ¿De qué manera se determinará la resistencia a la tracción del concreto de

'

fc =¿

210kg/cm2 reforzado con fibras de acero? 2.2.2 PROBLEMAS ESPECÍFICOS ¿Cómo analizar los parámetros necesarios del concreto reforzado con fibras de acero, que nos permitan obtener la resistencia a la tracción? ¿Cómo mejorara la resistencia a la tracción con la incorporación de fibras de acero en el concreto? ¿Cómo se encontrará las concentraciones apropiadas de fibras de acero para el diseño de mezcla del concreto de

' fc =210 kg/cm 2 .?

2.3. OBJETIVOS 2.3.1 OBJETIVO GENERAL Determinar la resistencia a la tracción del concreto de

fc ' =¿

210kg/cm2

reforzado con fibras de acero. 2.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Encontrar los parámetros necesarios para encontrar la resistencia a la tracción del concreto reforzado con fibras de acero. Determinar en cuanto va a mejorar la resistencia a la tracción del concreto con la incorporación de fibra de acero. Plantear concentraciones apropiadas de fibra de acero para el concreto de de fc ' =210 kg/cm 2 , de acuerdo a las propiedades de los agregados grueso – fino. 2.4. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA. Es de interés personal y de muchos ingenieros civiles tener conocimiento sobre el comportamiento de nuevos materiales que revolucionarían el campo de la construcción local. Al existir suficientes fuentes de consulta sobre la influencia de incorporar nuevos componentes al hormigón y obtener así un concreto con mejores

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características, conlleva sin duda alguna a pensar en obras con mejores desempeños durante su vida útil. Una vez manifestado los beneficios que traería en el desarrollo de la construcción el empleo de un concreto especial, se considera de importancia proceder a realizar este proyecto de investigación de modo que sirva como referencia para futuras pruebas y análisis que ayuden a profundizar en el estudio de las fibras como refuerzo en el concreto y de esta forma fijar conceptos capaces de justificar su uso en nuestra ciudad y provincia.

2.5. LIMITACIONES Y ALCANCES.  El área de estudio se limita solo a la propiedad de la tracción del concreto.  Se utilizará el modelo de probetas de (6”x12”) o de (15cmx30cm) de concreto reforzado con fibras de acero. De Contenido La problemática a investigar en el presente proyecto está dentro del campo de la ingeniería civil y requiere estudios de Ensayo de Materiales. Por qué no contamos con el equipo necesario en el laboratorio de la FICA. Espacial Para la investigación de este proyecto será necesario considerar los siguientes aspectos:  Los agregados grueso y fino para la preparación de probetas de concreto serán adquiridos de las principales canteras que distribuyen de este material a la ciudad de Huánuco.  Las fibras de acero adecuadas para la investigación serán seleccionadas conforme a los resultados de los ensayos de los agregados, y al mercado local.  Las pruebas y ensayos pertinentes se los realizara en los laboratorios de Ensayo de Materiales y Mecánica de Suelos de la Facultad de Ingeniería Civil, así como las diferentes fuentes de investigación en la biblioteca de la facultad ya mencionada. Temporal  El estudio del presente proyecto se desarrollará durante el periodo comprendido entre los meses de julio – diciembre 2016.

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 El alcance de este trabajo es de interés personal y de muchos ingenieros civiles para conocer el comportamiento de la resistencia a la tracción del concreto con fibras de acero.

III. MARCO TEÓRICO 3.1. REVISIÓN DE ESTUDIOS REALIZADOS. 3.1.1. ANTECEDENTES 3.1.1.1. A NIVEL INTERNACIONAL Irías A., (2013), en su tesis de grado “Refuerzo de elementos estructurales con concretos con fibras o solo fibras”, señala que “Las fibras de acero cosen las fisuras del concreto formando un “puente” entre labios de la rotura, permitiendo una formación controlada de las fisuras, y llevando al concreto a un comportamiento dúctil después de la figuración inicial, evitando así la rotura frágil.”. Donde el control de las fisuras y el comportamiento dúctil es un antecedente del aumento de la resistencia a la tracción del concreto. Rojas L., (2014), en su tesis de grado “Estudio de viabilidad de utilización de fibras de acero para concretos convencionales y autocompactantes”, menciona que “Debido a sus propiedades las piezas con incorporación de fibras, generalmente presentan una zona de fisuración más ancha, por lo que la apertura máxima y la longitud de las fisuras son bastante menor que en el caso del concreto sin fibras. Por estos aspectos, el HRF (concreto Reforzado con Fibras) mejora la durabilidad del hormigón, y en algunos casos, puede hasta lograr reemplazar totalmente el refuerzo tradicional con barras de acero.”. las mejoras de la durabilidad por el reemplazo total del refuerzo tradicional con barras de acero del concreto son antecedentes que nos ayudara a estimar o mejorar la resistencia a la tracción del concreto. Figueroa M., (2013), en su tesis de grado “Comparativa de la tenacidad entre concreto convencional, concreto reforzado con fibras de acero y concreto reforzado con fibras de polipropileno”, concluye que “Hoy en día las fibras de acero son las más utilizadas en la industria de la construcción por su efectividad, mejorar la resistencia del concreto a impactos y su alta durabilidad frente a agresivos del 10

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medio ambiente.”. Con la conclusión de esta tesis me ayuda a deducir que la fibra de acero incorporados en el concreto contribuye en el aumento de su resistencia a la tracción. 3.1.1.2. A NIVEL NACIONAL Córdova, C., en su tesis de grado “Comparación de la resistencia equivalente a la flexión entre las fibras de acero Wirand producidas en Italia y las producidas en Perú” concluye que, Con los resultados obtenidos de la resistencia equivalente a la flexión, Re, se puede observar la tendencia de que, bajo las mismas condiciones de dosificación y resistencia, los valores para el tipo de fibra FF1 son menores que las fibras FF3. Esto comprueba las características del producto, ya que se indica que el tipo de fibra FF3 posee mayor ductilidad y tenacidad que el tipo FF1.en esta tesis nos ayudó a elegir la fibra de acero a utilizar ya que las fibras FF3 mejoran la resistencia a la tracción del concreto. 3.1.1.3. A NIVEL REGIONAL Hasta la fecha no se ha realizado ensayo a la tracción de probetas de concreto reforzados con fibra de acero en nuestra región, por lo que requerimos mayor información.

3.2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES. 3.2.1 CONCRETO: El concreto es un material de construcción, no homogéneo, constituido por la mezcla de cemento, arena, grava y agua. El cemento hidráulico es el material aglomerante, la arena y la grava a los que se les denomina agregados son materiales de relleno; mientras que el agua se puede identificar como el catalizador que reacciona con el cemento y hace que este desarrolle sus características ligantes. 3.2.2 CONCRETOS REFORZADOS CON FIBRAS DE ACERO (HRFA): EL concreto con fibra es el resultado de combinar el concreto convencional con fibras de acero, cuya misión es incrementar determinadas características fisicomecánicas del concreto normal. Adicionalmente se puede definir al HRFA comparándolo con el concreto armado tradicional, la diferencia que los separa está en que, en lugar de presentar unas cuantas barras de acero orientadas en una dirección

determinada,

el

hormigón

fibroreforzado

incorpora

cantidades

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considerables de fibras orientadas aleatoria y tridimensionalmente, a las cuales se transmiten los esfuerzos producidos el momento en que la matriz aglutinante empieza a fisurarse. Las ventajas que presenta el uso de concreto reforzado con fibras de acero en el ámbito estructural son:        

Control de la fisuración Aumento de la resistencia a la abrasión Gran resistencia a la fatiga dinámica Reducción de la deformación bajo cargas permanentes Reducción de la fragilidad, aumento de la tenacidad Incremento significante de la resistencia al impacto y choque Mejora de durabilidad Aplicación más simple y rápida

3.2.3 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN: Como valor comparativo de la resistencia característica de muchos materiales, como el acero o concreto, se utiliza el valor de la tensión de fallo, o agotamiento por tracción, esto es, el cociente entre la carga máxima que ha provocado el fallo elástico del material por tracción y la superficie de la sección trasversal inicial del mismo. La resistencia a la tracción directa o en tracción por flexión del concreto, es una magnitud muy variable. La resistencia a la tracción directa (ft) del concreto varia el 8% y el 15% de la resistencia en comprensión. Los principales ensayos utilizados para determinar, de manera indirecta, las resistencias a la tracción del concreto son: ENSAYOS DE COMPRESIÓN DIAMETRAL (FSP) Este ensayo consiste en aplicar la fuerza de compresión a lo largo de un espécimen cilíndrico de concreto hasta que este falle por la longitud de su diámetro. Esta carga induce esfuerzos de tensión en el plano donde se aplica y esfuerzos a la compresión en el área donde la carga es aplicada. Por lo tanto, la falla de tracción ocurre antes que la falla de compresión debido a que las áreas de aplicación de la carga se encuentran en un estado de compresión triaxial a lo largo de todo el espécimen de concreto, permitiendo de esta manera resistir al espécimen de concreto mucho mayor esfuerzo a la compresión que el obtenido por un esfuerzo a la compresión uniaxial dando paso a la falla por tracción a lo largo del espécimen de concreto.

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Además, a todo lo del plano diametral donde están situadas las generatrices sobre las cuales actúa la compresión, las tensiones normales de tracción se distribuyen uniformemente y son iguales a:

……………………….

(1-2)

Compresión diametral y Flexión lateral = 2(P)/(π(D)(L)) Donde: 

P --> es la Carga



D --> Diámetro del espécimen



L --> Longitud del espécimen

EL ACI y la Norma Peruana, definen el Módulo de Rotura del concreto mediante la ecuación 1-3. El ACI utiliza esta ecuación para el cálculo de deflexiones en elementos de concreto armado. Sin embargo, para elementos de concreto simple (sin armadura) sometidos a flexión el ACI-02 (artículo 22.5.1) especifica el valor dado por la ecuación 1-4.

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Figura 3.1- Esquema de ensayo y distribución de esfuerzos en ensayo de tracción indirecta (Fuente: Garrote, 2006) 3.3. MARCO SITUACIONAL. Es imprescindible que los ingenieros del medio se enfoquen aún más en el uso de materiales con mejores propiedades físicas y mecánicas, refiriéndonos al concreto reforzado con fibras de acero, para que estos puedan ser utilizados en las futuras construcciones, de manera que se asegure un mejor desempeño estructural. Este proyecto está encaminado para que todos aquellos profesionales tengan una mayor visión sobre cómo es posible conseguir mejores resultados del concreto como material, al adicionar en su preparación fibras de acero utilizando los agregados propios de nuestra ciudad y de esta manera dejar un precedente basado en ensayos técnicos de laboratorio. 3.4. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS COMPLEMENTARIOS. 3.4.1 ANÁLISIS Examen detallado de una cosa para conocer sus características o cualidades, o su estado, y extraer conclusiones, que se realiza separando o considerando por separado las partes que la constituyen. RESISTENCIA Acción y efecto de resistir o resistirse. TRACCIÓN se denomina tracción al esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. CONCRETO El concreto (hormigón) es básicamente una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La pasta, compuesta de cemento portland y agua, une los agregados, normalmente arena y grava (piedra triturada piedra machacada, pedrejón), creando una masa similar a una roca. REFORZAR Hacer más fuerte una cosa o darle más fuerza. FIBRAS

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Son filamentos de corta longitud y pequeña sección transversal orientadas a lo largo de un solo eje y que pueden ser de diversos materiales naturales o de procedencia industrial. Al ser delgados se doblan fácilmente y desde hace años su uso en la preparación de concretos ha representado una técnica muy empleada debido a que mejoran ciertas características del concreto y lo convierten en un material especial. CLASIFICACIÓN DE LAS FIBRAS Existen varias fibras en el mercado mundial y según el código A.C.I 544se pueden nombrar las siguientes: Fibra Natural: bagazo de caña de azúcar, coco, yute, maguey, plátano, bambú. Fibra Sintética: acrílica, aramida, carbono, nylon, poliéster, polipropileno. Fibra de Vidrio, Fibra de Acero. FIBRA DE ACERO Las fibras de acero se definen como pequeños pedazos discontinuos de acero. Son elementos con la característica que presentan una dimensión predominante respecto a las demás, cuya superficie puede ser lisa o labrada para conseguir una mayor adherencia al matriz cementante en caso de concretos reforzados con fibras. La norma ASTM A 820 cita una clasificación para cuatro tipos de fibras de acero según su proceso de fabricación los cuales son:  Trefiladas: fibras de alambre conformadas a frio.  Láminas cortadas: fibras cortadas de chapas de acero.  Extractos fundidos: las fibras extraídas por fundición.  Otras fibras CARACTERÍSTICAS DE LAS FIBRAS

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La fibra de acero está caracterizada de acuerdo a los siguientes criterios físicos que directamente definen al producto: su longitud (L) y su diámetro equivalente (De) y su forma. De los dos primeros se determina el parámetro llamado esbeltez. Longitud L.- define la longitud de la fibra de acero (mm) Diámetro equivalente De. - Es el diámetro de una superficie circular cuya área es igual al área que describe la sección transversal de una fibra (mm). Es posible determinar el diámetro equivalente de la fibra mediante el método directo y el método indirecto geométrico. Método directo: el diámetro De es igual al diámetro nominal de la fibra acabada. Este método es aplicable para fibras provenientes de alambre de acero. De = Dn Método indirecto geométrico: el diámetro “De” es igual al diámetro de la circunferencia que tiene igual área a la de la sección transversal del filamento. Este método está direccionado para aquellas fibras de chapa de acero. De=

√

4∗A π

Donde A es el área de la sección transversal de una fibra (mm²) y su fórmula es: A=w*t Siendo: w = ancho t = espesor. El término esbeltez o también denominado relación de aspecto es una característica física de la fibra de acero que resulta de dividir la longitud (L) para el diámetro equivalente (De), y juega un papel muy importante pues guarda una relación directa con el mejoramiento de las cualidades del concreto fibroso. Forma y sección de la Fibra de Acero

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Axialmente la fibra puede presentar diferentes formas: planas, onduladas, con anclajes en sus extremos, con ganchos (tipo omega), con sus puntas achatadas, entre otros (Gráfico # 1). Debido a que la forma geométrica de la fibra posee una incidencia significativa en las características adherentes de la fibra con la matriz de hormigón, es que en la actualidad los filamentos rectos y lisos han sido reemplazados por fibras con superficies ásperas y deformadas, con extremos terminados en gancho, rizadas u onduladas a través de su eje longitudinal. Gráfico # 1: Diferentes formas de fibras de acero.

Fuente: Blanco, A. “Durabilidad del hormigón con fibras de acero”

De manera general las secciones de las fibras pueden adoptar distintas configuraciones, tal como se demuestra en el Gráfico # 2: Gráfico # 2: Secciones de las fibras más comunes.

Fuente: Mármol, P. “Hormigones con Fibras de Acero Características Mecánicas”

IV.

HIPÓTESIS,

VARIABLES,

INDICADORES

Y

DEFINICIONES

OPERACIONALES. 4.1 HIPÓTESIS 4.1.1 HIPÓTESIS GENERAL Las fibras de acero como refuerzo del concreto de resistencia a la tracción.

'

fc =210 kg/cm 2

influyen en la

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4.1.2 HIPÓTESIS ESPECIFICAS  El diseño de concreto de

'

fc =210 kg/cm 2

reforzado con fibras de acero

asegura mejor calidad de resistencia a la tracción. '  Al reforzar el concreto de fc =210 kg/cm 2 con fibras de acero y al ensayar las vigas se identifica cuanto más resiste a la tracción. '  Las fibras de acero con el concreto de fc =210 kg/cm 2 , aporta en la resistencia a la tracción. 4.2. SISTEMA DE VARIABLES-DIMENSIONES E INDICADORES 4.2.1. VARIABLES INDEPENDIENTES: reforzado con fibras de acero. 4.2.2. VARIABLES DEPENDIENTES: Resistencia a la tracción del concreto de

' fc =¿ 210kg/cm2.

4.2.3 DEFINICIÓN OPERACIONAL DE VARIABLES E INDICADORES

TIPO DE VARIABLE VARIABLE INDEPENDIENTE

 fibras de acero

VARIABLE DEPENDIENTE

resistencia a la tracción del concreto de fc ' =¿ 210kg/cm2.

INDICADORES  Resistencia a la tracción.  Resistencia a flexión.  Cálculo de c concentraciones De fibras de acero.

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4.3 DEFINICIÓN OPERACIONAL DE VARIABLES, DIMENSIONES E INDICADORES

VARIABLES

DIMENSIONES

SUB DIMENSIONES

INDICADORES

VARIABLE INDEPENDIENTE Factores externos fibras de acero.

VARIABLE DEPENDIENTE resistencia a la tracción del concreto de ' fc =¿ 210kg/cm2.

Climáticos

Tipo de curado

Resistencia a la tracción del concreto reforzado con fibras de acero.

Diseño de mescla Relación agua/cemento Factores internos

Característica mecánica de los materiales Características mecánicas de las fibras de acero.

INSTRUMENTO

MEDICIÓN

humedad relativa

Porcentaje

temperatura

grado Celsius (°C)

revenimiento

Pulg

Kg/m3 Masa volumétrica Densidad especifica de Kg/m3 los agregados. Métodos de diseño

Aci

desgasto de los ángeles

Abrasión

Resistencia a la tracción kg/cm2 Peso unitario especifico Adimensional relativo

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IV. MARCO METODOLÓGICO 4.1. NIVEL Y TIPO DE INVESTIGACIÓN. 4.1.1 NIVEL DE INVESTIGACIÓN Los niveles de investigación a ser utilizados en este proyecto serán: explicativo y descriptivo. Será exploratorio considerando que el tema de reforzar al concreto con fibras dispersas de acero utilizando los agregados de nuestro medio ha sido poco analizado, pero que con el sustento técnico de los ensayos que se realizaran se logrará determinar la influencia que tendrá sobre las propiedades mecánicas de resistencia a la tracción del concreto. Será descriptivo porque a más de tener conocimiento acerca de la calidad de los diferentes agregados propios de nuestra localidad utilizados para la fabricación de concreto, se contará con una amplia información acerca del comportamiento que tendrá el concreto al incorporar en su preparación diferentes porcentajes de fibra de acero, concreto especial que podría utilizarse con mayor confiabilidad y seguridad en las futuras obras civiles. 4.1.2 TIPO DE INVESTIGACIÓN El tipo de investigación del presente proyecto es: Experimental.

4.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN. Para relacionar y controlar las variables en nuestro estudio necesitamos un mayor control y validez; por lo tanto, utilizaremos el diseño experimental. 4.2.1. ESQUEMA DE LA INVESTIGACIÓN  Investigaciones y recolección de material bibliográfico sobre ensayos de concreto reforzados con fibras de acero.  Diseño y construcción de probetas

de

concreto

con

moldes

(15cmx30cm) para concreto reforzados con fibras de acero.  Realizar los ensayos de 60 probetas de concreto reforzados con fibras de acero de 15cmx30 cm a los 28 días:  Probetas de concreto reforzados con fibras de acero de 15cmx30 cm se ensayarán 60 ejemplares.  Probetas de concreto simple se ensayarán 20 ejemplares.  Cálculo y análisis de resultados.  Conclusiones, recomendaciones y elaboración del informe final.

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V. UNIVERSO/POBLACIÓN Y MUESTRA 5.1. DETERMINACIÓN DEL UNIVERSO/POBLACIÓN. Para nuestro proyecto de investigación el universo será el concreto reforzado con fibras de acero. 5.1.1 DETERMINACIÓN DE LA POBLACIÓN. Concreto reforzado con fibras de acero con resistencia a la comprensión de 210kg/cm2. 5.2. SELECCIÓN DE LA MUESTRA. De acuerdo al diseño de experimentos con un solo factor se ensayan: GRUPO EXPERIMENTAL: el número de tratamiento se calcula n=

4∗S2 E2

Donde: n: número de tratamientos S 2 : varianza=0.00014(asumido) E=error máximo=0.004(asumido) FUENTE: Análisis y diseño de experimentos – Humberto Gutiérrez Pulido Entonces: Reemplazando los valores anteriores se tiene que el número de tratamientos es 36 para nuestro grupo experimental. Del cual se ensayarán un mínimo 18 modelos de probetas de concreto reforzadas con fibras de acero y 18 modelos de probetas de concreto simple. Grupo de control: se ensayarán un mínimo de 18 probetas de concreto. Por lo tanto, se tienen un total de 54 probetas de concreto como mínimo, este tamaño de muestra se justificará usando la estadística del diseño de experimentos. VI. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN Y TRATAMIENTO DE DATOS. 6.1. FUENTES, TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS.  Fuentes Primarias: Datos recopilados serán de los resultados determinados en el laboratorio de suelos y pavimentos de la Unheval.  Fuentes Secundarias: Datos recopilados de las diferentes fuentes de información, así como: libros, revistas, manuales, tesis, blogs, normas, material electrónico. 21

FUENTES

Serán físicas y Electrónicas

TÉCNICAS 1. se utilizará técnica de recoleccion. 2. la observación

INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS la la 1. equipo para medir la tracción del concreto reforzado con fibras de acero. 2.cámara fotográfica. 3. memorias portátiles de almacenamiento.

6.2. PROCESAMIENTO Y PRESENTACIÓN DE DATOS. Los datos obtenidos se procesarán de las siguientes maneras: El procesamiento de los datos se realizará con las hojas de cálculo del programa Microsoft Excel, para ser presentados luego en gráficos y cuadros estadísticos para su respectivo análisis y su explicación final. VII. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS Y PRESUPUESTALES. 7.1. POTENCIAL HUMANO. El presente proyecto contempla el esfuerzo de tesista, asesor y el apoyo de personas involucradas de manera directas o indirectas (técnicos, personal obrero, etc.) 7.2. RECURSOS MATERIALES. Entre ellos contamos con material Bibliográfico e Internet. Para su procesamiento en gabinete, contamos con laptops, impresoras, papel, cámara fotográfica, memoria portátil, componentes para la elaboración de concreto reforzado con fibras de acero de

fc

'

=210kg/cm2 y útiles de escritorio. Y los

diferentes ensayos necesarios se van a desarrollar en el laboratorio de ensayo de materiales de la Unheval.

7.3. RECURSOS FINANCIEROS. Los gastos ocasionados por la investigación estarán a cargo del Tesista y con apoyo de los encargados del laboratorio de suelos y pavimentos.

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7.4. COSTOS. UNIDA CAN PRECIO D T UNITARIO

PRECIO PARCIAL

S/. 550.00

RECURSOS FÍSICOS utilices de escritorio

global

1

materiales de campo

global

1

otros materiales (10 %)

global

1

S/. 200.00 S/. 300.00 S/. 50.00

S/.

200.00

S/.

300.00

S/.

50.00 S/. 850.00

RECURSOS HUMANOS personal de laboratorio

per/m es

1

S/. 850.00

S/.

850.00 S/. 2,500.00

SERVICIOS accesos a internet

SUB TOTAL

mes

5

alquiler de equipos movilidad para global materi.

1

fotocopias e impresiones, ploteos

global

1

ensayos y pruebas en laboratorios

global

1

TOTAL

S/. 60.00 S/. 2,000.00 S/. 200.00 S/. 2,000.00

S/.

300.00

S/. 1,000.00 S/.

200.00

S/. 1,000.00 S/. 3,900.00

7.5. CRONOGRAMA DE ACCIONES.

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BIBLIOGRAFIA ACI – Comité 544. State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete (ACI544.1R-96), American Concrete Institute ACI – Comité 544. Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete APERADOR W., CARRILLO J., GONZÁLEZ G., Correlaciones entre las propiedades mecánicas del concreto reforzado con fibras de acero, Colombia (2013) BARROS V., RAMIREZ H., “Diseño de Hormigones con Fibras de Polipropileno para Resistencias a la Compresión de 21 y 28 MPa con Agregados de la Cantera de Pifo” Tesis de grado de la Universidad Central del Ecuador, Quito (2012) BLANCO, Ána, “Durabilidad del hormigón con fibras de acero”. Tesis de grado de la Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona (2008) BURGOS J., ORELLANA N., “Caracterización de un diseño de hormigón con fibras de acero para tuberías de sistemas sanitarios (21 pulgadas)” Tesis de grado de la Escuela Superior Politécnica del Litoral, Guayaquil (2009). CALLEJO C., GARCÉS A., “Incidencia de la Fibra Metálica Dramix-65/35-BN en Pavimentos Rígidos de Temprana Edad” Tesis de grado de la Universidad Nueva Esparta, Caracas (2011). Roberto S., Carlos F., María del Pilar B. (2010). Metodología de la investigación. Quinta edición. México. A. Nilson – G. Winter (1994). Diseño de Estructuras de Concreto Armado Undécima Edición México.

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REFERENCIAS DE INTERNET  http://desarrollatuproducto.com/directorio/proveedores/materiales/textiles .html?catid=707  http://ocw.usal.es/ensenanzas-tecnicas/ciencia-y-tecnologia-delosmateriales/contenido/TEMA%206-%20EL%20HORMIGON.pdf  http://www.abonosysustratosmarc.galeon.com/ .

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ANEXOS _MATRIZ DE CONSISTENCIA

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