UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

“ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL HORMIGÓN ELABORADO CON FIBRAS DE ACERO RECICLADO”

TRABAJO DE GRADUACIÓN, PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

AUTOR: CANDO LARA LUIS FERNANDO

TUTOR: ING. MOYA HEREDIA JUAN CARLOS MSC.

QUITO – 10 DE NOVIEMBRE 2016

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, Cando Lara Luis Fernando en calidad de autor del trabajo de investigación: ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL HORMIGÓN ELABORADO CON FIBRAS DE ACERO RECICLADO, autorizo a la Universidad Central del Ecuador a hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o parte de los que contiene esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación. Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento. También, autorizo a la Universidad Central del Ecuador a realizar la digitalización y publicación de este trabajo de investigación en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

Quito, 10 de Noviembre de 2016

-------------------------------------Cando Lara Luis Fernando C.C. 060423600-0 0991445587 [email protected] ii

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR

Yo, Juan Carlos Moya Heredia, en calidad de tutor del trabajo de titulación “ANÁLISIS DE

LAS

PROPIEDADES

FÍSICAS

Y

MECÁNICAS

DEL

HORMIGÓN

ELABORADO CON FIBRAS DE ACERO RECICLADO”, elaborado por el Sr. Cando Lara Luis Fernando, estudiante de la Carrera de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los requisitos y méritos necesarios en el campo metodológico y en el campo epistemológico, para ser sometido a la evaluación por parte del jurado examinador que se designe, por lo que lo APRUEBO, a fin que el trabajo investigativo sea habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por la Universidad Central del Ecuador. En la ciudad de Quito a los 13 días del mes de septiembre del año 2016.

-----------------------------------------------Ing. Moya Heredia Juan Carlos MSc. C.C. 1710919083 0996105883 [email protected]

iii

DESIGNACIÓN DE LECTORES

iv

CALIFICACIÓN

v

DEDICATORIA

Dedico este proyecto de investigación en primer lugar a Dios por haberme brindado una vida llena de bendiciones y haberme dado la oportunidad de llegar a este momento tan importante de mi formación profesional. A mis padres, hermanos, familia y amigos por ser los pilares fundamentales de mi vida, sin ellos jamás hubiese podido alcanzar mis logros y sueños ya que ellos siempre han velado por mi bienestar siendo mi apoyo en todo momento y dándome fuerzas en los momentos más difíciles. A todos ellos dedico todo mi esfuerzo y trabajo.

Luis Fernando C.

vi

AGRADECIMIENTO

Me complace exteriorizar mi más sincero agradecimiento a la carrera de Ingeniería Civil de la Universidad Central del Ecuador y a todos los que forman parte de tan noble institución por haber aportado de una u otra manera a mi formación académica, encaminándonos a ser profesionales técnicos, éticos y competentes que tendrán la misión de servir al país. Además agradecer a toda mi familia y amigos con los cuales ha sido gratificante haber compartido esta etapa de vida y con los cuales he tenido la oportunidad de vivir muchas aventuras que permanecerán guardados en mi corazón.

Luis Fernando C.

vii

CONTENIDO AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL .................................................................. ii CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ..................................................................................................... iii DESIGNACIÓN DE LECTORES .................................................................................................... iv CALIFICACIÓN................................................................................................................................ v DEDICATORIA ............................................................................................................................... vi AGRADECIMIENTO...................................................................................................................... vii CONTENIDO ................................................................................................................................. viii LISTA DE GRÁFICOS .................................................................................................................. xiii LISTA DE TABLAS...................................................................................................................... xvii RESUMEN...................................................................................................................................... xxi ABSTRACT ................................................................................................................................... xxii CAPÍTULO I 1

EL PROBLEMA ................................................................................................................... 1 1.1

INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1

1.2

TEMA ....................................................................................................................... 2

1.3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................. 2

1.4

JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................... 3

1.5

OBJETIVOS ............................................................................................................. 4 1.5.1

Objetivo general........................................................................................... 4

1.5.2

Objetivos específicos ................................................................................... 4

1.6

HIPÓTESIS .............................................................................................................. 4

1.7

VARIABLES ............................................................................................................ 5 1.7.1

Objeto de estudio ......................................................................................... 5

1.7.2

Variable independiente ................................................................................ 5

1.7.3

Variable dependiente ................................................................................... 5

1.7.4

Variables intervinientes ............................................................................... 5

viii

CAPÍTULO II 2

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA PROPUESTA................................................... 6 2.1

HORMIGÓN ............................................................................................................ 6 2.1.1

Generalidades .............................................................................................. 6

2.1.2

Historia y evolución del hormigón .............................................................. 7

2.1.3

El hormigón y sus componentes .................................................................. 9 2.1.3.1 Cemento ....................................................................................... 10 2.1.3.2 Áridos .......................................................................................... 12 2.1.3.3 Agua ............................................................................................. 13 2.1.3.4 Aditivos........................................................................................ 14 2.1.3.5 Aire atrapado ............................................................................... 15

2.1.4

Procesos de manejo del hormigón ............................................................. 15 2.1.4.1 Mezclado del hormigón ............................................................... 15 2.1.4.2 Manipuleo, transporte y colocación ............................................. 16 2.1.4.3 Compactación o vibrado .............................................................. 17 2.1.4.4 Curado del hormigón ................................................................... 17

2.1.5

Propiedades físicas y mecánicas ................................................................ 18 2.1.5.1 Propiedades del hormigón fresco ................................................. 18 2.1.5.2 Propiedades del hormigón endurecido. ........................................ 23

2.2

HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS (HRF) ............................................. 34 2.2.1

Fibras para hormigón ................................................................................. 34 2.2.1.1 Fibras metálicas ........................................................................... 35 2.2.1.2 Fibras sintéticas ........................................................................... 39 2.2.1.3 Fibras de vidrio ............................................................................ 39 2.2.1.4 Fibras naturales ............................................................................ 41

ix

CAPÍTULO III 3

MATERIALES USADOS EN LA INVESTIGACIÓN ...................................................... 42 3.1

ÁRIDOS PARA HORMIGÓN ............................................................................... 42 3.1.1

Ubicación geográfica ................................................................................. 43

3.1.2

Características geológicas .......................................................................... 44

3.1.3

Explotación minera .................................................................................... 45

3.2

CEMENTO ............................................................................................................. 46

3.3

FIBRAS METÁLICAS COMERCIALES ............................................................. 48

3.4

FIBRAS METÁLICAS RECICLADAS ................................................................ 50 3.4.1

Torno ......................................................................................................... 51

3.4.2

Tipos de virutas generados por el torno ..................................................... 55

3.4.3

Selección de virutas para la investigación ................................................. 57

3.4.4

Determinación de fibra óptima .................................................................. 58

CAPÍTULO IV 4

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ......................................................................... 63 4.1

ENSAYO DE LOS ÁRIDOS ................................................................................. 63 4.1.1

Granulometría ............................................................................................ 64 4.1.1.1 Árido fino..................................................................................... 64 4.1.1.2 Árido grueso ................................................................................ 65

4.1.2

Abrasión..................................................................................................... 73

4.1.3

Colorimetría ............................................................................................... 76

4.1.4

Peso específico (densidad real) y absorción para áridos finos y gruesos... 78 4.1.4.1 Peso específico o densidad real ................................................... 78 4.1.4.2 Capacidad de absorción ............................................................... 79

4.1.5

Densidad aparente suelta y compactada .................................................... 86

4.1.6

Densidad óptima de los áridos ................................................................... 89

4.1.7

Humedad de los áridos............................................................................... 96

x

4.2

4.3

CEMENTO ........................................................................................................... 103 4.2.1

Superficie específica (finura) por tamizado ............................................. 103

4.2.2

Densidad del cemento .............................................................................. 105

RESUMEN DE ENSAYOS ................................................................................. 107

CAPÍTULO V 5

DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN ..................................................................... 111 5.1

DOSIFICACIÓN MÉTODO DE DENSIDAD ÓPTIMA .................................... 111 5.1.1

Procedimiento de diseño. ......................................................................... 112 5.1.1.1 Especímenes de prueba (probetas) ............................................. 112 5.1.1.2 Condiciones de diseño ............................................................... 113 5.1.1.3 Propiedades de los áridos y del cemento .................................. 114 5.1.1.4 Cálculos ..................................................................................... 114

5.2

DISEÑO DE MEZCLA DE PRUEBA ................................................................. 116 5.2.1

5.3

Resultados ................................................................................................ 120

DISEÑO DE MEZCLAS DEFINITIVAS ........................................................... 122 5.3.1

Dosificación de fibras metálicas. ............................................................. 122 5.3.1.1 Dosificación de fibras para cilindros ......................................... 124 5.3.1.2 Dosificación de fibras para vigas ............................................... 125

5.3.2

Diseño de hormigón sin fibras ................................................................. 127

5.3.3

Diseño de hormigón con fibras comerciales y recicladas ........................ 131 5.3.3.1 Diseño de elementos sometidos a compresión simple ............... 131 5.3.3.2 Diseño de elementos sometidos a tracción indirecta ................. 134 5.3.3.3 Diseño de elementos sometidos a flexión .................................. 136 5.3.3.4 Diseño de elementos para módulos de elasticidad. .................... 138

xi

CAPÍTULO VI 6

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ................................................. 140 6.1

6.2

PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO ................................................... 140 6.1.1

Hormigón sin fibras. ................................................................................ 140

6.1.2

Hormigón con fibras comerciales ............................................................ 142

6.1.3

Hormigón con fibras recicladas ............................................................... 144

PROPIEDADES DEL HORMIGÓN ENDURECIDO ........................................ 146 6.2.1

Elementos sometidos a compresión simple ............................................. 147

6.2.1

Elementos sometidos a tracción indirecta ................................................ 152

6.2.1

Elementos sometidos a flexión ................................................................ 155

6.2.2

Elementos para módulo de elasticidad..................................................... 158 6.2.2.1 Compresión simple. ................................................................... 158 6.2.2.2 Módulo de elasticidad ................................................................ 161

6.2.3 6.3

7

Adherencia ............................................................................................... 182

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 184 6.3.1

Conclusiones ............................................................................................ 184

6.3.2

Recomendaciones .................................................................................... 186

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 187

ANEXOS........................................................................................................................................ 191

xii

LISTA DE GRÁFICOS Figura 1. Identificación de variables de la investigación. ................................................................................. 5 Figura 2. Materiales para la elaborar mezclas de hormigón. ............................................................................ 9 Figura 3. Esquema de fabricación del cemento Pórtland. ............................................................................... 10 Figura 4. Planta de trituración de áridos “COPETO”. .................................................................................... 12 Figura 5. Agua con material disuelto Vs Agua potable. ................................................................................. 13 Figura 6. Cono de Abrams. ............................................................................................................................. 18 Figura 7. Procedimiento para determinar el asentamiento. ............................................................................. 19 Figura 8. Uniformidad en la mezcla de hormigón. ......................................................................................... 21 Figura 9. Segregación de los áridos. ............................................................................................................... 21 Figura 10. Efectos de la exudación en hormigón puesto en sitio y reposo. .................................................... 22 Figura 11. Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de hormigón. ................................................. 26 Figura 12. Ensayo a tracción indirecta método Brasileño ............................................................................... 27 Figura 13. Módulo de elasticidad del acero laminado en caliente. ................................................................. 29 Figura 14. Diagrama esfuerzos vs deformaciones típico del hormigón. ......................................................... 30 Figura 15. Módulo de Elasticidad en el origen de coordenadas. ..................................................................... 31 Figura 16. Módulo de elasticidad mediante secantes ...................................................................................... 31 Figura 17. Módulo de Elasticidad según ASTM C-469 .................................................................................. 32 Figura 18. Fibras metálicas comerciales. ........................................................................................................ 35 Figura 19. Forma geométrica de las fibras metálicas. ..................................................................................... 36 Figura 20. Fibras sintéticas existentes en el mercado. .................................................................................... 39 Figura 21. Fibra de vidrio. .............................................................................................................................. 40 Figura 22. La paja como material de refuerzo en el adobe ............................................................................. 41 Figura 23. Árido fino y árido grueso usados para la investigación ................................................................. 42 Figura 24. Ubicación geográfica cantera “Cerro negro”. ................................................................................ 43 Figura 25. Sectores aledaños al área de explotación Minera. ......................................................................... 43 Figura 26. Columna estratigráfica en la zona de influencia de la cantera "Cerro negro" ............................... 44 Figura 27. Zona de explotación minera "Cerro Negro" .................................................................................. 45 Figura 28. Área de explotación minera" Cerro Negro" ................................................................................... 45

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Figura 29. Cemento "HOLCIM TIPO GU" .................................................................................................... 46 Figura 30. Gama de productos cemento "HOLCIM" ...................................................................................... 47 Figura 31. Fibra metálica comercial. .............................................................................................................. 48 Figura 32. Torno, equipo de uso común y equipo moderno. .......................................................................... 51 Figura 33. Proceso de cilindrado en un torno. ................................................................................................ 52 Figura 34. Proceso de refrentado en un torno. ................................................................................................ 53 Figura 35. Proceso de roscado en un torno. .................................................................................................... 53 Figura 36. Proceso de tronzado en un torno. ................................................................................................... 54 Figura 37. Proceso de taladrado en un torno. .................................................................................................. 54 Figura 38. Virutas generadas por el torno. ...................................................................................................... 55 Figura 39. Fibras seleccionadas de las virutas de acero. ................................................................................. 57 Figura 40. Fibras sin seleccionar. ................................................................................................................... 58 Figura 41. Fibras escalonadas. ........................................................................................................................ 59 Figura 42. Fibras continuas. ............................................................................................................................ 60 Figura 43. Fibras en forma de zunchos. .......................................................................................................... 61 Figura 44. Fibras metálicas recicladas óptimas. ............................................................................................. 62 Figura 45. Curva granulométrica árido fino Nº 1............................................................................................ 67 Figura 46. Curva granulométrica árido fino Nº 2............................................................................................ 68 Figura 47. Curva granulométrica árido fino Nº 3............................................................................................ 69 Figura 48. Curva granulométrica árido grueso Nº 1. ...................................................................................... 70 Figura 49. Curva granulométrica árido grueso Nº 2. ...................................................................................... 71 Figura 50. Curva granulométrica árido grueso Nº 3. ...................................................................................... 72 Figura 51. Ensayo de Abrasión maquina de los Ángeles ................................................................................ 73 Figura 52. Escala de colores para el análisis de colorimetría. ......................................................................... 76 Figura 53. Ensayo de colorimetría árido fino. ................................................................................................ 77 Figura 54. Muestras de árido fino y grueso después de secados al horno. ...................................................... 79 Figura 55. Ensayo de densidad suelta y compactada de los áridos. ................................................................ 86 Figura 56. Determinación de la densidad máxima de los áridos. .................................................................... 89 Figura 57. Diagrama Densidad Aparente Vs % Árido Fino Nº 1. .................................................................. 91 Figura 58. Diagrama Densidad Aparente Vs % Árido Fino Nº 2. .................................................................. 93

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Figura 59. Diagrama Densidad Aparente Vs % Árido Fino Nº ÑÑ3. ............................................................. 95 Figura 60. Estimación de la humedad de áridos mediante la diferencia de pesos. .......................................... 96 Figura 61. Tamices empleados para determinar la finura del cemento. ........................................................ 103 Figura 62. Estimación de la densidad del cemento usando el frasco de Le Chatelier. .................................. 105 Figura 63. Ensayo cilindros de prueba. ......................................................................................................... 120 Figura 64. Resistencia a la compresión vs días de ensayo dosificación de prueba. ...................................... 121 Figura 65.Porcentaje óptimo de fibras a compresión simple. ....................................................................... 123 Figura 66. Porcentaje óptimo de fibras a tracción indirecta. ......................................................................... 123 Figura 67. Porcentaje óptimo de fibras a flexión. ......................................................................................... 124 Figura 68. Mezclas de hormigón sin fibras. .................................................................................................. 127 Figura 69. Elaboración de cilindros sin fibras. ............................................................................................. 128 Figura 70. Elaboración de vigas sin fibras. ................................................................................................... 128 Figura 71. Mezclas de hormigón con fibras comerciales y recicladas. ......................................................... 131 Figura 72. Consistencia de la mezcla, hormigón sin fibras. .......................................................................... 140 Figura 73. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras comerciales, compresión simple. .................... 142 Figura 74. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras comerciales, tracción indirecta y módulo de elasticidad. ..................................................................................................................................................... 142 Figura 75. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras comerciales, flexión. ....................................... 142 Figura 76. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras recicladas, compresión simple. ........................ 144 Figura 77. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras recicladas, tracción indirecta y módulo de elasticidad. ..................................................................................................................................................... 144 Figura 78. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras recicladas, flexión. .......................................... 144 Figura 79. Curado de cilindros sumergidos en agua. .................................................................................... 146 Figura 80. Curado de vigas envueltas en fundas plásticas. ........................................................................... 146 Figura 81. Cilindros a ser ensayados a compresión simple........................................................................... 147 Figura 82. Ensayo a compresión simple de cilindros. ................................................................................... 147 Figura 83. Diagrama esfuerzo vs tiempo, compresión simple. ..................................................................... 151 Figura 84. Ensayo a tracción indirecta de cilindros. ..................................................................................... 152 Figura 85. Forma de falla típica a tracción indirecta. ................................................................................... 152 Figura 86. Diagrama de barras, esfuerzo a tracción simple vs mezclas. ....................................................... 154

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Figura 87. Ensayo a flexión en vigas. ........................................................................................................... 155 Figura 88. Falla común en vigas a flexión. ................................................................................................... 155 Figura 89. Diagrama de barras, módulo de rotura a flexión vs mezclas. ...................................................... 157 Figura 90. Ensayo a compresión simple de cilindros, módulo de elasticidad. .............................................. 158 Figura 91. Diagrama de barras, resistencia a la compresión simple vs combinación de mezclas. ................ 160 Figura 92. Modulo secante, según norma ASTM C-469. ............................................................................. 161 Figura 93. Determinación del módulo de elasticidad. ................................................................................... 162 Figura 94. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CNM-1. .............................................. 164 Figura 95. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CNM-2. .............................................. 166 Figura 96. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CNM-3. .............................................. 168 Figura 97. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CCM-1. .............................................. 170 Figura 98. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CCM-2. .............................................. 172 Figura 99. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CCM-3. .............................................. 174 Figura 100. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CRM-1. ............................................ 176 Figura 101. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CRM-2. ............................................ 178 Figura 102. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CRM-3. ............................................ 180 Figura 103. Diagrama de barras, módulo de elasticidad vs combinación de mezclas. ................................. 181 Figura 104. Elaboración de probetas para el ensayo de adherencia. ............................................................. 182 Figura 105. Probetas para el análisis de adherencia. ..................................................................................... 182 Figura 106. Diagrama de barras, adherencia vs combinación de mezclas. ................................................... 183

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LISTA DE TABLAS Tabla 1. Consistencia de los hormigones ........................................................................................................ 19 Tabla 2. Módulos de elasticidad de áridos (Ea). ............................................................................................. 33 Tabla 3. Fibra "Sika Fiber Ms" ....................................................................................................................... 49 Tabla 4. Resultados compresión simple, mezclas con diferentes tipos de fibras recicladas. .......................... 58 Tabla 5. Tamaño de tamices árido fino NTE INEN 872. ................................................................................. 64 Tabla 6. Tamaño de tamices árido grueso NTE INEN 872. ............................................................................ 65 Tabla 7. Tamaño de la muestra para ensayo del árido grueso. ...................................................................... 66 Tabla 8. Ensayo de granulometría árido fino Nº 1. ........................................................................................ 67 Tabla 9. Ensayo de granulometría árido fino Nº 2. ........................................................................................ 68 Tabla 10. Ensayo de granulometría árido fino Nº 3. ...................................................................................... 69 Tabla 11. Ensayo de granulometría árido grueso Nº 1. ................................................................................. 70 Tabla 12. Ensayo de granulometría árido grueso Nº 2. .................................................................................. 71 Tabla 13. Ensayo de granulometría árido grueso Nº 3. ................................................................................. 72 Tabla 14. Ensayo de abrasión Nº 1. ................................................................................................................ 74 Tabla 15. Ensayo de abrasión Nº 2. ................................................................................................................ 75 Tabla 16. Propiedades del árido según su color. ............................................................................................ 76 Tabla 17. Resultado ensayo de colorimetría árido fino. ................................................................................. 77 Tabla 18. Peso específico del árido fino Nº 1.................................................................................................. 80 Tabla 19. Capacidad de absorción del árido fino Nº 1. .................................................................................. 80 Tabla 20. Peso específico del árido fino Nº 2.................................................................................................. 81 Tabla 21.Capacidad de absorción del árido fino Nº 2. ................................................................................... 81 Tabla 22. Peso específico del árido fino Nº 3.................................................................................................. 82 Tabla 23. Capacidad de absorción del árido fino Nº3. ................................................................................... 82 Tabla 24. Peso específico del árido grueso Nº 1. ............................................................................................ 83 Tabla 25. Capacidad de absorción del árido grueso Nº 1. ............................................................................. 83 Tabla 26. Peso específico del árido grueso Nº 2. ........................................................................................... 84 Tabla 27.Capacidad de absorción del árido grueso Nº 2. .............................................................................. 84 Tabla 28. Peso específico del árido grueso Nº 3. ........................................................................................... 85

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Tabla 29. Capacidad de absorción del árido grueso Nº 3. ............................................................................. 85 Tabla 30. Densidad aparente suelta del árido fino. ........................................................................................ 87 Tabla 31. Densidad aparente compactada del árido fino. .............................................................................. 87 Tabla 32. Densidad aparente sueltas del árido grueso. .................................................................................. 88 Tabla 33. Densidad aparente compactada del árido grueso. .......................................................................... 88 Tabla 34. Ensayo de densidad óptima de los áridos Nº 1. .............................................................................. 90 Tabla 35. Porcentaje máximo y óptimo Nº 1. .................................................................................................. 90 Tabla 36.Ensayo de densidad óptima de los áridos Nº 2. ............................................................................... 92 Tabla 37. Porcentaje máximo y óptimo Nº 2. .................................................................................................. 92 Tabla 38. Ensayo de densidad óptima de los áridos Nº 3. .............................................................................. 94 Tabla 39. Porcentaje máximo y óptimo Nº 3. .................................................................................................. 94 Tabla 40. Contenido de humedad del árido fino Nº 1. .................................................................................... 97 Tabla 41. Contenido de humedad del árido grueso Nº 1. ................................................................................ 97 Tabla 42. Contenido de humedad del árido fino Nº 2. .................................................................................... 98 Tabla 43. Contenido de humedad del árido grueso Nº 2. ................................................................................ 98 Tabla 44.Contenido de humedad del árido fino Nº 3. ..................................................................................... 99 Tabla 45. Contenido de humedad del árido grueso Nº 3. ................................................................................ 99 Tabla 46.Contenido de humedad del árido fino Nº 4. ................................................................................... 100 Tabla 47. Contenido de humedad del árido grueso Nº 4. .............................................................................. 100 Tabla 48. Contenido de humedad del árido fino Nº 5. .................................................................................. 101 Tabla 49. Contenido de humedad del árido grueso Nº 5. .............................................................................. 101 Tabla 50. Contenido de humedad del árido fino Nº 6. .................................................................................. 102 Tabla 51. Contenido de humedad del árido grueso Nº 6. .............................................................................. 102 Tabla 52. Ensayo de finura por tamizado del cemento Nº 1. ........................................................................ 104 Tabla 53. Ensayo de finura por tamizado del cemento Nº 2. ........................................................................ 104 Tabla 54. Ensayo de finura por tamizado del cemento Nº 3. ........................................................................ 104 Tabla 55. Densidad del cemento Lechatelier Nº 1. ....................................................................................... 106 Tabla 56. Densidad del cemento Lechatelier Nº 2. ....................................................................................... 106 Tabla 57. Densidad del cemento Lechatelier Nº 3. ....................................................................................... 106 Tabla 58. Resumen ensayo de granulometría árido fino. ............................................................................. 107

xviii

Tabla 59. Resumen ensayo de granulometría árido grueso. ......................................................................... 107 Tabla 60. Resumen ensayo de Abrasión. ....................................................................................................... 108 Tabla 61. Resumen ensayo de peso específico y capacidad de absorción. ................................................... 108 Tabla 62. Resumen ensayo de densidad aparente suelta y compactada. ...................................................... 109 Tabla 63. Resumen ensayo de densidad óptima. ........................................................................................... 109 Tabla 64. Resumen contenido de humedad para mezclas de prueba. ........................................................... 109 Tabla 65. Resumen contenido de humedad para mezclas definitivas. ........................................................... 110 Tabla 66. Resumen densidad del cemento. .................................................................................................... 110 Tabla 67. Nomenclatura para cilindros estándar. ........................................................................................ 112 Tabla 68. Nomenclatura para vigas estándar. .............................................................................................. 112 Tabla 69. Resistencia a la compresión del hormigón basada en la relación (W/C). .................................... 114 Tabla 70. Cantidad de pasta para el diseño de mezcla por densidad óptima. .............................................. 115 Tabla 71. Condiciones de diseño para mezclas de prueba. ............................................................................ 116 Tabla 72. Propiedades del los áridos y del cemento para dosificación. ....................................................... 116 Tabla 73. Resumen dosificación inicial, mezcla de prueba. .......................................................................... 118 Tabla 74. Mezcla de prueba para 9 cilindros................................................................................................ 119 Tabla 75. Mezclas de prueba, corrección por humedad. .............................................................................. 119 Tabla 76. Ensayo a compresión simple, mezcla de prueba. .......................................................................... 121 Tabla 77. Número de cilindros para mezclas de hormigón sin fibras. .......................................................... 127 Tabla 78. Número de vigas para mezclas de hormigón sin fibras. ................................................................ 128 Tabla 79. Dosificación de hormigón sin fibras para cilindros. ..................................................................... 129 Tabla 80. Dosificación de hormigón sin fibras para vigas. .......................................................................... 130 Tabla 81. Número de cilindros para compresión simple, con fibras comerciales y recicladas. ................... 131 Tabla 82. Dosificación de fibras metálicas para compresión simple. ........................................................... 132 Tabla 83. Dosificación de hormigón con fibras comerciales y recicladas para compresión simple. ........... 133 Tabla 84. Número de cilindros para tracción indirecta, con fibras comerciales y recicladas...................... 134 Tabla 85. Dosificación de fibras metálicas para tracción indirecta. ............................................................ 134 Tabla 86. Dosificación de hormigón con fibras comerciales y recicladas para tracción indirecta. ............. 135 Tabla 87. Número de cilindros para flexión, con fibras comerciales y recicladas. ........................................ 136 Tabla 88. Dosificación de fibras metálicas para flexión. .............................................................................. 136

xix

Tabla 89. Dosificación de hormigón con fibras comerciales y recicladas para flexión. .............................. 137 Tabla 90. Número de cilindros para módulo de elasticidad, con fibras comerciales y recicladas. .............. 138 Tabla 91. Dosificación de fibras metálicas para módulos de elasticidad. .................................................... 138 Tabla 92. Dosificación de hormigón con fibras comerciales y recicladas para módulos de elasticidad. ..... 139 Tabla 93. Propiedades del hormigón fresco, hormigón sin fibras. ............................................................... 141 Tabla 94. Propiedades del hormigón fresco, hormigón con fibras comerciales. .......................................... 143 Tabla 95. Propiedades del hormigón fresco, hormigón con fibras recicladas. ............................................ 145 Tabla 96. Ensayo a compresión simple, hormigón sin fibras. ....................................................................... 148 Tabla 97. Ensayo a compresión simple, hormigón con fibras comerciales................................................... 149 Tabla 98. Ensayo a compresión simple, hormigón con fibras recicladas. .................................................... 150 Tabla 99. Resumen ensayo a compresión simple. ......................................................................................... 151 Tabla 100. Ensayo a tracción indirecta. ....................................................................................................... 153 Tabla 101. Resumen ensayo tracción indirecta- ........................................................................................... 154 Tabla 102. Ensayo a flexión. ......................................................................................................................... 156 Tabla 103. Resumen ensayo a flexión. .......................................................................................................... 157 Tabla 104.Ensayo a compresión simple de cilindros, módulo de elasticidad. .............................................. 159 Tabla 105. Resumen ensayo a compresión simple de cilindros, módulo de elasticidad................................ 160 Tabla 106. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras cilindro CNM-1. ............................... 163 Tabla 107. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras cilindro CNM-2. ............................... 165 Tabla 108. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras cilindro CNM-3. ............................... 167 Tabla 109. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CCM-1. ....................... 169 Tabla 110. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CCM-2. ....................... 171 Tabla 111. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CCM-3. ....................... 173 Tabla 112. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CRM-1. ....................... 175 Tabla 113. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CRM2. ......................... 177 Tabla 114. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CRM-3. ....................... 179 Tabla 115. Resumen valores de módulos de elasticidad. .............................................................................. 181 Tabla 116. Ensayo de adherencia. ................................................................................................................ 183

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RESUMEN “ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL HORMIGÓN CON FIBRAS DE ACERO RECICLADO” AUTOR: Cando Lara Luis Fernando TUTOR: Ing. Moya Heredia Juan Carlos MSc.

La presente investigación tiene la finalidad de proporcionar información técnica como alternativa al uso de productos comerciales, en el cual se comprobará si la utilización de fibras metálicas recicladas puede reemplazar a las fibras metálicas comerciales utilizándolas para mejorar las propiedades físicas y mecánicas del hormigón. Se usarán fibras metálicas recicladas producidas como desperdicios de la industria metal mecánica, se analizarán las propiedades físicas y mecánicas de muestras de hormigón en estado fresco y endurecido en tres diferentes tipos de combinaciones: hormigón simple sin ningún tipo de refuerzo, hormigón con fibras metálicas comerciales y hormigón con fibras metálicas recicladas, de cada combinación se realizará ensayos de: compresión simple, tracción indirecta por el método Brasileño, ensayo a flexión y la determinación del módulo de elasticidad. En estado fresco se analizará las propiedades físicas: consistencia, homogeneidad y trabajabilidad, permitiendo conocer con estos parámetros la facilidad o dificultad de realizar la mezcla de hormigón con cada tipo de fibras. En estado endurecido las propiedades a ser analizadas serán: compresión simple, tracción indirecta, flexión y módulo de elasticidad con esto se determinará el comportamiento de cada tipo de fibra ante las cargas de servicio.

PALABRAS CLAVES: HORMIGÓN CON FIBRAS METÁLICAS / FIBRAS METÁLICAS COMERCIALES / FIBRAS METÁLICAS RECICLADAS / ELABORACIÓN DE MEZCLAS DE HORMIGÓN / COMPRESIÓN SIMPLE / TRACCIÓN INDIRECTA / FLEXIÓN VIGAS / MODULO DE ELASTICIDAD.

xxi

ABSTRACT

"ANALYSIS OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF CONCRETE WITH RECYCLED STEEL FIBERS" AUTHOR: Cando Lara Luis Fernando TUTOR: Ing. Moya Heredia Juan Carlos MSc

This research has the purpose of providing technical information as an alternative to the use of commercial products, which will check if the use of recycled metal fibers can replace to commercial metal fibers using them to improve the concrete properties. It will be use recycled metal fibers produced as waste from the metal-mechanical industry. The physical and mechanical properties of fresh and hardened concrete samples in three different types of combinations will be analyzed: plain concrete without any reinforcement, concrete with commercial metal fibers and concrete with recycled metal fibers. Tests of each combination of: simple compression, indirect tensile by the Brazilian method, flexural test and the determination of the modulus of elasticity will be carried out. In fresh state, it will analyze the physical properties: consistency, homogeneity and workability, allowing to know with these parameters the ease or difficulty of making mix concrete with each type of fibers. In hardened state properties to be analyzed will be: simple compression, indirect tensile, bending and modulus of elasticity, therefore it will determine the behavior of each type fiber taking account the service loads.

KEY WORDS: CONCRETE CON STEEL FIBERS/ COMMERCIAL METAL FIBERS/ RECYCLED METAL FIBERS / PREPARATION OF CONCRETE MIXTURES / SIMPLE COMPRESSION / INDIRECT TENSILE / FLEXING BEAMS / MODULUS OF ELASTICITY.

xxii

CAPÍTULO I

1 1.1

EL PROBLEMA INTRODUCCIÓN

La Ingeniería Civil es una profesión que abarca muchos campos de acción en los cuales se tiene que planificar, diseñar, administrar, gestionar, asesorar, investigar y ejecutar proyectos para el desarrollo de la sociedad (UCE, 2016). Dentro de estas actividades la investigación es base fundamental para mejorar las características mecánicas de los materiales que intervienen en los proyectos de infraestructura, buscando que sean más resistentes, menos pesados, más flexibles, o cumpliendo características especificas para cada condición planteada. El tema central de esta investigación es el hormigón, el mismo que desde la antigüedad se ha desarrollado gracias al conocimiento empírico, según (Nilson & Darwin, 2001, pág. 1) el hormigón es considerado como un material de construcción universal del cual se ha logrado obtener un conocimiento científico en base a la investigación. La característica principal del hormigón es su elevada resistencia a esfuerzos de compresión y prácticamente baja resistencia a esfuerzos de tracción, por esta última condición al hormigón generalmente se le asocia con el acero de refuerzo para tener un material que pueda ser usado en diferentes condiciones. En la actualidad existen materiales que se encargan en mejorar las propiedades del hormigón, esto se logra introduciendo en la matriz del mismo, productos de origen industrial como: fibras metálicas, fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de polietileno entre otras. Existe un sinfín de materiales que se pueden utilizar para mejorar esta propiedad del hormigón pero la más usada y de la cual se tiene productos comerciales son las fibras metálicas. Con el afán de contribuir al medio ambiente y a la vez mejorar las propiedades del hormigón, se busca emplear materiales alternativos que son caracterizados como desechos o desperdicios. En nuestro caso usar las fibras metálicas producida por los residuos de los talleres mecánicos del cual se puede visualizar un campo de acción muy amplio dentro de la construcción. 1

1.2

TEMA

“Análisis de las propiedades físicas y mecánicas del hormigón elaborado con fibras de acero reciclado” 1.3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Desde la antigüedad los seres humanos trataron de resolver sus necesidades en base al ingenio, utilizando su conocimiento empírico, creando y mejorando sus materiales de tal manera que cumpliera con sus requerimientos. Una de las problemática dentro de la Ingeniería Civil se centra en mejorar las características de los materiales, buscando utilizarlos como alternativos a los ya conocidos Desde la aparición del hormigón hidráulico en el siglo XIX (Harmsen, 2002, pág. 1), se presentó un desarrollo constructivo a gran escala, siendo el material de construcción que más se ha desarrollado. Pues bien el hormigón presenta propiedades favorables como: ser moldeable en su etapa de preparación, tener gran resistencia ante esfuerzos de compresión y ser un material relativamente económico (Ortega Garcia, 1988, pág. 11), pero como todo material también tiene sus desventajas, y la más desfavorable es que conserva una baja capacidad de resistir esfuerzos de tracción, por lo que esa fragilidad se convirtió en una de las razones para empezar a buscar métodos de reforzarlo. Debido al gran desarrollo de la industria metal mecánica, originado por el aumento de la producción y al incremento de procesos mecanizados, se observa que esta industria genera residuos metálicos con formas laminares, llamados comúnmente “virutas”. Analizando un poco el origen de estos residuos se determina que estas virutas son obtenidas de aceros de gran resistencia, superando incluso al acero de refuerzo convencional. Con estos puntos de vista nace la idea de analizar las propiedades físicas y mecánicas del hormigón elaborado con fibras de acero reciclado. Para validar el uso de las fibras metálicas recicladas como refuerzo en el hormigón es necesario estudiar el comportamiento de las fibras en el proceso de mezclado y en el estado de cargas de servicio, comparando su comportamiento con las fibras comerciales para tener un punto de referencia del comportamiento de las fibras metálicas como material de refuerzo en el hormigón. 2

1.4

JUSTIFICACIÓN

Es de interés mundial y local mantener un medio ambiente en condiciones aptas para las futuras generaciones, es por esto que hoy en día se pretende desarrollar técnicas constructivas que motiven la utilización de materiales reciclados dentro de las infraestructuras civiles, generando de esta forma menor volumen de desperdicios sólidos y el costo de los elementos estructurales. Una vez verificados los beneficios que traería en el desarrollo de la construcción el empleo de un hormigón especial utilizando los desperdicios metálicos, se considera de importancia proceder a realizar este proyecto de investigación de modo que sirva como empuje para futuras pruebas y análisis que ayuden a profundizar en el estudio de las fibras recicladas como refuerzo en el hormigón y de esta forma fijar conceptos capaces de justificar su uso. Mediante la incorporación de fibras se pretende mejorar las propiedades físicas y mecánicas del hormigón en estado fresco y en estado endurecido, con la finalidad de ser empleados en obra, generando beneficios económicos al emplear materiales que prácticamente son excluidos por la industria. Otro punto importante a destacar es minimizar la huella ambiental generada por los desperdicios metálicos que en mejor de los casos terminan reciclados o caso contrario terminan en botaderos de basura sin ningún tipo de control. El presente proyecto de investigación dará bases técnicas, a partir de pruebas de laboratorio y análisis comparativos entre: hormigón sin fibras, hormigón con fibras metálicas comerciales y hormigón con fibras metálicas recicladas. Estas comparaciones establecerán las ventajas, desventajas y la forma de utilización de los hormigones reforzados con fibras de acero reciclados. La utilización dentro del campo de la construcción se deberá llevar a cabo con un adecuado control de calidad tomando en cuenta las recomendaciones, desde el manejo y separación de las fibras recicladas hasta su dosificación y mezclado con los elementos constitutivos del hormigón, además hay que tener en cuentas las restricciones o inconvenientes de usar las fibras metálicas recicladas.

3

1.5

OBJETIVOS

1.5.1 OBJETIVO GENERAL 

Analizar las propiedades físicas y mecánicas del hormigón elaborado con fibras de acero reciclado.

1.5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Conocer el campo de aplicación de las fibras metálicas como refuerzo estructural dentro de la matriz de hormigón.



Definir los tipos de fibras comerciales y recicladas que van ser analizadas en la investigación.



Determinar las propiedades físicas y mecánicas de los áridos de la cantera “Cerro Negro” en base a los ensayos establecidos en la Norma Técnica Ecuatoriana (NTEINEN) y la American Society for Testing and Materials (ASTM).



Diseñar mezclas de hormigón para alcanzar la resistencia a la compresión f 'c = 24 MPa, utilizando el Método de la Densidad Óptima.



Establecer el porcentaje óptimos de fibras para los estados de esfuerzos de compresión, tracción, flexión y módulo de elasticidad.



Realizar la dosificación del hormigón para tres diferentes tipos de muestras: hormigón sin fibras, hormigón con fibras comerciales y hormigón con fibras recicladas.



Establecer las propiedades físicas y mecánicas del hormigón en estado fresco y endurecido para los tres diferentes tipos de muestras: hormigón sin fibras, hormigón con fibras comerciales y hormigón con fibras recicladas.

1.6

HIPÓTESIS 

Al introducir fibras metálicas recicladas a la mezcla de hormigón se logra mejorar las propiedades físicas y mecánicas en estado fresco y endurecido.

4

1.7

VARIABLES

1.7.1 OBJETO DE ESTUDIO 

El tema central de la investigación es el hormigón.

1.7.2 VARIABLE INDEPENDIENTE 

Introducción de fibras metálicas recicladas provenientes de la industria metal mecánica.

1.7.3 VARIABLE DEPENDIENTE 

Propiedades físicas y mecánicas en estado fresco y endurecido.

1.7.4 VARIABLES INTERVINIENTES 

Elementos constitutivos del hormigón (áridos, cemento, agua).



Caracterización de áridos.



Resistencia de diseño.



Dosificación.



Elaboración de probetas (cilindros, vigas).



Curado del hormigón.

VARIABLES

Objeto de estudio

Variable Independiente

Variable Dependiente

Hormigón

Fibras metálicas recicladas

Propiedades físicas y mecánicas

Figura 1. Identificación de variables de la investigación. Fuente: Autor.

5

CAPÍTULO II 2 2.1

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA PROPUESTA

HORMIGÓN

2.1.1 GENERALIDADES El hormigón es un material creado por el ser humano con características físicas y mecánicas de gran importancia dentro de construcción civil, según (Ortega Garcia, 1988, pág. 11) considera al hormigón como una piedra artificial; formada al mezclar apropiadamente cuatro componentes básicos: áridos (finos y gruesos), cemento, agua e involuntariamente se introduce aire. Las propiedades del hormigón dependen en gran medida de la calidad y proporciones de sus componentes en la mezcla. Adicionalmente se puede agregar a la mezcla de hormigón otros componentes que ayudan a adquirir propiedades especiales, dependiendo las condiciones de trabajo al cual estará expuesto durante su vida útil. Los elementos que generalmente se usan son: aditivos químicos, microsílice, limallas de acero, colorantes, acelerantes, retardadores de fraguado, fluidificantes, impermeabilizantes, fibras metálicas, fibras de vidrio, fibras de carbono, entre otros (Jiménez Montoya, García Meseguer, & Morán Cabré, 2000). Otra forma de modificar las propiedades físicas y mecánicas del hormigón

es reemplazando sus

componentes básicos por componentes con características especiales como áridos livianos, áridos pesados, cementos de fraguado lento, entre otros. La principal característica estructural del hormigón es que resiste muy bien los esfuerzos de compresión, teniendo en cambio muy poca resistencia a esfuerzos de tracción, flexión y cortante, por este motivo es habitual usarlo asociado al acero como parte complementaria para absorber esfuerzos en los cuales el hormigón no trabaja adecuadamente (Rochel Awad, 2007, pág. 12). Cuando se proyecta una estructura de hormigón el diseñador o el calculista establece las características que debe cumplir el hormigón dependiendo de los esfuerzos que deberá soportar y en función de las condiciones ambientales a la que estará expuesto. Al existir una gran variedad de escenarios de la misma forma el hormigón debe ajustarse a cada condición solicitada. 6

2.1.2 HISTORIA Y EVOLUCIÓN DEL HORMIGÓN De acuerdo a muchos historiadores se dice que al mismo tiempo que el hombre domino el fuego también descubrió el hormigón. Se cree que gracias al fuego que utilizaban los primitivos dentro de sus cavernas de piedras calcáreas, yeso y arcilla, se generaban altas temperaturas que transformaban la piedra en polvo. Luego, las piedras encontradas en el suelo, el polvo y el agua proveniente de lluvia se unirían formando una masa sólidamente cementada. “No hay forma de determinar la primera vez que se utilizó un material aglomerante, sin embargo hay vestigios que indican que la obra de hormigón más antigua fue construida alrededor de los años 5600 A.C. en las riberas del río Danuvio en Yugoslavia, en la localidad de Lepensky, Esta obra estaba conformada por los pisos de las chozas en un pueblo de la edad de piedra; construidos mediante la unión de tierra caliza, arena grava y agua; mezcla que puede ser considerada como un hormigón rudimentario” (Segerer, 2010) El primer registro del uso de hormigón en los tiempos modernos, se remonta a 1760 cuando, en Inglaterra, John Smeaton descubrió, mientras proyectaba el faro Eddystone , que una mezcla de caliza calcinada y arcilla daba lugar a un conglomerante hidráulico resistente al agua (SINC, 2016). En 1824, el Ingles Joseph Aspdin, inventa el cemento Portland calcinado una mezcla fina de caliza, previamente triturada, y arcilla. El 21 de octubre de 1824 lo patenta; siendo conocido Aspdin como el inventor del cemento Portland, aunque su método de fabricación fue conservado en secreto y solo se empleaba para producir ladrillos con apariencia de rocas. El nombre del cemento Portland, derriba por la coloración de las rocas calcáreas naturalmente arcillosas de las canteras existentes en la península de Portland ubicada al sur de Inglaterra (Espinal, 2016). El proceso de producción de cemento fue mejorado por Isaac Johnson en 1845 cuando logro con éxito fabricar este producto calcinando una mezcla de caliza y arcilla hasta la formación del Clinker, el cual después fue pulverizado obteniendo un compuesto fuertemente cementante (Lahmia, 2010).

7

El desarrollo del hormigón como material de construcción se afianzo realmente con la invención del hormigón armado, atribuida al jardinero Joseph Monier, quien en 1960 fabrico jarrones de mortero de cemento reforzado con alambre (Cehopu, 2010). En Francia 1887, Henri Le Chatelier establece diferentes óxidos para preparar cantidades específicas de cemento. Descubre que el clinker está compuesto fundamentalmente por tres componentes, llamándolos alita (silicato tricálcico), velita (silicato bicálcico) y celita (ferro aluminato tetracálcico y aluminato tricálcico) (Lahmia, 2010). De 1916 a 1925, comienza a evolucionar la industria del hormigón elaborado en todo el mundo, debido a sus múltiples beneficios, consistiendo fundamentalmente en fabricar el hormigón en una planta central y luego transportarlo en estado fresco a la obra. Luego con el avance tecnológico se logro producir grandes cantidades de hormigón desarrollando en mayor cantidad la industria de la construcción (Varona Moya, López Juárez, & Bañón Blázquez, 2012, pág. 7). En 1975 Canadá se construye la estructura más alta del mundo hasta el año 2010. Se trata de la CN Tower, en Toronto, de 458 metros de estructura de hormigón de alta resistencia. En este mismo año se construye el edificio más alto del mundo con estructura de hormigón. El Water Tower Place en Chicago tiene 260 metros de altura y se emplearon hormigones de 60 Mpa, utilizando por primera vez aditivos superfluidificantes; los cuales son el principal responsable de la aparición de hormigones de alto desempeño (Wikipedia, 2016). Hoy en día, los hormigones fabricados con cemento portland admiten múltiples posibilidades de aplicación. La diversidad de características pone al alcance de la sociedad una amplia gama de modalidades para escoger. Todas las gamas de hormigones han demostrado a lo largo del tiempo sus excelentes propiedades y su elevado grado de durabilidad y resistencia, lo que se puede constatar en todo el avance que ha logrado el hormigón desde sus inicios.

8

2.1.3 EL HORMIGÓN Y SUS COMPONENTES Muchos autores definen al hormigón como: “El hormigón es una mezcla formada por partículas sueltas e inertes de tamaño graduado (comúnmente arena y grava) que se mantienen unidas mediante un aglutinante” (Parker & Ambrose, 2008, pág. 15); “El hormigón es un material duro que tiene similitud a la piedra, que resulta al efectuarse un adecuado mezclado entre cemento, áridos (piedra y arena), agua y aire” (Ortega Garcia, 1988, pág. 1); “El hormigón es un material polifásico elaborado mediante una mezcla dosificada de cemento, agua, áridos y aditivos” (Varona Moya, López Juárez, & Bañón Blázquez, 2012, pág. 11); “El hormigón es un material semejante a la piedra que se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado, y agua” (Nilson & Darwin, 2001); “El hormigón es un material de construcción, no homogéneo, constituido por la mezcla de cemento, arena, cascajo y agua. El cemento es el material ligante; la arena y el cascajo son materiales de relleno, llamados también áridos; el agua es el elemento catalizador que reacciona con el cemento y hace que este desarrolle sus propiedades ligantes” (Rochel Awad, 2007, pág. 15) Como se puede observar cada autor tiene un criterio diferente con respecto a la definición del hormigón. Analizando todas estas definiciones se puede concluir que “El hormigón es una mezcla de materiales heterogéneos que se forma al mezclar: cemento, agua, áridos e involuntariamente aire. Además se pueden añadir aditivos o elementos adicionales que pueden dar propiedades mas especificas al hormigón”.

Figura 2. Materiales para la elaborar mezclas de hormigón. Fuente: (Historiay biografias, 2015)

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2.1.3.1 CEMENTO Es un material aglomerante que reacciona con el agua y tiene la capacidad de adherir y unir áridos (gruesos o finos) entre sí, para formar un elemento que es moldeable en su etapa inicial y solido después de haber fraguado. “Los cementos comunes o cementos Pórtland se obtienen por molturación conjunta de clínker Pórtland, una cantidad adecuada de regulador de fraguado y hasta un 5% de adiciones. La composición química de un cemento Pórtland corriente es la siguiente: cal combinada (62.5%), sílice (21%), hierro (2.5%) y alúmina (6.5%). El 7.5% restante se compone de: cal libre, óxido de magnésico, trióxido de azufre” (Varona Moya, López Juárez, & Bañón Blázquez, 2012, pág. 12).

Figura 3. Esquema de fabricación del cemento Pórtland. Fuente: (Foto Construcción, 2015)

En nuestro medio se elaboran diferentes tipos de cemento Pórtland, mismos que son empleados para satisfacer condiciones específicas a las cuales va a estar sujeto el hormigón. Las especificaciones estándar para los diferentes tipos de cementos y los métodos de prueba se encuentran en las Norma Técnica Ecuatoriana INEN 152. 

Tipo I: Para usarse cuando no se requieren las propiedades especiales especificadas para cualquier otro tipo.

10

Este tipo de cemento es usado cuando el hormigón no está sujeto a exposiciones específicas, tales como ataques de sulfatos del suelo o agua, sus usos incluyen pavimentos y veredas, concreto armado para edificios, puentes, estructuras de líneas férreas, tanques y reservorios, alcantarillas, tuberías de agua, unidades de albañilería, entre otros. 

Tipo IA: Cemento con incorporador de aire para los mismos usos del Tipo I, donde se desea incorporar el aire.



Tipo II: Para uso general, especialmente cuando se desea una moderada resistencia a los sulfatos o moderado calor de hidratación. Es usado donde no se requiere una excesiva protección contra ataques de sulfatos, este tipo de cementos usualmente generará menos calor de hidratación que el cemento Tipo I, puede ser usado en estructuras de masas de concreto considerables como son: grandes pilares, estribos voluminosos o gruesos muros de contención, su uso, en general será para reducir el calor de hidratación, la cual es importante en regiones cálidas.



Tipo IIA: Cemento con incorporador de aire para los mismos usos del Tipo II, donde se desea la incorporación del aire.



Tipo III: Para usarse cuando se desea alta resistencia inicial o temprana. Con resistencias iniciales altas generalmente menores a una semana, se usan cuando los encofrados tienen que ser retirados rápidamente. Este cemento produce un alto calor de hidratación, por lo cual es peligroso en estructuras masivas.



Tipo IIIA: Cemento con incorporador de aire para el mismo uso del Tipo III, donde se desea incorporación de aire.



Tipo IV: Para usarse cuando se desea bajo calor de hidratación. Se usan en elementos donde el calor de hidratación deben ser mínimos, desarrolla resistencias a largo plazo, se usa en estructuras masivas como presas de gravedad.



Tipo V: Para usarse cuando se desea alta resistencia a la acción de sulfatos. Este tipo de cementos son usados en hormigones que va a estar expuestos a una severa acción de sulfatos.

A los cementos Tipo: IA, IIA, y IIIA se les ha añadido pequeñas cantidades de materiales incorporadores de aire al clinker, durante la fabricación. Estos cementos producen hormigones con una mejor resistencia a la acción del congelamiento y deshielo. 11

2.1.3.2 ÁRIDOS Los áridos tienen dos usos principales dentro del campo de la Ingeniería Civil: como base para cimentaciones, y como materia prima para la fabricación de hormigón de cemento portland y hormigón asfáltico. Estos materiales provienen de fuentes naturales como: canteras de grava y piedra, pero también se los pueden obtener de los depósitos fluviales ubicados a orillas de los ríos. En nuestro medio existen plantas de trituración que se encargan de distribuir este material dependiendo del tamaño o características necesarias para cada obra.

Figura 4. Planta de trituración de áridos “COPETO”. Fuente: (Companìa Petreos del Toachi, 2016)

Los áridos empleados en la fabricación de hormigón generalmente son de dos tipos: áridos gruesos o gravas y áridos finos o arenas, los mismos que representan entre el “70 al 75% del volumen de la masa endurecida del hormigón y entre un 79% al 85% del peso” (Ortega Garcia, 1988, pág. 22). Al ocupar un gran volumen dentro de la masa de hormigón sus propiedades físicas y mecánicas tiene gran relación con su resistencia. Dentro de la masa de hormigón los áridos deben estar bien graduados, es decir con una composición de partículas grandes y pequeñas, distribuidas de tal forma que las partículas más pequeñas llenen los espacios que existen entre partículas grandes.

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2.1.3.3 AGUA La entidad nacional que regula la normativa para agua potable es la INEN a través de la NTE 1108, la cual indica los requisitos que deben cumplir para que el agua sea considerada como potable para consumo humano, la cual se aplica en servicios de abastecimiento públicos y privados a través de redes de distribución y tanqueros. Teniendo en cuenta el costo de la materia prima para la fabricación de hormigón el agua es el componente de más bajo costo, pero es un elemento tan importante como el cemento, debido a que la variación de su contenido en la mezcla, permite alcanzar resistencias deseadas, plasticidad, asentamiento y trabajabilidad. “Las impurezas del agua pueden presentarse disueltas o en forma de suspensión y pueden ser: carbonatos o bicarbonatos, cloruros, sulfatos, sales de hierro, sales inorgánicas, ácidos, materia orgánica, aceites, o sedimentos y pueden interferir en la hidratación del cemento, producir modificaciones del tiempo de fraguado, reducir la resistencia mecánica, causar manchas en la superficie del hormigón y aumentar el riesgo de corrosión de las armaduras” (Carrasco F. , 2013, pág. 1). En general, se establece que si el agua es potable, es adecuada para agua de mezclado, y una gran parte de los hormigones se elaboran con agua potable (Parker & Ambrose, 2008, pág. 31). Sin embargo, muchas aguas no aptas para beber son satisfactorias para el mezclado. En todo caso, las especificaciones establecen las cantidades máximas de impurezas que pueden ser aceptadas, dependiendo del tipo de hormigón a elaborar. Cuando existen dudas acerca de la calidad del agua de mezclado, se deben extraer muestras para someterlas a ensayos de laboratorio.

Figura 5. Agua con material disuelto Vs Agua potable. Fuente: (Prolab Biotecnologia, 2013)

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2.1.3.4 ADITIVOS “En las mezclas de hormigón se conoce como aditivo a aquellos materiales que sin ser cemento, áridos o agua, se encuentran introducidos en forma dosificada, con la finalidad de mejorar el comportamiento del hormigón o alguna propiedad de este” (Ortega Garcia, 1988, pág. 28). En el mercado existe gran variedad de productos con el nombre de acelerantes, retardantes, plastificantes, aireantes, curadoes, entre otros, mismos que sin un conocimiento en su utilización y dosificación pueden ocasionar varios problemas. Es así que a continuación se describirán las características de los aditivos más comunes según (Jiménez Montoya, García Meseguer, & Morán Cabré, 2000, págs. 39-47). 

Acelerantes

En ciertas condiciones climáticas y de trabajo, el hormigón puede tardar mucho en curarse, el acelerante permite un fraguado rápido, aumentando su resistencia en menor tiempo, logrando así ganar tiempo en la obra y acelerar el proceso constructivo. 

Retardantes

Mantienen la hidratación del hormigón, es usado para retardar el fraguado del hormigón y permitir un mayor lapso en el vertido del mismo, por ejemplo, cuando el hormigón premezclado debe transportarse a una mayor distancia o cuando se tienen superficies muy grandes de vaciado, en los cuales no conviene que el hormigón fragüe rápido. 

Plastificantes

Los plastificantes aumentan la trabajabilidad del hormigón fresco sin alterar la relación agua/cemento (A/C), mejora la docilidad del material fresco y por lo tanto permite menos esfuerzo de vaciado y colocación. 

Aireantes

Son incorporadores de aire, agregan y distribuyen micro burbujas de aire en el hormigón, es utilizado para hormigones sometidos a ciclos de hielo y deshielo donde el aire incorporado en el hormigón absorbe la expansión del hielo evitando fisuras o roturas del hormigón. La incorporación de aire disminuye la resistencia a la compresión del hormigón, por cada 1% de aire puede disminuir un 5% la resistencia a la compresión. Actualmente

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también se incorporan partículas de aire para fabricar elementos específicos debido a que ayudan a mejorar el aislamiento acústico y térmico. 

Curadores

Son usados para evitar la evaporación rápida del agua de amasado del hormigón durante el proceso de fraguado e inicio del endurecimiento, para evitar la aparición de fisuras tempranas por retracción. 2.1.3.5 AIRE ATRAPADO “Todo concreto tiene algo de aire, generalmente menos del 2% en el volumen, no obstante tenga una apariencia sólida” (Ortega Garcia, 1988, pág. 28). El contenido de aire no aporta características favorables al hormigón, sino que, por el contrario, reduce sus propiedades mecánicas, debido a que produce porosidades o vacíos, los mismos que pueden interconectarse entre sí, produciendo un hormigón más permeable y, por lo tanto más propenso a ser destruido por ataque del agua, aguas agresivas y congelamiento del agua. La formación de estos vacíos puede ser influenciada por la forma del árido, la cantidad de pasta, la relación agua-cemento y por los métodos de compactación. El aire atrapado puede ser eliminado en gran parte con una eficiente compactación. 2.1.4 PROCESOS DE MANEJO DEL HORMIGÓN 2.1.4.1 MEZCLADO DEL HORMIGÓN El proceso de mezclado consiste en unir todos los elementos que forman parte del hormigón hasta conseguir una masa uniforme. Dicho proceso se puede ejecutar de forma manual o utilizando una mezcladora mecánica. El mezclado manual del hormigón no es recomendable para la preparación de grandes volúmenes de hormigón debido a que se realiza grandes esfuerzos físicos y no se tiene un buen control de calidad. Se usa únicamente en casos en que el sistema mecánico no se pueda implementar y para pequeños volúmenes de hormigón. El mezclado a máquina asegura hormigones uniformes de manera económica. Las mezcladoras están constituidas, fundamentalmente, por un recipiente metálico denominado 15

tambor, provisto de paletas en su interior que son accionadas por un motor. La mezcla se efectúa cuando todos los elementos constitutivos del hormigón se encuentren dentro del tambor, cada elemento es elevado, vuelta a vuelta, por las paletas durante la rotación del tambor, de manera que en un cierto punto, en cada revolución, son vertidas hacia la parte inferior para mezclarse con las otras porciones, hasta constituir una masa homogénea. El tiempo requerido para producir de manera continua una mezcla homogénea, es una característica de cada tipo de mezcladora. Este valor, generalmente garantizado por el fabricante, y puede sufrir variaciones según: ‐

El tipo y tamaño del agregado.

‐

La cantidad de agua de mezcla.

‐

El porcentaje de finos de la arena.

En la práctica, la duración del mezclado se puede expresar ya sea en minutos o por el número de vueltas que debe realizar el tambor para producir una mezcla homogénea. 2.1.4.2 MANIPULEO, TRANSPORTE Y COLOCACIÓN Debe tenerse mucho cuidado en el proceso de manipulación, transporte y colocación del hormigón para mantener la uniformidad en toda su masa, de tal manera que todo el elemento a fundir sea homogéneo. El hormigón debe transportarse de modo que se prevenga la segregación y la pérdida de materiales teniendo en cuenta que la mezcla no debe permanecer más de una hora y media después de haberse llevado el proceso de mezclado, a menos que se haya incluido a la mezcla aditivos retardantes (Rochel Awad, 2007, pág. 5). La colocación debe efectuarse en forma continua mientras el hormigón se encuentre en estado plástico, en elementos en los cuales se lleven varios procesos de colocación se recomienda realizar el vaciado en capas horizontales que no excedan los 50 cm de espesor que serán unidas por vibración.

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2.1.4.3 COMPACTACIÓN O VIBRADO Este proceso tiene la finalidad de eliminar el exceso de aire atrapado en la mezcla, logrando una masa uniforme que se distribuya en el encofrado y alrededor del acero de refuerzo. La compactación puede efectuarse manualmente o haciendo uso de vibradores. Manualmente se logra introduciendo en la masa de hormigón una barra ligeramente afilada de madera o acero que pueda colarse entre el acero de refuerzo y el encofrado, esta barra tiene que ser de punta redondeada para facilitar el ingreso al hormigón y evitar el ingreso de aire. Los vibradores son equipos mecánicos que pueden ser eléctricos o de combustión (gasolina), en el mercado se encuentran de dos tipos: internos o de inmersión, externos o de superficie. Los primeros actúan sumergidos en el hormigón y son los más efectivos por estar en contacto directo con el hormigón fresco. Los vibradores externos se fijan en la parte exterior del encofrado que está en contacto con el hormigón y se usan en elementos que tengan profundidades menores a 30cm (Rochel Awad, 2007, pág. 5). 2.1.4.4 CURADO DEL HORMIGÓN Independientemente del cuidado que se tenga al dosificar, mezclar, colocar o transportar, solo se podrá obtener un hormigón de buena calidad cuando se toman las medidas necesarias para curar el hormigón. El curado es el proceso que busca mantener saturado el hormigón hasta que los espacios de cemento fresco, originalmente llenos de agua sean reemplazados por los productos de la hidratación del cemento. El curado pretende controlar la temperatura y la humedad interna del concreto. Busca, también, evitar la contracción de fraguado, hasta que el hormigón alcance una resistencia mínima que le permita soportar los esfuerzos (Rochel Awad, 2007, pág. 6). Existen diversos métodos para realizar el curado: curado con agua, con materiales sellantes y curado al vapor. El primero puede ser de cuatro tipos: por inmersión, haciendo uso de rociadores, utilizando coberturas húmedas. Es difícil establecer el tiempo de curado necesario, pero el ACI especifica un mínimo de 7 días para cemento Pórtland normal. 17

2.1.5 PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS Las propiedades físicas y mecánicas son características o cualidades básicas que presenta el hormigón y se pueden dividir en dos etapas: ‐

Hormigón fresco.

‐

Hormigón endurecido.

2.1.5.1 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO Se considera el estado de hormigón fresco como el tiempo que trascurre entre el momento en el que culmina su proceso de amasado manual o mecánico hasta que inicia el fraguado del cemento cuyo estado posee la capacidad para moldearse. Las características que debe tener una mezcla de hormigón en estado fresco dependerán de las condiciones de diseño que se pretende alcanzar. a) Consistencia. Es la capacidad que demuestra el hormigón en estado fresco a experimentar deformaciones y adaptarse a una forma específica (molde o encofrado) (Jiménez Montoya, García Meseguer, & Morán Cabré, 2000, págs. 75-76). Los factores que rigen este comportamiento están dados por: cantidad de agua, calidad de cemento, el tamaño, la forma y granulometría de los áridos y del posible uso de aditivos. El procedimiento más utilizado para determinar la consistencia de una muestra de hormigón es cuantificando el asentamiento mediante el empleo del cono de Abrams. Este método de ensayo esta estandarizado bajo la NTE INEN 1578 o su equivalente ASTM C 143, la misma que establece el equipo y el procedimiento que se debe emplear.

Figura 6. Cono de Abrams. Fuente: (Geo.Emv, 2016)

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Los hormigones se clasifican por su consistencia en secos, plásticos, blandos, fluidos y líquidos. Tabla 1. Consistencia de los hormigones CONSISTENCIA (S) Seca (P) Plástica (B) Blanda (F) Fluida (L) Liquida

ASENTAMIENTO 0 a 2 cm 3 a 5 cm 6 a 9 cm 10 a 15 cm > 16 cm

Fuente: (JIMENEZ, GARCÍA , & MORÁN, 2000, pág. 23).

Procedimiento para determinar el asentamiento (Polpaico, 2016). - Colocar el cono sobre una bandeja o placa rígida. - Llenar el cono en tres capas, compactando cada una de ellas con una varilla metálica de 16 mm de punta redonda, dando 25 golpes por capa. - Enrasar la superficie retirando el exceso de hormigón. - Sacar el molde con cuidado en dirección vertical. Esta operación debe realizarse en 5 ± 2 segundos sin mover el hormigón en ningún momento. - El asentamiento se mide como indica el gráfico # 7. Si la superficie del cono es irregular, el asentamiento se determina midiendo la diferencia de altura del molde y la del punto medio de la parte superior de la muestra después del ensayo.

Figura 7. Procedimiento para determinar el asentamiento. Fuente: (Construmatica, 2012)

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b) Trabajabilidad o docilidad. Es la facilidad que presenta una mezcla de hormigón en estado fresco de ser mezclado, manipulado, transportado y vaciado a su posición final. La trabajabilidad depende, de los siguientes factores (Burner, 2014): ‐ De la cantidad de agua de amasado. Cuanto mayor sea esta, mayor será su trabajabilidad. ‐ De la granulometría de los áridos, siendo más trabajable los hormigones cuyo contenido en arena es mayor. Pero por otra partea mayor cantidad de árido fino corresponde más agua de amasado necesaria y, por tanto, menor resistencia. ‐ La trabajabilidad es mayor con áridos redondeados que con áridos irregulares provenientes de la trituración de las rocas. ‐ La trabajabilidad aumenta con el contenido de cemento y con la finura de este. ‐ El empleo de un plastificante aumenta la trabajabilidad. La trabajabilidad depende también, de la forma y tamaño del molde y, de los medios de compactación disponibles; así, un hormigón de consistencia plástica puede ser ideal para su utilización como hormigón en masa en un pavimento, mientras que puede ser totalmente inadecuado para su empleo en una viga en sección en T fuertemente armada; en el primer caso el hormigón tendrá una buena trabajabilidad y en el segundo mala. c) Homogeneidad. El hormigón está constituido por sólidos muy diferentes y de un líquido, es un material heterogéneo, por ello, decir que debe ser homogéneo indica que debe ser uniformemente heterogéneo, es decir, que en cualquier parte de su masa los componentes del hormigón deben estar perfectamente mezclados y en la proporción prevista en el diseño de la mezcla. La mezcla adecuada de los componentes del hormigón y la homogeneidad de la masa se logra con un buen amasado pero, esta mezcla puede perderse durante el transporte, el vertido y durante el compactado, dando lugar a que los elementos constitutivos del hormigón tiendan a separarse unos de otros y a decantarse de acuerdo con su tamaño y densidad. 20

d) Uniformidad. Esta propiedad debe ser mantenida durante; el mezclado, la colocación y compactación del hormigón fresco, para lograr un hormigón con propiedades físicas y mecánicas homogéneas en toda su masa. La uniformidad puede variar por los fenómenos de segregación y exudación.

MEZCLA UNIFORME

MEZCLA NO UNIFORME

Figura 8. Uniformidad en la mezcla de hormigón. Fuente: (Bascoy & Fornasier, 2013)



Segregación: consiste en la separación de los elementos constituyentes de la mezcla de hormigón, de modo que la distribución de tamaños de las partículas dejan de ser uniformes. Las diferencias en tamaño y en densidad de las partículas son las causas principales de la segregación, pero su magnitud puede disminuirse con la selección de una granulometría adecuada. La segregación se presenta debido a las fuerzas internas causadas por el peso propio de los áridos que logra separarlos de la pasta y las fuerzas externas que actúan sobre el hormigón fresco que superan las fuerzas internas de cohesión, esto ocurre durante el transporte, colocación y vibrado. Como consecuencia de la segregación se tiene una gran concentración de agregado grueso en la parte inferior y en la parte superior concentración de agregado fino, originando puntos de baja resistencia (Ingeniero de caminos, 2016).

Figura 9. Segregación de los áridos. Fuente: (Ottazzi, 2010)

21



Exudación: es una forma especial de segregación, en la cual parte del agua de amasado tiende a ascender hacia la superficie del hormigón recién colocado, esto se debe a que el agua es el elemento de menor densidad de la mezcla y a la poca capacidad de la estructura granular para retenerla. Como consecuencias de la segregación se tiene en parte superior una relación agua – cemento mayor, es porosa y débil al desgaste (Ingeniero de caminos, 2016).

Figura 10. Efectos de la exudación en hormigón puesto en sitio y reposo. Fuente: (Carrasco F. , 2016)

e) Fraguado. Se define como fraguado al cambio de consistencia desde un estado fluido a rígido, este proceso es el resultado de reacciones químicas de hidratación entre los componentes del cemento y el agua. “Dentro del proceso general de endurecimiento se presenta un estado en que la mezcla pierde apreciablemente su plasticidad y se vuelve difícil de manejar; tal estado corresponde al fraguado inicial de la mezcla. A medida que se produce el endurecimiento normal de la mezcla, se presenta un nuevo estado en el cual la consistencia ha alcanzado un valor muy apreciable; este estado se denomina fraguado final” (Rochel Awad, 2007, pág. 6).

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2.1.5.2 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN ENDURECIDO. Se considera al hormigón endurecido a la etapa en la cual el hormigón alcanza cierta resistencia mecánica, comúnmente se conoce que a los 7 días de edad el hormigón debe alcanzar entre el 70% y 80% de su resistencia final, teniendo como punto de referencia para saber si se lograra obtener la resistencia de diseño. Las propiedades del hormigón endurecido se pueden clasificar en: propiedades físicas y propiedades mecánicas. Para analizar las propiedades mecánicas del hormigón endurecido es necesario realizar previamente probetas de prueba que serán ensayados en cada una de las condiciones de carga (compresión, tracción, flexión, deformación). Existen varias etapas que se deben llevar a cabo antes de ensayar las probetas, las normas INEN y ASTM establecen procedimientos para estandarizar los procesos. 

Muestreo del hormigón para preparación de probetas.

El muestreo consiste en tomar una porción representativa de todo el lote de hormigón, que va a ser utilizada para la preparación de probetas. Existen varios aspectos que se deben analizar dependiendo si es un hormigón premezclado o un hormigón mezclado en obra, para mayor información revisar la norma INEN 1763 o ASTM C-172. 

Preparación de especímenes o Probetas de ensayo.

En esta etapa se deben realizar procedimientos que garanticen la calidad del hormigón, uniformidad de probetas, tipo de probetas y el curado, la normas que se utilizan son ASTM C-31M, INEN 1578 o ASTM C-143, INEN 2528 o ASTM C-511. 

Ensayo de probetas.

Dependiendo la condición de carga se tendrán diferentes probetas y procesos de ensayo. Las probetas cilíndricas se deben ensayar de acuerdo a la norma INEN 1573 o ASTM C39M, las probetas prismáticas o vigas deben ensayarse bajo la norma ASTM C-78 para vigas simplemente apoyadas con la carga aplicada en el tercio medio, y finalmente para la tracción indirecta bajo la norma ASTM C-496M. 23

2.1.5.2.1 PROPIEDADES FÍSICAS a) Densidad Se define a la densidad como el peso por unidad de volumen. Depende de la densidad real y de la proporción en que participan cada uno de los diferentes materiales constituyentes del hormigón. Para los hormigones convencionales, formados por materiales granulares provenientes de rocas no mineralizadas de la corteza terrestre su valor oscila entre 2.35 y 2.55 Kg/dm3 (Construmatica, 2016). La densidad normalmente experimenta ligeras variaciones con el tiempo, las que provienen de la evaporación del agua de amasado hacia la atmosfera y que puede significar una variación de hasta un 7% de su densidad inicial. Esta puede ser variada artificialmente, ya sea por debajo o sobre los valores mencionados, constituyendo en este caso los denominados hormigones livianos o pesados, respectivamente (Construmatica, 2016). 

Hormigones livianos: Se obtienen por medio de la incorporación de aire, ya sea directamente en la masa de hormigón o incorporada en los áridos utilizando áridos livianos. Se utiliza principalmente cuando se desea obtener aislación térmica y acústica mayores a la del hormigón convencional.



Hormigones pesados: Se obtienen mediante el uso de áridos mineralizados, cuya densidad real es mayor que la de los áridos normales, se utiliza principalmente cuando se desea obtener aislación contra partículas radioactivas.

b) Compacidad Se encuentra íntimamente ligada a la densidad y depende del método de compactación aplicado. El objetivo de la compactación es que, en un volumen determinado se introduzca la mayor cantidad posible de áridos, logrando llenar los huecos con pasta de cemento para eliminar por completo las burbujas de aire.

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La relación directa que existe entre la compacidad del hormigón y su resistencia se debe al hecho de que al aumentar el volumen de material sólido en la mezcla, el volumen ocupado por el agua y el aire disminuye. Esto hace que se evidencie una mejor resistencia mecánica, aumenta la resistencia física y química, al tener menor cantidad de porosidades las vías de penetración de los agentes exteriores son mínimas (Construmatica, 2016).

c) Retracción El hormigón es un material inestable volumétricamente, este cambio que sufre el material se debe al proceso de fraguado, en la cual se produce una pérdida de agua. Dicha pérdida genera tensiones internas de tracción, que dan lugar a las fisuras por retracción. La fisuración por retracción plástica es la aparición de fisuras en la superficie expuesta de un elemento, cuando el hormigón se encuentra en estado plástico, en un periodo que va desde las primeras horas desde su colocación hasta que alcanza el término de fraguado. Su ocurrencia está asociada a condiciones ambientales que favorezcan altas tasas de evaporación del agua del hormigón (temperaturas extremas del aire o del hormigón, baja humedad relativa y viento), lo que induce el secamiento de la capa superficial expuesta, antes de que se alcance el término del fraguado (Construmatica, 2016). De acuerdo a varios autores se pueden identificar 3 formas de retracción (Jiménez Montoya, García Meseguer, & Morán Cabré, 2000): 

Retracción plástica: es aquella que produce un cambio volumétrico (en 1% del volumen total del cemento seco) en la pasta del hormigón (cemento más agua y árido fino). Esta es agravada por la evaporación del agua, produciendo agrietamientos superficiales.



Retracción autógena: se produce por los cambios volumétricos (retracciones y dilataciones) en el hormigón endurecido, también puede presentarse cuando se realiza un curado continuo, o cuando no se permite la circulación de humedad hacia dentro o hacia afuera.



Retracción por secado: se produce por la pérdida de agua en los poros y capilares en el hormigón.

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2.1.5.2.2 PROPIEDADES MECÁNICAS Es la capacidad que presenta el hormigón para soportar cargas, sin que se agriete o rompa, es de suma importancia debido a que estas propiedades se las usan con fines estructurales. a) Resistencia a la compresión El hormigón simple, es decir sin ningún tipo de refuerzo, es resistente a la compresión, pero ofrece baja resistencia a la tracción, lo cual limita su empleo como material estructural. Su determinación se realiza mediante ensayos normalizados en probetas cilíndricas cuyo procedimiento se describe en la norma ASTM C-31 y ASTM C-39, las cuales describen los procedimientos para: elaborar probetas y determinar la resistencia a compresión del hormigón usando muestras representativas de hormigón fresco. 

Resistencia característica: “es el valor que representa un grado de confianza del 95 por 100, es decir que existe una probabilidad de 0.95 de que se presenten valores individuales de resistencia de probetas más altos que fck (resistencia característica)” (Jiménez Montoya, García Meseguer, & Morán Cabré, 2000, pág. 85).



Resistencia media: media aritmética entre las resistencias a compresión obtenidas de varias muestras de hormigón.

Figura 11. Ensayo de resistencia a la compresión de cilindros de hormigón. Fuente: Autor

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b) Resistencia a la tracción Generalmente no se toma en cuenta la resistencia a tracción del hormigón para efectos estructurales, al no ser un material dúctil, no soporta esfuerzos a tracción, pero juega un papel importante en ciertos fenómenos como el análisis de fisuras, tensiones cortantes y problemas torsionales. La determinación de la resistencia a la tracción pura es muy difícil de llevar a cabo debido a las tensiones secundarias que se suelen introducir en los ensayos. Se puede determinar de forma indirecta la resistencia a la tracción del hormigón usando probetas cilíndricas que se someten a rotura por compresión diametral, este ensayo es conocido como ensayo Brasileño y permite determinar el valor de la tracción indirecta.

Figura 12. Ensayo a tracción indirecta método Brasileño Fuente: Autor

El ensayo se realiza mediante la norma ASTM C-496M y el esfuerzo de tracción (Ft) se determina con la siguiente expresión: 𝑓`𝑐 = Ft = Esfuerzo a tracción. P = Carga aplicada. Hc= Longitud del cilindro. D = Diámetro del cilindro. 27

𝑃 𝐴𝑐

c) Resistencia a la flexión La resistencia a la flexión del hormigón es una medida indirecta de la resistencia a la tracción , el parámetro que refleja este estado de carga se conoce como módulo de ruptura, se determina mediante ensayos a vigas prismáticas de hormigón simplemente apoyadas, aplicando cargas en los tercios de su claro de apoyo (ASTM C78) o carga en el punto medio (ASTM C293). Para determinar el valor numérico del módulo de ruptura se tendrá que analizar la posición de la falla, es así que si la fractura se inicia en la superficie de tensión dentro del tercio medio de la luz o longitud de separación entre los apoyos se calcula el módulo de ruptura con: 𝑀𝑟 =

𝑃∗𝐿 𝐵𝑣 ∗ 𝐻𝑣 2

Mr= Módulo de ruptura. P = Carga máxima aplicada indicada por la máquina de ensayo. L= Longitud de separación entre los apoyos. Bv= Base o ancho promedio de la viga. Hv= Altura o espesor promedio de viga.

Si la fractura ocurre en la sección de tensión fuera del tercio medio de la luz o longitud de separación entre apoyos por no más de 5% de la luz, calcular el módulo de ruptura con: 𝑀𝑟 =

3𝑃 ∗ 𝑎 𝐵𝑣 ∗ 𝐻𝑣 2

Mr= Módulo de ruptura. P = Carga máxima aplicada indicada por la máquina de ensayo. a= Distancia promedio entre la línea de fractura y el soporte más cercano medido en la superficie de tensión de la viga. Bv= Base o ancho promedio de la viga. Hv= Altura o espesor promedio de viga.

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d) Resistencia al desgaste. Esta propiedad del hormigón cobra importancia en los pavimentos de carreteras, pisos industriales, o en superficies que van a presentar un gran desgaste debido al rozamiento. En estas condiciones interesa que el hormigón tenga una gran resistencia al desgaste, para logar este objetivo primero es necesario emplear un hormigón seco, debido a que la lechada formada por la segregación genera una superficie débil, fácilmente desgastable por la presencia de agua en la superficie. Para garantizar de mejor manera una resistencia al desgaste se aplican revestimientos delgados de alta resistencia, que pueden ser morteros de cemento con árido fino especial, o un mortero especial de materiales plásticos como las resinas o epóxicos. e) Módulo de elasticidad. El hormigón es un material que no cumple con la ley de Hook (Esta ley afirma que la deformación elástica que sufre un cuerpo es proporcional a la fuerza que produce tal deformación, siempre y cuando no se sobrepase el límite de elasticidad), es decir no existe proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones, esto se evidencia al no presentar una línea recta en el origen del diagrama esfuerzos y deformaciones.

Figura 13. Módulo de elasticidad del acero laminado en caliente. Fuente: (Mecánica de materiales, 2011).

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En el diagrama de esfuerzos y deformaciones del acero laminado en caliente se pueden observar varias zonas características de las cuales tenemos: 

Una línea recta al comienzo del diagrama, lo cual significa que el material cumple con la ley de Hook, es decir el acero es perfectamente elástico en la zona elástica.



Hay una zona de fluencia, en donde las deformaciones se incrementan sin que aumente la carga, aquí empiezan las deformaciones plásticas.



Después de la fluencia es necesario incrementar la carga para que continúe el proceso de deformación, el material se endurece.



El diagrama llega hasta un punto máximo que es conocido como punto de inestabilidad. Luego la curva empieza a descender hasta que se rompe la pieza.

Para el acero laminado en caliente el Módulo de Elasticidad E, que representa una medida indirecta de la rigidez dentro de la zona elástica, se obtiene calculando la pendiente de la línea recta inicial, valida desde y hasta el límite proporcional. Hook encontró que prácticamente todos los materiales, tienen un comportamiento perfectamente elástico dentro de la zona proporcional. Pero hay que notar que existen materiales que siendo elásticos, no tienen una zona proporcional. El hormigón al no presentar una línea recta en el origen de su diagrama de esfuerzos y deformaciones, se lo considera como un material elasto-plástico en todo el rango de esfuerzos. Al no presentar una línea recta es difícil de determinar su Módulo de Elasticidad a comparación con el acero laminado en caliente.

Figura 14. Diagrama esfuerzos vs deformaciones típico del hormigón. Fuente: Autor

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Sin embargo es un parámetro necesario para diseñar estructuras de hormigón, para relacionarlo con el acero en el hormigón armado y calcular la rigidez de los elementos estructurales. En el transcurso de la historia del hormigón se han propuesto varios procedimientos para encontrar este valor, es así que tenemos varias propuestas para encontrar el valor numérico del módulo de elasticidad. Una de las primeras propuestas fue la de encontrar la pendiente de la recta tangente a la curva en el origen de coordenadas.

Figura 15. Módulo de Elasticidad en el origen de coordenadas. Fuente: Autor.

Luego para encontrar un valor más cercano al real se propuso encontrar el módulo secante (teoría elástica).

Figura 16. Módulo de elasticidad mediante secantes Fuente: Autor.

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La ASTM C-469 ha propuesto un procedimiento semejante al anterior, dibujando una cuerda a la curva entre ε=50mm millonésimos y σ=40% σr. Este método es el de mayor aplicación para la medida de la rigidez, el cual se lo realiza en el laboratorio a probetas cilíndricas a las cuales se someterán a cargas y se medirán las deformaciones.

Figura 17. Módulo de Elasticidad según ASTM C-469 Fuente: Autor.

A parte de los procesos descritos anteriormente, existen fórmulas expuestas por varios autores y normas que expresan el módulo de elasticidad en función de la resistencia característica. En nuestro país la INEN CPE INEN-NEC-SE-HM 26-4, en el Capítulo 4 : Estructuras de hormigón armado, establece el cálculo del módulo de elasticidad del hormigón y dice: “El módulo de elasticidad para el hormigón, Ec (GPa), se puede calcular como la raíz cúbica del módulo de elasticidad del agregado Ea (GPa), por la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión del hormigón f'c (MPa) y por el factor 1,15”. 3

𝐸𝑐 = 1.15 ∗ √𝐸𝑎 ∗ √𝑓′𝑐 Ec= Módulo de elasticidad para el hormigón (GPa) Ea= Módulo de elasticidad del agregado (GPa) f'c= Resistencia a la compresión del hormigón (GPa)

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Esta ecuación provee una mejor estimación de Ec para los materiales del Ecuador y será usada para la estimación de deflexiones ante cargas estáticas y a niveles de servicio de elementos a flexión de hormigón armado o pretensado. En la siguiente tabla, se presentan valores típicos del módulo de elasticidad de los áridos Ea, que se encuentran en el Ecuador: Tabla 2. Módulos de elasticidad de áridos (Ea). Tipo

Procedencia

Ea (GPa)

Caliza (Formación. San Eduardo)

Guayaquil-Guayas

67,9

Chert (Formación. Guayaquil)

Guayaquil-Guayas

15,8

Diabasa (Formación. Piñón)

Chivería-Guayas

89,3

Tonalita

Pascuales-Guayas

74,9

Basalto (Formación. Piñón)

Picoazá-Manabí

52,5

Basalto

Pifo-Pichincha

27,2

Ígnea (Andesitas, basaltos, Granodioritas)

Río Jubones-El Oro

110,5

Volcánica

La Península-Tungurahua

17,5

Fuente: (CPE INEN-NEC-SE-HM 26-4 Capítulo 4: Estructuras de hormigón armado, 2015)

En los modelos elásticos de estructuras que se diseñan para acciones sísmicas de acuerdo a los métodos de la CPE INEN-NEC-SE-DS 26-2, el módulo de elasticidad del hormigón Ec (GPa) será calculado para hormigones de densidad normal tal como sigue: 𝐸𝑐 = 4.7 ∗ √𝑓′𝑐 Ec = Módulo de elasticidad para el hormigón (GPa). f 'c =Resistencia a la compresión del hormigón (MPa).

33

2.2

HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS (HRF)

Durante las tres últimas décadas se ha producido un gran desarrollo en la industria de la construcción, desarrollo que ha alcanzado, no sólo a las técnicas de diseño y cálculo, sino también a la tecnología del hormigón y, por supuesto, al propio hormigón. El hormigón reforzado con fibras (HRF), es un material compuesto por fibras (metálicas, plásticas, fibras de vidrio, entre otros.) embebidas y distribuidas en la matriz de hormigón. Hay una serie de factores como la geometría de las fibras, su distribución y su densidad en la masa de hormigón, que caracterizan las propiedades y el comportamiento final de la misma. Las fibras son empleadas en aplicaciones estructurales en las cuales se requiere mejorar las características del hormigón como, reducir las fisuras que se generan por la retracción del hormigón, incremento en la durabilidad y reducción o eliminación del acero de refuerzo. La efectividad de las fibras está relacionada con la capacidad de dispersión, frecuencia de fibra y finura de éstas. Resulta obvio que en función de la dosificación, de las longitudes de fibra y de las propiedades de las mismas se confiere al hormigón propiedades distintas, de esta manera se acentúan más unas propiedades sobre otras en función de los distintos usos y aplicaciones del hormigón reforzado con fibras.

2.2.1 FIBRAS PARA HORMIGÓN La norma ASTM C 1116 define a las fibras como: "Filamentos finos y elongados en forma de haz, malla o trenza, de algún material natural o manufacturado que pueda ser distribuido a través de una mezcla de hormigón fresco." En el mercado existe una gran variedad de fibras elaboradas con diferentes tipos de materiales y

sección transversal, desde hace mucho tiempo el uso de este tipo de

hormigones ha representado una solución muy útil debido a que mejora las características del hormigón y lo convierten en un material que se puede acoplar a diferentes estados de servicio.

34

2.2.1.1 FIBRAS METÁLICAS Las fibras metálicas son filamentos de alambre de acero, deformados y cortados, que se adicionan al hormigón con el fin de mejorar sus propiedades, entre ellas: brindar mayor resistencia a la tracción, controlar la fisuración, mejora su tenacidad (energía total que se requiere para llevar a un elemento hasta la rotura), aumenta su resistencia al impacto (absorción de energía).

Figura 18. Fibras metálicas comerciales. Fuente: (LANZCO, 2016).

Comúnmente las fibras metálicas son fabricada en base al estiramiento y corte de alambres de acero de diámetros típicos que van desde 0.25 a 0.76mm. También existe la fibra de acero plana, producida por un proceso de laminado de alambres de acero, presentada en secciones transversales de 0.15 a 0.41mm de espesor, por 0.25 a 0.90 mm de ancho. Una fibra técnicamente más eficiente es la fibra de acero con extremos ensanchados de 0.15 a 0.30 mm de espesor, por 0.20 a 0.60 mm de ancho, debido a que proporcionan mayor adherencia, homogeneidad y trabajabilidad a la mezcla (Mármol Salazar, 2010).

Las aplicaciones del hormigón reforzado con fibras metálicas dependerán del servicio estructural que va a cumplir el elemento, en el cual se deberá aprovechar la fuerza de tracción estática y dinámica, las características de absorción de energía, tenacidad y resistencia a la fatiga. Para aprovechar en lo máximo las propiedades de este material es necesario conocer la variedad de productos y sus usos.

35

Las fibras metálicas se caracterizan por poseer ciertas propiedades en la conformación de la fibra, estos elementos definen el uso de cada tipo de fibra metálica, es así que tenemos (Mármol Salazar, 2010): 

Forma de las fibras (Ff)

Es la configuración exterior de la fibra, tanto longitudinal como transversal, incluido los posibles recubrimientos externos. Las fibras de acero pueden tener una gran variedad de formas: rectas, corrugadas, onduladas, con extremos curvos, dentadas, entre otros. Las secciones también pueden ser muy variadas: circulares, triangulares, rectangulares, planas, entre otros.

Figura 19. Forma geométrica de las fibras metálicas. Autor: (Mármol Salazar, 2010).



Longitud de la fibras

Se puede considerar dos tipos, la longitud de la fibra (L) que es la distancia entre los extremos de la fibra y la longitud desarrollada (Ld) cuando las fibras se deforman después del estiramiento. Los factores que indican la longitud máxima de las fibras que se puede usar en la mezcla de hormigón están dados por: tamaño máximo del árido, separación entre el acero de refuerzo, separación entre el encofrado. Para poder usar cualquier tipo de fibra, esta debe proporcionar fluidez en el elemento a fundir, de manera que no generen huecos o vacios.

36



Diámetro equivalente (De)

Es el diámetro de un círculo con un área igual al área media de la sección transversal de las fibras. Para fibras circulares, el diámetro equivalente es igual al diámetro de la fibra. Este diámetro equivalente se puede determinar mediante un método directo, un indirecto geométrico y un gravimétrico. El método directo establece que el diámetro equivalente es igual al diámetro nominal de las fibras, es aplicable para fibras provenientes de alambres de acero. Para el método indirecto geométrico el diámetro equivalente se determina en función de las dimensiones de las fibras con la siguiente formula.

𝐷𝑒 = √

4∗𝐴 𝜋

𝐴=𝑤∗𝑡

De= Diámetro equivalente A= Área de la sección transversal de la fibra w= Ancho de la fibra t= Espesor de la fibras El método gravimétrico se usa para fibras con sección variable, cualquiera que sea su forma longitudinal y se determina en función de su masa o peso.

𝐷𝑒 = 12.74 ∗ √

De= Diámetro equivalente m= Peso medio L= Longitud media de las fibras

37

𝑚 𝐿



Relación de aspecto o esbeltez

El término esbeltez o también denominado relación de aspecto es una característica física de la fibras metálicas, se obtiene al dividir la longitud (L) para el diámetro equivalente (De), y tiene relación directa con la ductilidad y la tenacidad del hormigón fibroreforzado. La relación de aspecto varía según la dimensión del elemento estructural a construirse, puesto que la distribución de las fibras en el hormigón no es uniforme, y por lo tanto una concentración apreciable de las fibras en la mezcla, ocasionaría una variación en las propiedades mecánicas del hormigón. Una relación de aspecto entre 100 y 200 es a menudo usada, con el fin de obtener mezclas homogéneas, y que por tanto, proporcionen mejores características de trabajabilidad.



Resistencia a la tracción de la fibra

Tensión o esfuerzo correspondiente a la carga máxima que la fibra puede resistir. Depende del material de fabricación y se calcula dividiendo el esfuerzo necesario a la ruptura por el área de la sección de la fibra. 

Dosificación de fibras

Las fibras en una mezcla de hormigón actúan como inclusiones rígidas con una gran área superficial y una geometría diferente a los áridos. No es de extrañar por tanto, que se reduzca la trabajabilidad de la mezcla, para evitar esto es necesario realizar las respectivas correcciones en la dosificación o agregar aditivos que mejoren su trabajabilidad. El contenido de fibras dentro de la masa de hormigón generalmente oscila entre el 0.25 y el 2%. El porcentaje menor es usado en losas con bajas prestaciones de carga y el límite superior es usado en elementos sometidos a esfuerzos de tracción y flexión. La pasta es otro elemento que hay que considerar al momento de dosificar, es aquí, que las fibras se adhieren, en investigaciones han determinado que “para hormigones convencionales se usa entre el 25 y 35% de pasta con respecto al volumen total, mientras que un hormigón armado con fibras precisa del 35 al 45% dependiendo del aspecto y el volumen de las fibras empleadas” (Fernández Cánovas, 1982).

38

2.2.1.2 FIBRAS SINTÉTICAS Son resultado del desarrollo de las industrias petroquímicas y textiles, las fibras que comúnmente se encuentran dentro de esta clasificación son: polietileno, polipropileno, poliéster, nylon carbón, acrílicas, entre otros. Se fabrican a partir de materiales sintéticos que pueden resistir el medio alcalino del hormigón, se añaden al hormigón antes o durante la operación de mezclado y no es necesario modificar la dosificación inicial de la mezcla. Para tener mayor información de este tipo de fibras revisar las normas ASTM C-1116 y ASTM C-1018.

Figura 20. Fibras sintéticas existentes en el mercado. Autor: (Mármol Salazar, 2010).

2.2.1.3 FIBRAS DE VIDRIO Las aplicaciones de las fibras encuentran en el refuerzo del hormigón un extenso campo de posibilidades, algunas de las cuales todavía sin estudiar o en proceso de estudio por las Universidades y Laboratorios en todo el mundo, dada la actual necesidad de materiales alternativos a los tradicionales y ante la gran familia de productos de fibra. 39

Las fibras de vidrio presentan un módulo elástico muy superior al de la mayoría de las fibras sintéticas, como las de polipropileno, pero menor que el del acero. Todas estas fibras (inorgánicas, orgánicas y metálicas) han sido estudiadas con profundidad, pero en el caso de las fibras de vidrio las publicaciones editadas han sido muy escasas lo que ha conllevado un menor conocimiento de su empleo, hasta de su existencia, entre los diseñadores, prescriptores, especificadores y fabricantes tanto de hormigón preparado como de hormigón para piezas prefabricadas en general. Todas las aplicaciones que pueden desarrollarse con este material, deben basarse en un estudio previo minucioso, en el que se consideren a los costos y a los beneficios que éste presenta. Con bajos porcentajes de fibras de vidrio que se incorporan al hormigón se puede incrementar significativamente la resistencia a la flexión, tensión e impacto, resultando productos de peso ligero y adecuadamente resistente.

Figura 21. Fibra de vidrio. Autor: (Mármol Salazar, 2010)

40

2.2.1.4 FIBRAS NATURALES Las fibras naturales se han usado como un material de refuerzo desde mucho, debido a las dificultades que presentaban en esos tiempos los materiales. Los ladrillos de barro reforzados con paja y morteros reforzados con pelos de caballo son claros ejemplos de cómo las fibras naturales se usaron como una forma de refuerzo. “Secciones de origen como coco, sisal, madera, caña de azúcar, yute, bambú, entre otros. Cuyos diámetros varían entre 0.5 y 0.2 mm, con valores de absorción superiores al 12%” (Sika, 2014). Entre las fibras naturales no procesadas tenemos: fibra de coco, bagazo de caña de azúcar, bambú, yute, madera y fibras vegetales. Entre las fibras naturales procesadas tenemos las fibras de madera. Este tipo de fibras presentan un gran problema con los componentes del hormigón, específicamente con la alcalinidad del cemento, es así que antes de poderlos utilizar en el hormigón es necesario realizar un tratamiento previo que garantice un buen comportamiento en la masa de hormigón en su etapa inicial y final.

Figura 22. La paja como material de refuerzo en el adobe Fuente: Autor

41

CAPÍTULO III 3

MATERIALES USADOS EN LA INVESTIGACIÓN

Los materiales usados en esta investigación fueron seleccionados tomando las consideraciones de calidad y el uso más frecuente en la construcción. Para tener una zona de estudio y poder cuantificar la cantidad de desperdicios producidos por la industria metal mecánica se seleccionó una ciudad en la cual se pueda medir y determinar los diferentes tipos de desperdicios de la industria metal mecánica que puedan ser reciclados. 3.1

ÁRIDOS PARA HORMIGÓN

Para fabricar hormigón es necesario de áridos finos y áridos gruesos, comúnmente en el área de la construcción estos son conocidos como arena y ripio respectivamente. Los áridos que se utilizarán para la fabricación del hormigón, en el presente proyecto de investigación son obtenidos de una cantera. Se considera como cantera a una explotación minera generalmente a cielo abierto, en la que se extrae ya sea de forma natural o de forma mecánica materiales pétreos de diferente granulometría.

Figura 23. Árido fino y árido grueso usados para la investigación Fuente: Autor.

42

3.1.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA El material pétreo, árido grueso (ripio) y el árido fino (arena), proviene de la cantera “Cerro Negro” ubicada en la Provincia de Chimborazo, Cantón Riobamba, sector de San Martín de Veranillo kilómetro 3.5. Se seleccionó esta cantera debido a que son los áridos más empleados en el Cantón y está ubicado dentro de la zona de estudio donde se obtuvieron las fibras metálicas recicladas.

Explotación minera Hnos. Castro Cerro Negro

Figura 24. Ubicación geográfica cantera “Cerro negro”. Fuente: (Google, 2016)

El área de la explotación minera presenta un tipo de terreno que varía de sinuoso a montañoso con numerosas depresiones, en las partes relativamente planas existen cultivos y en las partes altas existe presencia de matorrales secos.

Figura 25. Sectores aledaños al área de explotación Minera. Fuente: Autor.

43

El área de estudio está localizada dentro de la cuenca hidrográfica del “Río Pastaza”, en la subcuenca del Río Chambo y Guano, pertenecientes a la vertiente del Rio Amazonas. El clima del sector es por lo general frío y consta de dos estaciones, una húmeda y otra seca,

los vientos pueden producir una sensación térmica de casi 0 °C, pero su temperatura promedio es 13 °C, en algunas épocas del año la máxima temperatura puede alcanzar entre los 25 °C a 27 °C. La región presenta precipitaciones medias anuales de 500 a 1000 mm, características que corresponde a una típica región fría-húmeda.

3.1.2 CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS La geología comprende el análisis de la estructura interna de la corteza terrestre, su formación y los procesos por el cual ha evolucionado a lo largo de todo su tiempo geológico. El Cantón Riobamba cuenta con recursos naturales no renovables: minerales y pétreos, cuyas canteras se localizan en todas las parroquias rurales. La cantera se encuentra bajo la formación geológicas Riobamba, que comprende un área de 10381,02 Ha está conformada por flujos de lodo (lahares); esta formación está presente en las parroquias de Calpi, Licán, Riobamba, San Luis y Cubijíes, corresponde al período Cuaternario del Pleistoceno.

Figura 26. Columna estratigráfica en la zona de influencia de la cantera "Cerro negro" Fuente: (Palacios, 2008)

44

3.1.3 EXPLOTACIÓN MINERA Los recursos no renovables pétreos como la puzolana, pómez, caliza, feldespatos, piedra, arena, grava y arcilla generalmente son extraídos a cielo abierto, utilizando maquinaria pesada como payloaders y volquetas; su comercialización es a nivel cantonal y satisface los requerimientos del sector de la construcción.

Figura 27. Zona de explotación minera "Cerro Negro" Fuente: Autor

Figura 28. Área de explotación minera" Cerro Negro" Fuente: (Google, 2016)

45

A parte de la explotación en bruto de los materiales pétreos, esta mina tiene un proceso secuencial que ayuda a mejorar los trabajos de explotación. Este proceso consta de la explotación del material, el tamizado o la trituración, la separación, el almacenamiento y por último la distribución final a la obra. La demanda de producción de la mina es de 176 m3 al día, mismo que se encuentra distribuido en: 60% de arena, 40% ripio y 10% de piedra bola, aproximadamente. Para lograr la producción de todo este material cuentan con: 5

cargadoras frontales, 20

volquetas de 8 m3, 5 tractores de oruga, 4 tamices de diferente abertura y de gran longitud, 4 silos o tolvas de 4 m3 de capacidad, 3 trituradoras de quijada con capacidad de molienda de 8 ton/día. 3.2

CEMENTO

Para la investigación se utilizó el cemento “HOLCIM FUERTE”, cemento utilizado para la construcción en general TIPO GU que se elabora en presentaciones de 50 Kg, con fecha de elaboración 11/07/2016, y cumple con la NTE INEN 2380.

Figura 29. Cemento "HOLCIM TIPO GU" Fuente: Autor.

46

La empresa que fabrica este cemento es HOLCIM, la cual define como cemento hidráulico al cemento que fragua y endurece por reacción química con agua y es capaz de hacerlo aún bajo el agua.

“En cambio a los cementos portland se los define como un cemento

hidráulico producido por pulverización del clínker, que consiste esencialmente de silicatos cálcicos hidráulicos y que usualmente contiene uno o más de los siguientes elementos: sulfato de calcio, hasta 5% de piedra caliza y adiciones de proceso” (HOLCIM, 2016). Para la fabricación del cemento cuentan con una planta ubicada en la ciudad de Guayaquil en el km 18.5 de la vía a la Costa. Disponen de un laboratorio de control que garantiza todo el proceso de fabricación desde extracción de la caliza hasta su almacenamiento y envasado. De acuerdo a las normas de calidad del cemento la empresa cumple con las mormas: NTE INEN 2380 (ASTM C-1175), además todas las plantas cuentan con certificaciones internacionales ISO 9001:2008, ISO 14001:2004 y OHSAS 18001:2007, las mismas que garantizan la calidad del cemento. La gama de productos que fabrica “HOLCIM” son:

Figura 30. Gama de productos cemento "HOLCIM" Fuente: (HOLCIM, 2016).



Holcim Fuerte Tipo GU: Está diseñado para todo tipo de construcción en general, contando como principales características su resistencia, durabilidad y destacado desempeño que cumple y excede los estándares de la NTE INEN 2380.

47



Holcim Premium Tipo HE: Está fabricado para obtener altas resistencias iniciales y es ideal para edificaciones y sistemas industrializados; debido a que su destacado desempeño cumple y excede los estándares de la NTE INEN 2380.



Holcim Ultra Durable GU HS: para aplicación en estructuras con alta exposición a ataques de sulfatos.



Holcim Base Vial Tipo MH: Es un cemento de moderado calor de hidratación, desarrollado especialmente para generar las resistencias adecuadas que permitan mejorar y estabilizar suelos mediante el uso del material disponible en sitio, reducir los costos de construcción, conservar el ambiente y mejorar la calidad y durabilidad de los caminos.

3.3

FIBRAS METÁLICAS COMERCIALES

Las fibras comerciales utilizadas son macro fibras sintéticas onduladas para refuerzo de hormigón “Sika Fiber Ms”, cumplen con la norma ASTM C-1116 y ASTM C-1399, la cual está diseñada para uso como refuerzo secundario.

Figura 31. Fibra metálica comercial. Fuente: Autor

Este tipo de fibras tienen uso recomendado para las siguientes aplicaciones: hormigones y morteros proyectados, pavimentos industriales, reemplazo de mallas de acero de refuerzo secundario, sobrelosas.

48

Esta fibra puede ser usada como una alternativa simple y segura al refuerzo de temperatura contra el agrietamiento (malla de acero), no se oxida y es resistente a los álcalis del hormigón, individualmente cada fibra se dispersa uniformemente en la mezcla de hormigón durante el proceso de mezclado sin producir grumos. No absorbe agua y tampoco influye en el proceso de fraguado del hormigón. Como ventajas de usar este tipo de fibras tenemos: ‐

Reduce la fisuración por retracción plástica.

‐

Provee un refuerzo multidimensional.

‐

Mejora la resistencia a flexión.

‐

Mejora resistencia a tracción.

‐

Mejora la resistencia al impacto y al desgaste del hormigón.

‐

Mejora la durabilidad y la tenacidad del hormigón.

‐

Aumenta la impermeabilidad.

‐

Reemplaza las mallas de refuerzo secundario con las fibras de acero.

Como datos técnicos del producto tenemos: Tabla 3. Fibra "Sika Fiber Ms"

Longitud

38mm

Tipo de fibras

Macro fibras sintética

Densidad

0.91

Absorción de agua

0%

Resistencia a álcalis

Excelente

Punto de fusión

160 ºC

Punto de ignición

590 ºC

Fuente: Catálogo de productos “Sika Fiber Ms”

La dosificación establecida por el catálogo del producto especifica usar de 0.9 a 4.5 Kg por cada m3 de hormigón, para obtener el equivalente de a 0.1% de fibras en volumen de hormigón, debe usarse una dosis mínima de 1.8 Kg por m3.

49

3.4

FIBRAS METÁLICAS RECICLADAS

Las fibras metálicas recicladas son obtenidas de los desperdicios generados por la industria metal mecánica, específicamente por los tornos. La zona de estudio es la ciudad de Riobamba, misma que cuenta con 18 locales dedicados a esta actividad comercial, ubicados en diferentes puntos de la ciudad. El desperdicio generado (viruta metálica) es almacenado y colocado en lugares de acopio para posteriormente ser llevados a las recicladoras. Debido al gran volumen que ocupan las fibras, los propietarios deben deshacerse rápidamente de estos residuos, en algunos de los casos al no existir ningún tipo de control les resulta fácil colocar en los depósitos de basura domésticos, terminando finalmente en el los botaderos de basura o rellenos sanitarios sin ningún tipo de control. Cabe mencionar que los desechos metálicos son considerados como materiales peligrosos y necesitan un tratamiento específico. En la ciudad de Riobamba las personas que se dedican a reciclar este tipo de materiales son conocidos como “chatarreros”, mismos que pasan periódicamente (de 3 a 4 veces por mes) por las calles comprando materiales u objetos que tengan metales de cualquier tipo de aleación, el metal con mayor valor es el cobre y el más común es el acero. Todos los residuos metálicos terminan en las recicladoras. En la ciudad de Riobamba existen dos recicladoras de acero pertenecientes a la empresa Novacero S.A, en el cual se compran los residuos metálicos al peso, luego este material es almacenado, comprimido y guardado. Una vez alcanzada la capacidad de las recicladoras, llegan camiones de gran tamaño que transportan todos los residuos metálicos a la planta Novacero S.A, ubicada en la ciudad de Latacunga, la misma que se encarga del tratamiento de este tipo de materiales mediante la fusión de chatarra. El objetivo de este proyecto de investigación es reducir de alguna manera la huella ambiental generada por los desperdicios metálicos (virutas de acero), reutilizando este tipo de material en la fabricación de hormigón reduciendo así el volumen total de desperdicios. En el hormigón estas virutas cumplirán la función de mejorar las propiedades físicas y mecánicas. 50

3.4.1 TORNO Se denomina torno (del latín tornus, que significa giro, vuelta) a un conjunto de máquinas herramienta que permiten mecanizar piezas de forma geométrica de revolución. . Es una de las más antiguas creadas por el ser humano y a la vez de gran importancia. El torneado consiste en arrancar viruta por medio de una cuchilla

que avanza

longitudinalmente mientras la pieza gira accionada por el torno. El movimiento principal en el torneado es de rotación y lo lleva la pieza, mientras que los movimientos de avance y penetración son generalmente rectilíneos y los lleva la herramienta.

Figura 32. Torno, equipo de uso común y equipo moderno. Fuente: Autor.



Elementos del torno.

Este equipo está compuesto por varios elementos que actúan simultáneamente para dar forma a la pieza. ‐

La bancada: es la base o apoyo del torno, es pesada y fundida de una sola pieza. Es la "espina dorsal" del torno debido a que sostiene y soporta todas las demás partes

‐

Las guías: servir de perfecto asiento y permitir un deslizamiento suave y sin juego al carro contra el cabezal fijo. 51

‐

Cabezal fijo: proporciona un movimiento rotatorio o circular, el cual es accionado por un motor, en su interior se coloca la pieza que es fijada con ayuda de mordazas.

‐

Plato de mordazas: sujeta la pieza de trabajo en el cabezal y transmite el movimiento.

‐

Cabezal móvil: su movimiento es lineal, permite acercar o alejar la pieza, puede tener movimientos manuales o semiautomáticos.

‐

Cabezal de cuchilla: en esta se colocan las cuchillas, el tipo de cuchilla depende del tipo de desgaste que se pretenda dar a la pieza.

‐

Mandos de control: existen dos, el primero permite controlar el cabezal móvil, sus movimientos son milimétricos y se puede controlar la velocidad de avance. El segundo controla el cabezal de la cuchilla permitiendo un acercamiento a la pieza tanto frontal como lateral.

‐

Refrigerante: cumple la función de refrigerar la pieza que se está mecanizando por el arranque de viruta y a la vez protege a la cuchilla.

El conjunto de todos estos

elementos permiten al torno realizar las siguientes

operaciones: ‐

Cilindrado: consiste en la disminución del diámetro de la pieza colocándose la cuchilla perpendicular a la pieza.

Figura 33. Proceso de cilindrado en un torno. Fuente: Autor.

52

‐

Refrentado: consiste en una reducción de la longitud de la pieza, se consigue cuando la cuchilla se coloca frontalmente con respecto a la pieza. El problema de este proceso es que la velocidad de corte en el filo de la herramienta va disminuyendo a medida que avanza hacia el centro, lo que ralentiza la operación.

Figura 34. Proceso de refrentado en un torno. Fuente: Autor.

‐

Roscado: permite la obtención de roscas, tornillos en el caso de roscado exterior y tuercas en el caso de roscado interior, esto se logra con la ayuda de las chuchillas que tienen las dimensiones pre definidas.

Figura 35. Proceso de roscado en un torno. Fuente: Autor.

53

Tronzado: permite cortar o ranurar la pieza perpendicularmente al eje de rotación, es una variante del cilindrado con la diferencia que en esta la cuchilla permanece estática y la profundidad de corte es mayor.

Figura 36. Proceso de tronzado en un torno. Fuente: Autor.

‐

Taladrado: es la operación que consiste en efectuar un hueco cilíndrico en un cuerpo mediante una herramienta de denominada broca, esto se hace con un movimiento de rotación.

Figura 37. Proceso de taladrado en un torno. Fuente: Autor.

54

3.4.2 TIPOS DE VIRUTAS GENERADOS POR EL TORNO De cada pieza que se pretenda moldear se obtiene un tipo diferente de viruta, pero a partir de la apariencia de la misma se puede obtener información importante del proceso de corte, debido a que algunos tipos de viruta indican cortes más eficientes que otros. La forma que toma la viruta se debe principalmente al material que se está cortando y puede ser tanto dúctil, quebradiza o frágil. El avance con el que se trabaje y la profundidad de pasada suelen determinar en gran medida la forma de la viruta.

Figura 38. Virutas generadas por el torno. Fuente: Autor.

El tipo de viruta depende de las siguientes condiciones: ‐

Tipo de material: referido al tipo de acero de la pieza, dependiendo así de la dureza y la resistencia al desgaste que presente.

‐

Geometría de la herramienta de corte: tipo de cuchilla empleada así como la inclinación adoptada y su posición con respecto a la pieza.

‐

Condiciones de maquinado: profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de corte. 55

En general, es posible diferenciar cuatro tipos de viruta que generalmente se pueden producir: 

Viruta escalonada.

Se forma al trabajar aceros de dureza media, aluminio y sus aleaciones con una velocidad media de corte: Esta representa una cinta con la superficie lisa por el lado de la cuchilla y dentada por la parte exterior. •

Viruta continua.

Este tipo de viruta, el cual representa el corte de la mayoría de materiales dúctiles que permiten al corte tener lugar sin fractura, es producido por velocidades de corte relativamente altas, grandes ángulos de ataque (entre 10º y 30º) y poca fricción entre la viruta y la cara de la herramienta. •

Viruta fraccionada.

Este caso representa el corte de la mayoría de los materiales frágiles tales como el hierro fundido y el latón fundido; para estos casos, los esfuerzos' que se producen delante del filo de corte de la herramienta provocan fractura. Las virutas discontinuas también se pueden producir en ciertas condiciones con materiales más dúctiles, causando superficies rugosas. Tales condiciones pueden ser bajas velocidades de corte o pequeños ángulos de ataque en el intervalo de 0° a 10° para avances mayores de 0.2 mm. El incremento en el ángulo de ataque o en la velocidad de corte normalmente elimina la producción de la viruta discontinua. 

Viruta en forma de zuncho.

Este tipo de virutas se obtienen del proceso de taladrado el cual consiste en la extracción de material o viruta mediante el giro e introducción de la broca en la pieza para la obtención de agujeros redondos.

56

3.4.3 SELECCIÓN DE VIRUTAS PARA LA INVESTIGACIÓN La variedad de virutas metálicas depende de gran medida del tipo de acero y del tipo de desgaste que realice el torno, de este gran numero de combinaciones es necesario determinar las fibras más adecuadas para realizar la investigación. Como se pretende realizar una comparación con las fibras comerciales, nuestras fibras recicladas deben adoptar la forma de las fibras comerciales. De toda la clasificación de las virutas de acero encontradas en los tornos se procederá a realizar una selección inicial, separando las virutas con similares formas y tamaños, esto se realizará para poder seleccionar las fibras que presentan mejores condiciones en el hormigón, las virutas se transforman a fibras cuando son cortadas en pedazos que permiten ser trabajados en el hormigón. De esta selección se obtuvieron 4 tipos de fibras diferentes, entre ellas: fibras sin seleccionar, fibras escalonadas, fibras continuas, fibras en forma de zuncho.

Figura 39. Fibras seleccionadas de las virutas de acero. Fuente: Autor.

57

3.4.4 DETERMINACIÓN DE FIBRA ÓPTIMA Para estimar la mejor fibra se procederá a realizar mezclas de prueba, elaborando cilindros para ser ensayados

a compresión simple. Los parámetros de diseño de la mezcla

corresponden a la dosificación de prueba y se ensayaron a los 7 días de edad. Los resultados obtenidos se indican en la siguiente tabla:

Fecha de ensayo 30/06/2016

Cilindros con fibras de prueba

Nombre Cilindro CPFSS1 CPFSS2 CPFSS3 CPFE1 CPFE2 CPFE3 CPFC1 CPFC2 CPFC3 CPFZ1 CPFZ2 CPFZ3

Fecha de elaboración 23/06/2016

Tabla 4. Resultados compresión simple, mezclas con diferentes tipos de fibras recicladas. Número de días 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7

D cm 10.4 10.3 10.4 10.5 10.5 10.4 10.4 10.4 10.3 10.4 10.5 10.4

H

A

cm 20.1 20.0 20.0 20.0 20.1 19.9 20.0 20.0 21.1 19.9 20.2 20.1

V 2

cm 84.95 83.32 84.95 86.59 86.59 84.95 84.95 84.95 83.32 84.95 86.59 84.95

Minicial 3

cm 1707.47 1666.46 1698.97 1731.80 1740.46 1690.48 1698.97 1698.97 1758.11 1690.48 1749.12 1707.47

g 3828 3807 3817 3844 3862 3954 3964 3843 3984 3793 3909 3851

Fuente: Autor.

‐

Cilindros de prueba con fibra sin seleccionar (CPFSS).

Figura 40. Fibras sin seleccionar. Fuente: Autor.

58

Dc g/cm 2.24 2.28 2.25 2.22 2.22 2.34 2.33 2.26 2.27 2.24 2.23 2.26

3

Carga

Esfuerzo

Kg 11860 12510 12180 15400 15360 15280 16470 16810 16640 16360 16280 16320

Kg/cm2 139.61 150.14 143.38 177.85 177.39 179.87 193.88 197.88 199.71 192.59 188.01 192.12

Esta mezcla de prueba (CPFSS) contiene fibras metálicas que se caracterizan por tener todo tipo de viruta dispersa en todo su volumen. Al ensayar estos cilindros se obtuvieron resistencias bajas con un promedio de 144.38 Kg/cm2. La baja resistencia se debe a que las fibras involuntariamente incorporan aire dentro de la mezcla, esto se evidenció cuando se rompieron los cilindros de prueba, en el cual existían huecos y las fibras no se distribuían uniformemente en la mezcla, esto también se puede observar en su densidad, debido a que presentan los menores valores de todas las mezclas. Otro punto que hay que considerar es la dispersión de resultados, es decir no se obtienen valores similares de esfuerzos, debido a que las fibras no trabajan uniformemente en el cilindro de prueba. ‐

Cilindros de prueba con fibras escalonadas (CPFE).

Las fibras utiizadas para realizar estos cilindros (CPFE) se obtuvieron de filamentos largos provenientes de virutas tipo escalonadas, estas virutas poseen un lado liso y el otro rugoso, de los 4 tipos de fibras estas son las más quebradizas al momento de manipularlas, razón por la cual no es posible obtener fibras mayores a 5cm.

Figura 41. Fibras escalonadas. Fuente: Autor.

59

Para esta mezcla se empleo fibras de 1cm de longuitud y se logro obtener una resistencia promedio de 178.37 Kg/cm2. Hay que considerar la fragilidad de estas fibras cuando esten sometidas a esfuerzos de tracción indiretas y flexión. ‐

Cilindros de prueba fibras continuas (CPFC).

Figura 42. Fibras continuas. Fuente: Autor.

Las fibras utilizadas en estas mezclas (CPFC), provienen de virutas tipo continuas, se caracterizan por ser virutas de grandes longuitudes y presentan una forma helicoidal, de los 4 tipos de fibras, estas tienen mayor facilidad a ser manipuladas. Las fibras utilizadas para esta mezcla fueron cortadas en tamaños de 5 cm de longuitud, tratando de obtener fibras con longuitudes similares a las fibras comerciales, estos cilindros de prueba presentan los mayores valores de resistencia con un promedio de 197.16 Kg/cm2,al analizar la forma de falla se puede observar la buena adherencia que existe entre el hormigón y las fibras. Con respecto a la densidad también presenta valores altos, lo que nos puede indicar que estas fibras ayudan a tener un hormigón más compacto, teniendo menor cantidad de vacíos.

60

‐

Cilindros de prueba con fibras en forma de zuncho (CPFZ).

Figura 43. Fibras en forma de zunchos. Fuente: Autor.

Las fibras de esta mezcla (CPFZ) se caracterizan por tener la forma de un resorte, originalmente tienen grandes longitudes y para poder usarlos en la mezcla se redujo su tamaño en fibras de 5 cm de longitud, como característica de este tipo de fibras se observa que pueden alargarse con facilidad hasta llegar a romperse. Como resultados de los cilindros de prueba se tiene una resistencia promedio de 190.91 Kg/cm2, esta resistencia alta se debe a la gran adherencia que generan las fibras en la masa de hormigón debido a la forma de las fibras. 

FIBRA ÓPTIMA

Para seleccionar el tipo de fibra que mejor desempeño presenta en la mezcla de hormigón se analizará la resistencia a la compresión simple y la facilidad de manipular las fibras. Analizando la resistencia a la compresión simple se tiene mayor resistencia con las fibras en forma de zuncho 190.91 Kg/cm2, seguido por las fibras continuas 197.16 Kg/cm2, alcanzando las fibras en forma de zuncho 3.17% más resistencia que las fibras continuas. La facilidad de manipular las fibras está relacionada directamente con la forma de las 61

fibras, las fibras laminares presentan mejor facilidad a ser manipuladas ya que pueden tener la longitud deseada sin modificar las características de la fibra, por otro lado las fibras en forma de zuncho también se pueden manipular pero tienen la dificultad que al estirarse no recuperan su forma original y se rompen con facilidad. Como conclusión final se establece que las fibras óptimas son las continuas, debido a que pueden obtenerse en cualquier tamaño y no se rompen al estirarse. Estas fibras representan a las fibras recicladas y serán comparadas con las fibras comerciales.

Figura 44. Fibras metálicas recicladas óptimas. Fuente: Autor.

62

CAPÍTULO IV 4

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Los materiales empleados para la fabricación de hormigón poseen características propias e inherentes que diferencian un material de otro, cada material aporta sus propiedades para obtener una mezcla de hormigón predeterminada. Esto hace necesario conocer las propiedades físicas y mecánicas de los elementos constitutivos de una mezcla de hormigón. Los elementos que se pueden analizar en ensayos de laboratorio son los áridos y el cemento, la calidad del agua no se toma en cuenta debido a que su requisito principal es que sea potable, para esto la EPMAPS (La Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento de Quito) garantiza dicha calidad. En este capítulo se analizaran las propiedades físicas y mecánicas de los áridos de acuerdo a la normativa nacional regulada por INEN (Instituto Ecuatoriano de Normalización), o por normas internacionales como ASTM (American Society for Testing and Materials) o el ACI (American Concrete Institute). 4.1

ENSAYO DE LOS ÁRIDOS

Es necesario conocer las propiedades físicas y mecánicas de los áridos, para poder garantizar la calidad del hormigón. Dentro de una mezcla de hormigón los áridos representan entre 70 y 75% del volumen de la masa endurecida y están asociados a su resistencia inicial y final. La norma que define la calidad de los áridos en el Ecuador es INEN 872 (Áridos para hormigón. Requisitos), en esta se establece parámetros de: límites máximos y mínimos de granulometría, contenido máximo de sustancias perjudiciales, contenido impurezas orgánicas, la solidez o dureza para áridos finos y gruesos que pueden ser utilizados en la fabricación de hormigón por: los contratistas, los proveedores de hormigón o para quienes compran áridos.

63

4.1.1 GRANULOMETRÍA Es una propiedad que influye directamente en el diseño de mezclas de hormigón y consiste en el análisis de la distribución de tamaños de las partículas de una muestra, se realiza de acuerdo a la NTE INEN 696 (ASTM-C136), misma que establece el método de ensayo para áridos gruesos y finos. 

Curva granulométrica.

Representa en forma gráfica la distribución de tamaños de los áridos, misma que se obtiene colocando en el eje de las ordenadas el porcentaje que pasa y en el eje de las abscisas las aberturas del tamiz. Esta forma de representar la variación de tamaños permite identificar rápidamente si tiene excesos de fracciones gruesas o finas.

4.1.1.1 ÁRIDO FINO El árido fino es una arena proveniente de la desintegración del suelo, producida por agentes físicos o mecánicos

que forman arenas naturales, arenas trituradas o una

combinación de ambas. La NTE INEN 872 establece la gradación requerida para el árido fino, la cual especifica un rango superior y un rango inferior dentro de la cual puede variar la curva granulométrica. Tabla 5. Tamaño de tamices árido fino NTE INEN 872. Tamiz (NTE INEN 872)

Porcentaje que pasa

9.52mm (3/8) 100 4.75mm (Nº4) 95 a 100 2.36mm(Nº8) 80 a 100 1.18mm (Nº16) 50 a 85 0.60mm (Nº30) 25 a 60 0.30mm (Nº50) 10 a 30 0.15mm (Nº 100) 0 a 10 Fuente: (NTE INEN 872. Áridos para hormigón. Requisitos, 2011).

64



Tamaño de muestra.

El tamaño de muestra es una cantidad representativa del árido fino, los cuales deben ser obtenidos de acuerdo a la NTE INEN 2566 (Reducción de muestras a tamaño de ensayo) que tiene el objetivo de minimizar las variaciones entre las características medidas en las muestras reducidas. La cantidad mínima de muestra representativa es 300gr para árido fino. 

Módulo de finura.

Este parámetro, da una idea del grosor o finura del árido, se lo obtiene mediante la norma ASTM C-125, sumando los porcentajes retenidos acumulados en los tamices estándar y dividiendo la suma para 100. Este valor no debe ser menor que 2.3 ni mayor a 3.1 según las especificaciones. 𝑀𝐹 =

∑ % 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑢𝑚 (3/8" + 𝑁º4 + 𝑁º8 + 𝑁º16 + 𝑁º30 + 𝑁º50 + 𝑁º100) 100

4.1.1.2 ÁRIDO GRUESO “El árido grueso debe consistir en grava, grava triturada, piedra triturada, escoria de altos hornos enfriadas al aire u hormigón de cemento hidráulico triturado o una combinación de estos” (NTE INEN 696 Áridos. Análisis granulométrico en los áridos, fino y grueso, 2011). La gradación del árido grueso se determina dependiendo del tamaño nominal de la muestra, para esta investigación el tamaño nominal del árido grueso es 1” y la NTE INEN 696 determina la gradación requerida para dicho tamaño nominal.

Tabla 6. Tamaño de tamices árido grueso NTE INEN 872. Tamiz (NTE INEN 872)

Porcentaje que pasa

37.5mm (11/2”) 100 25mm (1”) 95 a 100 19mm(3/4”) 12.5mm(1/2”) 25 a 60 9.5mm (3/8”) 4.75mm (Nº4) 0 a 10 2.36mm (Nº 8) 0a5 Fuente (NTE INEN 872. Áridos para hormigón. Requisitos, 2011).

65



Tamaño de muestra

La cantidad especificada para árido grueso se determina en base al tamaño nominal de sus partículas, y se necesita mayor cantidad de muestra con respecto al árido fino debido al tamaño de sus partículas. Tabla 7. Tamaño de la muestra para ensayo del árido grueso. Tamaño nominal máximo, Aberturas cuadradas, en (mm).

Tamaño de la muestra del ensayo mínimo (Kg)

9.5 1 12.5 2 19.0 5 25.0 10 37.5 15 50 20 63 35 75 60 90 100 100 150 125 300 Fuente: (NTE INEN 696 Áridos. Análisis granulométrico en los áridos, fino y grueso).



Módulo de finura

Se determina de forma similar al árido fino, pero con una serie diferente de tamices, debido al tamaño de sus partículas. 𝑀𝐹 =



∑ % 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑢𝑚 (11/2" + 3/4" + 3/8" + 𝑁º4 + 𝑁º8 + 𝑁º16) 100

Tamaño nominal

El tamaño nominal es un parámetro que se deriva del análisis granulométrico y está definido como el siguiente tamiz que le sigue en abertura (mayor) a aquel cuyo porcentaje retenido acumulado es del 15% o más. La mayoría de especificaciones para la fabricación de hormigón se dan en función del tamaño nominal y para la elaboración de cilindros define el tamaño de las probetas estándar cilíndricas que se pueden emplear en la elaboración de muestras de prueba para ensayos a compresión y tracción.

66

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE GRANULOMETRÍA ÁRIDO FINO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 696 (ASTM - C136) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

1 13/06/2016

Tabla 8. Ensayo de granulometría árido fino Nº 1.

TAMIZ

Masa inicial de la muestra = 500 g RETENIDO % RETENIDO PARCIAL (g) ACUMULADO (g)

% PASA

LÍMITES ESPECÍFICOS

3/8

0.00

0.00

0.00

100.00

100

N° 4

19.40

19.40

3.88

96.12

95 - 100

N° 8

60.50

79.90

15.98

84.02

80 - 100

N° 16

100.20

180.10

36.02

63.98

50 - 85

N° 30

116.70

296.80

59.36

40.64

25 - 60

N° 50

90.60

387.40

77.48

22.52

10 - 30

N° 100

78.10

465.50

93.10

6.90

2 - 10

N° 200

24.30

489.80

97.96

2.04

-

BANDEJA

10.20

500.00

100.00

0.00

-

Σ

500.00 Fuente: Autor.

MÓDULO DE FINURA (MF) =

2.858

CURVA GRANULOMÉTRICA ÁRIDO FINO 100

% PASA

80 60 40 20 0 N° 100

N° 50

N° 30

N° 16

N° 8

N° 4

TAMIZ LÍMITE SUPERIOR

LÍMITE INFERIOR

CURVA GRANULOMÉTRICA

Figura 45. Curva granulométrica árido fino Nº 1. Fuente: Autor.

67

3/8

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE GRANULOMETRÍA ÁRIDO FINO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

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ENSAYO N°: FECHA:

2 13/06/2016

Tabla 9. Ensayo de granulometría árido fino Nº 2.

TAMIZ

Masa inicial de la muestra = 500 g RETENIDO % RETENIDO PARCIAL (g) ACUMULADO (g)

% PASA

LÍMITES ESPECÍFICOS

3/8

0.00

0.00

0.00

100.00

100

N° 4

19.40

19.40

3.88

96.12

95 - 100

N° 8

70.50

89.90

17.98

82.02

80 - 100

N° 16

91.20

181.10

36.22

63.78

50 - 85

N° 30

75.70

256.80

51.36

48.64

25 - 60

N° 50

101.60

358.40

71.68

28.32

10 - 30

N° 100

97.30

455.70

91.14

8.86

2 - 10

N° 200

29.50

485.20

97.04

2.96

-

BANDEJA

14.80

500.00

100.00

0.00

-

Σ

500.00 Fuente: Autor.

MÓDULO DE FINURA (MF) =

2.723

CURVA GRANULOMÉTRICA ÁRIDO FINO 100

% PASA

80 60 40 20 0 N° 100

N° 50

N° 30

N° 16

N° 8

N° 4

TAMIZ LÍMITE SUPERIOR

LÍMITE INFERIOR

CURVA GRANULOMÉTRICA

Figura 46. Curva granulométrica árido fino Nº 2. Fuente: Autor.

68

3/8

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ENSAYO N°: FECHA:

3 13/06/2016

Tabla 10. Ensayo de granulometría árido fino Nº 3.

TAMIZ

Masa inicial de la muestra = 500 g RETENIDO % RETENIDO PARCIAL (g) ACUMULADO (g)

% PASA

LÍMITES ESPECÍFICOS

3/8

0.00

0.00

0.00

100.00

100

N° 4

25.40

25.40

5.08

94.92

95 - 100

N° 8

54.50

79.90

15.98

84.02

80 - 100

N° 16

120.20

200.10

40.02

59.98

50 - 85

N° 30

96.70

296.80

59.36

40.64

25 - 60

N° 50

95.80

392.60

78.52

21.48

10 - 30

N° 100

72.90

465.50

93.10

6.90

2 - 10

N° 200

29.30

494.80

98.96

1.04

-

BANDEJA

5.20

500.00

100.00

0.00

-

Σ

500.00 Fuente: Autor.

MÓDULO DE FINURA (MF) =

2.921

CURVA GRANULOMÉTRICA ÁRIDO FINO 100

% PASA

80 60 40 20 0 N° 100

N° 50

N° 30

N° 16

N° 8

N° 4

TAMIZ LÍMITE SUPERIOR

LÍMITE INFERIOR

CURVA GRANULOMÉTRICA

Figura 47. Curva granulométrica árido fino Nº 3. Fuente: Autor.

69

3/8

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1 13/06/2016

Tabla 11. Ensayo de granulometría árido grueso Nº 1. Masa inicial de la muestra = 12000 g RETENIDO % RETENIDO PARCIAL (g) ACUMULADO (g)

TAMIZ

% PASA

LÍMITES ESPECÍFICOS

2"

0.00

0.00

0.00

100.00

-

1 1/2"

0.00

0.00

0.00

100.00

100

1"

0.00

0.00

0.00

100.00

95 - 100

3/4"

3473.00

3473.00

28.94

71.06

-

1/2"

3340.00

6813.00

56.78

43.23

25 - 60

3/8"

1871.00

8684.00

72.37

27.63

-

N°4

2273.00

10957.00

91.31

8.69

0 - 10

Nº 8

947.00

11904.00

99.20

0.80

0-5

N° 16

83.00

11987.00

99.89

0.11

BANDEJA

13.00

12000.00

100.00

0.00

Σ

12000 Fuente: Autor.

MÓDULO DE FINURA (MF) = TAMAÑO NOMINAL MAX =

6.485 1"

CURVA GRANULOMÉTRICA ÁRIDO GRUESO 100

% PASA

80 60 40 20 0 Nº 8

N°4

1/2"

1"

1 1/2"

TAMIZ LÍMITE SUPERIOR

LÍMITE INFERIOR

CURVA GRANULOMÉTRICA

Figura 48. Curva granulométrica árido grueso Nº 1. Fuente: Autor.

70

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ENSAYO N°: FECHA:

2 13/06/2016

Tabla 12. Ensayo de granulometría árido grueso Nº 2. Masa inicial de la muestra = 12000 g RETENIDO % RETENIDO PARCIAL (g) ACUMULADO (g)

TAMIZ

% PASA

LÍMITES ESPECÍFICOS

2"

0.00

0.00

0.00

100.00

-

1 1/2"

0.00

0.00

0.00

100.00

100

1"

0.00

0.00

0.00

100.00

95 - 100

3/4"

3676.00

3676.00

30.63

69.37

-

1/2"

3243.00

6919.00

57.66

42.34

25 - 60

3/8"

1771.00

8690.00

72.42

27.58

-

N°4

2343.00

11033.00

91.94

8.06

0 - 10

Nº 8

825.00

11858.00

98.82

1.18

0-5

N° 16

108.00

11966.00

99.72

0.28

BANDEJA

34.00

12000.00

100.00

0.00

Σ

12000 Fuente: Autor.

MÓDULO DE FINURA (MF) = TAMAÑO NOMINAL MAX =

6.512 1"

CURVA GRANULOMÉTRICA ÁRIDO GRUESO 100

% PASA

80 60 40 20 0 Nº 8

N°4

1/2"

1"

1 1/2"

TAMIZ LÍMITE SUPERIOR

LÍMITE INFERIOR

CURVA GRANULOMÉTRICA

Figura 49. Curva granulométrica árido grueso Nº 2. Fuente: Autor.

71

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE GRANULOMETRÍA ÁRIDO GRUESO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 696 (ASTM - C136) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

3 13/06/2016

Tabla 13. Ensayo de granulometría árido grueso Nº 3. Masa inicial de la muestra = 12000 g RETENIDO % RETENIDO PARCIAL (g) ACUMULADO (g)

TAMIZ

% PASA

LÍMITES ESPECÍFICOS

2"

0.00

0.00

0.00

100.00

-

1 1/2"

0.00

0.00

0.00

100.00

100

1"

0.00

0.00

0.00

100.00

95 - 100

3/4"

3375.00

3375.00

28.13

71.88

-

1/2"

3717.00

7092.00

59.10

40.90

25 - 60

3/8"

1335.00

8427.00

70.23

29.78

-

N°4

2520.00

10947.00

91.23

8.78

0 - 10

Nº 8

839.00

11786.00

98.22

1.78

0-5

N° 16

156.00

11942.00

99.52

0.48

BANDEJA

58.00

12000.00

100.00

0.00

Σ

12000 Fuente: Autor.

MÓDULO DE FINURA (MF) = TAMAÑO NOMINAL MAX=

6.464 1"

CURVA GRANULOMÉTRICA ÁRIDO GRUESO 100

% PASA

80 60 40 20 0 Nº 8

N°4

1/2"

1"

1 1/2"

TAMIZ LÍMITE SUPERIOR

LÍMITE INFERIOR

CURVA GRANULOMÉTRICA

Figura 50. Curva granulométrica árido grueso Nº 3. Fuente: Autor.

72

4.1.2 ABRASIÓN. La prueba de abrasión se realiza mediante la NTE INEN 860 (ASTM C131) al árido grueso, sirve para determinar el desgaste de los áridos gruesos mediante la utilización de la máquina de los ángeles. 

Pérdida máxima 𝑃é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 =

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑥100 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

El porcentaje de pérdida máxima se determina de acuerdo a la NTE INEN 872, en la tabla de límites para sustancias perjudiciales y requerimientos de propiedades físicas para el árido grueso del hormigón establece el valor de la degradación del 50%. 

Coeficiente de uniformidad: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑 =

% 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 100 𝑟𝑒𝑣𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 % 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 500 𝑟𝑒𝑣𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠

“La relación de pérdida después de 100 revoluciones y a la pérdida después de 500 revoluciones no debe exceder a 0.20 para un material de dureza uniforme” (NTE INEN 860. Determinación del valor de la degradación del árido grueso, 2011). 

Ensayo de Abrasión

Figura 51. Ensayo de Abrasión maquina de los Ángeles Fuente: Autor

73

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE ABRASIÓN EN ÁRIDO GRUESO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 860 (ASTM - C131) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

1 14/06/2016

GRADACIÓN TIPO B RETIENE

MASA

plg

mm

g

1/2

12.5

2500 ± 10

3/8

9.5

2500 ± 10

Tabla 14. Ensayo de abrasión Nº 1. DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

Masa inicial

5000

gr

Retenido en el tamiz N° 12 después de 100 revoluciones

4576

gr

Pérdida después de 100 revoluciones

424

gr

Porcentaje de pérdida después de 100 revoluciones

8.48

%

Retenido en el tamiz N° 12 después de 500 revoluciones

3159

gr

Pérdida después de 500 revoluciones

1841

gr

Porcentaje de pérdida después de 500 revoluciones

36.82

%

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD

0.23

-

Fuente: Autor.

74

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE ABRASIÓN EN ÁRIDO GRUESO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 860 (ASTM - C131) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

1 14/06/2016

GRADACIÓN TIPO B RETIENE

MASA

plg

mm

g

1/2

12.5

2500 ± 10

3/8

9.5

2500 ± 10

Tabla 15. Ensayo de abrasión Nº 2. DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

Masa inicial

5000

gr

Retenido en el tamiz N° 12 después de 100 revoluciones

4583

gr

Pérdida después de 100 revoluciones

417

gr

Porcentaje de pérdida después de 100 revoluciones

8.34

%

Retenido en el tamiz N° 12 después de 500 revoluciones

3145

gr

Pérdida después de 500 revoluciones

1855

gr

Porcentaje de pérdida después de 500 revoluciones

37.1

%

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD

0.22

-

Fuente: Autor.

75

4.1.3 COLORIMETRÍA Este ensayo determina el contenido de materia orgánica que se encuentra dentro del árido en función del color. Se realiza bajo la NTE INEN 855 (ASTM C-40). La materia orgánica se produce por la descomposición de restos animales y vegetales, este tipo de materia al encontrarse en grandes cantidades en el árido fino afectan en forma nociva las propiedades del hormigón como: la resistencia, durabilidad y buen desarrollo del proceso de fraguado. Este ensayo es de tipo visual en el cual se toma una muestra de árido fino, se le añade una solución de hidróxido de sodio dentro de una botella de vidrio, se le agita y dentro de 24 horas se compara el color obtenido con el color normalizado de la escala de Gardner.

Figura 52. Escala de colores para el análisis de colorimetría. Fuente: NTE INEN 855 (ASTM C-40)

Tabla 16. Propiedades del árido según su color. FIGURA

COLOR

PROPIEDADES

1

Blanco claro a transparente

Arena de muy buena calidad por no contener materia orgánica, limos o arcillas

2

Amarillo pálido

Arena con poca presencia de materia orgánica limos o arcillas. Se considera de buena calidad

3

Amarillo encendido

Contiene materia orgánica en altas cantidades. Se puede usar en hormigones de alta resistencia

4

Café claro

Contiene materia orgánica en concentraciones muy elevadas. Se considera de mala calidad

5

Café chocolate

Arena de muy mala calidad. Existe demasiada materia orgánica, limos o arcilla. No se usa

Fuente: NTE INEN 855 (ASTM C-40)

76

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE COLORIMETRÍA ÁRIDO FINO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 855 (ASTM - C40) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

1 14/06/2016

Figura 53. Ensayo de colorimetría árido fino. Fuente: Autor.

Tabla 17. Resultado ensayo de colorimetría árido fino. FIGURA

COLOR

PROPIEDADES

1

Blanco claro a transparente

Arena de muy buena calidad por no contener materia orgánica, limos o arcillas

Fuente: Autor.

77

4.1.4 PESO ESPECÍFICO (DENSIDAD REAL) Y ABSORCIÓN PARA ÁRIDOS FINOS Y GRUESOS La norma que regula estos ensayos es INEN 856 (ASTM C-127); INEN 857 (ASTM C128), la cual establece el procedimiento para determinar: la densidad, la densidad relativa y la absorción de áridos finos y gruesos. 4.1.4.1 PESO ESPECÍFICO O DENSIDAD REAL La densidad es una propiedad física de los sólidos que relaciona la masa y el volumen, generalmente las partículas de agregado tienen poros tanto saturables como no saturables, parcialmente saturados o totalmente llenos de agua, se genera una serie de estados de humedad seca, húmedo al ambiente, saturado superficie seca, y sobre saturado. ‐

Densidad absoluta: es la relación entre la masa de los áridos y su volumen en estado seco, excluyendo vacios entre sus partículas y poros permeables.

‐

Densidad aparente: Es la relación entre la masa de los áridos, incluyendo sus poros saturables y no saturables para el volumen que ocupan sus áridos.

‐

Densidad estado superficie seca (SSS): es la relación entre la masa de los áridos, incluyendo la masa del agua dentro de los poros saturables, pero sin incluir los vacios entre las partículas.

Cada una de estas densidades representa una característica específica en cada uno de los estados, para el diseño de mezclas de hormigón es necesario conocer la densidad real en la cual se consideran las porosidades y vacios de las partículas. 

Densidad real árida fino.

Se determina en base a la NTE INEN 856

(ASTM C-127), en la cual describe el

procedimiento para hallar la densidad real de la porción solida de una muestra de árido fino. Para el árido fino la norma que se utiliza es INEN 856, la cual define el procedimiento para determinar el peso específico utilizando un picnómetro con arena en estado SSS (partículas del árido, saturado superficialmente seco) y la densidad se determina con principio de Arquímedes: “Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del líquido desalojado”.

78



Densidad real árido grueso

Para el árido grueso se usa la norma INEN 857, la cual difiere de la norma INEN 856 en el proceso de obtención del volumen, y esta se realiza usando una canastilla sumergida en agua. Para determinar la densidad de los áridos siempre es necesario conocer la masa y el volumen, la primera magnitud física se obtiene fácilmente pesando, pero para el volumen, al ser partículas de forma irregular y de diferentes tamaños no se pueden medir, por lo cual este valor se obtiene de forma indirecta mediante el principio de Arquímedes.

4.1.4.2 CAPACIDAD DE ABSORCIÓN Son parámetros que se utilizan en el diseño de mezclas (dosificación), y se determinan en base a la NTE INEN 856 (ASTM C-127 ); NTE INEN 857 (ASTM C-128 ). La capacidad de absorción se determina hallando la masa del árido bajo condición saturada y seca, la diferencia de dichas masas son multiplicadas por 100 y da como resultado la capacidad de absorción. El mismo principio se aplica para árido grueso y fino. 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 =

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑥100 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎

Figura 54. Muestras de árido fino y grueso después de secados al horno. Fuente: Autor.

79

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO Y CAPACIDAD DE ABSORCIÓN ÁRIDO FINO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 856 (ASTM C-127) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

1 15/06/2016

PESO ESPECÍFICO DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 18. Peso específico del árido fino Nº 1. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del picnómetro + arena en SSS

653.20

g

2

Masa del picnómetro vacio

160.20

g

3

Masa de la arena en SSS

493.00

g

4

Masa del picnómetro calibrado

649.40

g

5

Masa del picnómetro + arena en SSS + agua

952.50

g

6

Volumen desalojado

189.90

cm3

7

PESO ESPECÍFICO

2.60

g/cm3

Fuente: Autor.

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 19. Capacidad de absorción del árido fino Nº 1. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + arena en SSS

647.60

g

2

Masa del recipiente + arena seca

635.60

g

3

Masa del recipiente

59.70

g

4

Masa de agua

12.00

g

5

Masa de arena seca

575.90

g

6

Masa de arena en SSS

587.90

g

7

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN

2.08

%

Fuente: Autor.

80

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NTE INEN 856 (ASTM C-127) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

2 15/06/2016

PESO ESPECÍFICO DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 20. Peso específico del árido fino Nº 2. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del picnómetro + arena en SSS

629.90

g

2

Masa del picnómetro vacio

173.60

g

3

Masa de la arena en SSS

456.30

g

4

Masa del picnómetro calibrado

672.90

g

5

Masa del picnómetro + arena en SSS + agua

952.00

g

6

Volumen desalojado

177.20

cm3

7

PESO ESPECÍFICO

2.58

g/cm3

Fuente: Autor.

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 21.Capacidad de absorción del árido fino Nº 2. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + arena en SSS

766.00

g

2

Masa del recipiente + arena seca

754.20

g

3

Masa del recipiente

191.90

g

4

Masa de agua

11.80

g

5

Masa de arena seca

562.30

g

6

Masa de arena en SSS

574.10

g

7

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN

2.10

%

Fuente: Autor.

81

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NTE INEN 856 (ASTM C-127) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

3 15/06/2016

PESO ESPECÍFICO DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 22. Peso específico del árido fino Nº 3. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del picnómetro + arena en SSS

645.80

g

2

Masa del picnómetro vacio

157.20

g

3

Masa de la arena en SSS

488.60

g

4

Masa del picnómetro calibrado

653.70

g

5

Masa del picnómetro + arena en SSS + agua

955.70

g

6

Volumen desalojado

186.60

cm3

7

PESO ESPECÍFICO

2.62

g/cm3

Fuente: Autor.

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 23. Capacidad de absorción del árido fino Nº3. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + arena en SSS

790.20

g

2

Masa del recipiente + arena seca

777.90

g

3

Masa del recipiente

195.70

g

4

Masa de agua

12.30

g

5

Masa de arena seca

582.20

g

6

Masa de arena en SSS

594.50

g

7

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN

2.11

%

Fuente: Autor.

82

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NTE INEN 856 (ASTM C-127) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

1 15/06/2016

PESO ESPECÍFICO DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 24. Peso específico del árido grueso Nº 1. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio en SSS

2259

g

2

Masa del recipiente

291.40

g

3

Masa del ripio en SSS

1967.60

g

4

Masa de la canastilla sumergida en agua

1650

g

5

Masa de la canastilla + ripio sumergido en agua

2860

g

6

Masa del ripio en agua

1210

g

7

Volumen desalojado

757.60

cm3

8

PESO ESPECÍFICO

2.60

g/cm3

Fuente: Autor.

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 25. Capacidad de absorción del árido grueso Nº 1. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio en SSS

2299

g

2

Masa del recipiente + ripio seco

2241

g

3

Masa del recipiente

308.20

g

4

Masa de agua

58.00

g

5

Masa del ripio seco

1932.80

g

6

Masa del ripio en SSS

1990.80

g

7

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN

3.00

%

Fuente: Autor.

83

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NTE INEN 856 (ASTM C-127) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

2 15/06/2016

PESO ESPECÍFICO DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 26. Peso específico del árido grueso Nº 2. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio en SSS

2268

g

2

Masa del recipiente

279.90

g

3

Masa del ripio en SSS

1988.10

g

4

Masa de la canastilla sumergida en agua

1650

g

5

Masa de la canastilla + ripio sumergido en agua

2869

g

6

Masa del ripio en agua

1219

g

7

Volumen desalojado

769.10

cm3

8

PESO ESPECÍFICO

2.58

g/cm3

Fuente: Autor.

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 27.Capacidad de absorción del árido grueso Nº 2. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio en SSS

2284

g

2

Masa del recipiente + ripio seco

2227

g

3

Masa del recipiente

284.90

g

4

Masa de agua

57.00

g

5

Masa del ripio seco

1942.10

g

6

Masa del ripio en SSS

1999.10

g

7

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN

2.93

%

Fuente: Autor.

84

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE PESO ESPECÍFICO Y CAPACIDAD DE ABSORCIÓN ÁRIDO GRUESO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 856 (ASTM C-127) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

3 15/06/2016

PESO ESPECÍFICO DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 28. Peso específico del árido grueso Nº 3. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio en SSS

2286

g

2

Masa del recipiente

293.90

g

3

Masa del ripio en SSS

1992.10

g

4

Masa de la canastilla sumergida en agua

1650

g

5

Masa de la canastilla + ripio sumergido en agua

2866

g

6

Masa del ripio en agua

1216

g

7

Volumen desalojado

776.10

cm3

8

PESO ESPECÍFICO

2.57

g/cm3

Fuente: Autor.

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 29. Capacidad de absorción del árido grueso Nº 3. N°

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio en SSS

2289

g

2

Masa del recipiente + ripio seco

2234

g

3

Masa del recipiente

298.20

g

4

Masa de agua

55.00

g

5

Masa del ripio seco

1935.80

g

6

Masa del ripio en SSS

1990.80

g

7

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN

2.84

%

Fuente: Autor.

85

4.1.5 DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA La densidad aparente se define como la relación entre la masa del árido para su volumen incluyendo todos los poros saturables y no saturables, este ensayo se basa en la NTE INEN 858 (ASTM C-29). La densidad aparente del agregado depende de la constitución mineralógica de la roca madre y por lo tanto de su densidad así como también de la cantidad de huecos o poros que contenga. Por lo general, el valor de esta densidad en los áridos pétreos oscila entre 2.30 g/cm3 y 2.8 g/cm3 según la roca de origen. Este parámetro está relacionado directamente con la forma de las partículas, la densidad suelta se determina dejando caer el árido fino y grueso dentro de un recipiente metálico, la altura de caída se encuentra normalizada, a pesar de ser un ensayo de densidad suelta, al momento de caer las partículas al recipiente se genera una compactación. Para la densidad compactada es necesario realizar una compactación manual, realizando 25 golpes utilizando una varilla de acero de 16mm de diámetro, dichos golpes se realizaran de manera circular en capas de 1/3 de la altura del recipiente metálico. Todo este procedimiento se encuentra normalizado.

Figura 55. Ensayo de densidad suelta y compactada de los áridos. Fuente: Autor.

86

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA DEL ÁRIDO FINO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 858 (ASTM C-29) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

1 15/06/2016

DENSIDAD APARENTE SUELTA DEL ÁRIDO FINO (ARENA) Masa del recipiente vacio = Volumen del recipiente =

2584 2872

g cm3

Tabla 30. Densidad aparente suelta del árido fino. MUESTRA SUELTA Masa recipiente + arena suelto

Masa arena suelta

g

g

1

6662

4078

2

6618

4034

3

6657

4073

N° DE MUESTRA

PROMEDIO

4061.67

DENSIDAD APARENTE SUELTA ARENA

1.41

g/cm3

Fuente: Autor.

DENSIDAD APARENTE COMPACTADA DEL ÁRIDO FINO (ARENA) Masa del recipiente vacio = 2584 Volumen del recipiente = 2872

g cm3

Tabla 31. Densidad aparente compactada del árido fino. MUESTRA COMPACTADA

kg

Masa arena compactada g

1

6992

4408

2

7074

4490

3

7103

4519

N° DE MUESTRA

Masa recipiente + arena comp

PROMEDIO

4472.33

DENSIDAD APARENTE COMPACTADA DE LA ARENA Fuente: Autor.

87

1.56

g/cm3

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA DEL ÁRIDO GRUESO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 858 (ASTM C-29) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

1 15/06/2016

DENSIDAD APARENTE SUELTA DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO) Masa del recipiente vacio = Volumen del recipiente =

2584 2872

g cm3

Tabla 32. Densidad aparente sueltas del árido grueso. MUESTRA SUELTA

g

Masa ripio suelto g

1

6720

4136

2

6670

4086

3

6726

4142

N° DE MUESTRA

Masa recipiente + ripio suelto

PROMEDIO

4121.33

DENSIDAD APARENTE SUELTA RIPIO

1.44

g/cm3

Fuente: Autor.

DENSIDAD APARENTE COMPACTADA DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO) Masa del recipiente vacio = Volumen del recipiente =

2584 2872

g cm3

Tabla 33. Densidad aparente compactada del árido grueso. MUESTRA COMPACTADA

g

Masa ripio compactado g

1

7015

4431

2

7055

4471

3

7005

4421

N° DE MUESTRA

Masa recipiente + ripio comp

PROMEDIO

4441.00

DENSIDAD APARENTE COMPACTADA RIPIO Fuente: Autor.

88

1.55

g/cm3

4.1.6 DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS ÁRIDOS Este ensayo consiste en determinar el porcentaje de árido grueso y el complementario de árido fino hasta logar la combinación en la cual se obtenga la mayor densidad, tener mayor densidad significa que la combinación de áridos finos y gruesos es capaz de llenar el mayor numero de vacios, dejando un conjunto compacto. Este ensayo se realiza con muestras de áridos secos, en el cual se mantiene constante la cantidad de árido grueso (ripio), al cual se le va a añadiendo porcentajes de árido fino, hasta encontrar la proporción que tenga la mayor densidad. Todo el proceso esta normalizado en NTE INEN 858 (ASTM C-29). Los valores obtenidos de este ensayo son de gran importancia para la dosificación por el método de densidad máxima, la cual requiere la información de los porcentajes óptimos de áridos finos, gruesos y la densidad óptima, estos datos se obtienen 4% menos de los valores máximos. Para poder visualizar de mejor manera la variación de densidad se realizan diagramas en los cuales se colocan los valores de % de árido fino en el eje de las X y la densidad máxima en el eje Y.

Figura 56. Determinación de la densidad máxima de los áridos. Fuente: Autor.

89

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS ÁRIDOS NORMA: NTE INEN 858 (ASTM C-29) ORIGEN: Cerro Negro - Ciudad de Riobamba ELAB. POR: Autor

ENSAYO N°: FECHA:

MASA DEL RECIPIENTE VACÍO = VOLUMEN DEL RECIPIENTE =

2584 2872

1 16/06/2016

g cm3

Tabla 34. Ensayo de densidad óptima de los áridos Nº 1.

RIPIO

ARENA

RIPIO

ARENA

100

0

20

0.00

0.00

6986

7006

90

10

20

2.22

2.22

7136

7434

4701.0

1.64

80

20

20

5.00

2.78

7418

7588

4919.0

1.71

75

25

20

6.67

1.67

7453

7653

4969.0

1.73

70

30

20

8.57

1.90

7701

7738

5135.5

1.79

65

35

20

10.77

2.20

7720

7720

5136.0

1.79

60

40

20

13.33

2.56

7795

7795

5211.0

1.81

55

45

20

16.36

3.03

7801

7863

5248.0

1.83

50

50

20

20.00

3.64

7875

7704

5205.5

1.81

40

60

20

30.00

10.00

7607

7590

5014.5

1.75

PESO (Kg)

MASA DEL RECIPIENTE + MEZCLA (Kg)

MASA DE DENSIDAD LA APARENTE MEZCLA (g/cm3) EN (g) 4412.0 1.54

FINO A AÑADIRSE (Kg)

MEZCLA %

Fuente: Autor.

Tabla 35. Porcentaje máximo y óptimo Nº 1. PORCENTAJE MÁXIMO DE AGREGADO FINO

43

%

PORCENTAJE MÁXIMO DE AGREGADO GRUESO

57

%

DENSIDAD MÁXIMA

1.819

PORCENTAJE ÓPTIMO DE AGREGADO FINO

39

%

PORCENTAJE ÓPTIMO DE AGREGADO GRUESO

61

%

DENSIDAD ÓPTIMA

1.813

Fuente: Autor.

90

g/cm3

g/cm3

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

DENSIDAD ÓPTIMA DE ÁRIDOS 1,85 PORCENTAJE MÁXIMO PORCENTAJE ÓPTIMO

1,80

DENSIDAD APARENTE (g/cm3)

1,75

1,70 4%

1,65

1,60

1,55

1,50 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

% DE ÁRIDO FINO (ARENA)

Figura 57. Diagrama Densidad Aparente Vs % Árido Fino Nº 1. Fuente: Autor.

91

50

55

60

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS ÁRIDOS NORMA: NTE INEN 858 (ASTM C-29) ORIGEN: Cerro Negro - Ciudad de Riobamba ELAB. POR: Autor

ENSAYO N°: FECHA:

MASA DEL RECIPIENTE VACÍO = VOLUMEN DEL RECIPIENTE =

2584 2872

2 16/06/2016

g cm3

Tabla 36.Ensayo de densidad óptima de los áridos Nº 2.

RIPIO

ARENA

RIPIO

ARENA

100

0

20

0.00

0.00

7001

6985

90

10

20

2.22

2.22

7162

7389

4691.5

1.63

80

20

20

5.00

2.78

7603

7588

5011.5

1.74

75

25

20

6.67

1.67

7653

7743

5114.0

1.78

70

30

20

8.57

1.90

7706

7708

5123.0

1.78

65

35

20

10.77

2.20

7746

7720

5149.0

1.79

60

40

20

13.33

2.56

7789

7794

5207.5

1.81

55

45

20

16.36

3.03

7821

7858

5255.5

1.83

50

50

20

20.00

3.64

7895

7790

5258.5

1.83

40

60

20

30.00

10.00

7707

7690

5114.5

1.78

PESO (Kg)

MASA DEL RECIPIENTE + MEZCLA (Kg)

MASA DE DENSIDAD LA APARENTE MEZCLA (g/cm3) EN (g) 4409.0 1.54

FINO A AÑADIRSE (Kg)

MEZCLA %

Fuente: Autor.

Tabla 37. Porcentaje máximo y óptimo Nº 2. PORCENTAJE MÁXIMO DE AGREGADO FINO

45.5

%

PORCENTAJE MÁXIMO DE AGREGADO GRUESO

54.5

%

DENSIDAD MÁXIMA

1.825

g/cm3

PORCENTAJE ÓPTIMO DE AGREGADO FINO

41.5

%

PORCENTAJE ÓPTIMO DE AGREGADO GRUESO

58.5

%

DENSIDAD ÓPTIMA

1.812

g/cm3

Fuente: Autor.

92

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

DENSIDAD ÓPTIMA DE ÁRIDOS 1,85 PORCENTAJE MÁXIMO PORCENTAJE ÓPTIMO

1,80

DENSIDAD APARENTE (g/cm3)

1,75

1,70 4%

1,65

1,60

1,55

1,50 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

% DE ÁRIDO FINO (ARENA)

Figura 58. Diagrama Densidad Aparente Vs % Árido Fino Nº 2. Fuente: Autor.

93

50

55

60

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

ENSAYO DE DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS ÁRIDOS NORMA: NTE INEN 858 (ASTM C-29) ENSAYO N°: ORIGEN: Cerro Negro - Ciudad de Riobamba FECHA: ELAB. POR: Autor MASA DEL RECIPIENTE VACÍO = VOLUMEN DEL RECIPIENTE =

2584 2872

3 16/06/2016

g cm3

Tabla 38. Ensayo de densidad óptima de los áridos Nº 3.

RIPIO

ARENA

RIPIO

ARENA

100

0

20

0.00

0.00

6863

6883

90

10

20

2.22

2.22

7225

7304

4680.5

1.63

80

20

20

5.00

2.78

7495

7565

4946.0

1.72

75

25

20

6.67

1.67

7430

7530

4896.0

1.70

70

30

20

8.57

1.90

7778

7715

5162.5

1.80

65

35

20

10.77

2.20

7697

7695

5112.0

1.78

60

40

20

13.33

2.56

7765

7783

5190.0

1.81

55

45

20

16.36

3.03

7698

7760

5145.0

1.79

50

50

20

20.00

3.64

7752

7681

5132.5

1.79

40

60

20

30.00

10.00

7584

7567

4991.5

1.74

PESO (Kg)

MASA DEL RECIPIENTE + MEZCLA (Kg)

MASA DE DENSIDAD LA APARENTE MEZCLA (g/cm3) EN (g) 4289.0 1.49

FINO A AÑADIRSE (Kg)

MEZCLA %

Fuente: Autor.

Tabla 39. Porcentaje máximo y óptimo Nº 3. PORCENTAJE MÁXIMO DE AGREGADO FINO

43.5

%

PORCENTAJE MÁXIMO DE AGREGADO GRUESO

56.5

%

DENSIDAD MÁXIMA

1.811

g/cm3

PORCENTAJE ÓPTIMO DE AGREGADO FINO

39.5

%

PORCENTAJE ÓPTIMO DE AGREGADO GRUESO

60.5

%

DENSIDAD ÓPTIMA

1.799

g/cm3

Fuente: Autor.

94

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

DENSIDAD ÓPTIMA DE ÁRIDOS 1,85

PORCENTAJE MÁXIMO

1,80 PORCENTAJE ÓPTIMO

DENSIDAD APARENTE (g/cm3)

1,75

1,70

1,65

4%

1,60

1,55

1,50 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

% DE ÁRIDO FINO (ARENA)

Figura 59. Diagrama Densidad Aparente Vs % Árido Fino Nº ÑÑ3. Fuente: Autor.

95

55

60

4.1.7 HUMEDAD DE LOS ÁRIDOS Este valor varía dependiendo de las condiciones ambientales de humedad y temperatura, por cuya razón sus valores fluctúan de un día a otro. Se realizan de acuerdo a la norma NTE INEN 862, usando el método de secado al horno con temperatura constante. El contenido de humedad en los áridos se calcula mediante la fórmula: 𝐶𝐻 = (

𝑊 − 𝑊′ ) ∗ 100 𝑊′

Donde: CH= Contenido de humedad (%) W= Masa inicial de la muestra (g) W’= Masa de la muestra seca (g)

Figura 60. Estimación de la humedad de áridos mediante la diferencia de pesos. Fuente: Autor.

96

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOS ÁRIDOS NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 862 (ASTM - C566) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

1 23/06/2016

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 40. Contenido de humedad del árido fino Nº 1. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + arena húmeda

934.2

g

2

Masa del recipiente + arena seca

929.4

g

3

Masa del recipiente

140.5

g

4

Masa de agua

4.8

g

5

Masa de arena húmeda

793.7

g

6

Masa de arena seca

788.9

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.61

%

Fuente: Autor.

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 41. Contenido de humedad del árido grueso Nº 1. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio húmedo

1373.7

g

2

Masa del recipiente + ripio seco

1367.5

g

3

Masa del recipiente

185.2

g

4

Masa de agua

6.2

g

5

Masa de arena húmeda

1188.5

g

6

Masa de ripio seco

1182.3

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.52

%

Fuente: Autor.

97

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

ENSAYO DE CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOS ÁRIDOS NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 862 (ASTM - C566) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

2 23/06/2016

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 42. Contenido de humedad del árido fino Nº 2. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + arena húmeda

921.3

g

2

Masa del recipiente + arena seca

916.4

g

3

Masa del recipiente

166.3

g

4

Masa de agua

4.9

g

5

Masa de arena húmeda

755.0

g

6

Masa de arena seca

750.1

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.65

%

Fuente: Autor.

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 43. Contenido de humedad del árido grueso Nº 2. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio húmedo

1258.6

g

2

Masa del recipiente + ripio seco

1253.3

g

3

Masa del recipiente

131.5

g

4

Masa de agua

5.3

g

5

Masa de arena húmeda

1127.1

g

6

Masa de ripio seco

1121.8

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.47

%

Fuente: Autor.

98

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

ENSAYO DE CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOS ÁRIDOS NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 862 (ASTM - C566) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

3 23/06/2016

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 44.Contenido de humedad del árido fino Nº 3. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + arena húmeda

896.1

g

2

Masa del recipiente + arena seca

891.3

g

3

Masa del recipiente

145.8

g

4

Masa de agua

4.8

g

5

Masa de arena húmeda

750.3

g

6

Masa de arena seca

745.5

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.6439

%

Fuente: Autor.

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 45. Contenido de humedad del árido grueso Nº 3. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio húmedo

1346.1

g

2

Masa del recipiente + ripio seco

1340.2

g

3

Masa del recipiente

167.8

g

4

Masa de agua

5.9

g

5

Masa de arena húmeda

1178.3

g

6

Masa de ripio seco

1172.4

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.5032

%

Fuente: Autor.

99

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

ENSAYO DE CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOS ÁRIDOS NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 862 (ASTM - C566) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

4 07/07/2016

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 46.Contenido de humedad del árido fino Nº 4. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + arena húmeda

705.1

g

2

Masa del recipiente + arena seca

702.4

g

3

Masa del recipiente

131.9

g

4

Masa de agua

2.7

g

5

Masa de arena húmeda

573.2

g

6

Masa de arena seca

570.5

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.47

%

Fuente: Autor.

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 47. Contenido de humedad del árido grueso Nº 4. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio húmedo

751.0

g

2

Masa del recipiente + ripio seco

747.6

g

3

Masa del recipiente

132.8

g

4

Masa de agua

3.4

g

5

Masa de arena húmeda

618.2

g

6

Masa de ripio seco

614.8

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.55

%

Fuente: Autor.

100

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

ENSAYO DE CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOS ÁRIDOS NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 862 (ASTM - C566) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

5 07/07/2016

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 48. Contenido de humedad del árido fino Nº 5. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + arena húmeda

680.2

g

2

Masa del recipiente + arena seca

677.7

g

3

Masa del recipiente

142.8

g

4

Masa de agua

2.5

g

5

Masa de arena húmeda

537.4

g

6

Masa de arena seca

534.9

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.47

%

Fuente: Autor.

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 49. Contenido de humedad del árido grueso Nº 5. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio húmedo

823.8

g

2

Masa del recipiente + ripio seco

820.1

g

3

Masa del recipiente

135.6

g

4

Masa de agua

3.7

g

5

Masa de arena húmeda

688.2

g

6

Masa de ripio seco

684.5

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.54

%

Fuente: Autor.

101

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

ENSAYO DE CONTENIDO DE HUMEDAD DE LOS ÁRIDOS NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 862 (ASTM - C566) Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

ENSAYO N°: FECHA:

6 07/07/2016

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO FINO (ARENA)

Tabla 50. Contenido de humedad del árido fino Nº 6. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + arena húmeda

736.3

g

2

Masa del recipiente + arena seca

733.8

g

3

Masa del recipiente

189.3

g

4

Masa de agua

2.5

g

5

Masa de arena húmeda

547.0

g

6

Masa de arena seca

544.5

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.46

%

Fuente: Autor.

CONTENIDO DE HUMEDAD DEL ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 51. Contenido de humedad del árido grueso Nº 6. Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Masa del recipiente + ripio húmedo

945.4

g

2

Masa del recipiente + ripio seco

941.1

g

3

Masa del recipiente

176.3

g

4

Masa de agua

4.3

g

5

Masa de arena húmeda

769.1

g

6

Masa de ripio seco

764.8

g

7

CONTENIDO DE HUMEDAD

0.56

%

Fuente: Autor.

102

4.2

CEMENTO

El cemento utilizado para esta investigación es “HOLCIM FUERTE”, cemento utilizado para la construcción en general TIPO GU que se elabora en presentaciones de 50 Kg, con fecha de elaboración 11/07/2016. El cemento es distribuido desde la fábrica hacia los centros encargados de comercializar el producto, en esta etapa se conserva la calidad del cemento, pero en la etapa de compra y utilización el cemento no se puede garantizar su calidad debido a que se desconoce el tipo de cuidado que se le da. Por esta razón es necesario llevar a cabo un control de la calidad del mismo antes de ser utilizado en la preparación del hormigón. 4.2.1 SUPERFICIE ESPECÍFICA (FINURA) POR TAMIZADO Este ensayo se realiza bajo la norma ASTM C-115 y se lo realiza con muestras representativas de cemento. Estas serán tamizadas por las mallas Nº 100, Nº 200 Nº 325. En este ensayo se puede verificar si existen materiales extraños mezclados con el cemento, además de comprobar si existen grumos causados por la humedad.

Figura 61. Tamices empleados para determinar la finura del cemento. Fuente: Autor.

103

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DE FINURA POR TAMIZADO DEL CEMENTO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

ASTM C-115 Cerro Negro - Ciudad de Riobamba Autor

TAMIZ

ENSAYO N°: FECHA:

Tabla 52. Ensayo de finura por tamizado del cemento Nº 1. Masa inicial= 500 gr RETENIDO % RETENIDO PARCIAL (g) ACUMULADO (g)

100

0.5

200 325

1,2 y 3 07/07/2016

% PASA

0.5

1.00

99.00

8.9

9.4

18.88

81.12

37

46.4

93.17

6.83

BANDEJA

3.4

49.8

100.00

0.00

∑=

49.8 Fuente: Autor.

Tabla 53. Ensayo de finura por tamizado del cemento Nº 2. Masa inicial= 500 gr RETENIDO PARCIAL (g)

ACUMULADO (g)

% RETENIDO

% PASA

100

0.5

0.5

1.00

99.00

200

8.9

9.4

18.88

81.12

325

37

46.4

93.17

6.83

BANDEJA

3.4

49.8

100.00

0.00

∑=

49.8

TAMIZ

Fuente: Autor.

TAMIZ

Tabla 54. Ensayo de finura por tamizado del cemento Nº 3. Masa inicial= 500 gr RETENIDO % RETENIDO PARCIAL (g) ACUMULADO (g)

% PASA

100

0.5

0.5

1.00

99.00

200

8.9

9.4

18.88

81.12

325

37

46.4

93.17

6.83

BANDEJA

3.4

49.8

100.00

0.00

∑=

49.8 Fuente: Autor.

104

4.2.2 DENSIDAD DEL CEMENTO La densidad es un parámetro muy importante debido a que interviene en el diseño de las mezclas de hormigón, está normado por la

INEN 156 (ASTM C-188), las cuales

establecen el procedimiento para establecer este valor mediante la utilización del frasco de Le Chateller. La densidad se determina con la siguiente expresión: 𝐷 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =

𝑀 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑉 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑑𝑜

D real cemento= Densidad real del cemento. M cemento= Masa del cemento. V desplazado= Volumen desplazado.

Figura 62. Estimación de la densidad del cemento usando el frasco de Le Chatelier. Fuente: Autor.

105

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ENSAYO DENSIDAD DEL CEMENTO NORMA: ORIGEN: ELAB. POR:

NTE INEN 156 (ASTM C-188) Ferretería “Sol” Autor

ENSAYO N°: FECHA:

1,2 y 3 07/07/2016

Tabla 55. Densidad del cemento Lechatelier Nº 1.

DENSIDAD ABSOLUTA DEL CEMENTO - FRASCO DE LECHATELIER Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Lectura inicial del frasco + gasolina

1

ml

2

Masa del frasco + gasolina

326.6

g

3

Lectura final del frasco + cemento + gasolina

19

ml

4

Masa final del frasco + cemento + gasolina

379

g

5

DENSIDAD DEL CEMENTO

2.91

g/cm3

Fuente: Autor.

Tabla 56. Densidad del cemento Lechatelier Nº 2.

DENSIDAD ABSOLUTA DEL CEMENTO - FRASCO DE LECHATELIER Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1

Lectura inicial del frasco + gasolina

0.8

ml

2

Masa del frasco + gasolina

325.5

g

3

Lectura final del frasco + cemento + gasolina

18.5

ml

4

Masa final del frasco + cemento + gasolina

377.3

g

5

DENSIDAD DEL CEMENTO

2.93

g/cm3

Fuente: Autor.

Tabla 57. Densidad del cemento Lechatelier Nº 3.

DENSIDAD ABSOLUTA DEL CEMENTO - FRASCO DE LECHATELIER Nº

DESCRIPCIÓN

CANTIDAD

UNIDAD

1 2

Lectura inicial del frasco + gasolina

0.7

ml

Masa del frasco + gasolina

315.7

g

3

Lectura final del frasco + cemento + gasolina

17.8

ml

4

Masa final del frasco + cemento + gasolina

365.7

g

5

DENSIDAD DEL CEMENTO

2.92

g/cm3

Fuente: Autor.

106

4.3

RESUMEN DE ENSAYOS 

Granulometría árido fino. Tabla 58. Resumen ensayo de granulometría árido fino. CURVA GRANULOMÉTRICA

2.86

Cumple especificaciones

2.72

Cumple especificaciones

2.92

Cumple especificaciones

2.83

Cumple especificaciones

ÁRIDO FINO (ARENA)

MÓDULO DE FINURA

PROMEDIO

Fuente: Autor.

La muestra inicial de árido fino no cumplió con los requerimientos de las especificaciones granulométricas, razón por la cual se tuvo que modificar su granulometría quitando las partículas excedentes de toda la muestra inicial. El resultado que se obtuvo fue un árido fino que cumple con las especificaciones y con un módulo de finura promedio de 2.83, mismo que se encuentra dentro del rango establecido por las normas para árido fino (2.3 a 3.1). 

Granulometría árido grueso.

ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 59. Resumen ensayo de granulometría árido grueso. MÓDULO DE FINURA

TAMAÑO NOMINAL MAX

CURVA GRANULOMÉTRICA

6.48

1"

Cumple especificaciones

6.51

1"

Cumple especificaciones

6.46

1"

Cumple especificaciones

PROMEDIO

6.49

1"

Cumple especificaciones

Fuente: Autor.

De la misma forma que el árido fino la muestra inicial no cumplió con las especificaciones, así que se tuvo que modificar su granulometría quitando el material en exceso, obteniendo de esta forma una árido grueso con un tamaño nominal de 1” , con módulo de finura promedio de 6.49.

107



Abrasión.

ÁRIDO GRUESO (RIPIO)

Tabla 60. Resumen ensayo de Abrasión. % DE PERDIDA DESPUÉS DE 500 REVOLUCIONES

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD

37.10

0.23

36.82

0.22

PROMEDIO

36.96

0.228

Fuente: Autor.

El ensayo de abrasión se realizo únicamente al árido grueso, del cual se obtuvo el porcentaje de perdida después de las 500 revoluciones de 36.96%, mismo que se cumple con el requerimiento de la norma (< 50%). 

Colorimetría.

Determinado únicamente en árido fino del cual se obtuvo una Figura Nº 1, color claro a transparente, teniendo un árido fino de buena calidad, por no contener materia orgánica, lomos o arcillas. 

Peso específico y capacidad de absorción. Tabla 61. Resumen ensayo de peso específico y capacidad de absorción.

ÁRIDO

FINO (ARENA) PROMEDIO

GRUESO (RIPIO) PROMEDIO

PESO ESPECÍFICO

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN

g/cm3

%

2.60

2.08

2.58

2.10

2.62

2.11

2.60

2.10

2.60

3.00

2.58

2.93

2.57

2.84

2.58

2.93

Fuente: Autor.

108



Densidad aparente suelta y compactada. Tabla 62. Resumen ensayo de densidad aparente suelta y compactada. DENSIDAD APARENTE DENSIDAD APARENTE SUELTA COMPACTADA ÁRIDO g/cm3

%

FINO (ARENA)

2.41

2.54

GRUESO (RIPIO)

2.32

2.47

Fuente: Autor.



Densidad óptima. Tabla 63. Resumen ensayo de densidad óptima. PORCENTAJE MÁXIMO DE AGREGADO FINO 44

%

PORCENTAJE MÁXIMO DE AGREGADO GRUESO

56

%

DENSIDAD MÁXIMA

1.82

g/cm3

PORCENTAJE ÓPTIMO DE AGREGADO FINO

40

%

PORCENTAJE ÓPTIMO DE AGREGADO GRUESO

60

%

DENSIDAD ÓPTIMA

1.81

g/cm3

Fuente: Autor.



Contenido de humedad.

El contenido de humedad se realizo analizando los días en los cuales se van a realizar las mezclas, tanto de prueba como definitivas. Contenido de humedad para 23/06/2016, elaboración de mezclas de prueba. Tabla 64. Resumen contenido de humedad para mezclas de prueba. PESO ESPECÍFICO ÁRIDO % 0.61 FINO (ARENA)

0.65 0.64

PROMEDIO

0.64 0.52

GRUESO (RIPIO)

0.47 0.50

PROMEDIO

0.50 Fuente: Autor.

109

Contenido de humedad para 07/07/2016, elaboración de mezclas definitivas. Tabla 65. Resumen contenido de humedad para mezclas definitivas. PESO ESPECÍFICO

ÁRIDO

% 0.47

FINO (ARENA)

0.47 0.46

PROMEDIO

0.47 0.55

GRUESO (RIPIO)

0.54 0.56

PROMEDIO

0.55 Fuente: Autor.



Densidad real del cemento. Tabla 66. Resumen densidad del cemento. DENSIDAD g/cm3 2.91

CEMENTO

2.93 2.92 PROMEDIO

2.92 Fuente: Autor.

110

CAPÍTULO V 5 5.1

DISEÑO DE MEZCLAS DE HORMIGÓN DOSIFICACIÓN MÉTODO DE DENSIDAD ÓPTIMA

Dosificar, consiste en encontrar las proporciones adecuadas de los elementos constitutivos del hormigón para formar una mezcla de hormigón con propiedades físicas y mecánicas esperadas. Existen muchas investigaciones relacionadas con los aspectos teóricos del diseño de mezclas, en buena parte como un procedimiento empírico. Y aunque hay muchas propiedades importantes del hormigón, la mayor parte de procedimientos de diseño, están basados principalmente en lograr una resistencia a compresión a los 28 días de edad. En general existen dos métodos de dosificación que se usan comúnmente, el método propuesto por el ACI y el método de la Densidad Óptima. De estos dos métodos el que arroja mejores resultados es el de la densidad óptima, debido a que se basa en encontrar la proporción óptima para llenar todos los vacios de la mezcla. Bajo este concepto, la aplicación del método de diseño de mezclas basado en la Densidad Óptima de los áridos cobra importancia, debido a la gran variedad de áridos que se dispone en nuestro País, los cuales muchas veces no cumplen las normas establecidas para ser usados en el método A.C.I. El fundamento de éste método de diseño de mezclas es el de utilizar la cantidad de pasta mínima necesaria para obtener un hormigón de buena calidad, para lo cual es necesario obtener una combinación de áridos que deje el menor porcentaje de vacíos posible. Ésta combinación se la obtiene mediante un ensayo de Densidad Óptima de los Áridos. Para la investigación se usara el método de dosificación de la Densidad Óptima, teniendo en cuentas los proyectos de investigación realizados anteriormente, este método ha demostrado llegar de manera más exacta al valor de la resistencia característica.

111

5.1.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO. 5.1.1.1 ESPECÍMENES DE PRUEBA (PROBETAS) Tabla 67. Nomenclatura para cilindros estándar.

DIAGRAMA DE PROBETA CILÍNDRICA

ECUACIONES REPRESENTATIVAS

𝐴𝑐 =

D

𝜋 ∗ 𝐷2 4

𝑉𝑐 = 𝐴𝑐 ∗ 𝐻𝑐 = 𝑑𝑐 =

𝜋 ∗ 𝐷2 ∗ 𝐻𝑐 4

𝑚𝑐 𝑉𝑐

Ac= Área de cilindro. Vc= Volumen de cilindro.

Hc

Mc

Dc= Densidad de cilindro. D= Diámetro. Hc= Altura del cilindro. Mc= Masa del cilindro. Fuente: Autor.

Tabla 68. Nomenclatura para vigas estándar.

DIAGRAMA DE PROBETA RECTANGULAR

ECUACIONES REPRESENTATIVAS

𝑉𝑐 = 𝐿𝑣 ∗ 𝐵𝑣 ∗ 𝐻𝑣 𝑚 𝑑𝑐 = 𝑉𝑐

Bv

Vv= Volumen de viga. Dv= Densidad de viga.

Mv

Hv

Lv= Longitud de viga. Hv= Altura de viga. Bv= Base de viga.

Lv

Mv= Masa de viga.

Fuente: Autor.

112

5.1.1.2 CONDICIONES DE DISEÑO Para diseñar mezclas de hormigón es necesario partir de información conocida, misma que está dada en función del tipo de elementos, de las condiciones de trabajo y de la resistencia de diseño. Esta información generalmente se encuentras en las especificaciones de los diseñadores de las estructuras, los cuales determina el tipo de hormigón para cada elemento estructural. 

Resistencia característica especificada.

Es la resistencia a compresión que se desea obtener a los 28 días de edad, para nuestra investigación f 'c = 210 kg/cm2, siendo esta resistencia la más común en estructuras y especificaciones de construcción. Es necesario tener un margen de error en cuanto a la resistencia especificada, muchos autores establecen valores que dependen del grado de control de la calidad en la obra, o de la experiencia del fabricante de hormigón. Este margen de seguridad se conoce como resistencia característica y es el grado de seguridad que se adoptará en la investigación. La resistencia característica fue determinada en base a un tipo de control de calidad excelente 1.1f 'c y en base a la tabla de relación agua/cemento (W/C). 

Asentamiento.

El asentamiento es una medida de la consistencia que se determina con el cono de Abrams. Para diseñar la mezcla por el método de la Densidad Óptima es necesario determinar una consistencia que permita tener un hormigón trabajable. Se escoge una consistencia blanda, que nos permite tener un asentamiento de 6 a 9 cm. (Ver Tabla 1.), esta consistencia se adopta por la trabajabilidad de las fibras, debido que al tener una consistencia seca no se podrían mezclar bien los áridos, causando vacios en los cilindros de prueba.



Relación agua – cemento (W/C).

Esta relación se determina en base a la resistencia a la compresión que se desea obtener a los 28 días, y se puede observar que a mayor resistencia se tienen menores valores de relación agua cemento. 113

Tabla 69. Resistencia a la compresión del hormigón basada en la relación (W/C).

0.37

42

0.40

40

0.42

35

0.47

32

0.51

30

0.52

28

0.53

25

0.56

24

0.57

21

0.58

18

0.62

15

RELACIÓN W/C Vs RESISTENCIA PROBABLE A LOS 28 DÍAS

Relación Agua Cemento (W/C)

0,7 0,65

Relación Agua/Cemento

Resistencia a compresión a los 28 días (Mpas) 45

0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47

Resistencia probable a los 28 dias 0.70 Fuente (NTE INEN 872. Áridos para hormigón. Requisitos, 2011)

5.1.1.3 PROPIEDADES DE LOS ÁRIDOS Y DEL CEMENTO Esta información se obtiene de los ensayos realizados a los áridos y al cemento, los cuales deben cumplir con los requerimientos establecidos en las normas. ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

DRC= Densidad real del cemento. DRA= Densidad real de la arena. DRR= Densidad real del ripio. %OA= Porcentaje óptimo de arena. %OR= Porcentaje óptimo de ripio. DOM= Densidad óptima de la mezcla.

5.1.1.4 CÁLCULOS a) Densidad real de la mezcla (DRM). 𝐷𝑅𝑀 =

𝐷𝑅𝐴 ∗ 𝑃𝑂𝐴 𝐷𝑅𝑅 ∗ 𝑃𝑂𝑅 + 100 100

b) Porcentaje optimo de vacios (%OV). 𝐹𝐴𝑑ℎ =

114

𝑃 Ø∗𝜋∗ℎ

c) Cantidad de pasta. La cantidad de pasta depende del tipo de asentamiento seleccionado, y se obtendrá de acuerdo a la siguiente tabla. Tabla 70. Cantidad de pasta para el diseño de mezcla por densidad óptima. ASENTAMIENTO

CANTIDAD DE PASTA (%)

0–3

%OV + 2% + 3%(%OV)

3–6

%OV + 2% + 6%(%OV)

6–9

%OV + 2% + 8%(%OV)

9 – 12

%OV + 2% + 11%(%OV)

12 – 15

%OV + 2% + 13%(%OV) Fuente: (Camañero, 2010)

d) Cantidad de cemento (C). 𝐶=

𝐶𝑃 𝑊 1 + 𝐶 𝐷𝑅𝐶

e) Cantidad de agua (W). 𝑊=

𝑊 ∗𝐶 𝐶

f) Cantidad de arena (A). 𝐴 = (1000 − 𝐶𝑃) ∗

𝐷𝑅𝐴 ∗ 𝑃𝑂𝐴 100

g) Cantidad de ripio (R). 𝑅 = (1000 − 𝐶𝑃) ∗

𝐷𝑅𝑅 ∗ 𝑃𝑂𝑅 100

h) Dosificación inicial. i) Dosificación para un conocido numero de probetas. j) Corrección por humedad y dosificación final. Se recomienda determinar el contenido de humedad de la muestra que va a ser usada para la mezcla un día antes, de acuerdo a la NTE INEN 856 – 857. 115

Para realizar las correcciones por humedad es necesario determinar el contenido de humedad y la capacidad de absorción del árido fino y grueso, mismos que serán usados en la siguiente ecuación. 𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 =

𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 =

5.2

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ∗ (100 + % ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎) 100 + % 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑟𝑖𝑝𝑖𝑜 ∗ (100 + % ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑖𝑝𝑖𝑜) 100 + % 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑝𝑖𝑜

DISEÑO DE MEZCLA DE PRUEBA

El diseño de mezclas de prueba permite comprobar si la dosificación planteada logra cumplir los requerimientos de diseño, esto permite corregir (aumentando o disminuyendo) los elementos constitutivas de la mezcla antes de realizar las mezclas definitivas. 

CONDICIONES DE DISEÑO Tabla 71. Condiciones de diseño para mezclas de prueba. f 'c =

240

Kg/cm2

Resistencia característica

W/C=

0.57

-

Relación agua/cemento

Asent =

6-9

cm

Asentamiento

Tipo de cemento =

HOLCIM Fuerte TIPO GU

Tipo de agua =

Agua potable (Agua de grifo) Fuente: Autor.



PROPIEDADES DE ÁRIDOS Y DEL CEMENTO Tabla 72. Propiedades del los áridos y del cemento para dosificación. DRC =

2.92

g/cm3

DRA =

2.60

g/cm

3

DRR =

2.58

g/cm3

Densidad real del ripio

%OA =

40.00

%

Porcentaje óptimo de arena

%OR =

60.00

%

Porcentaje óptimo de ripio

DOM=

1.81

g/cm3

Densidad real del cemento Densidad real de la arena

Densidad óptima de la mezcla Fuente: Autor.

116



CÁLCULOS

a) Densidad real de la mezcla (DRM). 𝐷𝑅𝑀 =

𝐷𝑅𝐴 ∗ %𝑂𝐴 𝐷𝑅𝑅 ∗ %𝑂𝑅 + 100 100

𝐷𝑅𝑀 =

2.60 ∗ 40 2.58 ∗ 60 + 100 100

𝐷𝑅𝑀 = 2.59 𝑔/𝑐𝑚3

b) Porcentaje óptimo de vacios (%OV). 𝐷𝑅𝑀 − 𝐷𝑂𝑀 ∗ 100 𝐷𝑅𝑀 2.59 − 1.81 %𝑂𝑉 = ∗ 100 2.59

%𝑂𝑉 =

%𝑂𝑉 = 30.07 %

c) Cantidad de pasta (CP). 𝐶𝑃 = %𝑂𝑉 + 2% + 8%(%𝑂𝑉) 𝐶𝑃 = 30 + 2 + 8%(30) 𝐶𝑃 = 34.48% 𝐶𝑃 = 344.78𝑑𝑚3

De acuerdo al método de la Densidad Optima la cantidad de pasta no debe ser mayor al 30%, pero esta consideración está tomada para hormigones simples, en la cual no se toma en cuenta las fibras. Para esta investigación se tomara en cuenta un % mayor considerando que la pasta debe adherirse tanto al árido grueso como a las fibras. d) Cantidad de cemento (C). 𝐶=

𝐶=

𝐶𝑃 𝑊 1 + 𝐶 𝐷𝑅𝐶

344.78 1 0.57 + 2.92

𝐶 = 377.86 𝐾𝑔

117

e) Cantidad de agua (W). 𝑊=

𝑊 ∗𝐶 𝐶

𝑊 = 0.57 ∗ 377.86 𝑊 = 215.38𝐾𝑔

f) Cantidad de arena (A). 𝐴 = (1000 − 𝐶𝑃) ∗

𝐷𝑅𝐴 ∗ %𝑂𝐴 100

𝐴 = (1000 − 344.78) ∗

2.60 ∗ 40 100

𝐴 = 680.51𝐾𝑔

g) Cantidad de ripio (R). 𝑅 = (1000 − 𝐶𝑃) ∗

𝐷𝑅𝑅 ∗ %𝑂𝑅 100

𝑅 = (1000 − 344.78) ∗

2.58 ∗ 60 100

𝑅 = 1015.45𝐾𝑔

h) Resumen dosificación inicial al peso. Tabla 73. Resumen dosificación inicial, mezcla de prueba.

MATERIAL

Cantidad en kg por cada m3 de hormigón

DOSIFICACIÓN AL PESO

C

377.86

1

W

215.38

0.57

A

680.51

1.80

R

1015.45

TOTAL

2289.194 Kg/m

2.69 3

Fuente: Autor.

118

Densidad Hormigón

i) Cantidad de muestra para cilindros. Para comprobar nuestra dosificación se realizaran 9 cilindros de 10 x 20 cm (el tamaño de los cilindros fue seleccionado en función del tamaño nominal del árido) para ser ensayados a los 7, 14 y 28 días de edad. Para determinar la cantidad de materiales se asume un peso promedio de cada cilindro de 4 Kg, incluido un porcentaje de desperdicios. Peso de cada cilindro

4

Kg

Número de cilindros

9

#

Peso total de muestra

36

Kg

𝑋 + 0.57𝑋 + 1.80𝑋 + 2.69𝑋 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑋 + 0.57𝑋 + 1.80𝑋 + 2.69𝑋 = 36 𝑋 + 0.57𝑋 + 1.80𝑋 + 2.69𝑋 = 36 𝑋 = 𝐶 = 5.94𝐾𝑔 Tabla 74. Mezcla de prueba para 9 cilindros.

MATERIAL

DOSIFICACIÓN AL PESO

CANTIDAD PARA 9 CILINDROS (Kg)

C

1.00

W

0.57

5.94 3.39

A

1.80

10.70

2.69

15.97

R

Fuente: Autor.

j) Corrección por humedad y dosificación final. Tabla 75. Mezclas de prueba, corrección por humedad. PESO

C.A

C.H

Kg

%

%

CORRECCIÓN (Kg)

CANTIDAD CORREGIDA (Kg)

DOSIFICACIÓN AL PESO CORREGIDA

C

5.94

-

-

-

5.94

1.00

W

3.39

-

-

0.54

3.93

0.66

A

10.70

2.10

0.64

0.16

10.55

1.77

R

15.97

2.93

0.50

0.39

15.58

2.62

MATERIAL

Fuente: Autor.

119

𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 ∗

100 + % ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 100 + % 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 10.70 ∗

100 + 0.64 100 + 2.10

𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 10.55𝐾𝑔 𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑟𝑖𝑝𝑖𝑜 ∗

100 + % ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑖𝑝𝑖𝑜 100 + % 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑖𝑝𝑖𝑜

𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 15.97 ∗

100 + 0.50 100 + 2.93

𝑅𝑖𝑝𝑖𝑜 = 15.58

5.2.1 RESULTADOS Una vez ensayado los cilindros de prueba se establece que la dosificación inicial planteada cumple con los parámetros de diseño planteados. Con esta dosificación se llevaran a cabo las dosificaciones definitivas.

Figura 63. Ensayo cilindros de prueba. Fuente: Autor.

120

Tabla 76. Ensayo a compresión simple, mezcla de prueba. Fecha de elaboración

Fecha de ensayo

D

Hc

Ac

Número de días

cm

cm

cm

V

2

cm

Mc 3

Dc

g

g/cm

3

Trabajabilidad Consistencia

Carga

Esfuerzo

Kg

Kg/cm2

CP1

23/06/2016 30/06/2016

7

10.4

20.1

84.95

1707.47

3886

2.28

14880

175.165

CP2

23/06/2016 30/06/2016

7

10.5

20.1

86.59

1740.46

3934

2.26

14630

168.957

CP3

23/06/2016 30/06/2016

7

10.4

20.2

84.95

1715.96

3909

2.28

14740

173.517

CP4

23/06/2016 07/07/2016

14

10.4

20.0

84.95

1698.97

3788

2.23

17460

205.536

CP5

23/06/2016 07/07/2016

14

10.5

20.1

86.59

1740.46

3894

2.24

18550

214.228

CP6

23/06/2016 07/07/2016

14

10.4

20.0

84.95

1698.97

3840

2.26

16500

194.235

CP7

23/06/2016 14/07/2016

28

10.3

19.9

83.32

1658.13

3780

2.28

19690

236.31

CP8

23/06/2016 14/07/2016

28

10.3

20.0

83.32

1666.46

3768

2.26

20300

243.631

CP9

23/06/2016 14/07/2016

28

10.2

20.1

81.71

1642.43

3775

2.30

19860

243.107

Buena

Fuente: Autor.

Resisencia a la compresión simple (Kg/cm2)

Cilindros de prueba

Nombre Cilindro

300 250 200 150 100 50 0 0

10

20

30

Dias de ensayo (Dias) Figura 64. Resistencia a la compresión vs días de ensayo dosificación de prueba. Fuente: Autor

121

8

5.3

DISEÑO DE MEZCLAS DEFINITIVAS

El diseño de mezclas se realizada tomando en cuenta 3 condiciones de diseño: Hormigón sin fibras, hormigón con fibras comerciales y hormigón con fibras recicladas, este diseño se realizara con la misma dosificación para los 3 casos. Cada condición tendrá 4 parámetros de análisis: compresión simple, tracción indirecta, flexión y módulo de elasticidad, para estos parámetros es necesario dosificar la cantidad de fibras para cada estado. 5.3.1 DOSIFICACIÓN DE FIBRAS METÁLICAS.

La dosificación de fibras metálicas está en función del volumen que ocupan dentro de la masa de hormigón, en las hojas técnicas de las fibras comerciales los fabricantes especifican la cantidad de fibras. Analizando esta dosificación recomendada se puede establecer que no se tiene una especificación dependiendo del tipo de carga a la cual va a trabajar, razón por la cual se vio en la necesidad de buscar proyectos de investigación que se centre en esta condición. Cabe mencionar que una pequeña cantidad de fibras no genera la transmisión de esfuerzos en el hormigón, por la separación que existe entre ellas. Por otro lado el exceso de fibras genera muchos vacios y poca adherencia con la pasta de hormigón. El proyecto de investigación en el cual nos basamos para encontrar el porcentaje óptimo de fibras recomendado para cada estado es: TESIS: COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO Y SU INFLUENCIA EN SUS PROPIEDADES MECÁNICAS EN EL CANTÓN AMBATO, PROVINCIA DE TUNGURAHUA. En esta investigación se determina porcentaje optimo de fibras, para lo cual elaboran probetas de ensayo con porcentajes de fibra de 0%, 0.25%, 0.50%, 1%,1.5%, con estos parámetros analizan los estados de compresión, tracción y flexión. Determinando en función de la resistencia máxima el porcentaje óptimo de fibras.

122



PORCENTAJE ÓPTIMO DE FIBRAS A COMPRESIÓN SIMPLE.

El valor recomendado es 0.62%, para una resistencia de diseño de 210 y 240 Kg/cm2 (Silva Tipantasig, 2014)

Figura 65.Porcentaje óptimo de fibras a compresión simple. Fuente: (Silva Tipantasig, 2014).



PORCENTAJE ÓPTIMO DE FIBRAS A TRACCIÓN INDIRECTA.

El valor recomendado es 1.20%, para una resistencia de diseño de 210 y 240 Kg/cm2 (Silva Tipantasig, 2014).

Figura 66. Porcentaje óptimo de fibras a tracción indirecta. Fuente: (Silva Tipantasig, 2014).

123



PORCENTAJE ÓPTIMO DE FIBRAS A FLEXIÓN.

El valor recomendado es 1.15%, para una resistencia de diseño de 210 y 240 Kg/cm2 (Silva Tipantasig, 2014).

Figura 67. Porcentaje óptimo de fibras a flexión.

Fuente: (Silva Tipantasig, 2014).

5.3.1.1 DOSIFICACIÓN DE FIBRAS PARA CILINDROS INFORMACIÓN PRELIMINAR (DATOS) ‐

D

‐

Hc = Altura del cilindro.

‐

Nºc = Número de cilindros.

‐

%FC= Porcentaje de fibras comerciales.

‐

DFC = Densidad de fibras comerciales.

‐

DH = Densidad de hormigón.

= Diámetro del cilindro.

124

PROCEDIMIENTO a) Volumen de cilindro. 𝑉𝐶 =

𝜋 ∗ 𝐷2 ∗𝐻 4

b) Masa de cilindro. 𝑀𝐶 = 𝑉𝐶 ∗ 𝐷𝐻

c) Masa de cilindro total. 𝑀𝐶𝑇 = 𝑀𝐶 ∗ 𝑁°𝑐

d) Volumen de cilindro total. 𝑉𝐶𝑇 =

𝑀𝐶𝑇 𝐷𝐻

e) Volumen de fibra de acero comercial. La cantidad de fibra de acero se añade en función del volumen de hormigón, usando una regla de tres simple. 1m3 --------------100% X -------------- % VFa X= VFa f)

Masa de fibras de acero. 𝑀𝐹𝑎 = 𝑉𝐹𝑎 ∗ 𝐷𝐹𝐶

g) Masa de fibras de acero total. 𝑀𝐹𝑎𝑇 = 𝑀𝐹𝑎 ∗ 𝑉𝐶T

5.3.1.2 DOSIFICACIÓN DE FIBRAS PARA VIGAS INFORMACIÓN PRELIMINAR (DATOS) ‐

Lv = Longitud de viga.

‐

Hv = Altura del viga.

‐

Bv = Base de viga.

‐

Nºv = Número de vigas.

‐

%FC= Porcentaje de fibras comerciales.

‐

DFC = Densidad de fibras comerciales. 125

‐

DH = Densidad de hormigón.

PROCEDIMIENTO a) Volumen de viga. 𝑉𝑉 = 𝐿𝑣 ∗ 𝐻𝑣 ∗ 𝐵𝑣

b) Masa de viga. 𝑀𝑉 = 𝑉𝑉 ∗ 𝐷𝐻

c) Masa de viga total. 𝑀𝑉𝑇 = 𝑀𝑉 ∗ 𝑁°𝑣

d) Volumen de viga total. 𝑉𝐶𝑇 =

𝑀𝑉𝑇 𝐷𝐻

e) Volumen de fibra de acero comercial.

La cantidad de fibra de acero se añade en función del volumen de hormigón, usando una regla de tres simple. 1m3 --------------100% X -------------- % VFa X= VFa

f) Masa de fibras de acero. 𝑀𝐹𝑎 = 𝑉𝐹𝑎 ∗ 𝐷𝐹𝐶

g) Masa de fibras de acero total. 𝑀𝐹𝑎𝑇 = 𝑀𝐹𝑎 ∗ 𝑉𝐶T

126

5.3.2 DISEÑO DE HORMIGÓN SIN FIBRAS Esta dosificación se caracteriza por no tener ningún tipo de refuerzo (hormigón sin fibras). Se dosificara para cilindros y vigas estándar.

Figura 68. Mezclas de hormigón sin fibras. Fuente: Autor.



Cilindros.

Se usarán probetas estándar de 10cm x 20cm, a excepción de los cilindros para módulos de elasticidad debido a que para estos se usan cilindros de 15cm x 30cm, para medir las deformaciones. Tabla 77. Número de cilindros para mezclas de hormigón sin fibras. HORMIGÓN SIN FIBRAS TIEMPO DE TAMAÑO DE ESTADO DE CARGA ENSAYO (Días) CILINDROS (cm) Compresión simple 7 10 x 20 Compresión simple 14 10 x 20 Compresión simple 28 10 x 20 Tracción indirecta 28 10 x20 Módulo de elasticidad 28 15 x 30 TOTAL DE CILINDROS = Fuente: Autor.

127

# DE CILINDROS 3 3 3 3x3=9 21

Figura 69. Elaboración de cilindros sin fibras. Fuente: Autor.



Vigas. Tabla 78. Número de vigas para mezclas de hormigón sin fibras. HORMIGÓN SIN FIBRAS TIEMPO DE TAMAÑO DE ESTADO DE CARGA ENSAYO (Días) VIGAS (cm) Flexión 28 15 x 15 x 50 TOTAL DE VIGAS = Fuente: Autor.

Figura 70. Elaboración de vigas sin fibras. Fuente: Autor.

128

# DE VIGAS 3 3

Tabla 79. Dosificación de hormigón sin fibras para cilindros. DOSIFICACIÓN DE HORMIGÓN SIN FIBRAS - CILINDROS CONDICIONES DE DISEÑO VALORES CALCULADOS MÉTODO DOSIFICACIÓN DENSIDAD ÓPTIMA 2 f'c = 240 DRM = 2.59 Densidad real de la mezcla Kg/cm Resistencia característica g/cm3 W/C = 0.57 Relación agua/cemento 30.07 % POV = Porcentaje óptimo de vacios Asent = 6-9 cm Asentamiento 300.72 dm3 Tipo de cemento = HOLCIM Fuerte TIPO GU 34.48 % CP= Cantidad de pasta Tipo de agua = Agua potable (Agua de grifo) 344.78 dm3 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES C= 377.86 Cantidad de cemento kg 3 DRC = 2.92 Densidad real del cemento w= 215.38 Cantidad de agua g/cm kg DRA = 2.597 A= 680.51 Cantidad de arena g/cm3 Densidad real de la arena kg DRR = 2.583 R= 1015.45 Cantidad de ripio g/cm3 Densidad real del ripio kg POA = 40.00 % Porcentaje óptimo de arena TIPO DE PROBETA POR = 60.00 % Porcentaje óptimo de ripio Tipo de probeta= Cilindro Estándar DOM= 1.81 D= 10.00 Diámetro cilindro (cm) g/cm3 Densidad óptima de la mezcla CAA= 2.10 % Capacidad de absorción de arena Hc= 20.00 Altura del cilindro (cm) CAR= 2.93 % Capacidad de absorción de ripio Mc= 4.00 Peso de @ cilindro (Kg) CHA= 0.47 % Contenido de humedad arena Nº c= 21 Número de cilindros CHR= 0.55 % Contenido de humedad ripio McT= 84.00 Peso total cilindros (Kg) DOSIFICACIÓN PARA UN DETERMINADO NUMERO DE CILINDROS DOSIFICACIÓN INICIAL PARA 1m3 DE HORMIGÓN DOSIFICACIÓN DENSIDAD CORRECCIÓN POR CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD AL PESO HORMIGÓN HUMEDAD MATERIAL Kg Kg Kg Kg Kg/m3 C 377.86 1 13.87 0.00 13.87 W 215.38 0.57 7.90 1.26 9.16 2289.19 A 680.51 1.80 24.97 0.40 24.57 R 1015.45 2.69 37.26 0.86 36.40 Fuente: Autor.

129

Tabla 80. Dosificación de hormigón sin fibras para vigas. DOSIFICACIÓN DE HORMIGÓN SIN FIBRAS - VIGAS CONDICIONES DE DISEÑO VALORES CALCULADOS MÉTODO DOSIFICACIÓN DENSIDAD ÓPTIMA 2 f'c = 240 DRM = 2.59 Densidad real de la mezcla Kg/cm Resistencia característica g/cm3 W/C = 0.57 Relación agua/cemento 30.07 % POV = Porcentaje óptimo de vacios Asent = 6-9 cm Asentamiento 300.72 dm3 Tipo de cemento = HOLCIM Fuerte TIPO GU 34.48 % CP= Cantidad de pasta Tipo de agua = Agua potable (Agua de grifo) 344.78 dm3 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES C= 377.86 Cantidad de cemento kg 3 DRC = 2.92 w= 215.38 Cantidad de agua g/cm Densidad real del cemento kg DRA = 2.597 A= 680.51 Cantidad de arena g/cm3 Densidad real de la arena kg DRR = 2.583 R= 1015.45 Cantidad de ripio g/cm3 Densidad real del ripio kg POA = 40.00 % Porcentaje óptimo de arena TIPO DE PROBETA POR = 60.00 % Porcentaje óptimo de ripio Tipo de probeta= Viga Estándar DOM= 1.81 Bv x Hv = 15 x 15 Base x Altura de viga (cm) g/cm3 Densidad óptima de la mezcla CAA= 2.10 % Capacidad de absorción de arena Lv= 50.00 Longitud de viga (cm) CAR= 2.93 % Capacidad de absorción de ripio Mv= 39.00 Peso de @ viga (Kg) CHA= 0.47 % Contenido de humedad arena Nº v= 3 Número de vigas CHR= 0.55 % Contenido de humedad ripio MvT= 117.00 Peso total vigas (Kg) DOSIFICACIÓN PARA UN DETERMINADO NUMERO DE CILINDROS DOSIFICACIÓN INICIAL PARA 1m3 DE HORMIGÓN DOSIFICACIÓN DENSIDAD CORRECCIÓN POR CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD AL PESO HORMIGÓN HUMEDAD MATERIAL Kg Kg Kg Kg Kg/m3 C 377.86 1 19.31 0.00 19.31 W 215.38 0.57 11.01 1.75 12.76 2289.19 A 680.51 1.80 34.78 0.56 34.23 R 1015.45 2.69 51.90 1.20 50.70 Fuente: Autor.

130

5.3.3 DISEÑO

DE

HORMIGÓN

CON

FIBRAS

COMERCIALES

Y

RECICLADAS Para esta etapa es necesario dosificar el hormigón y las fibras (comerciales y recicladas), esta será la misma para las dos etapas, con esto se logrará comparar las mezclas con la misma dosificación pero con distinto tipo de fibras. En la dosificación del hormigón con fibras se tomará en cuenta los estados de carga: compresión, tracción, flexión y módulo de elasticidad, para esto es necesario una dosificación diferente para cada estado.

Figura 71. Mezclas de hormigón con fibras comerciales y recicladas. Fuente: Autor.

5.3.3.1 DISEÑO DE ELEMENTOS SOMETIDOS A COMPRESIÓN SIMPLE La compresión simple se analizará en probetas cilíndricas estándar de 10cm x 20cm, las cuales serán ensayadas a los 7, 14 y 28 días de edad. Tabla 81. Número de cilindros para compresión simple, con fibras comerciales y recicladas. HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES Y RECICLADAS ESTADO DE CARGA

TIEMPO DE ENSAYO (Días)

TAMAÑO DE CILINDROS (cm)

Compresión simple 7 Compresión simple 14 Compresión simple 28 TOTAL DE CILINDROS =

10 x 20 10 x 20 10 x 20

# DE CILINDROS 3 3 3 9

Fuente: Autor.

El porcentaje optimo de fibras recomendado para este estado será del 0.62%, según (Silva Tipantasig, 2014) . 131

Tabla 82. Dosificación de fibras metálicas para compresión simple.

DOSIFICACIÓN DE FIBRAS METÁLICAS PARA COMPRESIÓN SIMPLE Nº =

9

u

Número de cilindros

Dc =

0.10

m

Diámetro de cilindros

Hc =

0.20

m

Altura de cilindro

VC =

0.0016

3

m

Volumen de cada cilindro 3

DH =

2289.19

Kg/m

MC =

3.60

Kg

Masa de cada cilindros de hormigón

MCT=

32.36

Kg

Masa de cilindros total

VC T=

0.01

3

m

Volumen de cilindros total 3

Dfa =

6.76

g/cm

Dfa =

6760

Kg/m3

%Fa =

0.62

% 3

Densidad del hormigón

Densidad de fibras de acero Porcentaje de fibras de acero

Vfa =

0.01

m

Volumen de la fibras de acero

Mfa=

41.912

kg

Masa de fibra de acero para 1m3 de hormigón

CFaC=

0.5925

kg

Cantidad de fibras para todos los cilindros Fuente: Autor.

132

Tabla 83. Dosificación de hormigón con fibras comerciales y recicladas para compresión simple. DOSIFICACIÓN DE HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES Y RECICLADAS PARA COMPRESIÓN SIMPLE CONDICIONES DE DISEÑO VALORES CALCULADOS MÉTODO DOSIFICACIÓN DENSIDAD ÓPTIMA 2 f'c = 240 DRM = 2.59 Densidad real de la mezcla Kg/cm Resistencia característica g/cm3 W/C = 0.57 Relación agua/cemento 30.07 % POV = Porcentaje óptimo de vacios Asent = 6-9 cm Asentamiento 300.72 dm3 Tipo de cemento = HOLCIM Fuerte TIPO GU 34.48 % CP= Cantidad de pasta Tipo de agua = Agua potable (Agua de grifo) 344.78 dm3 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES C= 377.86 Cantidad de cemento kg 3 DRC = 2.92 w= 215.38 Cantidad de agua g/cm Densidad real del cemento kg DRA = 2.597 A= 680.51 Cantidad de arena g/cm3 Densidad real de la arena kg DRR = 2.583 R= 1015.45 Cantidad de ripio g/cm3 Densidad real del ripio kg POA = 40.00 % Porcentaje óptimo de arena TIPO DE PROBETA POR = 60.00 % Porcentaje óptimo de ripio Tipo de probeta= Cilindro Estándar DOM= 1.81 D= 10.00 Diámetro cilindro (cm) g/cm3 Densidad óptima de la mezcla CAA= 2.10 % Capacidad de absorción de arena Hc= 20.00 Altura del cilindro (cm) CAR= 2.93 % Capacidad de absorción de ripio Mc= 4.00 Peso de @ cilindro (Kg) CHA= 0.47 % Contenido de humedad arena Nº c= 9 Número de cilindros CHR= 0.55 % Contenido de humedad ripio McT= 36.00 Peso total cilindros (Kg) DOSIFICACIÓN PARA UN DETERMINADO NUMERO DE CILINDROS DOSIFICACIÓN INICIAL PARA 1m3 DE HORMIGÓN DOSIFICACIÓN DENSIDAD CORRECCIÓN POR CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD AL PESO HORMIGÓN HUMEDAD MATERIAL Kg Kg Kg Kg Kg/m3 C 377.86 1 5.94 0.00 5.94 W 215.38 0.57 3.39 0.54 3.93 2289.19 A 680.51 1.80 10.70 0.17 10.53 R 1015.45 2.69 15.97 0.37 15.60 Fuente: Autor.

133

5.3.3.2 DISEÑO DE ELEMENTOS SOMETIDOS A TRACCIÓN INDIRECTA La tracción indirecta se analizara en probetas cilíndricas estándar de 10cm x 20cm, las cuales serán ensayadas únicamente a los 30 días. Tabla 84. Número de cilindros para tracción indirecta, con fibras comerciales y recicladas. HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES Y RECICLADAS ESTADO DE CARGA

TIEMPO DE ENSAYO (Días)

TAMAÑO DE CILINDROS (cm)

Tracción indirecta 28 TOTAL DE CILINDROS = Fuente: Autor.

# DE CILINDROS

10 x20

3 3

El porcentaje optimo de fibras recomendado para el estado de tracción es: 1.20%, según (Silva Tipantasig, 2014). Tabla 85. Dosificación de fibras metálicas para tracción indirecta.

DOSIFICACIÓN DE FIBRAS METÁLICAS PARA TRACCIÓN INDIRECTA Nº =

3

u

Número de cilindros

Dc =

0.10

m

Diámetro de cilindros

Hc =

0.20

m

Altura de cilindro

VC =

0.0016

m3

Volumen de cada cilindro

DH =

2289.19

MC =

3.60

Kg

Masa de cada cilindros de hormigón

MCT=

10.79

Kg

Masa de cilindros total

VC T=

0.00

Kg/m3 Densidad del hormigón

3

m

Volumen de cilindros total 3

Dfa =

6.76

g/cm

Dfa =

6760

Kg/m3

%Fa =

1.20

% 3

Densidad de fibras de acero Porcentaje de fibras de acero

Vfa =

0.01

m

Volumen de la fibras de acero

Mfa=

81.12

kg

Masa de fibra de acero para 1m3 de hormigón

CFaC=

0.3823

kg

Cantidad de fibras para todos los cilindros Fuente: Autor.

134

Tabla 86. Dosificación de hormigón con fibras comerciales y recicladas para tracción indirecta. DOSIFICACIÓN DE HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES Y RECICLADAS PARA TRACCIÓN INDIRECTA CONDICIONES DE DISEÑO VALORES CALCULADOS MÉTODO DOSIFICACIÓN DENSIDAD ÓPTIMA f'c = 240 DRM = 2.59 Densidad real de la mezcla Kg/cm2 Resistencia característica g/cm3 W/C = 0.57 Relación agua/cemento 30.07 % POV = Porcentaje óptimo de vacios Asent = 6-9 cm Asentamiento 300.72 dm3 Tipo de cemento = HOLCIM Fuerte TIPO GU 34.48 % CP= Cantidad de pasta Tipo de agua = Agua potable (Agua de grifo) 344.78 dm3 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES C= 377.86 Cantidad de cemento kg DRC = 2.92 w= 215.38 Cantidad de agua g/cm3 Densidad real del cemento kg DRA = 2.597 A= 680.51 Cantidad de arena g/cm3 Densidad real de la arena kg 3 DRR = 2.583 Densidad real del ripio R= 1015.45 Cantidad de ripio g/cm kg POA = 40.00 % Porcentaje óptimo de arena TIPO DE PROBETA POR = 60.00 % Porcentaje óptimo de ripio Tipo de probeta= Cilindro Estándar 3 DOM= 1.81 Densidad óptima de la mezcla D= 10 Diámetro cilindro (cm) g/cm CAA= 2.10 % Capacidad de absorción de arena Hc= 20 Altura del cilindro (cm) CAR= 2.93 % Capacidad de absorción de ripio Mc= 4.00 Peso de @ cilindro (Kg) CHA= 0.47 % Contenido de humedad arena Nº c= 3 Número de cilindros CHR= 0.55 % Contenido de humedad ripio McT= 12.00 Peso total cilindros (Kg) DOSIFICACIÓN PARA UN DETERMINADO NUMERO DE CILINDROS DOSIFICACIÓN INICIAL PARA 1m3 DE HORMIGÓN DOSIFICACIÓN DENSIDAD CORRECCIÓN POR CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD AL PESO HORMIGÓN HUMEDAD MATERIAL Kg Kg Kg Kg Kg/m3 C 377.86 1 1.98 0.00 1.98 W 215.38 0.57 1.13 0.18 1.31 2289.19 A 680.51 1.80 3.57 0.06 3.51 R 1015.45 2.69 5.32 0.12 5.20 Fuente: Autor.

135

5.3.3.3 DISEÑO DE ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIÓN Para la flexión se analizara en vigas estándar de 15cm x 15cm x 50 cm, las cuales serán ensayadas únicamente a los 30 días. Tabla 87. Número de cilindros para flexión, con fibras comerciales y recicladas. HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES Y RECICLADAS ESTADO DE CARGA Flexión

TIEMPO DE ENSAYO (Días)

TAMAÑO DE VIGAS (cm)

28 TOTAL DE VIGAS =

# DE VIGAS

15 x 15 x 50

3 3

Fuente: Autor.

El porcentaje optimo de fibras recomendado para la flexión es: 1.15%, según (Silva Tipantasig, 2014). Tabla 88. Dosificación de fibras metálicas para flexión.

DOSIFICACIÓN DE FIBRAS METÁLICAS PARA VIGAS Nº =

3

u

Número de vigas

Lv =

0.5

m

Diámetro de cilindros

Bv =

0.15

m

Base de viga

Hv=

0.15

m

Altura de viga

VV =

0.01125

3

m

Volumen de cada viga de hormigón 3

DH =

2289.19412

Kg/m

MV=

25.7534338

Kg

Masa de cada viga de hormigón

MVT=

77.2603015

Kg

Masa de vigas total

VVT =

0.03375

3

m

Volumen de vigas total 3

Dfa =

6.76

g/cm

Dfa =

6760

Kg/m3

%Fa =

1.15

% 3

Densidad del hormigón

Densidad de fibras de acero Porcentaje de fibras de acero

Vfa =

0.0115

m

Volumen de la fibra de acero

Mfa=

77.74

kg

Masa de fibra de acero para 1m3 de hormigón

CFaC=

2.6237

kg

Cantidad de fibras para todas las vigas Fuente: Autor.

136

Tabla 89. Dosificación de hormigón con fibras comerciales y recicladas para flexión. DOSIFICACIÓN DE HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES Y RECICLADAS PARA FLEXIÓN CONDICIONES DE DISEÑO VALORES CALCULADOS MÉTODO DOSIFICACIÓN DENSIDAD ÓPTIMA f'c = 240 DRM = 2.59 Densidad real de la mezcla Kg/cm2 Resistencia característica g/cm3 W/C = 0.57 Relación agua/cemento 30.07 % POV = Porcentaje óptimo de vacios Asent = 6-9 cm Asentamiento 300.72 dm3 Tipo de cemento = HOLCIM Fuerte TIPO GU 34.48 % CP= Cantidad de pasta Tipo de agua = Agua potable (Agua de grifo) 344.78 dm3 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES C= 377.86 Cantidad de cemento kg DRC = 2.92 w= 215.38 Cantidad de agua g/cm3 Densidad real del cemento kg DRA = 2.597 A= 680.51 Cantidad de arena g/cm3 Densidad real de la arena kg 3 DRR = 2.583 Densidad real del ripio R= 1015.45 Cantidad de ripio g/cm kg POA = 40.00 % Porcentaje óptimo de arena TIPO DE PROBETA POR = 60.00 % Porcentaje óptimo de ripio Tipo de probeta= Viga Estándar 3 DOM= 1.81 Densidad óptima de la mezcla Bv x Hv = 15 x 15 Base x Altura de viga (cm) g/cm CAA= 2.10 % Capacidad de absorción de arena Lv= 50.00 Longitud de viga (cm) CAR= 2.93 % Capacidad de absorción de ripio Mv= 39.00 Peso de @ viga (Kg) CHA= 0.47 % Contenido de humedad arena Nº v= 3 Número de vigas CHR= 0.55 % Contenido de humedad ripio MvT= 117.00 Peso total vigas (Kg) DOSIFICACIÓN PARA UN DETERMINADO NUMERO DE CILINDROS DOSIFICACIÓN INICIAL PARA 1m3 DE HORMIGÓN DOSIFICACIÓN DENSIDAD CORRECCIÓN POR CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD AL PESO HORMIGÓN HUMEDAD MATERIAL Kg Kg Kg Kg Kg/m3 C 377.86 1 19.31 0.00 19.31 W 215.38 0.57 11.01 1.75 12.76 2289.19 A 680.51 1.80 34.78 0.56 34.23 R 1015.45 2.69 51.90 1.20 50.70 Fuente: Autor.

137

5.3.3.4 DISEÑO DE ELEMENTOS PARA MÓDULOS DE ELASTICIDAD. Para determinar el módulo de elasticidad se utiliza cilindros estándar de 15cm x 35cm, las cuales serán ensayadas a los 30 días. Tabla 90. Número de cilindros para módulo de elasticidad, con fibras comerciales y recicladas. HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES Y RECICLADAS TIEMPO DE ENSAYO (Días)

ESTADO DE CARGA

TAMAÑO DE CILINDROS (cm)

Módulo de elasticidad 28 TOTAL DE CILINDROS =

# DE CILINDROS

15 x30

3 3

Fuente: Autor.

El porcentaje óptimo de fibras adoptado para determinar el módulo de elasticidad es el porcentaje de fibras a tracción, debido a que este es el % mas critico. Valor adoptado = 1.20%, según (Silva Tipantasig, 2014). Tabla 91. Dosificación de fibras metálicas para módulos de elasticidad.

DOSIFICACIÓN DE FIBRAS METÁLICAS PARA MÓDULO DE ELASTICIDAD Nº =

3

u

Número de cilindros

Dc =

0.15

m

Diámetro de cilindros

Hc =

0.30

m

Altura de cilindro

VC =

0.0053

3

m

Volumen de cada cilindro de hormigón 3

DH =

2289.19

Kg/m

MC =

12.14

Kg

Masa de cada cilindros de hormigón

MCT=

36.41

Kg

Masa de cilindros total

VC T=

0.02

3

m

Volumen de cilindros total 3

Dfa =

6.76

g/cm

Dfa =

6760

Kg/m3

%Fa =

1.20

% 3

Densidad del hormigón

Densidad de fibras de acero Porcentaje de fibras de acero

Vfa =

0.01

m

Volumen de la fibras de acero

Mfa=

81.12

kg

Masa de fibra de acero para 1m3 de hormigón

CFaC=

1.2902

kg

Cantidad de fibras para todos los cilindros Fuente: Autor.

138

Tabla 92. Dosificación de hormigón con fibras comerciales y recicladas para módulos de elasticidad. DOSIFICACIÓN DE HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES Y RECICLADAS CONDICIONES DE DISEÑO VALORES CALCULADOS MÉTODO DOSIFICACIÓN DENSIDAD ÓPTIMA f'c = 240 DRM = 2.59 Kg/cm2 Resistencia característica g/cm3 Densidad real de la mezcla W/C = 0.57 Relación agua/cemento 30.07 % POV = Porcentaje óptimo de vacios Asent = 6-9 cm Asentamiento 300.72 dm3 Tipo de cemento = HOLCIM Fuerte TIPO GU 34.48 % CP= Cantidad de pasta Tipo de agua = Agua potable (Agua de grifo) 344.78 dm3 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES C= 377.86 Cantidad de cemento kg DRC = 2.92 w= 215.38 Cantidad de agua g/cm3 Densidad real del cemento kg DRA = 2.597 g/cm3 Densidad real de la arena A= 680.51 Cantidad de arena kg 3 DRR = 2.583 g/cm Densidad real del ripio R= 1015.45 Cantidad de ripio kg POA = 40.00 % Porcentaje óptimo de arena TIPO DE PROBETA Tipo de POR = 60.00 % Porcentaje óptimo de ripio Cilindro Estándar probeta= DOM= 1.81 D= 15 Diámetro cilindro (cm) g/cm3 Densidad óptima de la mezcla CAA= 2.10 % Capacidad de absorción de arena Hc= 30 Altura del cilindro (cm) CAR= 2.93 % Capacidad de absorción de ripio Mc= 13.00 Peso de @ cilindro (Kg) CHA= 0.47 % Contenido de humedad arena Nº c= 3 Número de cilindros CHR= 0.55 % Contenido de humedad ripio McT= 39.00 Peso total cilindros (Kg) DOSIFICACIÓN PARA UN DETERMINADO NUMERO DE CILINDROS DOSIFICACIÓN INICIAL PARA 1m3 DE HORMIGÓN DENSIDAD CORRECCIÓN CANTIDAD DOSIFICACIÓN AL PESO CANTIDAD CANTIDAD HORMIGÓN POR HUMEDAD MATERIAL Kg Kg Kg Kg Kg/m3 C 377.86 1 6.44 0.00 6.44 W 215.38 0.57 3.67 0.58 4.25 2289.19 A 680.51 1.80 11.59 0.19 11.41 R 1015.45 2.69 17.30 0.40 16.90 Fuente: Autor.

139

CAPÍTULO VI 6

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

6.1

PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO

Las propiedades del hormigón fresco se analizaran en los casos de: hormigón sin fibras, hormigón con fibras comerciales, hormigón con fibras recicladas. El objetivo de este análisis es determinar el cambio y la variación que presenta la mezcla en cada uno de los casos. En estado fresco el hormigón presenta únicamente, propiedades físicas, las que se estimaron en la presente investigación son: trabajabilidad, consistencia, homogeneidad. 6.1.1 HORMIGÓN SIN FIBRAS.

Figura 72. Consistencia de la mezcla, hormigón sin fibras. Fuente: Autor.

140

Fecha de Ensayo

Número de días

CNC7-1

06/07/2016

13/07/2016

7

CNC7-2

06/07/2016

13/07/2016

7

CNC7-3

06/07/2016

13/07/2016

7

CNC14-1

06/07/2016

20/07/2016

14

CNC14-2

06/07/2016

20/07/2016

14

CNC14-3

06/07/2016

20/07/2016

14

CNC28-1

06/07/2016

03/08/2016

28

CNC28-2

06/07/2016

03/08/2016

28

CNC28-3

06/07/2016

03/08/2016

28

TRACCIÓN

CNT-1

06/07/2016

03/08/2016

28

CNT-2

06/07/2016

03/08/2016

28

CNT-3

06/07/2016

03/08/2016

28

MÓDULO

Nombre Cilindro

CNM-1

06/07/2016

03/08/2016

28

CNM-2

06/07/2016

03/08/2016

28

CNM-3

06/07/2016

03/08/2016

28

VN-1

06/07/2016

03/08/2016

28

VN-2

06/07/2016

03/08/2016

28

VN-2

06/07/2016

03/08/2016

28

COMPRESIÓN

Fecha de Elaboración

FLEXIÓN

Tabla 93. Propiedades del hormigón fresco, hormigón sin fibras.

Consistencia Trabajabilidad Homogeneidad

8.0

BUENA

BUENA

8.0

BUENA

BUENA

8.0

BUENA

BUENA

8.0

BUENA

BUENA

Fuente: Autor.

En las mezclas de hormigón sin fibra se tiene una buena trabajabilidad, homogeneidad y una consistencia de 8 cm. En esta mezcla no se presentan inconvenientes al momento de realizar el proceso de mezclado.

141

6.1.2 HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES

Figura 73. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras comerciales, compresión simple. Fuente: Autor

Figura 74. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras comerciales, tracción indirecta y módulo de elasticidad. Fuente: Autor

Figura 75. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras comerciales, flexión. Fuente: Autor

142

Tabla 94. Propiedades del hormigón fresco, hormigón con fibras comerciales.

FLEXIÓN

MÓDULO TRACCIÓN

COMPRESIÓN

Nombre Cilindro

Fecha de Elaboración

Fecha de Ensayo

Número de días

CCC7-1

06/07/2016

13/07/2016

7

CCC7-2

06/07/2016

13/07/2016

7

CCC7-3

06/07/2016

13/07/2016

7

CCC14-1

06/07/2016

20/07/2016

14

CCC14-2

06/07/2016

20/07/2016

14

CCC14-3

06/07/2016

20/07/2016

14

CCC28-1

06/07/2016

03/08/2016

28

CCC28-2

06/07/2016

03/08/2016

28

CCC28-3

06/07/2016

03/08/2016

28

CCT-1

06/07/2016

03/08/2016

28

CCT-2

06/07/2016

03/08/2016

28

CCT-3

06/07/2016

03/08/2016

28

CCM-1

06/07/2016

03/08/2016

28

CCM-2

06/07/2016

03/08/2016

28

CCM-3

06/07/2016

03/08/2016

28

VC-1

06/07/2016

03/08/2016

28

VC-2

06/07/2016

03/08/2016

28

VC-2

06/07/2016

03/08/2016

Consistencia Trabajabilidad Homogeneidad

7.0

BUENA

BUENA

4.5

MEDIA

BUENA

4.5

MEDIA

BUENA

5.0

MEDIA

BUENA

28 Fuente: Autor.

Las propiedades del hormigón fresco con fibras comerciales presentan una disminución en la consistencia. Esta disminución se le puede asociar al incremento de fibras, debido que a mayor cantidad de fibras se tiene menor consistencia, esto se debe a que las fibras pasan a trabajar como soportes impidiendo que el hormigón fluya con normalidad después de sacar el cono de Abrams. La disminución de la consistencia no resulta ser beneficiosa debido que se está reduciendo la trabajabilidad de la mezcla, otro factor que influye es la compactación, observándose que la varilla para compactar no penetra con facilidad en el hormigón, esto nos lleva a decir que es necesario utilizar vibradores. Para los elementos con mayor número de fibras se lo logra tener una mezcla homogénea aumentando la energía física al momento de mezclar.

143

6.1.3 HORMIGÓN CON FIBRAS RECICLADAS

Figura 76. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras recicladas, compresión simple. Fuente: Autor.

Figura 77. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras recicladas, tracción indirecta y módulo de elasticidad. Fuente: Autor

Figura 78. Consistencia de la mezcla, hormigón con fibras recicladas, flexión. Fuente: Autor.

144

Tabla 95. Propiedades del hormigón fresco, hormigón con fibras recicladas.

FLEXIÓN

MÓDULO TRACCIÓN

COMPRESIÓN

Nombre Cilindro

Fecha de Elaboración

Fecha de Ensayo

Número de días

CRC7-1

06/07/2016

13/07/2016

7

CRC7-2

06/07/2016

13/07/2016

7

CRC7-3

06/07/2016

13/07/2016

7

CRC14-1

06/07/2016

20/07/2016

14

CRC14-2

06/07/2016

20/07/2016

14

CRC14-3

06/07/2016

20/07/2016

14

CRC28-1

06/07/2016

03/08/2016

28

CRC28-2

06/07/2016

03/08/2016

28

CRC28-3

06/07/2016

03/08/2016

28

CRT-1

06/07/2016

03/08/2016

28

CRT-2

06/07/2016

03/08/2016

28

CRT-3

06/07/2016

03/08/2016

28

CRM-1

06/07/2016

03/08/2016

28

CRM-2

06/07/2016

03/08/2016

28

CRM-3

06/07/2016

03/08/2016

28

VR-1

06/07/2016

03/08/2016

28

VR-2

06/07/2016

03/08/2016

28

VR-2

06/07/2016

03/08/2016

Consistencia Trabajabilidad Homogeneidad

7.5

BUENA

BUENA

2

BUENA

BUENA

2

BUENA

BUENA

4.5

BUENA

BUENA

28 Fuente: Autor.

El hormigón con fibras recicladas presentan mayor consistencia con respecto al hormigón sin fibras y al hormigón con fibras comerciales. El aumento de la consistencia en el caso del hormigón con fibras no presenta un valor verdadero debido que a pesar de tener una mezcla fluida, las fibras mantienen unida a la masa de hormigón. Analizando la consistencia del hormigón con fibras recicladas se puede decir que estas fibras al ser más numerosas se distribuyen y trabajan de mejor manera en la masa del hormigón. Como punto desfavorable es que obligatoriamente es necesario utilizar vibradores para compactar el hormigón.

145

6.2

PROPIEDADES DEL HORMIGÓN ENDURECIDO

Las propiedades del hormigón endurecido pueden ser físicas y mecánicas, como físicas se analizara la densidad y como propiedades mecánicas se analizara: la resistencia a la compresión simple, tracción indirecta, flexión y módulo de elasticidad. Para determinar las propiedades del hormigón endurecido las muestras de prueba (cilindros y vigas) deben haber pasado por un proceso de curado, para esta investigación los cilindros fueron curados sumergidos en agua y las vigas fueron curadas con su propia humedad (envueltas en una funda de plástico) a temperatura constante dentro de la cámara de humedad.

Figura 79. Curado de cilindros sumergidos en agua. Fuente: Autor.

Figura 80. Curado de vigas envueltas en fundas plásticas. Fuente: Autor.

146

6.2.1 ELEMENTOS SOMETIDOS A COMPRESIÓN SIMPLE Para este estado de carga es necesario comparar el hormigón simple, el hormigón con fibras comerciales y el hormigón con fibras recicladas, para observar el comportamiento de cada tipo de fibras. El objetivo de la compresión simple es someter a las probetas a cargas que comprimen el elemento hasta llegar a la falla, esta carga debe ser transformada a esfuerzo con el área de la probeta. Este esfuerzo tiene que ser similar o parecida a resistencia de diseño.

Figura 81. Cilindros a ser ensayados a compresión simple. Fuente: Autor.

Figura 82. Ensayo a compresión simple de cilindros. Fuente: Autor.

147

Tabla 96. Ensayo a compresión simple, hormigón sin fibras. HORMIGÓN SIN FIBRAS - COMPRESIÓN SIMPLE Fecha de Elaboración

Fecha de Ensayo

Número de días

CNC7-1

06/07/2016

13/07/2016

7

CNC7-2

06/07/2016

13/07/2016

7

CNC7-3

06/07/2016

13/07/2016

7

CNC14-1

06/07/2016

20/07/2016

14

CNC14-2

06/07/2016

20/07/2016

14

CNC14-3

06/07/2016

20/07/2016

14

CNC28-1

06/07/2016

03/08/2016

28

CNC28-2

06/07/2016

03/08/2016

28

CNC28-3

06/07/2016

03/08/2016

28

COMPRESIÓN

Nombre Cilindro

D cm 10.4 10.4 10.4 10.4 10.4 10.4 10.2 10.2 10.1 10.3 10.4 10.4 10.3 10.2 10.2 10.3 10.3 10.3 10.3 10.2 10.3 10.1 10.1 10.1 10.1 10.3 10.2

H

A

Aprom

V

Vprom

Minicial

d

Carga

Esfuerzo

Esf. Prom

cm 20.0 19.9 19.9 19.9 20.0 20.0 19.8 19.8 20.0 19.8 19.9 19.9 19.8 19.8 19.8 19.9 19.9 19.8 19.9 19.8 19.9 19.8 19.9 19.9 19.8 19.8 19.9

cm2

cm2

cm3

cm3

g

g/cm3

Kg

Kg/cm2

Kg/cm2

1693.31

3861

2.28

14080

165.7472

1696.14

3876

2.29

14700

173.0457

1612.73

3720

2.31

14100

173.6852

1676.92

3860

2.30

17090

202.472

1628.54

3742

2.30

16680

202.7976

1655.35

3749

2.26

17460

209.5463

1644.72

3751

2.28

19400

234.3386

1591.69

3682

2.31

19450

242.7655

1620.74

3771

2.33

20120

246.2124

84.95 84.95 84.95 84.95 84.95 84.95 84.95 84.95 81.71 81.71 81.18 80.12 83.32 84.95 84.41 84.95 83.32 81.71 82.25 81.71 83.32 83.32 83.32 83.32 83.32 81.71 82.79 83.32 80.12 80.12 80.12 80.12 80.12 83.32 81.72 81.71 Fuente: Autor.

148

1698.97 1690.48 1690.48 1690.48 1698.97 1698.97 1617.91 1617.91 1602.37 1649.79 1690.48 1690.48 1649.79 1617.91 1617.91 1658.13 1658.13 1649.79 1658.13 1617.91 1658.13 1586.35 1594.36 1594.36 1586.35 1649.79 1626.09

170.83

204.94

241.11

Tabla 97. Ensayo a compresión simple, hormigón con fibras comerciales. HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES - COMPRESIÓN SIMPLE Fecha de Elaboración

Fecha de Ensayo

CCC7-1

07/07/2016

14/07/2016

CCC7-2

07/07/2016

14/07/2016

CCC7-3

07/07/2016

14/07/2016

CCC14-1

07/07/2016

21/07/2016

CCC14-2

07/07/2016

21/07/2016

CCC14-3

07/07/2016

21/07/2016

CCC28-1

07/07/2016

04/08/2016

CCC28-2

07/07/2016

04/08/2016

CCC28-3

07/07/2016

04/08/2016

COMPRESIÓN

Nombre Cilindro

Número de días

7

14

28

D cm 10.3 10.4 10.3 10.2 10.1 10.1 10.4 10.3 10.4 10.2 10.1 10.2 10.3 10.2 10.2 10.3 10.2 10.2 10.2 10.2 10.3 10.1 10.3 10.1 10.3 10.2 10.4

H

A

Aprom

V

Vprom

Minicial

d

Carga

Esfuerzo

Esf. Prom

cm 19.9 19.9 20.0 19.9 20.0 20.0 20.0 20.1 20.0 19.9 20.1 19.9 19.9 19.8 19.9 19.9 19.9 19.8 19.9 19.9 19.8 20.0 20.0 20.0 19.9 19.9 19.8

cm2

cm2

cm3

cm3

g

g/cm3

Kg

Kg/cm2

Kg/cm2

1671.69

3776

2.26

14400

171.7049

1610.27

3721

2.31

14260

176.8136

1690.91

3892

2.30

16310

193.231

1620.85

3932

2.43

20610

253.876

1634.04

3738

2.29

18480

224.6822

1634.04

3739

2.29

19680

239.2719

1633.99

3763

2.30

24510

297.9957

1623.73

3759

2.32

19520

240.4337

1655.40

3729

2.25

22730

272.777

83.32 84.95 83.86 83.32 81.71 80.12 80.65 80.12 84.95 83.32 84.41 84.95 81.71 80.12 81.18 81.71 83.32 81.71 82.25 81.71 83.32 81.71 82.25 81.71 81.71 81.71 82.25 83.32 80.12 83.32 81.19 80.12 83.32 81.71 83.33 84.95 Fuente: Autor.

149

1658.13 1690.48 1666.46 1626.09 1602.37 1602.37 1698.97 1674.79 1698.97 1626.09 1610.38 1626.09 1658.13 1617.91 1626.09 1658.13 1626.09 1617.91 1626.09 1626.09 1649.79 1602.37 1666.46 1602.37 1658.13 1626.09 1681.98

180.58

239.28

270.40

Tabla 98. Ensayo a compresión simple, hormigón con fibras recicladas. HORMIGÓN CON FIBRAS RECICLADAS - COMPRESIÓN SIMPLE Fecha de Elaboración

Fecha de ensayo

CRC7-1

07/07/2016

14/07/2016

CRC7-2

07/07/2016

14/07/2016

CRC7-3

07/07/2016

14/07/2016

CRC14-1

07/07/2016

21/07/2016

CRC14-2

07/07/2016

21/07/2016

CRC14-3

07/07/2016

21/07/2016

CRC28-1

07/07/2016

04/08/2016

CRC28-2

07/07/2016

04/08/2016

CRC28-3

07/07/2016

04/08/2016

COMPRESIÓN

Nombre Cilindro

Número de días

7

14

28

D cm 10.2 10.2 10.2 10.5 10.5 10.5 10.2 10.3 10.2 10.1 10.1 10.1 10.3 10.2 10.3 10.3 10.3 10.3 10.2 10.3 10.2 10.2 10.3 10.2 10.2 10.3 10.2

H

A

Aprom

V

Vprom

Minicial

d

Carga

Esfuerzo

Esf. Prom

cm 19.9 20.0 19.9 19.9 19.9 19.8 19.8 19.8 20.0 20.0 19.9 19.9 19.8 20.0 19.9 19.9 19.9 19.8 20.0 19.9 19.9 19.9 19.8 20.0 19.8 19.9 19.9

cm2

cm2

cm3

cm3

g

g/cm3

Kg

Kg/cm2

Kg/cm2

1628.81

3802

2.33

19480

238.40

1720.26

3989

2.32

21080

243.45

1633.99

3820

2.34

20280

246.57

1597.03

3860

2.42

23540

293.81

1647.39

3742

2.27

23640

285.55

1655.35

3810

2.30

23590

283.12

1639.49

3751

2.29

28750

349.55

1636.71

3682

2.25

28480

346.26

1634.04

3720

2.28

28620

347.97

81.71 81.71 81.71 81.71 86.59 86.59 86.59 86.59 81.71 83.32 82.25 81.71 80.12 80.12 80.12 80.12 83.32 81.71 82.79 83.32 83.32 83.32 83.32 83.32 81.71 83.32 82.25 81.71 81.71 83.32 82.25 81.71 81.71 83.32 82.25 81.71 Fuente: Autor.

150

1626.09 1634.26 1626.09 1723.14 1723.14 1714.48 1617.91 1649.79 1634.26 1602.37 1594.36 1594.36 1649.79 1634.26 1658.13 1658.13 1658.13 1649.79 1634.26 1658.13 1626.09 1626.09 1649.79 1634.26 1617.91 1658.13 1626.09

242.80

287.50

347.93

Tabla 99. Resumen ensayo a compresión simple. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE (kg/cm2) HORMIGÓN SIN HORMIGÓN CON FIBRAS HORMIGÓN CON FIBRAS FIBRAS COMERCIALES RECICLADAS

Nº de días 0

0

0

0

7

170.83

180.58

242.80

14

204.94

239.28

287.50

28

241.11

270.40

347.93

Fuente: Autor.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN VS DÍAS DE ENSAYO

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE (Kg/cm2)

400

350

300

250

200

150

100

50

0 0

5

10

15

20

25

DÍAS DE ENSAYO (DÍAS) HORMIGÓN SIN FIBRAS

HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES

HORMIGÓN CON FIBRAS RECICLADAS Figura 83. Diagrama esfuerzo vs tiempo, compresión simple. Fuente: Autor.

151

30

6.2.1 ELEMENTOS SOMETIDOS A TRACCIÓN INDIRECTA Se realizara el ensayo de tracción indirecta a cilindros estándar de 10cm x 20cm, de los cuales se obtendrán el valor del esfuerzo a tracción. Es necesario analizar los casos de: hormigón sin fibras, hormigón con fibras comerciales y hormigón con fibras recicladas.

Figura 84. Ensayo a tracción indirecta de cilindros. Fuente: Autor.

Figura 85. Forma de falla típica a tracción indirecta. Fuente: Autor.

152

Tabla 100. Ensayo a tracción indirecta. ENSAYO A TRACCIÓN INDIRECTA Fecha de Elaboración

Fecha de Ensayo

CNT-1

06/07/2016

03/08/2016

CNT-2

06/07/2016

03/08/2016

CNT-3

06/07/2016

03/08/2016

CCT-1

07/07/2016

04/08/2016

CCT-2

07/07/2016

04/08/2016

CCT-3

07/07/2016

04/08/2016

CRT-1

07/07/2016

04/08/2016

CRT-2

07/07/2016

04/08/2016

CRT-3

07/07/2016

04/08/2016

HORMIGÓN CON FIBRAS RECICLADAS

HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES

HORMIGÓN SIN FIBRAS

Nombre Cilindro

Número de días

28

28

28

D cm 10.5 10.5 10.5 10.2 10.3 10.2 10.1 10.1 10.2 10.4 10.4 10.4 10.2 10.2 10.3 10.4 10.4 10.4 10.2 10.2 10.3 10.3 10.4 10.3 10.2 10.3 10.2

H

A

Aprom

V

Vprom

Minicial

d

Carga

Esfuerzo Tr

Esf. Prom

cm 19.8 19.9 19.9 19.9 19.9 19.8 19.9 19.8 20.0 19.9 20.0 20.0 19.9 19.9 20.0 20.1 20.1 20.0 20.0 19.9 20.0 20.0 20.0 20.0 19.9 29.0 19.9

cm2

cm2

cm3

cm3

g

g/cm3

Kg

Kg/cm2

Kg/cm2

1720.26

3937

2.29

9690

29.57

1634.04

3740

2.29

8060

25.24

1604.99

3680

2.29

9150

28.89

1696.14

3922

2.31

13740

42.12

1639.54

3805

2.32

12930

40.35

1704.64

3971

2.33

12760

38.92

1642.27

3919

2.39

17270

53.80

1677.30

3826

2.28

13550

41.74

1889.51

3870

2.05

15430

41.86

86.59 86.59 86.59 86.59 81.71 83.32 82.25 81.71 80.12 80.12 80.65 81.71 84.95 84.95 84.95 84.95 81.71 81.71 82.25 83.32 84.95 84.95 84.95 84.95 81.71 81.71 82.25 83.32 83.32 84.95 83.86 83.32 81.71 83.32 82.25 81.71 Fuente: Autor.

153

1714.48 1723.14 1723.14 1626.09 1658.13 1617.91 1594.36 1586.35 1634.26 1690.48 1698.97 1698.97 1626.09 1626.09 1666.46 1707.47 1707.47 1698.97 1634.26 1626.09 1666.46 1666.46 1698.97 1666.46 1626.09 2416.36 1626.09

27.90

40.47

45.80

Tabla 101. Resumen ensayo tracción indirecta-

Nº de días

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN INDIRECTA (kg/cm2) HORMIGÓN SIN HORMIGÓN CON FIBRAS HORMIGÓN CON FIBRAS FIBRAS COMERCIALES RECICLADAS

0

0

0

0

28

27.90

40.47

45.80

Fuente: Autor.

ESFUERZO A TRACCIÓN INDIRECTA CON EL 1.20 % DE FIBRAS 50,00 45,80 45,00 40,47

ESFUERZO A TRACCIÓN (kg/cm2)

40,00

35,00

30,00

27,90

25,00

20,00

15,00

10,00

5,00

0,00 HORMIGÓN SIN FIBRAS

HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES

HORMIGÓN CON FIBRAS RECICLADAS

COMBINACIÓN DE MEZCLAS (HORMIGÓN + FIBRAS) Figura 86. Diagrama de barras, esfuerzo a tracción simple vs mezclas. Fuente: Autor.

154

6.2.1 ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIÓN Para el análisis a flexión se usan vigas estándar de 15cm x 15cm x 50cm, y se estima el módulo de ruptura dependiendo la distancia de la falla. Para ensayar las vigas estas se deben colocar en posición contraria a como fueron elaboradas.

Figura 87. Ensayo a flexión en vigas. Fuente: Autor.

Figura 88. Falla común en vigas a flexión. Fuente: Autor.

155

Tabla 102. Ensayo a flexión. ENSAYO A FLEXIÓN Fecha de Elaboración

Fecha de ensayo

VN-1

06/07/2016

03/08/2016

VN-2

06/07/2016

03/08/2016

VN-3

06/07/2016

03/08/2016

VC-1

07/07/2016

04/08/2016

VC-2

07/07/2016

04/08/2016

VC-3

07/07/2016

04/08/2016

VR-1

07/07/2016

04/08/2016

VR-2

07/07/2016

04/08/2016

VR-3

07/07/2016

04/08/2016

HORMIGÓN CON FIBRAS RECICLADAS

HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES

HORMIGÓN SIN FIBRAS

Nombre Cilindro

Número de días

28

28

28

L

B

H

V

Vprom

Minicial

d

Carga

M. rotura

Mr. Prom

cm

cm3

cm3

g

g/cm3

Kg

Kg/cm2

Kg/cm2

11425.77

25700

2.25

2970

38.65

11474.10

26000

2.27

2640

34.51

11445.98

25800

2.25

2800

36.84

11418.00

26100

2.29

3840

50.64

11475.67

26400

2.30

4090

53.22

11418.48

26300

2.30

3960

51.72

11522.14

26200

2.27

3710

48.28

11372.63

26200

2.30

3740

49.43

11438.12

26400

2.31

3760

49.22

cm

cm

49.9 50.0 50.1 50.0 50.2 50.1 50.3 50.2 50.1 50.3 50.2 50.4 50.0 50.1 49.9 49.8 50.0 50.1 50.3 50.2 50.1 50.3 50.1 49.9 50.0 50.3 50.2

15.0 15.10 11302.35 15.2 15.10 11476.00 15.1 15.20 11498.95 15.0 15.00 11250.00 15.3 15.10 11597.71 15.3 15.10 11574.60 15.2 15.00 11468.40 15.2 15.10 11521.90 15.0 15.10 11347.65 15.0 15.00 11317.50 15.1 15.20 11521.90 14.9 15.20 11414.59 15.3 15.00 11475.00 15.2 15.10 11498.95 15.2 15.10 11453.05 15.0 15.00 11205.00 15.3 15.10 11551.50 15.2 15.10 11498.95 15.0 15.10 11392.95 15.3 15.20 11674.51 15.2 15.10 11498.95 14.9 15.00 11242.05 15.2 15.00 11422.80 15.2 15.10 11453.05 15.1 15.20 11476.00 15.0 15.30 11543.85 15.1 14.90 11294.50 Fuente: Autor.

156

36.66

51.86

48.97

Tabla 103. Resumen ensayo a flexión.

Nº de días 0 28

MÓDULO DE ROTURA A FLEXIÓN (kg/cm2) HORMIGÓN SIN HORMIGÓN CON FIBRAS HORMIGÓN CON FIBRAS FIBRAS COMERCIALES RECICLADAS 0 0 0 36.66

51.86

48.97

Fuente: Autor.

MÓDULO DE ROTURA A FLEXIÓN CON EL 1.15 % DE FIBRAS 60,00

51,86 48,97

MÓDULO DE ROTURA AFLEXIÓN (kg/cm2)

50,00

40,00 36,66

30,00

20,00

10,00

0,00 HORMIGÓN SIN FIBRAS

HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES

HORMIGÓN CON FIBRAS RECICLADAS

COMBINACIÓN DE MESCLAS (HORMIGÓN + FIBRAS) Figura 89. Diagrama de barras, módulo de rotura a flexión vs mezclas. Fuente: Autor.

157

6.2.2 ELEMENTOS PARA MÓDULO DE ELASTICIDAD El módulo de elasticidad se puede evaluar de dos formas: como compresión simple y determinando el valor numérico del módulo de elasticidad. 6.2.2.1 COMPRESIÓN SIMPLE. Una vez medido las deformaciones en el hormigón, se puede llevar a cabo la medida de la compresión simple a probetas de 15cm x 30cm.

Figura 90. Ensayo a compresión simple de cilindros, módulo de elasticidad. Fuente: Autor.

158

Tabla 104.Ensayo a compresión simple de cilindros, módulo de elasticidad. ENSAYO A COMPRESIÓN SIMPLE MÓDULO DE ELASTICIDAD Fecha de elaboración

Fecha de ensayo

CNM-1

06/07/2016

03/08/2016

CNM-2

06/07/2016

03/08/2016

CNM-3

06/07/2016

03/08/2016

CCM-1

07/07/2016

04/08/2016

CCM-2

07/07/2016

04/08/2016

CCM-3

07/07/2016

04/08/2016

CRM-1

07/07/2016

04/08/2016

CRM-2

07/07/2016

04/08/2016

CRM-3

07/07/2016

04/08/2016

HORMIGÓN CON FIBRAS RECICLADAS

HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES

HORMIGÓN SIN FIBRAS

Nombre Cilindro

Número de días

28

28

28

D

H

cm 14.5 14.6 14.6 15.1 15.2 15.0 15.5 15.6 15.5 14.5 14.7 14.5 14.8 15.2 14.9 15.6 15.5 15.6 14.8 15.4 15.1 15.0 15.1 15.2 15.2 15.3 15.2

cm 30.0 30.0 29.9 30.1 30.0 30.1 29.7 29.6 29.8 30.0 30.0 30.1 30.0 30.0 30.1 29.7 29.8 29.6 30.1 30.0 30.3 30.6 30.5 30.5 29.9 30.0 30.0

A

Aprom

cm2 cm2 165.13 167.42 166.65 167.42 179.08 181.46 179.08 176.71 188.69 191.13 189.51 188.69 165.13 169.72 166.66 165.13 172.03 181.46 175.95 174.37 191.13 188.69 190.32 191.13 172.03 186.27 179.13 179.08 176.71 179.08 179.08 181.46 181.46 183.85 182.26 181.46 Fuente: Autor.

159

V

Vprom

Minicial

d

Carga

Esfuerzo

Esf. Prom

cm3 4953.90 5022.46 5005.72 5390.27 5443.75 5319.11 5604.15 5657.58 5623.02 4953.90 5091.50 4970.41 5161.01 5443.75 5248.42 5676.69 5623.02 5657.58 5178.21 5587.95 5426.08 5407.47 5461.90 5534.48 5425.61 5515.62 5443.75

cm3

g

g/cm3

Kg

Kg/cm2

Kg/cm2

4994.03

11419

2.29

44780

268.701

5384.38

12135

2.25

44940

250.9439

5628.25

12800

2.27

43100

227.4333

5005.27

11718

2.34

47800

286.8134

5284.39

12418

2.35

46730

265.5827

5652.43

13129

2.32

46970

246.7945

5397.42

12400

2.30

48330

269.8104

5467.95

12742

2.33

49220

274.8433

5461.66

12571

2.30

48720

267.315

249.03

266.40

270.66

Tabla 105. Resumen ensayo a compresión simple de cilindros, módulo de elasticidad.

Nº de días

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE (kg/cm2) HORMIGÓN SIN HORMIGÓN CON FIBRAS HORMIGÓN CON FIBRAS FIBRAS COMERCIALES RECICLADAS

0

0

0

0

28

249.03

266.40

270.66

Fuente: Autor.

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE MÓDULO DE ELASTICIDAD 275,00 270,66 270,00

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE (kg/cm2)

266,40 265,00 260,00 255,00 250,00

249,03

245,00 240,00 235,00 HORMIGÓN SIN FIBRAS

HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES

HORMIGÓN CON FIBRAS RECICLADAS

COMBINACIÓN DE MESCLAS (HORMIGÓN + FIBRAS) Figura 91. Diagrama de barras, resistencia a la compresión simple vs combinación de mezclas. Fuente: Autor.

160

6.2.2.2 MÓDULO DE ELASTICIDAD El módulo de elasticidad se determina midiendo deformaciones mientras se aplican cargas, es un parámetro muy importante cuando se va a realizar diseño de elementos estructurales. Los diferentes valores que pueden determinarse a partir de una prueba incluyen el módulo tangente inicial, el módulo secante y el módulo cuerda. Para esta investigación el método que se emplea es el de módulo secante, ya que es el más utilizado en ensayos de laboratorio y la Universidad Central del Ecuador a través de la Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática ha desarrollado en su Laboratorio de Ensayo de Materiales, investigaciones de los agregados provenientes de diversas zonas del Ecuador, teniendo gran información de este método. El proceso para determinar el módulo de elasticidad está regulado según la norma ASTM C-469-94, mismo que recomienda: el módulo de elasticidad será la pendiente de la línea que une los puntos de la curva, correspondientes a una deformación unitaria de 0.00005 y al 40% de la carga máxima.

Figura 92. Modulo secante, según norma ASTM C-469. Fuente: Autor.

161

La ecuación para el cálculo del módulo de elasticidad mediante el modulo secante esta dado por: 𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

En dónde: ‐

Ec: Módulo de elasticidad del hormigón.

‐

σmáx: Esfuerzo de rotura.

‐

σ(0.00005): Esfuerzo conforme a una deformación unitaria de 0.00005.

‐

ε0.4 σmáx: Deformación conforme al 40 por ciento del esfuerzo de rotura.

Figura 93. Determinación del módulo de elasticidad. Fuente: Autor.

162

MÓDULO DE ELASTICIDAD - HORMIGÓN SIN FIBRAS NORMA: FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ENSAYO:

ASTM C-469-94 06/08/2016 03/08/2016

ENSAYO N°: CILINDRO:

1 CNM-1

Tabla 106. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras cilindro CNM-1. Diámetro (D)= Altura (Hc)= Área (Ac)=

Nº 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

145.67 299.67 16665.19

mm mm mm2

CARGA (P) Kg 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000 23000 24000 25000 26000

N 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000 260000

Carga de rotura= Resistencia máxima= 40% Resistencia máxima= LECTURA DEFORMIMETRO ∆L (mm x 10-3) MEDIDA REAL 0 0.00 8 4.00 14 7.00 25 12.50 34 17.00 41 20.50 53 26.50 64 32.00 72 36.00 83 41.50 92 46.00 105 52.50 115 57.50 126 63.00 136 68.00 147 73.50 160 80.00 174 87.00 195 97.50 205 102.50 215 107.50 227 113.50 240 120.00 255 127.50 268 134.00 285 142.50 301 150.50

44780 26.87 10.75

Kg Mpas Mpas

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

Mpa 0.00 0.60 1.20 1.80 2.40 3.00 3.60 4.20 4.80 5.40 6.00 6.60 7.20 7.80 8.40 9.00 9.60 10.20 10.80 11.40 12.00 12.60 13.20 13.80 14.40 15.00 15.60

mm/mm x 10-4 0.00 0.27 0.47 0.83 1.13 1.37 1.77 2.14 2.40 2.77 3.07 3.50 3.84 4.20 4.54 4.91 5.34 5.81 6.51 6.84 7.17 7.58 8.01 8.51 8.94 9.51 10.04

Fuente: Autor. CALCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

DATOS: 0.4σr = 10.75 MPas 𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

σ0.00005 = 1.25 Mpas

ε0.4σr = 6.45 x 10-4 mm/mm

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

E= 15968.90 Mpas

163

DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN, HORMIGÓN SIN FIBRAS CILINDRO CNM-1 16,0

14,0

ESFUERZO (MPas)

12,0 0.4σr 10,0 𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 = 8,0

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

DATOS: 6,0

0.4σr = 10.75 MPas

σ0.00005 = 1.25 Mpas

4,0

ε0.4σr = 6.45 x 10-4 mm/mm

α

2,0

E= 15968,90 Mpas

σ0.00005 0,0 0,0

ε0.5

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

ε0.4σr

7,0

8,0

DEFORMACIÓN (mm/mm x 10-4) Figura 94. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CNM-1. Fuente: Autor.

164

9,0

10,0

11,0

MÓDULO DE ELASTICIDAD - HORMIGÓN SIN FIBRAS NORMA: FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ENSAYO:

ASTM C-469-94 06/08/2016 03/08/2016

ENSAYO N°: CILINDRO:

2 CNM-2

Tabla 107. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras cilindro CNM-2. Diámetro (D)= Altura (Hc)= Área (Ac)=

Nº 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

151.00 300.67 17907.86

mm mm mm2

CARGA (P) Kg 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000 23000 24000 25000 26000

N 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000 260000

Carga de rotura= Resistencia máxima= 40% Resistencia máxima= LECTURA DEFORMIMETRO ∆L (mm x 10-3) MEDIDA REAL 0 0.00 6 3.00 12 6.00 17 8.50 25 12.50 34 17.00 42 21.00 50 25.00 59 29.50 69 34.50 75 37.50 100 50.00 102 51.00 130 65.00 140 70.00 150 75.00 160 80.00 170 85.00 180 90.00 200 100.00 210 105.00 220 110.00 230 115.00 260 130.00 270 135.00 280 140.00 290 145.00

44940 25.10 10.04

Kg Mpas Mpas

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

Mpa 0.00 0.56 1.12 1.68 2.23 2.79 3.35 3.91 4.47 5.03 5.58 6.14 6.70 7.26 7.82 8.38 8.93 9.49 10.05 10.61 11.17 11.73 12.29 12.84 13.40 13.96 14.52

mm/mm x 10-4 0.00 0.20 0.40 0.57 0.83 1.13 1.40 1.66 1.96 2.29 2.49 3.33 3.39 4.32 4.66 4.99 5.32 5.65 5.99 6.65 6.98 7.32 7.65 8.65 8.98 9.31 9.65

Fuente: Autor. CALCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

DATOS: 0.4σr = 10.04 MPas

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

σ0.00005 = 1.19 Mpas

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

E= 15967.21 Mpas

ε0.4σr = 6.04 x 10-4 mm/mm 165

DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN, HORMIGÓN SIN FIBRAS CILINDRO CNM-2 16,0

14,0

ESFUERZO (MPas)

12,0 0.4σr

10,0

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 = 8,0

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

DATOS: 6,0

0.4σr = 10.04 MPas

σ0.00005 = 1.19 Mpas

4,0

α

2,0

σ0.00005 0,0 0,0

ε0.4σr = 6.04 x 10-4 mm/mm

ε0.5

E= 15967.21 Mpas

ε0.4σr 1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

DEFORMACIÓN (mm/mm x 10-4) Figura 95. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CNM-2. Fuente: Autor.

166

9,0

10,0

11,0

MÓDULO DE ELASTICIDAD - HORMIGÓN SIN FIBRAS NORMA: FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ENSAYO:

ASTM C-469-94 06/08/2016 03/08/2016

ENSAYO N°: CILINDRO:

3 CNM-3

Tabla 108. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras cilindro CNM-3. Diámetro (D)= Altura (Hc)= Área (Ac)=

Nº 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

155.33 297.00 18950.44

mm mm mm2

CARGA (P) Kg 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000 23000 24000 25000 26000

N 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000 260000

Carga de rotura= Resistencia máxima= 40% Resistencia máxima= LECTURA DEFORMIMETRO ∆L (mm x 10-3) MEDIDA REAL 0 0.00 9 4.50 14 7.00 22 11.00 30 15.00 38 19.00 43 21.50 51 25.50 59 29.50 67 33.50 75 37.50 86 43.00 96 48.00 107 53.50 118 59.00 140 70.00 151 75.50 163 81.50 175 87.50 187 93.50 199 99.50 213 106.50 230 115.00 243 121.50 255 127.50 267 133.50 283 141.50

43100 22.74 9.10

Kg Mpas Mpas

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

Mpa 0.00 0.53 1.06 1.58 2.11 2.64 3.17 3.69 4.22 4.75 5.28 5.80 6.33 6.86 7.39 7.92 8.44 8.97 9.50 10.03 10.55 11.08 11.61 12.14 12.66 13.19 13.72

mm/mm x 10-4 0.00 0.30 0.47 0.74 1.01 1.28 1.45 1.72 1.99 2.26 2.53 2.90 3.23 3.60 3.97 4.71 5.08 5.49 5.89 6.30 6.70 7.17 7.74 8.18 8.59 8.99 9.53

Fuente: Autor. CALCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

DATOS: 0.4σr = 9.10 MPas

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

σ0.00005 = 1.11 Mpas

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

E= 15704.37 Mpas

ε0.4σr = 5.59 x 10-4 mm/mm 167

DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN, HORMIGÓN SIN FIBRAS CILINDRO CNM-3 16,0

14,0

ESFUERZO (MPas)

12,0

10,0 0.4σr 𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

8,0

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

DATOS:

6,0

0.4σr = 9.10 MPas

σ0.00005 = 1.11 Mpas

4,0

ε0.4σr = 5.59 x 10-4 mm/mm

α

2,0

σ0.00005 0,0 0,0

E= 15704.37 Mpas

ε0.5

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

ε0.4σr 6,0

7,0

8,0

DEFORMACIÓN (mm/mm x 10-4) Figura 96. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CNM-3. Fuente: Autor.

168

9,0

10,0

11,0

MÓDULO DE ELASTICIDAD - HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES NORMA: FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ENSAYO:

ASTM C-469-94 06/08/2016 03/08/2016

ENSAYO N°: CILINDRO:

1 CCM-1

Tabla 109. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CCM-1. Diámetro (D)= Altura (Hc)= Área (Ac)=

Nº 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

145.67 300.33 16665.19

mm mm mm2

CARGA (P) Kg 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000 23000 24000 25000 26000

N 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000 260000

Carga de rotura= Resistencia máxima= 40% Resistencia máxima= LECTURA DEFORMIMETRO ∆L (mm x 10-3) MEDIDA REAL 0 0.00 7 3.50 15 7.50 25 12.50 37 18.50 47 23.50 57 28.50 68 34.00 79 39.50 90 45.00 102 51.00 115 57.50 125 62.50 138 69.00 145 72.50 155 77.50 162 81.00 179 89.50 190 95.00 205 102.50 224 112.00 239 119.50 252 126.00 266 133.00 282 141.00 300 150.00 319 159.50

47800 28.68 11.47

Kg Mpas Mpas

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

Mpa 0.00 0.60 1.20 1.80 2.40 3.00 3.60 4.20 4.80 5.40 6.00 6.60 7.20 7.80 8.40 9.00 9.60 10.20 10.80 11.40 12.00 12.60 13.20 13.80 14.40 15.00 15.60

mm/mm x 10-4 0.00 0.23 0.50 0.83 1.23 1.56 1.90 2.26 2.63 3.00 3.40 3.83 4.16 4.59 4.83 5.16 5.39 5.96 6.33 6.83 7.46 7.96 8.39 8.86 9.39 9.99 10.62

Fuente: Autor. CALCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

DATOS: 0.4σr = 11.47 MPas

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

σ0.00005 = 1.20 Mpas

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

E= 16045.69 Mpas

ε0.4σr = 6.90 x 10-4 mm/mm 169

DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN, HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES CCM-1 16,0

14,0

ESFUERZO (MPas)

12,0 0.4σr 10,0 𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

8,0

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

DATOS:

6,0

0.4σr = 11.47 MPas

σ0.00005 = 1.20 Mpas

4,0

ε0.4σr = 6.90 x 10-4 mm/mm

α

2,0

σ0.00005 0,0 0,0

ε0.5

E= 16045.69 Mpas

ε0.4σr 1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

DEFORMACIÓN (mm/mm x 10-4) Figura 97. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CCM-1. Fuente: Autor.

170

10,0

11,0

12,0

13,0

MÓDULO DE ELASTICIDAD - HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES NORMA: FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ENSAYO:

ASTM C-469-94 06/08/2016 03/08/2016

ENSAYO N°: CILINDRO:

2 CCM-2

Tabla 110. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CCM-2. Diámetro (D)= Altura (Hc)= Área (Ac)=

Nº 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

149.67 300.33 17593.01

mm mm mm2

CARGA (P) Kg 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000 23000 24000 25000 26000

N 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000 260000

Carga de rotura= Resistencia máxima= 40% Resistencia máxima= LECTURA DEFORMIMETRO ∆L (mm x 10-3) MEDIDA REAL 0 0.00 8 4.00 14 7.00 22 11.00 30 15.00 39 19.50 50 25.00 60 30.00 71 35.50 80 40.00 89 44.50 105 52.50 115 57.50 126 63.00 139 69.50 150 75.00 161 80.50 170 85.00 180 90.00 192 96.00 213 106.50 230 115.00 245 122.50 260 130.00 275 137.50 286 143.00 298 149.00

46730 26.09 10.44

Kg Mpas Mpas

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

Mpa 0.00 0.57 1.14 1.71 2.27 2.84 3.41 3.98 4.55 5.12 5.68 6.25 6.82 7.39 7.96 8.53 9.09 9.66 10.23 10.80 11.37 11.94 12.50 13.07 13.64 14.21 14.78

mm/mm x 10-4 0.00 0.27 0.47 0.73 1.00 1.30 1.66 2.00 2.36 2.66 2.96 3.50 3.83 4.20 4.63 4.99 5.36 5.66 5.99 6.39 7.09 7.66 8.16 8.66 9.16 9.52 9.92

Fuente: Autor. CALCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

DATOS: 0.4σr = 6.14 MPas

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

σ0.00005 = 1.21 Mpas

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

E= 16367.45 Mpas

ε0.4σr = 6.14 x 10-4 mm/mm 171

DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN, HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES CCM-2 16,0

14,0

ESFUERZO (MPas)

12,0 0.4σr 10,0 𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

8,0

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

DATOS:

6,0

0.4σr = 10.44 MPas

σ0.00005 = 1.21 Mpas

4,0

ε0.4σr = 6.14 x 10-4 mm/mm

α

2,0

σ0.00005 0,0

0,0

ε0.5

E= 16367.45 Mpas

ε0.4σr 1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

DEFORMACIÓN (mm/mm x 10-4) Figura 98. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CCM-2. Fuente: Autor.

172

10,0

11,0

12,0

13,0

MÓDULO DE ELASTICIDAD - HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES NORMA: FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ENSAYO:

ASTM C-469-94 06/08/2016 03/08/2016

ENSAYO N°: CILINDRO:

3 CCM-3

Tabla 111. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CCM-3. Diámetro (D)= Altura (Hc)= Área (Ac)=

Nº 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

155.67 297.00 19031.86

mm mm mm2

CARGA (P) Kg 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000 23000 24000 25000 26000

N 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000 260000

Carga de rotura= Resistencia máxima= 40% Resistencia máxima= LECTURA DEFORMIMETRO ∆L (mm x 10-3) MEDIDA REAL 0 0.00 9 4.50 15 7.50 24 12.00 31 15.50 40 20.00 48 24.00 57 28.50 65 32.50 75 37.50 84 42.00 95 47.50 104 52.00 114 57.00 125 62.50 135 67.50 144 72.00 155 77.50 164 82.00 176 88.00 193 96.50 205 102.50 220 110.00 235 117.50 250 125.00 265 132.50 280 140.00

46970 24.79 9.91

Kg Mpas Mpas

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

Mpa 0.00 0.53 1.05 1.58 2.10 2.63 3.15 3.68 4.20 4.73 5.25 5.78 6.31 6.83 7.36 7.88 8.41 8.93 9.46 9.98 10.51 11.03 11.56 12.09 12.61 13.14 13.66

mm/mm x 10-4 0.00 0.30 0.51 0.81 1.04 1.35 1.62 1.92 2.19 2.53 2.83 3.20 3.50 3.84 4.21 4.55 4.85 5.22 5.52 5.93 6.50 6.90 7.41 7.91 8.42 8.92 9.43

Fuente: Autor. CALCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

DATOS: 0.4σr = 9.91 MPas

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

σ0.00005 = 1.04 Mpas

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

E= 16521.02 Mpas

ε0.4σr = 5.87 x 10-4 mm/mm 173

DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN, HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES CCM-3 16,0

14,0

ESFUERZO (MPas)

12,0 0.4σr

10,0

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

8,0

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

DATOS:

6,0

0.4σr = 9.91 MPas

σ0.00005 = 1.04 Mpas

4,0

ε0.4σr = 5.87 x 10-4 mm/mm

α

2,0

σ0.00005 0,0

0,0

ε0.5

E= 16521.02 Mpas

ε0.4σr 1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

DEFORMACIÓN (mm/mm x 10-4) Figura 99. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CCM-3. Fuente: Autor.

174

10,0

11,0

12,0

13,0

MÓDULO DE ELASTICIDAD - HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES NORMA: FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ENSAYO:

ASTM C-469-94 06/08/2016 03/08/2016

ENSAYO N°: CILINDRO:

1 CRM-1

Tabla 112. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CRM-1. Diámetro (D)= Altura (Hc)= Área (Ac)=

Nº 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

151.00 301.33 17907.86

mm mm mm2

CARGA (P) Kg 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000 23000 24000 25000 26000

N 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000 260000

Carga de rotura= Resistencia máxima= 40% Resistencia máxima= LECTURA DEFORMIMETRO ∆L (mm x 10-3) MEDIDA REAL 0 0.00 9 4.50 18 9.00 26 13.00 35 17.50 43 21.50 52 26.00 63 31.50 71 35.50 80 40.00 90 45.00 100 50.00 110 55.00 120 60.00 130 65.00 138 69.00 145 72.50 157 78.50 165 82.50 179 89.50 190 95.00 200 100.00 218 109.00 230 115.00 242 121.00 252 126.00 261 130.50

48330 29.00 11.60

Kg Mpas Mpas

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

Mpa 0.00 0.56 1.12 1.68 2.23 2.79 3.35 3.91 4.47 5.03 5.58 6.14 6.70 7.26 7.82 8.38 8.93 9.49 10.05 10.61 11.17 11.73 12.29 12.84 13.40 13.96 14.52

mm/mm x 10-4 0.00 0.30 0.60 0.86 1.16 1.43 1.73 2.09 2.36 2.65 2.99 3.32 3.65 3.98 4.31 4.58 4.81 5.21 5.48 5.94 6.31 6.64 7.23 7.63 8.03 8.36 8.66

Fuente: Autor. CALCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

DATOS: 0.4σr = 11.60 MPas

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

σ0.00005 = 0.93 Mpas

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

E= 17593.83 Mpas

ε0.4σr = 6.56 x 10-4 mm/mm 175

DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN, HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES CRM-1 16,0

14,0

ESFUERZO (MPas)

12,0 0.4σr

10,0 𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

8,0

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

DATOS:

6,0

0.4σr = 11.60 MPas

σ0.00005 = 0.93 Mpas

4,0

ε0.4σr = 6.56 x 10-4 mm/mm

α

2,0

E= 17593.83 Mpas

σ0.00005 0,0

0,0

ε0.5

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

ε0.4σr 7,0

8,0

9,0

DEFORMACIÓN (mm/mm x 10-4) Figura 100. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CRM-1. Fuente: Autor

176

10,0

11,0

12,0

13,0

MÓDULO DE ELASTICIDAD - HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES NORMA: FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ENSAYO:

ASTM C-469-94 06/08/2016 03/08/2016

ENSAYO N°: CILINDRO:

2 CRM-2

Tabla 113. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CRM2. Diámetro (D)= Altura (Hc)= Área (Ac)=

Nº 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

151.00 305.33 17907.86

mm mm mm2

CARGA (P) Kg 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000 23000 24000 25000 26000

N 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000 260000

Carga de rotura= Resistencia máxima= 40% Resistencia máxima= LECTURA DEFORMIMETRO ∆L (mm x 10-3) MEDIDA REAL 0 0.00 9 4.50 15 7.50 23 11.50 30 15.00 39 19.50 48 24.00 55 27.50 65 32.50 76 38.00 87 43.50 95 47.50 110 55.00 120 60.00 130 65.00 143 71.50 152 76.00 165 82.50 175 87.50 185 92.50 200 100.00 215 107.50 230 115.00 240 120.00 255 127.50 275 137.50 288 144.00

49220 27.49 10.99

Kg Mpas Mpas

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

Mpa 0.00 0.56 1.12 1.68 2.23 2.79 3.35 3.91 4.47 5.03 5.58 6.14 6.70 7.26 7.82 8.38 8.93 9.49 10.05 10.61 11.17 11.73 12.29 12.84 13.40 13.96 14.52

mm/mm x 10-4 0.00 0.29 0.49 0.75 0.98 1.28 1.57 1.80 2.13 2.49 2.85 3.11 3.60 3.93 4.26 4.68 4.98 5.40 5.73 6.06 6.55 7.04 7.53 7.86 8.35 9.01 9.43

Fuente: Autor. CALCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

DATOS: 0.4σr = 10.99 MPas

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

σ0.00005 = 1.14 Mpas

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

E= 16718.17 Mpas

ε0.4σr = 6.40 x 10-4 mm/mm 177

DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN, HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES CRM-2 16,0

14,0

12,0

ESFUERZO (MPas)

0.4σr 10,0

8,0

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

6,0

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

DATOS: 0.4σr = 10.99 MPas

4,0

σ0.00005 = 1.14 Mpas

ε0.4σr = 6.40 x 10-4 mm/mm

α

2,0

σ0.00005 0,0 0,0

E= 16718.17 Mpas

ε0.5

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

ε

6,0 0.4σr

7,0

8,0

9,0

DEFORMACIÓN (mm/mm x 10-4) Figura 101. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CRM-2. Fuente: Autor.

178

10,0

11,0

12,0

13,0

MÓDULO DE ELASTICIDAD - HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES NORMA: FECHA DE ELABORACIÓN: FECHA DE ENSAYO:

ASTM C-469-94 06/08/2016 03/08/2016

ENSAYO N°: CILINDRO:

3 CRM-3

Tabla 114. Resultados esfuerzo vs deformación, hormigón con fibras comerciales CRM-3.

Diámetro (D)= Altura (Hc)= Área (Ac)=

Nº 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

152.33 299.67 18225.51

mm mm mm2

CARGA (P) Kg 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000 22000 23000 24000 25000 26000

N 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 110000 120000 130000 140000 150000 160000 170000 180000 190000 200000 210000 220000 230000 240000 250000 260000

Carga de rotura= Resistencia máxima= 40% Resistencia máxima= LECTURA DEFORMIMETRO ∆L (mm x 10-3) MEDIDA REAL 0 0.00 8 4.00 14 7.00 22 11.00 30 15.00 43 21.50 52 26.00 61 30.50 72 36.00 84 42.00 92 46.00 105 52.50 115 57.50 124 62.00 135 67.50 145 72.50 152 76.00 165 82.50 170 85.00 185 92.50 197 98.50 210 105.00 226 113.00 235 117.50 248 124.00 260 130.00 270 135.00

48720 25.71 10.28

Kg Mpas Mpas

ESFUERZO

DEFORMACIÓN

Mpa 0.00 0.55 1.10 1.65 2.19 2.74 3.29 3.84 4.39 4.94 5.49 6.04 6.58 7.13 7.68 8.23 8.78 9.33 9.88 10.42 10.97 11.52 12.07 12.62 13.17 13.72 14.27

mm/mm x 10-4 0.00 0.27 0.47 0.73 1.00 1.43 1.74 2.04 2.40 2.80 3.07 3.50 3.84 4.14 4.51 4.84 5.07 5.51 5.67 6.17 6.57 7.01 7.54 7.84 8.28 8.68 9.01

Fuente: Autor. CALCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD

DATOS: 0.4σr = 10.28MPas

𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

σ0.00005 = 1.19 Mpas

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

E= 16405.72 Mpas

ε0.4σr = 6.04 x 10-4 mm/mm 179

DIAGRAMA ESFUERZO VS DEFORMACIÓN, HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES CCM-3 16,0

14,0

12,0

ESFUERZO (MPas)

0.4σr

10,0 𝐸 = 𝑇𝑎𝑛𝛼 =

8,0

0.4𝜎𝑟 − 𝜎0.00005 𝜖0.4𝜎𝑟 − 0.00005

DATOS:

6,0

0.4σr = 10.28 MPas

σ0.00005 = 1.19 Mpas

4,0

ε0.4σr = 6.04 x 10-4 mm/mm

α

2,0

σ0.00005 0,0

0,0

ε0.4σr 1,0

E= 16405.72 Mpas

ε0.4σr 2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

DEFORMACIÓN (mm/mm x 10-4) Figura 102. Diagrama esfuerzo vs deformación, hormigón sin fibras CRM-3. Fuente: Autor.

180

10,0

11,0

12,0

13,0

Tabla 115. Resumen valores de módulos de elasticidad.

Nº de días

MÓDULO DE ELASTICIDAD (Mpas) HORMIGÓN SIN HORMIGÓN CON HORMIGÓN CON FIBRAS FIBRAS COMERCIALES FIBRAS RECICLADAS

0

0

0

0

28

15880.16

16311.38

16905.91

Fuente: Autor.

VALORES DE MÓDULO DE ELASTICIDAD 17000

16905.91

MÓDULO DE ELASTICIDAD (MPas)

16800 16600 16400

16311.38

16200 16000 15880.16 15800 15600 15400 15200 Hormigón simple

Hormigón con fibras comerciales

Hormigón con fibras recicladas

COMBINACIÓN DE MESCLAS (HORMIGÓN + FIBRAS) Figura 103. Diagrama de barras, módulo de elasticidad vs combinación de mezclas. Fuente: Autor.

181

6.2.3 ADHERENCIA La adherencia es un parámetro poco conocido debido a que no es un aspecto crítico en el diseño estructuras, pero para esta investigación resulta interesante comprobar el comportamiento de cada tipo de fibras con el acero de refuerzo. Este ensayo se realiza en probetas prismáticas de 15cm x 15cm x 15cm, en el cual se introduce una varilla redonda corrugada de 16 mm de diámetro y de 60 cm de altura. Para ensayar estos elementos se aplica una fuerza de tensión al extremo libre de la varilla mientras el otro extremo (el acero metido en el hormigón) permanece fijo.

Figura 104. Elaboración de probetas para el ensayo de adherencia. Fuente: Autor.

Figura 105. Probetas para el análisis de adherencia. Fuente: Autor.

182

Tabla 116. Ensayo de adherencia.

Nº de días 0 28

MÓDULO DE ROTURA A FLEXIÓN (kg/cm2) HORMIGÓN SIN HORMIGÓN CON FIBRAS HORMIGÓN CON FIBRAS FIBRAS COMERCIALES RECICLADAS 0 0 0 80.37

135.55 Fuente: Autor.

139.65

VALORES DE ADHERENCIA 160,00

135,55

ADHERENCIA (Kg/cm2))

140,00

139,65

120,00

100,00 80,37 80,00

60,00

40,00

20,00

0,00 HORMIGÓN SIN FIBRAS

HORMIGÓN CON FIBRAS COMERCIALES

HORMIGÓN CON FIBRAS RECICLADAS

COMBINACIÓN DE MESCLAS (HORMIGÓN + FIBRAS) Figura 106. Diagrama de barras, adherencia vs combinación de mezclas. Fuente: Autor.

183

6.3

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.3.1 CONCLUSIONES 

El hormigón es un elemento de gran utilidad en nuestro medio debido a su gran resistencia a la compresión, pero como todo material también tiene dificultades, para el hormigón el punto débil es soportar los esfuerzos de tracción y flexión.



Las fibras metálicas dentro de la masa de hormigón ayuda a reducir las fisuras por contracción, mejora la resistencia a compresión simple, tracción indirecta y flexión.



La fibras recicladas provienen de un proceso mecánico realizado por el torno, esta máquina desgasta el acero formando laminas delgadas conocidas como virutas, dependiendo del material y muchos otros factores referentes al manipuleo de la maquina se puede tener una gran variedad de fibras.



En el mercado existe una gran variedad de fibras metálicas comerciales, cada tipo posee forma distinta y tiene un uso en particular, conocer las características de las fibras ayuda establecer la aplicación estructural que puede cumplir.



Tomando en cuenta la cantidad de fibras para cada estado (compresión, tracción, flexión y modulo de elasticidad), se puede determinar que para la compresión no es necesario una gran cantidad de fibras debido a que es el hormigón que absorbe la mayor cantidad del esfuerzo, mientras que el estado que mas fibras requiere es el de tracción debido a que este esfuerzo actúa perpendicular a la carga y en este actúan las fibras directamente. La industria recomienda la cantidad de fibras tomado en cuenta el estado más crítico (tracción), cumpliendo con este la cantidad mínima del estado de compresión y flexión.



Los materiales empleados para realizar las mezclas de hormigón necesariamente cumplen con los requisitos de las normas INEN, ASTM o ACI, para tener un hormigón de buena calidad y tener un procedimiento estándar que nos permita obtener valores semejantes.



De las propiedades del hormigón fresco se puede concluir que a mayor cantidad de fibras metálicas el valor del asentamiento disminuye teniendo una mezcla poco trabajable, esto hace necesario aplicar mayor esfuerzo para realizar el proceso de mezclado.

184



La resistencia a la compresión simple a los 7, 14 y 28 días de edad muestra que se alcanzan mayores resistencias con las fibras metálicas recicladas aumentando un 30.70% más resistencia con respecto al hormigón simple y un 22.28% con respecto al hormigón con fibras metálicas comerciales, estos valores reflejan el buen funcionamiento de las fibras metálicas ante esfuerzos de compresión. Analizando el comportamiento de las fibras recicladas en la masa de hormigón estas presentan una mejor distribución debido a su flexibilidad.



La resistencia a tracción indirecta ensayada a los 28 días muestra que se alcanza mayores esfuerzos de tracción con las fibras metálicas recicladas alcanzando un aumento del 39.08% con respecto al hormigón sin fibras y un 11.64% con respecto al hormigón con fibras metálicas comerciales, estos valores reflejan la gran importancia de las fibras cuando el hormigón es sometido a esfuerzos de tracción. La tracción está relacionada directamente con las la adherencia de las fibras con la pasta del hormigón, las fibras recicladas alcanza mayor resistencia debido a la forma de espiral y a la rugosidad que presenta en la superficie.



La resistencia a flexión ensayada a los 28 días muestra que se alcanzan mayores módulos de ruptura con las fibras metálicas comerciales, alcanzando el 25.14% con respecto al hormigón sin fibras y 5.90% con respecto al hormigón con fibras metálicas recicladas. En la flexión las fibras metálicas nunca llegan a romperse y las vigas fallan cuando se ha perdido la adherencia entre las fibras y el hormigón.



En el estado de tracción y flexión las fibras soportan mayores esfuerzos, teniendo elementos con mayor tenacidad, se considera como tenacidad a la energía total que se requiere para llevar a un elemento hasta la rotura.



El análisis de las deformaciones para determinar el valor del modulo de elasticidad nos indica que las fibras metálicas recicladas tienen un mayor valor de modulo de elasticidad y presentan un aumento del 4.46% con respecto al hormigón sin fibras y un 3.64% con respecto al hormigón con fibras metálicas comerciales.



Analizando la adherencia entre el acero de refuerzo y el hormigón se observa que las fibras metálicas recicladas proporcionan mayor confinamiento al acero de refuerzo necesitando de esta manera mayor carga para logar desprender la varilla de acero del hormigón. El hormigón con fibras metálicas recicladas presentan un

185

aumento del 42,45% con respecto al hormigón sin fibras y un aumento del 2.94 con respecto al hormigón con fibras comerciales. 

Analizando las propiedades físicas y mecánicas del hormigón elaborado con fibras metálicas recicladas se puede concluir que se pueden usar como material alternativo a las fibras comerciales debido a que presentan un mejor comportamiento mecánico ante las cargas de compresión y tracción.

6.3.2 RECOMENDACIONES 

Es necesario comprobar el comportamiento del hormigón con fibras metálicas en estados de fatiga e impacto, en esta investigación no se pudo realizar por qué no se disponen de los medios tecnológicos.



Siempre tener en cuenta la dosificación recomendada de las fibras metálicas, debido a que el exceso o falta de fibras provoca consecuencias negativas en su resistencia.



Para la dosificación de las fibras metálicas es necesario tener en cuenta el estado más crítico al cual nuestras fibras van a trabajar.



Al ser las fibras elementos: finos, delgados afilados, es necesario manipular estos elementos con medidas de seguridad.



Es recomendable trabajar con fibras de acero reciclado cortas para garantizar una distribución uniforme en toda la masa de hormigón.



Para cumplir con la caracterización de los áridos es necesario cumplir con las normas INEN, ASTM y ACI.



Para mejorar la trabajabilidad del hormigón es necesario utilizar aditivos plastificantes y para compactar el hormigón utilizar un vibrado mecánico.



En el estado de compresión no es necesario utilizar una gran cantidad de fibras, debido que en este estado el hormigón absorbe la mayor cantidad de esfuerzo y las fibras la menor cantidad.



Los ensayos con fibras recicladas se centran únicamente e usar a las fibras como macro fibras, existe un gran campo de estudio tomando a las fibras recicladas como microfibras.

186

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ANEXOS ELABORACIÓN DE MEZCLAS DE PRUEBA

Anexo 1. Cilindros de prueba.

Anexo 2. Cilindros de prueba desencofrados.

191

Anexo 3. Ensayo a compresión simple cilindros de prueba.

ELABORACIÓN DE MEZCLAS DEFINITIVAS

Anexo 4. Elaboración de cilindros de 10x20 cm para compresión simple.

192

Anexo 5. Elaboración de cilindros de 15x30cm para modulo de elasticidad.

Anexo 6. Elaboración de vigas para flexión.

193

Anexo 7. Cilindros y vigas de mezclas definitivas.

Anexo 8. Desencofrado de cilindros mezclas definitivas.

194

Anexo 9. Cilindros sin fibras para ser ensayados a los 14 días a compresión simple.

Anexo 10. Cilindros con fibras recicladas para ser ensayados a los 14 días a compresión simple.

195

Anexo 11. Cilindros con fibras comerciales para ser ensayados a los 14 días a compresión simple.

ENSAYO DE CILINDROS Y VIGAS A COMPRESIÓN SIMPLE, TRACCIÓN INDIRECTA Y FLEXIÓN.

Anexo 12. Ensayo a compresión simple hormigón con fibras recicladas.

196

Anexo 13. Ensayo a compresión simple hormigón sin fibras.

Anexo 14. Ensayo a compresión simple hormigón con fibras comerciales.

197

Anexo 15. Colocación del deformimetro para determinar deformaciones.

Anexo 16. Ensayo de deformaciones para determinar el modulo de elasticidad.

198

Anexo 17. Ensayo a tracción indirecta, hormigón sin fibras.

Anexo 18. Ensayo a tracción indirecta, hormigón con fibras comerciales.

199

Anexo 19. Ensayo a tracción indirecta, hormigón con fibras recicladas.

Anexo 20. Ensayo a flexión, hormigón sin fibras.

200

Anexo 21. Ensayo a flexión, hormigón con fibras comerciales.

Anexo 22. Ensayo a flexión, hormigón con fibras recicladas.

201