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FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE CONSTRUCCION CIVIL “Verificación del Efecto de las Adiciones de Fibras Sintéticas Híbridas sobre la Resistencia Mecánica y sobre la Retracción Hidráulica del Hormigón” Por Tomás Francisco Córdova Molina Tesis para optar al grado de licenciado en ciencias de la construcción y/o al titulo de ingeniero constructor. Profesor Guía: Sr. Juan Egaña Ramos

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FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE CONSTRUCCION CIVIL

“Verificación del Efecto de las Adiciones de Fibras Sintéticas Híbridas sobre la Resistencia Mecánica y sobre la Retracción Hidráulica del Hormigón”

Por

Tomás Francisco Córdova Molina

Tesis para optar al grado de licenciado en ciencias de la construcción y/o al titulo de ingeniero constructor.

Profesor Guía: Sr. Juan Egaña Ramos

Noviembre 2011

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CAPÍTULO 1: ANTECEDENTES GENRALES............................................................61.1 Introducción...................................................................................................................................... 61.2 Planteamiento del Problema......................................................................................................... 71.3 Objetivos............................................................................................................................................... 8

1.3.1 Principal............................................................................................................................................................ 81.3.2 Secundarios......................................................................................................................................................8

1.4 Hipótesis............................................................................................................................................... 81.5 Alcances................................................................................................................................................. 91.6 Limitaciones........................................................................................................................................ 91.7 Metodología de la Investigación.................................................................................................101.8 Ensayos (*)......................................................................................................................................... 11

CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO....................................................................132.1 Generalidades................................................................................................................................... 132.2 Fundamentos del Hormigón........................................................................................................142.3 Propiedades del Hormigón.......................................................................................................... 14

2.3.1 Compresión...................................................................................................................................................142.3.2 Flexotracción................................................................................................................................................152.3.3 Ensayo de Tracción por Hendimiento o Ensayo Brasileño........................................................162.3.4 Retracción......................................................................................................................................................17

2.3.4.1 Tipos de Retracción.............................................................................................................................................182.3.5 Retracción Hidráulica...............................................................................................................................19

2.3.5.1 Factores que Influyen en la Retracción......................................................................................................212.3.5.2 Factores Relacionados con la Dosificación de la Mezcla.....................................................................212.3.5.3 Factores Relacionados con el Ambiente....................................................................................................272.3.5.4 Factores Relacionados con el Método de Ejecución.............................................................................27

2.4 Métodos para Minimizar la Retracción Hidráulica..............................................................302.4.1 Métodos Relacionados con la Dosificación......................................................................................302.4.2 Métodos Constructivos.............................................................................................................................302.4.3 Métodos Relacionados con el Uso de Aditivos...............................................................................31

2.5 Influencia de los Materiales Componentes del Hormigón.................................................322.5.1 Áridos...............................................................................................................................................................322.5.2 Cemento..........................................................................................................................................................322.5.3 Aditivos........................................................................................................................................................... 332.5.4 Adiciones........................................................................................................................................................33

2.6 Materiales Compuestos Reforzados con Fibras....................................................................352.7 Conceptos Generales del Comportamiento Mecánico de Materiales Reforzados con Fibras............................................................................................................................................................ 36

2.7.1 Influencia de la Longitud de la Fibra..................................................................................................362.7.2 Influencia de la Orientación y de la Concentración de la Fibra..............................................37

2.8 Materiales Compuestos con Fibras Discontinuas y Orientadas al Azar........................382.9 Fase Fibrosa...................................................................................................................................... 402.10 Fase Matriz...................................................................................................................................... 422.11 Tipos de fibras............................................................................................................................... 42

2.11.1 Fibras de vidrio (CFRC).........................................................................................................................432.11.1.1 Propiedades Físicas las Fibras de Vidrio................................................................................................44

2.11.1.1.1 Docilidad......................................................................................................................................................442.11.1.1.2 Compresión................................................................................................................................................44

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2.11.1.1.3 Flexotracción.............................................................................................................................................452.11.1.2 Aplicaciones.........................................................................................................................................................46

2.11.2 Fibras de Acero (SFRC)..........................................................................................................................472.11.2.1 Docilidad...............................................................................................................................................................482.11.2.2 Compresión..........................................................................................................................................................482.11.2.3 Flexotracción.......................................................................................................................................................502.11.2.4 Retracción.............................................................................................................................................................50

2.11.3 Fibras de Polipropileno (HRFP)........................................................................................................512.11.3.1 Tipos de Fibra de Polipropileno.................................................................................................................52

2.11.3.1.1 Fibra de Polipropileno Monofilamento..........................................................................................522.11.3.1.2 Fibra de Polipropileno Multifilamento...........................................................................................53

2.11.3.2 Docilidad...............................................................................................................................................................542.11.3.3 Compresión..........................................................................................................................................................542.11.3.4 Flexotracción.......................................................................................................................................................552.11.3.5 Retracción.............................................................................................................................................................552.11.3.6 Aplicaciones.........................................................................................................................................................55

CAPITULO 3: DISEÑO EXPERIMENTAL...........................................................573.1 Generalidades................................................................................................................................... 573.2 Base de diseño de los hormigones.............................................................................................58

3.3 Base de ensayos..............................................................................................................................................593.3.1 Trabajabilidad..............................................................................................................................................593.3.2 Compresión...................................................................................................................................................603.3.3 Flexotracción................................................................................................................................................623.3.4 Tracción por Hendimiento.....................................................................................................................633.3.5 Retracción......................................................................................................................................................64

CAÍTULO 4: DESARROLLO EXPERIMENTAL............................................................674.1 Generalidades................................................................................................................................... 67

4.2.1 Cemento..........................................................................................................................................................684.2.2 Agua.................................................................................................................................................................. 684.2.3 Fibras............................................................................................................................................................... 68

4.2.3.1 Descripción fibra RXF 54..................................................................................................................................684.2.3.2 Características Físico Químicas de la fibra...............................................................................................69

4.2.4 Áridos...............................................................................................................................................................704.2.4.1 Granulometría Arena..........................................................................................................................................714.2.4.2 Densidades de la Arena.....................................................................................................................................734.2.4.3 Densidades Reales, Netas y Absorción........................................................................................................734.2.4.4 Densidad aparente..............................................................................................................................................744.2.4.5 Granulometría Grava..........................................................................................................................................764.2.4.6 Densidad Grava.....................................................................................................................................................784.2.4.7 Densidades Reales, Netas y Absorción.......................................................................................................784.2.4.8 Densidad Aparente..............................................................................................................................................794.2.4.9 Árido Combinado.................................................................................................................................................80

4.3 Cálculo Dosificación H-30 (90) 20 8........................................................................................814.4 Dosificación H30-(90)-20-8........................................................................................................... 834.5 Fabricación de Hormigones........................................................................................................... 84

4.5.1 Compresión..................................................................................................................................................... 854.5.2 Flexotracción..................................................................................................................................................864.5.3 Hendimiento...................................................................................................................................................874.5.4 Retracción libre.............................................................................................................................................88

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CAPÍTULO 5: PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.............................905.1 Generalidades..................................................................................................................................... 905.2 Propiedades en Estado Fresco......................................................................................................915.3 Propiedades en Estado Endurecido............................................................................................94

5.3.1 Resistencia a Compresión........................................................................................................................945.3.2 Resistencia a Flexotracción......................................................................................................................975.3.3 Resistencia a Tracción por Hendimiento...........................................................................................995.3.4 Perdida de Peso en Hormigones..........................................................................................................1015.3.5 Retracción Hidráulica...............................................................................................................................1045.3.5 Resistencia a Flexión................................................................................................................................107

CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES...................................................................1116.1 Generalidades............................................................................................................................... 1116.2 Respecto de las Propiedades Estudiadas..............................................................................1116.3 Posibles Usos del Hormigón Reforzado con Fibra RXF 54...............................................113

Bibliografía................................................................................................................................... 114

ANEXOS........................................................................................................................................... 116ANEXO 1 TABLAS.................................................................................................................................... 117ANEXO 2 FOTOGRAFICO...................................................................................................................... 123

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Capítulo

5

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1 ANTECEDENTESGENERALES

1.1 Introducción

El empleo de adiciones de fibras al hormigón se conoce desde hace bastante tiempo: las primeras fibras conocidas eran de origen vegetal, evolucionándose posteriormente a las fibras de origen metálico, de vidrio y a fibras con distintos tipos de plásticos. Esta inquietud

que busca obtener una micro armadura en el

hormigón ha pasado por diferentes etapas; sin embargo, se ha continuado investigando al respecto. Precisamente uno de los desarrollos más recientes está constituido por unas “fibras sintéticas estructurales híbridas”, cuyas características permitirían mejorar significativamente en algunas de las propiedades del hormigón, en particular, respecto de sus resistencias mecánicas a tracción y compresión. Este tipo de fibras, que se someterán a verificación experimental, están compuestas por un micro filamento no fibrilado a base de una mezcla especial de copolímeros poliolefínicos y una fibra fibrilada de polipropileno.

CAPÍTULO 1: ANTECEDENTES GENRALES

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1.2 Planteamiento del Problema

No obstante ser un excelente material de construcción y poseer una serie de propiedades que lo hacen ser el más empleado para todo tipo de obras de construcción, el hormigón presenta ciertas limitaciones que obligan a administrar algunas medidas para contrarrestarlas, entre las que se pueden señalar su baja resistencia a la tracción y los movimientos que experimenta la pasta de cemento, origen de las retracciones que sufren durante su vida útil.

Estudios realizados en nuestro país, revelan que el agrietamiento que se produce dentro de los primeros meses después del hormigonado es producido principalmente por una gradiente de humedad, la cual es la causal de la retracción hidráulica o contracción por secado, siendo ésta responsable del 35% de los problemas relacionados con el hormigón.

Muchos intentos se han hecho para minimizar los efectos negativos que producen las limitaciones citadas: incorporación de barras o mallas metálicas para absorber los esfuerzos de tracción que el hormigón no es capaz de soportar y la introducción de juntas de contracción para el otro caso. Continuando con la búsqueda de soluciones es que se ha llegado al empleo de fibras, esto es, a un micro armado del hormigón, obteniéndose resultados tan variables como las variedades de fibras empleadas, lo que mantiene el incentivo para investigar al respecto.

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1.3 Objetivos

1.3.1 Principal

Verificar experimentalmente el efecto que la adición de un nuevo tipo de fibras pueda producir sobre las resistencias mecánicas y sobre la retracción hidráulica del hormigón.

1.3.2 Secundarios

Evaluar el efecto que podría ejercer este nuevo tipo de fibras, sobre la docilidad y sobre la demanda de agua del hormigón.

Para el tipo de hormigón que se emplea, determinar dentro de lo posible, la proporción optima de fibras, tomando como base los limites propuestos por el fabricante del producto.

1.4 Hipótesis

“La adición de fibras sintéticas híbridas permitiría aumentar la resistencia a la tracción del hormigón y reducir su retracción hidráulica”.

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1.5 Alcances

Para determinar la retracción hidráulica se utiliza el procedimiento de NCh. 2221, Of.2010 “Método de ensayo – Determinación de los cambios de longitud”.

Se confeccionaran hormigones H-30 por ser los mas representativos en la construcción de losas y pavimentos industriales.

1.6 Limitaciones

El período de estudio de la retracción hidráulica será de 56 días, desglosados en 14 días de curado y 42 días de retracción.

Se trabaja con 4 dosis distintas de adiciones de fibras.

Durante el desarrollo de esta experiencia se mantendrá lo siguiente:

Tipo de cemento.

Tipo de agua.

Tipo de fibra.

La granulometría y la procedencia de áridos.

Las variaciones de las cantidades de fibras se hacen con respecto a las recomendaciones propuestas por el fabricante.

Tamaño máximo del árido 20 mm.

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1.7 Metodología de la Investigación

Revisión bibliográfica

Estudio del problema

Normativa

NChA.S.T.M.

Selección materiales

Cemento áridos agua fibras

Diseño hormigón

Hormigón patrónHormigones en

estudio

Investigación experimental

Ensayos *

Verificación hipótesis

Análisis y comparación de resultados

conclusiones

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1.8 Ensayos (*)

Asentamiento de cono según NCh 1019 Of.1974

Aspecto visual de las mezclas.

Resistencia a compresión, según NCh 1037 Of.1977

Resistencia a flexotracción, según NCh 1038 Of.1977

Tracción por hendimiento según NCh 1170 Of.1077

Retracción hidráulica según NCh 2221 Of.2010

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Capítulo 2 MARCO

TEÓRICO

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CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO

2.1 Generalidades

El presente capítulo presenta las bases teóricas que sustentan el desarrollo de esta investigación. Consiste en un resumen de conceptos de tecnología del hormigón, relacionados con los objetivos planteados en los objetivos.

En primer lugar hablaremos del hormigón y sus principales componentes, su comportamiento frente a las distintas solicitaciones y sus propiedades en base a su composición.

En referencia al hormigón con adiciones de fibras, se realiza un estudio profundo de sus propiedades e influencias en el hormigo; se menciona distintos tipos de ellas realizando un análisis comparativo de acuerdo a las propiedades planteadas para el desarrollo de esta investigación (resistencia a compresión, tracción, retracción y docilidad) y se genera una discusión bibliográfica con respecto a las diferentes investigaciones relacionadas en este ámbito.

Luego se manifestaran los distintos tipos de retracción, enfatizando en la contracción por secado que es uno de los fundamentos principales para el desarrollo de la tesis.

El propósito de esta investigación, es verificar el efecto de la adición de fibras sintéticas híbridas incorporadas en el hormigón, por lo cual se mencionaran los componentes principales de las fibras.

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2.2 Fundamentos del Hormigón

El hormigón es básicamente la resultante de la mezcla de áridos, un aglutinante y un medio de hidrataron formando así un material de dos fases: la pasta de cemento y el esqueleto inerte “áridos”. La pasta compuesta por cemento y agua es la que tiene como función confinar los agregados, estos son normalmente arena y grava, con el fin de crear una masa que al fraguar se asimile a una roca. El cemento reacciona químicamente con el agua produciendo un endurecimiento que envuelve los agregados para así generar el hormigón. Existe un variedad de componentes que pueden agregarse a la pasta o gel de cemento, como materiales cementantes, aditivos y adiciones.

2.3 Propiedades del Hormigón

Se hace un análisis al comportamiento del hormigón bajo los parámetros de estudio de esta investigación.

2.3.1 Compresión

Es sabido que el comportamiento a compresión del hormigón es tal, que este se ha ubicado como material preferido en el desarrollo de toda obra de construcción.

La resistencia a compresión puede definirse como la capacidad del hormigón de resistir cargas por unidad de área especifica a los 28 días de edad. Esta se logra mediante el diseño de la mezcla y esta en función de la relación agua/cemento, de manera que aumenta la resistencia a la compresión si esta relación disminuye, pero al modificar estos parámetros se puede ver afectada la resistencia a la flexión, resistencia a la tracción y a la adherencia del acero hormigón.

Teóricamente la resistencia a tracción del hormigón es aproximadamente 1/8 a 1/12 de la resistencia a compresión, pero no existe una relación lineal; la relación de Rt/Rc (Rc: resistencia a compresión; Rt resistencia a tracción) depende de la calidad del hormigón y es menor cuando mayor es Rc. [1].

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2.3.2 Flexotracción

En la Figura 2.1 se presenta la curva carga – flecha típica de una viga de hormigón convencional, de 100mm × 100mm × 400mm, sometida a flexión, con carga en el centro de la luz de ensayo. En ella se identifican cuatro zonas: un rango elástico lineal (OA), hasta aproximadamente el 30% de la carga máxima; una zona de no linealidad pre - máximo (AB) donde se originan y/o propagan microfisuras internas disminuyendo la rigidez del material, culminando con la formación de una macro fisura en el máximo (B); después del máximo se produce un ablandamiento del material (BC), donde se observa una disminución de la carga resistida por el material conforme aumenta el desplazamiento; y finalmente, una cola (CD) producida por la trabazón entre los granos de agregado y otros efectos de fricción.

Figura 2.1 Curva carga – flecha de una viga de hormigón sometida a flexión

Cuando una fisura se propaga, con trayectorias perpendiculares a los esfuerzos de tracción que actúan al interior de la masa de material, surgen una serie de mecanismos que se oponen a su avance, denominándose a este efecto aumento de la tenacidad. El mecanismo más efectivo es el puente de fisura, en este caso la fisura es frenada cuando se encuentra con una partícula relativamente resistente, por ejemplo, un grano de cemento sin hidratar, una pieza de grava o una fibra resistente. Si la carga aumenta, la fisura puede ser forzada a rodear y sobrepasar la partícula que la frena y en ese momento la fisura se puede ramificar. Cuando el obstáculo se quiebra, la energía almacenada en el cuerpo se disipa en la fricción generada por el desprendimiento de las partículas y en la separación de las caras de la fisura.[2]

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2.3.3 Ensayo de Tracción por Hendimiento o Ensayo Brasileño.

El ensayo Brasileño (ensayo a tracción indirecta) supone un método de fácil procedimiento operativo y que requiere de una probeta de geometría sencilla, aunque, en contrapartida presenta un problema, que es el aplastamiento de la probeta en la zona de carga.

Éste es un método ampliamente aceptado para determinar en forma indirecta la resistencia a tracción uniaxial del hormigón, principalmente debido a que se puede ejecutar sobre probetas cilíndricas, moldeadas o testigos. Además, es un procedimiento muy simple y ha sido especificado por varias normas y recomendaciones, entre las que cabe señalar ASTM C - 496 (ASTM International, 2002), UNE 83306 (AENOR, 1985), NCh 1170 (INN, 1977) y Rilem CP C6 (Rilem, 1994).

Este ensayo se ha considerado inapropiado para el hormigón reforzado con fibras básicamente por tres razones [2]:

El área de carga para grandes deformaciones, como sucede en el estado de post – fisura-ción de probetas de HRF, aumenta continuamente conduciendo a un incremento en la carga incluso después de la fisuración de la matriz.

El ensayo es inestable bajo el control de desplazamiento.

La considerable longitud de las probetas permite a la fisura iniciarse dentro de ella, difi-cultando la medición de la apertura de fisura y el control de estabilidad.

Con el propósito de solucionar los problemas observados en el ensayo de tracción indirecta y beneficiarse del uso de un procedimiento experimental altamente difundido y aceptado, que hace uso de una probeta estandarizada para el ensayo de compresión, Carmona et al. (2009) realizó las siguientes mejoras: se redujo la longitud de la probeta; se limitó el área de carga, con el fin de mantener una anchura constante durante todo el ensayo; y los ensayos se realizaron en un sistema servo – controlado, usando el desplazamiento de la apertura de la fisura (COD) como variable de control durante el ensayo. Incorporando estas mejoras se han podido realizar ensayos brasileños, capaces de reflejar claramente la ventaja que conlleva la incorporación de fibras de en los hormigones. Sin embargo, el ensayo resulta complejo y poco adecuado para ser utilizado como ensayo de control rutinario en obra.

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Figura 2.2 Resultados de los Ensayos Brasileños Realizados por Carmona et al. Sobre Hormigones en Masa (HPC – 0.0) y HRF (HRF – 0.5; HRF – 1.0)

2.3.4 Retracción

La retracción es la deformación del hormigón en estado fresco o endurecido, la cual, a diferencia del creep, no depende de una carga externa aplicada y se manifiesta mediante variaciones de volúmen del hormigón durante el proceso de fraguado en sus primeras horas, o cuando se encuentra ya endurecido días o meses después y se produce con la simple perdida de agua. [3].

Debido a la perdida de agua en el tiempo del hormigón, es producida a la vez una disminución del volumen que puede producir tensiones internas de tracción, las cuales causan la fisuración por retracción. Existen además otros factores que provocan la retracción, como el clima, dosificaciones, ejecución, entre otras, por lo cual, la retracción puede ser significativa, y por ende la consecuencia de fisuración en el hormigón varia en cantidad y magnitud.

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2.3.4.1 Tipos de Retracción

Diversos investigadores coinciden en identificar principalmente tres tipos de retracción, las cuales se miden distintamente tanto al hormigón fresco como endurecido.

a) Retracción plástica, es la fisuración producida al hormigón cuando aun esta fresco, debido a perdidas de humedad durante las primeras horas luego de ser colocado.

b) Retracción química, referida a diversos tipos de retracción que su origen se radica en las reacciones químicas a nivel intrínseco del hormigón. Esta toma importancia dentro de las primeras edades del hormigón y afecta principalmente a los hormigones de alta resistencia.

c) Retracción hidráulica, o contracción por secado, se presenta en el hormigón ya endurecido, y es producida al encontrarse una gradiente de temperatura entre el ambiente y el hormigón, ocasionando perdidas de humedad que proporcionan perdidas de volúmen.

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2.3.5 Retracción Hidráulica

El hormigón endurecido es un material poroso, debido a esto, posee la propiedad de absorber agua desde el medio o evaporar agua desde su masa hasta llegar al equilibrio (humedad de equilibrio) donde se iguala la humedad interna con la humedad del ambiente que lo rodea, razón por la cual existen constantes variaciones del contenido de agua a nivel de poros capilares en función de las variables de la humedad del ambiente.

Cuando el proceso anterior implica perdida de agua, la masa de hormigón experimenta una reducción en su volumen lo que da origen a la retracción hidráulica. Cuando termina el periodo de curado, el agua presente en los poros de la superficie expuesta del, hormigón se evapora, produciendo una gradiente de humedad en el espesor del elemento, lo que trae consigo la una migración de agua por difusión desde el núcleo hacia la superficie donde es eliminada finalmente por evaporación. La migración de agua por difusión junto con la perdida de agua libre y absorbida contenida en los poros capilares, da origen a fuerzas físicas de atracción (tensión superficial) capaces de producir deformaciones que tiene como resultado la retracción del hormigón.[4]

El mecanismo físico de este fenómeno se origina en la superficie de la paredes de poros y capilares ya que en estos, por ausencia de partículas vecinas existe una energía libre la cual da origen a fuerzas de atracción (tensión superficial) que atrapan las moléculas de agua cercana o en contacto con la superficie de los poros (agua absorbida). Al evaporarse esta agua, el equilibrio existente en la superficie de los poros capilares se rompe, lo que origina fuerzas de atracción entre las paredes capilares, cuya resultante seria la responsable del fenómeno de retracción. [5]

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En la figura 2.3 se puede apreciar la evolución de la retracción hidráulica en función a la perdida de peso y humedad relativa.

Figura 2.3 Mecanismo de la retracción hidráulica.Fuente: estudio sobre la aplicación de los modelos de calculo de retracción al hormigón

autocompactante(Adeanati, 2008)

Se puede apreciar el aumento de retracción hidráulica cuando disminuye la humedad relativa. Esta disminución provoca que aumente la gradiente de humedad entre la pasta y el ambiente, acelerando la perdida de agua hacia el exterior.

A medida que disminuye la humedad relativa desde el cien por ciento el mecanismo de retracción hidráulica comienza cuando el agua libre que se encuentra en los poros capilares comienza a evaporarse (fase 1 y 2). En estas fases iniciales la retracción de la pasta aun no es visible, pero ya se produce un gradiente interno por la cual el agua absorbida al gel de sílice se desplaza hacia los poros. Cuando la humedad baja del cuarenta y cinco por ciento, la perdida de agua continua y empieza a afectar al agua absorbida a la superficie del gel de sílice (fase 3). Luego se pierde el agua interna del gel (fase 4) y por ultimo tiene lugar la descomposición del gel [6].

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2.3.5.1 Factores que Influyen en la Retracción

Estos factores se pueden resumir en tres grupos: factores relacionados con la dosificación de la mezcla, factores relacionados con el ambiente y factores relacionados con el medio de ejecución. Todos ellos afectan la magnitud de desarrollo de la retracción.

2.3.5.2 Factores Relacionados con la Dosificación de la Mezcla

a) Cemento

La evolución y magnitud de la retracción hidráulica se ve afectada por la clase y tipo de cemento empleado, debido a que determina la velocidad de hidratación. Además el tamaño y forma de los cristales, en función de esto, se produce una restricción interna que va a aumentar dicho fenómeno.

Por otra parte Neville (1995) [6] señala que las propiedades y la composición de los cementos tendrían baja importancia en la magnitud de la retracción hidráulica de hormigones, pero en retracción de la pasta sí afectaría.

Una investigación desarrollada por el instituto americano del concreto [7] (ACI), obtuvo como resultado que la composición química del cemento utilizado en la mezcla no afecta notablemente a la magnitud de la retracción hidráulica obtenida de forma experimental y se concluyo que cuando hay un mayor contenido de ferroaluminato tetracálcico (C4AF) o un bajo contenido de aluminato tricálcico (C3A) la retracción hidráulica es menor.

En nuestro país, investigaciones realizadas por Videla y Massana (2001) y mas tarde por Videla y Aguilar (2005) [9-8], analizaron valores de retracción con cementos nacionales llegando a la conclusión de que los cemento portland puzolánicos presentan una muy rápida retracción inicial, que tiende a estabilizarse y reducirse en el tiempo, mientras que en los cementos portland puros, la evolución del fenómeno en estudio en su fase inicial es más lenta y más estable por el resto del tiempo. Los mismos investigadores añaden ambos comportamientos de los cementos frente a la retracción hidráulica tienden a igualarse en el tiempo.

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La figura 2.4 muestra la retracción hidráulica en hormigones fabricados con distintos tipos de cemento.

Figura 2.4 retracción hidráulica en distintos tipos de cementos.Fuente: Estudio del comportamiento y desarrollo de una metodología de predicción de la

retracción hidráulica de hormigones (Videla & Aguilar, 2005).

De la figura 2.3 se aprecia la evolución de la retracción hidráulica en hormigones con distintos tipos de cemento. Durante los primeros treinta días, la retracción hidráulica es mayor en hormigones que poseen mayor contenido de puzolana. Luego los cemento con 20 y 30%, este se mantiene en el tiempo, situación contraria al cemento portland donde sufre un aumento superado al cemento 10% de la adición en cuestión.

Una velocidad menor en la evolución de la retracción en cementos portland puros y por que no también portland puzolánicos ya que su respuesta al fenómeno en estudio son similares, otorgando una ventaja no menor al hormigón del punto de vista de la tendencia de fisuración debido a que una evolución lenta permite a la mezcla adquirir la suficiente resistencia para soportar las tensiones internas que trae consigo la retracción.

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El instituto americano del concreto (ACI) [7] se refiere influencia a la de la finura del cemento sobre la retracción hidráulica y manifiesta que cementos mas finos presentan una mayor retracción y que su importancia seria secundaria en comparación a otras variables. Lo anterior también se refiere Neville (1995) [5] y sostiene que la finura del cemento solo adquiere relevancia cuando contiene una cantidad importante de partículas de tamaño mayor a 75 micras (malla 200 ASTM), situación que se explica considerando que los granos de cemento se hidratan en forma gradual desde la superficie hacia el interior del grano, por lo que en granos de mayor tamaño, la superficie hidratada se transforma en una membrana semipermeable que reduce la velocidad de hidratación del agua hacia el núcleo. El comportamiento en la mezcla de los granos no hidratados es inerte de manera que limitan las deformaciones y por lo mismo hay una menor cantidad de volumen de pasta que se esta deformando. Lógicamente la presencia de granos mas gruesos debe reducir la magnitud de retracción existente.

b) Relación A/C y dosis de agua

A una mayor razón Agua/Cemento mayor es la retracción hidráulica, ya que establece la cantidad de agua evaporable en la pasta de cemento y la velocidad con que el agua puede llegar a la superficie expuesta. [6]

Investigaciones al respecto confirmaron que la retracción hidráulica es directamente proporcional a la razón agua/cemento para un rango de razones ente 0.3 y 0.6, para valores mayores a este ultimo, el agua adicional es removida por el secado del hormigón sin generar mayor influencia en la retracción.

Si la retracción del hormigón esta en función de la cantidad de agua evaporable en poros y capilares de la pasta de cemento, es el volumen de agua de amasado la condicionante de la retracción hidráulica mas que la relación agua cemento. [4]

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La situación anterior es afirmada por la figura 2.5 que muestra la evolución de la retracción hidráulica en función del contenido de agua de la mezcla.

Figura 2.5 Relación entre Retracción Hidráulica y Contenido de Agua.Fuente: Estudio del comportamiento y desarrollo de una metodología para la predicción de la

retracción hidráulica de hormigones. (Videla & Aguilar, 2007).

c) Agregados pétreos

El árido grueso que forma parte del esqueleto del hormigón, se opone a las variaciones de volumen, por ,lo que dosis por metro cubico, tamaño máximo y modulo elástico cambian los valores de retracción de acuerdo a un ley en la que, la retracción hidráulica esperada en igualdad a otras variables, se reduce a medida que:

Se utilizan áridos mas rígidos (de mayor modulo de elasticidad). Se incrementa el contenido de áridos gruesos. Se incrementa el tamaño máximo utilizado.

El aumento de tamaño máximo del árido utilizado para una misma trabajabilidad del hormigón final, trae consigo una disminución de la superficie especifica del árido y por consiguiente los requerimientos de agua y de cemento, lo que trae consigo, un aumento en el contenido de inertes (áridos) por unidad de volumen del hormigón, situación que tiene como

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respuesta un incremento en la restricción interna de la matriz y por ende una menor retracción hidráulica, tal como lo demuestra Videla y Aguilar (2005) [9], que fabricaron hormigones con cementos nacionales, en igualdad de resistencia mecánica y docilidad pero usando tamaño máximo 40 y 20 mm. para ver el impacto en la retracción obteniendo como resultado una disminución de un diecisiete por ciento al aumentar el tamaño máximo de 20 a 40 mm.

d) Aditivos y Adiciones

El efecto de aditivos y adiciones sobre la retracción del hormigón ha sido poco estudiado por lo que existen antecedentes contradictorios al respecto. Una de las limitaciones que se encuentran en este tema es la composición y propiedades de los de los diversos productos encontrados en el mercado. Es por esto que algunos modelos de predicción no consideran esta variable en su procedimiento para predecir cuanta es la retracción que presenta un hormigón.

A continuación se presentan diversas versiones respecto de los efectos de aditivos en la retracción del hormigón:

El código ACI 224R-90 [10] se refiere al uso de plastificantes y reductores de agua mencionando que no tienen ningún efecto en la reducción de la retracción hidráulica. Neville (1995) [6] también hace mención a este tipo de aditivos y señala que en igualdad de dosis de cemento y agua, su efecto sobre la retracción hidráulica es insignificante, puesto que su verdadero efecto esta condicionado por las variaciones de agua o cemento que el uso de este aditivo permite. Por el contrario, Brooks (2000) [11] detectó un aumento considerable de retracción en hormigones con incorporación de plastificantes.

En relación a los incorporadores de aire, el ACI 224R-90 [10] menciona que puede aumentar la retracción del hormigón ya que al incorporar mas aire a la mezcla, esta presenta una menor restricción interna, pero cuando dicha cantidad de aire es inferior al 5% no afectaría en forma significativa la retracción. Porcentaje que Neville (2005) [6] estima en 8% y coincide con una cantidad excesiva de aire puede eliminar restricciones que causan los áridos a la deformación del hormigón a nivel intrínseco.

Los aceleradores de fraguado y endurecimiento a base de cloruro de calcio aumentan la retracción significativamente.

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En cuanto a las adiciones de puzolana natural al hormigón, se sabe que la mezcla requiere de mas cantidad de agua para una misma docilidad, lo que trae como consecuencia un aumento en la retracción hidráulica. Estudios realizados por Herrera (2007) [12] concluyen que los morteros con adiciones de puzolana natural presentan una mayor retracción que morteros si esta adición.

Las cenizas volante presentan distintos efectos sobre la retracción hidráulica. Estos van de efectos muy pequeños hasta efectos considerables según sea su tipo de composición. Brooks (2000) comenta el uso de la ceniza volante y señala que no influye de forma significativa sobre la retracción, pero que en niveles de sustitución altos, los resultados cambian considerablemente.

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2.3.5.3 Factores Relacionados con el Ambiente

De acuerdo con las condiciones ambientales Neville (1995) [6] señala que el factor que mas influye en la retracción es la gradiente de humedad, causa principal de la retracción hidráulica. Hay que agregar también condiciones atmosféricas como temperaturas altas, fuerte vientos y baja humedad relativa, las que pueden favorecer una evaporación rápida del agua presente en la superficie y como ya se menciono, si la tasa de evaporación es mayor a la velocidad de exudación del agua en la mezcla del hormigón, se producen tensiones superficiales las cuales dan origen al fenómeno de retracción. Si bien es cierto que es importante considerar las condiciones ambientales para el control de la retracción, lógicamente seria factible del punto de vista experimental controlar la humedad relativa para minimizar la retracción del hormigón, pero del punto de vista practico, es difícil controlar el ambiente que circunda a una estructura de hormigón y es más, nuestro país posee diferentes tipos de climas que deben tomarse como antecedente previo para generar alguna especificación al respecto con el fin de considerar los diferentes factores, en este caso ambientales , a los cuales estará expuesto el hormigón.

2.3.5.4 Factores Relacionados con el Método de Ejecución

Tiempo y forma del curado. Los resultados de diversas investigaciones dan a conocer re-sultados aparentemente contradictorios respecto de la incidencia del tiempo de curado en el desarrollo de resistencias mecánicas del hormigón. Sin embargo, la mayoría de los resultados indican que un curado húmedo prolongado generalmente trae consigo una menos retracción ultima y por ende una menor tendencia a la fisuración.

De acuerdo con lo anterior, se debe tener presente que a un mayor tiempo de curado hú-medo, necesariamente existirá una menos cantidad de agua de curado evaporable, un menor volumen de poros y una mayor proporción de capilares segmentados. Esto se traduce en una mayor dificultad del agua para ascender a la superficie, pero al mismo tiempo habrá un menor volumen de cemento no hidratado y en consecuencia menor restricción a la deformación.

Por otra parte, el curado prolongado, va a generar un limitado entumecimiento del hor-migón, que actúa contrario a la retracción hidráulica y también un aumento de la resistencia mecánica antes del comienzo de la retracción, por lo que se logra una mayor rigidez de la mez-cla de hormigón y por ende, mayor resistencia a la deformación, situación que ayuda, si las tensiones internas generadas son suficientemente elevadas, a la deformación microfisuras que relajan dichas tensiones.

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En coincidencia con lo anterior, Bazant (1995) [13] y ACI 209R (1997) [7] afirman que se obtiene una menor retracción hidráulica con un mayor tiempo de curado, debido a que el proceso de hidratación aporta, por un lado, al incremento del modulo de elasticidad del hormi-gón, lo que trae consigo una disminución en la deformación y, por otro, una disminución del coeficiente de difusión del agua, lo que implica una menor velocidad de evaporación.

En nuestro país, Videla (1996) llevo a cabo una investigación con la finalidad de estu-diar la influencia del tiempo de curado en la mezcla de hormigón fabricado con cementos por-tland puzolánico y con una razón A/C de 0.45, las que fueron sometidas a periodos de 1, 7 y 28 días de curado, obteniendo como resultado que un mayor tiempo de curado produce mayor retracción hidráulica, medida desde el principio del secado, pero una menor retracción total, producto de la expansión que sufre el hormigón durante la etapa de curado que desplaza la curva de retracción hacia abajo.

Del tamaño y forma del elemento, podemos decir que en elementos pequeños la veloci-dad de desarrollo de retracción es mucho mayor en elementos de grandes secciones. De esta manera asumirá que la retracción es inversamente proporcional a la relación volumen/superfi-cie del elemento.

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La figura 2.6 muestra la influencia de la razón volumen/superficie sobre la retracción hi-dráulica.

Figura 2.6 Efecto de la Relación Volumen/Superficie Sobre la Retracción.Fuente: Estudio de la aplicabilidad de los modelos de calculo de la retracción al hormigón

autocompactante (Agranati, 2008).

Según Bazant y Neville [13 y 6] coinciden en que la relación entre la superficie expuesta y el volumen de un elemento de hormigón es de importancia secundaria a la retracción ultima, pero altera de manera considerable su velocidad de desarrollo. La forma y dimensión del elemento condicionan la distancia que debe viajar la humedad desde el interior del elemento hasta la superficie de secado, razón por la que elementos de mayor espesor se retraen mas lentamente (la humedad tarda mayor tiempo en ascender a la superficie, lugar donde es evaporada).

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2.4 Métodos para Minimizar la Retracción Hidráulica

Debido a la evidente problemática que genera el mecanismo de retracción hidráulica en el hormigón, es de suma importancia atenuar su desarrollo para disminuir el riesgo poten-cial de agrietamiento de este. En nuestro país es mayor, ya que investigaciones sobre el tema muestran resultados superiores a los reportados por la literatura mundial, situación que seria producto de las características de las materias primas nacionales utilizadas para la fabricación de hormigones. [5 y 9]

2.4.1 Métodos Relacionados con la Dosificación

Un método bastante apropiado es manejar las variables que influyen en la retracción del punto de vista de las dosificaciones. A raíz de estas variables se recomienda utilizar: bajo contenido de cemento, bajas dosis de agua, tamaño máximo adecuado de los áridos y ejecutar curado apropiado.

2.4.2 Métodos Constructivos

Armaduras: consiste en distribuir las deformaciones producidas por retracción a lo largo de la armadura, de manera que se produzcan varias fisuras de menor espesor en desme-dro de las fisuras con mayor espesor. El código ACI 318 se refiere al uso de armaduras y men-ciona que la cuantía mínima está comprendida entre 0.18 y 0.20 por ciento. Pero para controlar fisuras y mantenerlas en un nivel general aceptable, se recomienda que la cuantía sea mayor a 0.6 % (ACI 224R,1990) [10]

Juntas: es un método bastante efectivo. Si en un elemento de hormigón no se realizan juntas adecuadas, este se fisurara y formara sus propias juntas. El objetivo de una junta es in-ducir la fisura de manera que se alivien las tensiones en el elemento de hormigón y no se pro-duzcan fisuras en otro lugar. Estas se materializan dejando listones de madera o de goma en los moldajes. Las juntas se deben sellar para impedir el paso de la humedad (ACI 224R, 1990) [10]

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2.4.3 Métodos Relacionados con el Uso de Aditivos

Existen diversos aditivos que tienen un efecto beneficioso sobre la disminución de la retracción y su respuesta no es la misma debido a los distintos mecanismos que estos desarro-llan al interactuar con los otros componentes del hormigón. En nuestro país Videla y Aguilar [9] evaluaron los efectos de algunos aditivos frente al fenómeno de retracción hidráulica, obte-niendo los siguientes resultados:

Reductores de agua (plastificantes). Hormigones con este aditivo presentan aumento de la retracción hidráulica en los primeros días de edad en comparación a hormigones sin el, luego de 42 días presentan reducción de 22 %.

Reductores de agua de alto rango (superplastificantes). Para hormigones con este adi-tivo se observa un comportamiento similar que hormigones con aditivo reductor de agua, ya que en los primeros días de edad presenta resultados mayores a retracción que en hormigones sin aditivo. A partir de los 14 días, este aumento de la retracción en comparación con el hormi-gón patrón comienza a contraerse logrando una disminución a los 42 días de edad hasta un 16 %.

Expansores. El uso de este aditivo en el hormigón, produce una expansión en la pasta de cemento, que tiene como función de compensar la posterior retracción durante el secado. La reducción de retracción que experimenta el hormigón con aditivo expansor disminuye a medida que aumenta el tiempo de secado, obteniendo a los 42 días un porcentaje de reducción de hasta un 29 %.

Reductores de retracción. Estos aditivos presentan un alto impacto en la disminución de la retracción. Resultados muestran que hormigones con este aditivo presentan un 55 por ciento de reducción de la retracción respecto del hormigón sin aditivo a los 42 días de edad. El porcentaje de reducción disminuye a medida que aumenta el tiempo de secado.

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2.5 Influencia de los Materiales Componentes del Hormigón

2.5.1 Áridos

El esqueleto del hormigón esta compuesto por los áridos, los cuales forman entre un 65 a un 75% del volumen total del hormigón. Según Neville, A.(1995) [6], el agregado limita la resistencia del hormigón, ya que un agregado débil no puede producir concreto resistente y, además, afecta mucho la durabilidad y el comportamiento estructural del hormigón.

El agregado tiene una motivación económica, ya que el árido es mas barato que el cemento y, por lo tanto, resulta económico poner en una mezcla un máximo de árido, y un mínimo de cemento. Pero además, el árido tiene propiedades por sobre la pasta de cemento, ya que le confiere una mayor durabilidad, debido a que tienen un menor desgaste en el tiempo.

Es posible que la influencia del agregado en la resistencia del concreto se deba no únicamente a la resistencia mecánica del árido, sino también, en un grado considerable, a sus características de absorción y adherencia.

2.5.2 Cemento

El cemento esta compuesto principalmente por materiales calcáreos, tales como caliza, alúmina, sílice y oxido de fierro.

La reacción mediante la cual el cemento Portland se transforma en un agente de enlace se produce en una pasta de cemento y agua. En otras palabras, en presencia del agua, los silicatos y aluminatos forman productos de hidratación, que con el paso del tiempo producen una masa firme y dura: pasta de cemento endurecida. Esta reacción se produce con el fraguado de la pasta.

La pasta de cemento, es la encargada de unir las partículas del agregado, formando una masa dura con variadas resistencias de acuerdo a su dosificación, lo que depende principalmente de la cantidad de agua de amasado (relación agua/cemento), y de las propiedades de los áridos.

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Al aumentar innecesariamente el agua, se diluye la pasta de cemento y por el contrario, al disminuirla, se obtiene entre otras propiedades:

El aumento en la resistencia a la compresión y resistencia a la flexión. La disminución de la permeabilidad. Esto implica que disminuye la absorción y

aumenta la estanqueidad, hecho que se traduce en el aumento de la resistencia a agentes agresivos presentes en el ambiente.

La mejor adherencia hormigón – acero La reducción de la retracción y de la fisuración.

Existen además aditivos y adiciones que tienen como fin principal mejorar las propiedades del hormigón.

2.5.3 Aditivos

Los aditivos son materiales activos agregados al hormigón en pequeñas cantidades para modificar algunas de sus propiedades por acción física, química o físico – química. [NCh 2182 Of. 95 “Hormigón y Mortero – Aditivos - Clasificación y requisitos”]. La presente investigación no contempla análisis de aditivos, por lo cual queda fuera del alcance y no se profundizará con respecto a este material.

2.5.4 Adiciones

Las adiciones son un conjunto de materiales, que agregados al hormigón buscan la mejora de las propiedades en las cuales el hormigón falla o carece por si solo. Al caso, estudiaremos las fibras como adición al hormigón.

La adición de fibras como refuerzo de hormigones, morteros y pasta de cemento pueden incrementar muchas de las propiedades de éstos, destacando entre ellas, la resistencia a la flexión, tenacidad, fatiga, impacto, permeabilidad y resistencia a la abrasión [14].

En búsqueda de un refuerzo que permitiera la consecución de un material compuesto, con excelentes prestaciones, se han desarrollado numerosas experiencias con otras fibras de refuerzo, tales como, las de origen orgánico (aramidas, nylon, rayón, polipropileno), inorgánico (vidrio, boro, carbono) y metálicas (hierro, fundición dúctil, acero, Ni, Ti, Al).

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En la tabla 2.1 se muestran los distintos tipos de fibras y sus principales características.

Tabla 2.1 Tipos de Fibras más Comunes y sus Propiedades (ACI 544.5R-10, 2010).

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En cuanto a las propiedades mecánicas, se observa una mejora en la resistencia, sobre todo en la resistencia a tracción se refiere. Este aumento en la resistencia a tracción está íntimamente relacionado con el efecto de cosido de fisuras que la adición de estas fibras representa. Este efecto de cosido de fisuras, evidentemente mejora el comportamiento frente a la fisuración del hormigón y otros aspectos relacionados con la misma, como puede ser la retracción [15].

Figura 2.7 Curva Típica carga - Abertura de Fisura, para Matrices con y sin FibrasFuente : “Hormigón con Fibras de Acero, Características Mecánicas” Mármol, P (2010)

2.6 Materiales Compuestos Reforzados con Fibras

Tecnológicamente, los materiales compuestos con fases dispersas en forma de fibras son los más importantes. A menudo se diseñan materiales compuestos reforzados con fibras con la finalidad de conseguir elevada resistencia y rigidez a baja densidad. Estas características se expresan mediante los parámetros resistencia específica y módulo específico, que corresponden, respectivamente, a las relaciones entre la resistencia a la tracción y el peso específico y entre el módulo de elasticidad y el peso específico. Utilizando materiales de baja densidad, tanto para la matriz como para las fibras, se fabrican compuestos reforzados con fibras que tienen resistencias y módulos específicos excepcionalmente elevados. [16]

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2.7 Conceptos Generales del Comportamiento Mecánico de Materiales Reforzados con Fibras

2.7.1 Influencia de la Longitud de la Fibra

Las características mecánicas de los compuestos reforzados con fibras dependen no sólo de las propiedades de la fibra, sino también del grado en que una carga aplicada se transmite a la fibra por medio de la fase matriz. En este proceso de transmisión de carga es muy importante la magnitud de la unión en la interfaz de las fases matriz y fibra. Al aplicar un esfuerzo de tracción, la unión fibra-matriz cesa en los extremos de la fibra y en la matriz se genera un patrón de deformación como el que se muestra en la Figura 2.8; en otras palabras, en los extremos de la fibra no hay transmisión de carga desde la matriz.

Figura 2.8 Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de tracción.

Existe una longitud de fibra crítica para aumentar la resistencia y la rigidez del material compuesto. Esta longitud crítica lc depende del diámetro d de la fibra, de la resistencia a la tracción σ f y de la resistencia de la unión matriz-fibra (o resistencia al cizalle de la matriz), τc , de acuerdo con:

lc = σ f d/τc

La longitud crítica de algunas combinaciones de matriz-fibra de vidrio y de carbono es del orden de 1 mm, equivalente a unas de 20 a 150 veces el diámetro de la fibra. [17]

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Según lo mencionado por Carmona, et all (2009) [2], en la práctica se utilizan fibras con relaciones menores a 100 y las fallas de los elementos, en consecuencia, se producen primordialmente por el arranque de las fibras.

Las fibras con l » lc (normalmente l >15 lc) se denominan continuas; y las fibras de menor longitud se denominan discontinuas o fibras cortas. En las fibras discontinuas de longitud significativamente menor que lc, la matriz se deforma alrededor de la fibra de modo que apenas existe transferencia del esfuerzo y el efecto del reforzamiento de la fibra es insignificante.

2.7.2 Influencia de la Orientación y de la Concentración de la Fibra

La disposición u orientación relativa de las fibras y su concentración y distribución influyen radicalmente en la resistencia y en otras propiedades de los materiales compuestos reforzados con fibras. Con respecto a la orientación existen dos situaciones extremas: (1) alineación paralela de los ejes longitudinales de las fibras y (2) alineación al azar. Gráficamente son representadas de la siguiente manera:

Figura 2.9 Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras (a) continuas y alineadas, (b) discontinuas y alineadas y (c) discontinuas y orientadas al azar.

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2.8 Materiales Compuestos con Fibras Discontinuas y Orientadas al Azar

Normalmente, cuando los materiales compuestos tienen fibras orientadas al azar, éstas suelen ser discontinuas y cortas; un reforzamiento de este tipo está representado en la Figura. En estas circunstancias, el módulo elástico se expresa mediante una regla de las mezclas:

Ec = K Ef Vf + Em Vm (2.2)

donde:

K= Parámetro de eficiencia de la fibra (típicamente comprendido entre 0,1 y 0,6).E= Módulo elástico (f se refiere a la fibra y m a la matriz). V= Fracción de volumen.

El módulo elástico de los materiales reforzados, tanto si las fibras están alineadas como si están orientadas al azar, aumenta al incrementarse la fracción de volumen de la fibra. En la Tabla 2.3 se indican algunas propiedades mecánicas de los policarbonatos no reforzado y reforzado con fibras de vidrio discontinuas y orientadas al azar. Esta tabla da una idea de las magnitudes que se pueden obtener mediante reforzamiento.

Tabla 2.3 Propiedades del Policarbonato sin Refuerzo y Reforzado con Fibra de Vidriorientada al Azar.

Fuente: Adaptado de Materials Engineering’s Materials Selector. Copyright/IPC, 1988.

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En la Tabla 2.4 se indican las eficiencias del reforzamiento con fibras en varias situaciones; la eficiencia se toma arbitrariamente como la unidad en la dirección paralela a la alineación y cero en la dirección perpendicular.

Tabla 2.4 Eficiencia del Reforzamiento de Compuestos Reforzados con Fibra Orientado en Varias Direcciones y Esfuerzos Aplicados en Varias Direcciones”.

Fuente: H. Krenchel, “Fibre Reinforcement”, Copenhague: Akademisk Forlag, 1964, pág 64.

En las aplicaciones en las que las fibras están sometidas a esfuerzos totalmente multidireccionales normalmente se utilizan fibras discontinuas orientadas al azar en la matriz. La Tabla muestra que la eficiencia del reforzamiento de estos compuestos es sólo la quinta parte de la eficacia correspondiente a los compuestos cuyas fibras están alineadas en la dirección longitudinal; sin embargo, las propiedades mecánicas son isotrópicas [18].

Las consideraciones sobre la orientación y la longitud de las fibras de un compuesto particular dependen del nivel y de la naturaleza del esfuerzo aplicado y del costo de fabricación. Las velocidades de producción de compuestos con fibras cortas (alineadas y orientadas al azar) son rápidas y se pueden conformar piezas de formas intrincadas que no son posibles con refuerzos de fibras continuas. Además, los costos de fabricación son mucho más bajos que en el caso de compuestos reforzados con fibras continuas y alineadas.

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2.9 Fase Fibrosa

Una importante característica de muchos materiales, especialmente los frágiles, es que las fibras con diámetros pequeños son mucho más resistentes que el material macizo. Como es sabido, la probabilidad de la presencia de una imperfección superficial crítica que conduzca a la rotura disminuye cuando aumenta el volumen específico [17]. Este fenómeno se utiliza con ventaja en los compuestos reforzados con fibras. El material utilizado como fibra de refuerzo debe tener alta resistencia a la tracción.

En función de sus diámetros y características, las fibras se agrupan en tres categorías diferentes: whiskers, fibras y alambres. Los whiskers son monocristales muy delgados que tienen una relación longitud-diámetro muy grande. Como consecuencia de su pequeño diámetro, tienen alto grado de perfección cristalina y están prácticamente libres de defectos, y por ello tienen resistencias excepcionalmente elevadas. Los whiskers pueden ser de grafito, carburo de silicio, nitruro de silicio y óxido de aluminio. En la Tabla se dan algunas características mecánicas de estos materiales.

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Tabla 2.5 Características de Materiales Reforzados con Fibras”.Fuente: Adaptado de Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, W. Callister,

1996.

Los materiales clasificados como fibras son policristalinos o amorfos y tienen diámetros pequeños; los materiales fibrosos son generalmente polímeros o cerámicas (p.ej., aramida, vidrio, carbono, boro, óxido de aluminio y carburo de silicio). La Tabla también indica algunos datos de varios materiales utilizados como fibras.

Los alambres tienen diámetros relativamente grandes; los materiales típicos son el acero, el molibdeno y el tungsteno. Los alambres se utilizan como refuerzos radicales de acero en los neumáticos de automóvil, filamentos internos de los recubrimientos de cohetes espaciales y paredes de mangueras de alta presión.

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2.10 Fase Matriz

La fase matriz de un material compuesto con fibras ejerce varias funciones. En primer lugar, une las fibras y actúa como un medio que distribuye y transmite a las fibras los esfuerzos externos aplicados; sólo una pequeña fracción del esfuerzo aplicado es resistido por la matriz. Además, la matriz debe ser dúctil y, por otra parte, el módulo elástico de la fibra debe ser mucho mayor que el de la matriz. En segundo lugar, la matriz protege las fibras del deterioro superficial que puede resultar de la abrasión mecánica o de reacciones químicas con el medio ambiente. Estas interacciones introducen defectos superficiales capaces de originar grietas, que podrían producir fallos con esfuerzos de tracción relativamente bajos. Finalmente, la matriz separa las fibras y, en virtud de su relativa blandura y plasticidad, impide la propagación de grietas de una fibra a otra, que originaría fallos catastróficos; en otras palabras, la matriz actúa como una barrera que evita la propagación de grietas. Aunque algunas fibras individuales se rompan, la rotura total del material compuesto no ocurrirá hasta que se hayan roto gran número de fibras adyacentes, que forman un agregado de tamaño crítico.

Es esencial que la adherencia de la unión entre fibra y matriz sea elevada para minimizar el arrancado de fibras. En efecto, la resistencia de la unión tiene gran importancia en el momento de seleccionar la combinación matriz-fibra. Por lo tanto, las características mecánicas de los hormigones reforzados con fibras dependen no sólo de las propiedades mecánicas de la fibra, sino también del grado en que una carga aplicada se transmite a la fibra por medio de la matriz cementicea. [2]

2.11 Tipos de fibras

Diversos estudios demuestran que las fibras más utilizadas como adiciones en el hormigón son las de vidrio, polipropileno y acero, por lo cual nos enfocaremos en dichos elementos.

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2.11.1 Fibras de vidrio (CFRC)

Figura 2.10 Fibra Típica de VidrioFuente: Elaboración Propia

La fibra de vidrio es un material compuesto consistente en fibras continuas o discontinuas de vidrio embebidas en una matriz plástica [17]; este compuesto se produce en gran cantidad. El vidrio se utiliza como material de refuerzo debido a las siguientes razones:

Es fácilmente hilable en fibras de alta resistencia.

Es fácilmente disponible y se puede aplicar económicamente para producir plástico reforzado con vidrio utilizando una gran variedad de técnicas de fabricación de materiales compuestos.

Cuando está embebida en una matriz plástica produce un compuesto con muy alta resistencia específica.

Cuando está unido a varios plásticos se obtienen materiales compuestosquímicamente inertes muy útiles en una gran variedad de ambientes corrosivos.

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2.11.1.1 Propiedades Físicas las Fibras de Vidrio

Tabla 2.6 Propiedades Físicas las Fibras de Vidrio

La longitud de este tipo de fibras es de hasta 40 mm y los contenidos usuales son de menos del 5% en volumen.

2.11.1.1.1 Docilidad

A medida que aumenta la cantidad de fibra adicionada a la mezcla de hormigón el asentamiento de cono es menor. Se observa, entonces, una proporcionalidad inversa entre la cantidad de fibra adicionada y el asentamiento de cono. Es decir, a mayor porcentaje de fibra adicionado menor será el asentamiento de cono [16].

2.11.1.1.2 Compresión

El estudio realizado por Bravo, J (2003) [16], revela que al aumentar la cantidad de fibra adicionadas aumenta la resistencia a la compresión, este aumento es muy pequeño. El cuadro nos expresa las resistencias obtenidas a 28 días.

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Resultados Ensayo de Compresión a 28 Días.

Tabla 2.7 Ensayo Compresión 28 Días a Fibra de Vidrio

H0 = 0% de fibra.H1 = 0,05% de fibra.H2 = 0,1% de Fibra.H3 = 0,2% de fibra.H4 = 0,4% de fibra.

Los valores de fibras mencionados, corresponde a la cantidad de fibras como porcentaje de acuerdo al peso del hormigón.

2.11.1.1.3 Flexotracción

La Resistencia a la flexotracción aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de fibra de vidrio presente en la mezcla de hormigón. Es así como se alcanza un máximo de 20% de aumento de la resistencia de la flexotracción respecto del hormigón patrón a los 7 días y un 19,4% de aumento a los 28 días. Estos valores corresponden al hormigón que contiene mayor cantidad de fibra de vidrio (0,4%). Se concluye entonces que la adición de fibra de vidrio es un factor relevante en el aumento de la resistencia a la flexotracción de los hormigones.

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2.11.1.2 Aplicaciones

Del desarrollo experimental de Bravo, J.(2003) [16], se desprende que algunas de las aplicaciones prácticas del hormigón reforzado con fibras de vidrio serían las losas, los pavimentos industriales y el revestimiento de túneles.

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2.11.2 Fibras de Acero (SFRC)

Figura 2.11 Fibras Típicas de AceroFuente: Elaboración Propia

Los hormigones con fibras de acero están formados, esencialmente, por un conglomerante hidráulico, generalmente cemento portland, áridos finos y gruesos, agua y fibras de acero discontinuas cuya misión es contribuir a la mejora de determinadas características de los hormigones [19].

Estos hormigones tienen menos docilidad que los hormigones tradicionales. Debe proveerse una dispersión uniforme de las fibras y prevenirse una segregación o agrupación de las mismas (erizos).

Las fibras de acero son elementos de corta longitud y pequeña sección que se adicionan al hormigón con el fin de conferirle ciertas propiedades específicas, con las características necesarias para dispersarse aleatoriamente en una mezcla de hormigón en estado fresco empleando metodologías de mezclado tradicionales.

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La efectividad del refuerzo matriz-fibras, exige a las fibras las siguientes propiedades:

• Una resistencia a tracción significativamente mayor que la del hormigón.

• Una adherencia con la matriz del mismo orden o mayor que la resistencia a tracción de la matriz.

• Un módulo de elasticidad significativamente mayor que el del hormigón.

2.11.2.1 Docilidad

Diversos autores concuerdan en que a través de ensayos experimentales se ha constatado que la consistencia del SFRC resulta restringida con la adición de fibras en función del volumen de fibras adicionado y su esbeltez. La docilidad del hormigón reforzado con fibras de acero esta ligada a la cantidad de material incorporado, a mayor cantidad de fibras, menor será la docilidad.

2.11.2.2 Compresión

Es de común aceptación que la adición de fibras al hormigón no conlleva un incremento significativo de la resistencia del hormigón a compresión. Suelen producirse ligeros incrementos o decrementos de la misma. En SFRC con fibras de esbeltez 45, 65 y 80, y volúmenes de fibras de 0.5%, 1.0% y 1.5% encontraron incrementos de la resistencia a compresión entre 4-19% respecto de hormigones idénticos sin fibras.

En hormigones jóvenes (antes de los 28 días) la capacidad de mantener la carga máxima a compresión se incrementa significativamente con la adición de fibras, a medida que madura el hormigón este incremento se reduce y la capacidad de absorción de energía y la ductilidad se concentran principalmente en la región post-fisura.

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Cuanto menor es el tamaño de las probetas se obtienen mayores resistencias a compresión, debido a que se acentúa un alineamiento preferente de las fibras. El efecto se hace mucho más sensible a medida que se aumenta la longitud de la fibra (ACI 544.3R- 08, 2008). Probetas con mayor esbeltez soportan tensiones sensiblemente mayores, pero presentan respuestas menos dúctiles a compresión (Figura 2.12). Se debe tener especial cuidado con estas situaciones para no generar falsos panoramas con resultados excesivamente optimistas [19].

Figura 2.12 Curva Deformación Unitaria- Tensión de CompresiónFuente: Respuesta a compresión simple de SFRC con diferentes vf y con diferente esbeltez de

probeta (ACHE, 2000)

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2.11.2.3 Flexotracción

Figura 2.13 Curvas tensión de tracción-alargamiento de morteros en función de la tracción directa (ACI 544.1R-96, 2009).

fuente: [Muñoz, F. (2011). “Comportamiento Mecánico del Hormigón Reforzado con Fibra de Polipropileno Multifilamento: Influencia del Porcentaje de Fibra Adicionado”.

En el diagrama tensión-deformación a tracción directa del SFRC, las fibras rigidizan sensiblemente la respuesta en fase de pre-fisura respecto de la de un hormigón tradicional y, de forma destacada, aportan una capacidad de resistencia residual post-fisura debida el efecto de cosido entre los dos labios de la fisura.

El efecto más importante en el comportamiento mecánico del hormigón, debido a la presencia de las fibras, se manifiesta en la resistencia a tracción post-fisura. La resistencia a tracción post-fisura, a su vez, afecta a muchas otras propiedades mecánicas como la adherencia de armaduras, la resistencia a cortante, la fatiga, etc.

2.11.2.4 Retracción

Las fibras suponen una mejora ante determinadas propiedades como el control de la fisuración por retracción, y el incremento en la resistencia al fuego, abrasión e impacto, entre otras. Esto es debido a que las fibras ayudan al desplazamiento de la pasta de cemento por entre los agregados, produciendo un mayor confinamiento entre partículas.

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2.11.3 Fibras de Polipropileno (HRFP)

Figura 2.14 Distintas Fibras de Polipropileno Existentes en el MercadoFuente: Elaboración Propia

Según Muñoz, F .(2011) [20]. fibra de polipropileno es un material compuesto consistente en fibras continuas o discontinuas de polipropileno embebidas en una matriz plástica, este compuesto se produce en gran cantidad. El polipropileno se utiliza como material de refuerzo debido a las siguientes razones:

• Muy buena relación coste/beneficio

• Versatilidad: compatible con la mayoría de las técnicas de procesamientoexistentes y usado en diferentes aplicaciones

• Es el material plástico de menor peso especifico (0,9 g/cm3), lo que implica que se requiere de una menor cantidad para la obtención de un producto terminado

• Propiedades mecánicas: el polipropileno logra alcanzar buen balance rigidez/impacto.

• Propiedades químicas: presenta excelente resistencia química a solventes comunes.

• Buena estabilidad dimensional a altas temperaturas (150°C)

• Barrera al vapor de agua: evita el traspaso de humedad

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Además, uno de los principales aspectos a destacar es que polímeros como el polipropileno, además de ser muy económicos con respecto a otras fibras como las de acero, son químicamente inertes, muy estables en el medio alcalino que supone el hormigón, presentando una superficie hidrófoba, por lo que no absorbe agua durante la mezcla ni el posterior fraguado. Sin embargo, este mismo aspecto supone a su vez un inconveniente en cuanto a la adherencia de las fibras a la matriz cementosa. Otra desventaja de las fibras de polipropileno que merece mención es su bajo módulo de elasticidad [19].

2.11.3.1 Tipos de Fibra de Polipropileno

2.11.3.1.1 Fibra de Polipropileno Monofilamento

Estas fueron diseñadas para sustituir especialmente la maya electro soldada, varillas y fibras de acero. Además de ser anticorrosivas, antimagnéticas y 100 % a prueba de álcalis. Debido a su alto desempeño permite reducciones significativas en el encogimiento plástico, así como mejores en la resistencia de flexión, compresión e impacto. También proporciona una fácil dispersión, facilidad de uso, un fácil bombeo, buen encaje y un buen terminado. Facilitan el manejo y colocación a diferencia de las fibras de acero, mallas electrosoldadas o armadas con varilla.

Las fibras de monofilamento son resistentes y por su forma tiene una gran adherencia al hormigón, trasmitiendo los esfuerzos, además que se elimina la preocupación relativa a la correcta colocación del refuerzo y a comparación de las fibras de acero no se corroen, son antimagnéticas y 100% a prueba de álcalis.

Figura 2.15 Dos clases distintas de Fibras de Polipropileno MonofilamentoFuente: Elaboración Propia

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2.11.3.1.2 Fibra de Polipropileno Multifilamento

Las fibras de polipropileno multifilamento son especialmente tratadas, diseñadas y producidas para su uso en hormigones y morteros. Se presentan en forma de mechas compuestas de polipropileno multifilamento con un agente de superficie. Se distribuyen aleatoriamente dentro de la masa de hormigón o mortero formando una red tridimensional muy uniforme.

La adición de este producto reduce la fisuración por retracción superficial en morteros y sustituye a la armadura destinada a absorber las tensiones que se producen durante el fraguado y endurecimiento del hormigón, aportando las siguientes ventajas: Reducción de la fisuración por retracción e impidiendo su propagación, aumento importante del índice de tenacidad del hormigón, mejora la resistencia al impacto, reduciendo la fragilidad.

Figura 2.16 Fibra de polipropileno multifilamento.Fuente: Elaboración Propia

Otros.

Fibra del acoplamiento del polipropileno.

Fibra curvada del marco del polipropileno.

Fibra torcida del polipropileno del paquete.

54

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2.11.3.2 Docilidad

La pérdida de trabajabilidad en el hormigón con fibras está acompañada de un efecto que puede ser beneficioso, ya que se aumenta la cohesión del hormigón. Lo anterior ofrece algunas ventajas constructivas en algunas obras particulares, tales como hormigonado de taludes, vaciado del hormigón desde cierta altura y hormigón proyectado.

2.11.3.3 Compresión

Mendoza et all [21], en su investigación concluyen que prácticamente no existe modificación en la resistencia por la incorporación de las fibras (tabla); aunque hay una tendencia a la disminución de la resistencia con el consumo de fibra, esta reducción se debe principalmente a que se reduce la consistencia y, por tanto, la compactación que se puede lograr.

Tabla 2.8 Resistencia a Compresión de los Hormigones con y sin Fibras de Polipropileno.

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2.11.3.4 Flexotracción

La resistencia a flexotracción se modifica, aunque la tendencia no queda definida totalmente ya que en algunos casos la incrementa y en otros la reduce. La resistencia a tensión determinada en forma indirecta se modifica en menor cuantía, pero también sin tendencia definida.

2.11.3.5 Retracción

Según menciona Mendoza, J, et all. (2011) [21], la contracción por secado se reduce en forma importante con el consumo de fibras.

2.11.3.6 Aplicaciones

Como consecuencia del análisis de los resultados de la investigación de Muñoz, F. (2011) [20]., cabe destacar aquellos usos apropiados para la utilización de éste tipo de fibras:

Losas de hormigón (soleras, forjados).

Pavimentos de hormigón.

Hormigón y Mortero proyectado.

Morteros.

Revocos de fachadas.

Revocos para mejorar la Resistencia al Fuego.

Elementos prefabricados.

Podrá sustituir a la armadura destinada a absorber las tensiones que se producen durante el fraguado y endurecimiento del hormigón. Pero nunca sustituirá a las armaduras principales obtenidas mediante cálculo.

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Capítulo

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3 DISEÑOEXPERIMENTAL

3.1 Generalidades

En esta tesis se estudia el comportamiento

mecánico de los hormigones reforzados con Fibras RFX 54, caracterizando su resistencia a la compresión, flexotracción, retracción y tracción por hendimiento como función de la cantidad de fibras adicionadas. Además se estudian los cambios en la trabajabilidad en el hormigón dada la incorporación de la fibra.

Variando la adición de fibras de 1,5 a 3 kg cada 500 gramos, se confeccionaran probetas con la finalidad de representar claramente las bondades de las fibras RFX 54.

Utilizando un árido de tamaño máximo de 20 mm se establece un plan de ensayos a realizar en el laboratorio de hormigón de la Universidad de Valparaíso.

CAPITULO 3: DISEÑO EXPERIMENTAL

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3.2 Base de diseño de los hormigones

Hormigón base, grado H (30)

Nivel de confianza 90%

Cemento grado corriente (portland puzolanico)

Árido tamaño máximo nominal Dn = 20 mm

Asentamiento base 8 cm (tolerancia más o menos 2 cm)

Condiciones de ejecución = muy buenas

Dosificación método Idiem

Para cuantificar el efecto de la incorporación de fibras al hormigón, se efectuarán ensayos comparativos entre un “hormigón patrón” (sin fibras) y hormigones con distinto porcentaje de fibra adicionado. La fibra usada será Fibras RXF 54, con un largo de 54 mm. Éste es el largo estándar de la fibra, diseñada especialmente para uso en hormigones. Dicho largo no condiciona el tamaño máximo de árido debido a su flexibilidad, sin embargo, se optó por utilizar un tamaño máximo de árido de 20 mm.

Los porcentajes adicionados de fibras estarán comprendidos entre 1.5 y 3 kg por metro cubico. Dado lo anterior se tendrán 4 medidas a ensayar variando 500 gramos de fibras tal como se indica en la tabla. Dichas dosificaciones fueron obtenidas tomando como límite inferior la cantidad mínima de fibra a adicionar recomendada por el fabricante equivalente a 1,5 kg por metro cubico de hormigón, y como límite superior 3 kg estimados para encontrar la proyección del efecto de la incorporación.

Hormigón reforzado con fibras Cantidad de fibras por metro cubico (kg)HP 0

HRF 1.5 1,5HRF 2.0 2,0HRF 2.5 2,5HRF 3.0 3,0

Tabla 3.1 Nomenclatura HormigonesFuente: Elaboración Propia.

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3.3 Base de ensayos

Se comenzara con la caracterización de los áridos, enfocado principalmente a la obtención de granulometría, densidad real y neta, densidad aparente y absorción, basados en la normativa existente y especificados en el siguiente capítulo.

3.3.1 Trabajabilidad

Durante la etapa en que el hormigón se mantiene en estado fresco es de gran importancia poder otorgarle una docilidad adecuada, para el uso que se desea darle. Debido a que las fibras reducen la trabajabilidad del hormigón fresco, se hace necesario determinar en qué proporción lo hacen.

Para cuantificar la trabajabilidad del hormigón se medirá el asentamiento de cono. Este ensayo fue ideado por el investigador norteamericano Abrams. Su ejecución está regulada por la NCh 1019 y consiste básicamente en rellenar un molde metálico troncocónico de dimensiones normalizadas, en tres capas apisonadas con 25 golpes de varilla-pisón y, luego de retirar el molde, medir el asentamiento que experimenta la masa de hormigón colocada en su interior. Esta medición se complementa con la observación de la forma de derrumbamiento del cono de hormigón, mediante golpes laterales con la varilla-pisón. De esta manera, la medida del asentamiento permite determinar, principalmente, la fluidez, y la forma de derrumbamiento permite apreciar la consistencia del hormigón.

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3.3.2 Compresión

La resistencia a la compresión es una de las propiedades más importantes del hormigón, siendo también el factor que se emplea frecuentemente para definir su calidad.

El procedimiento de ensayo para la determinación de la resistencia a la compresión del hormigón está establecido en la norma chilena NCh 1037 Of.77.

El valor de la resistencia obtenido en el ensayo no es absoluto, puesto que depende de las condiciones en que ha sido realizado. Entre estas condiciones, las de mayor influencia son analizadas a continuación:

a. Forma y dimensiones de la probeta:

• Las probetas empleadas normalmente para determinar la resistencia a la compresión son de forma cúbica o cilíndrica. De las primeras, se emplean de preferencia las de 15 y 20 cm de arista, y para las segundas las de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura.

b. Condiciones de ejecución del ensayo:

• Velocidad de aplicación de la carga de ensayo. • Estado de las superficies de aplicación de la carga. • Centrado de la carga de ensayo.

c. Características del hormigón:

• Tipo de cemento. • Relación agua / cemento. • Edad del hormigón.

d. Condiciones ambientales:

• Temperatura. • Humedad.

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El procedimiento de ensayo, descrito en la norma chilena NCh 1037, se resume a continuación:

a) Medición de las Probetas

• Probetas cúbicas: Se coloca el cubo con la cara de llenado verticalmente. Se miden los anchos de las 4 caras laterales del cubo aproximadamente a media altura, y las alturas de las caras laterales, aproximando a 1mm. Se debe determinar la masa del cubo, aproximando a 50 gr.

• Probetas cilíndricas: Se miden dos diámetros perpendiculares entre sí aproximada-mente a media altura, y la altura de la probeta en 2 generatrices opuestas antes de refrentar, aproximando a 1 mm. Se determina la masa del cilindro antes de refren-tar, aproximando a 50 gr.

b) Ensayo

• Se debe limpiar las superficies de contacto de las placas de carga y de la probeta, colocando la probeta en la máquina de ensayo alineada y centrada. Las probetas cú-bicas se colocan con la cara de llenado verticalmente y las cilíndricas asentadas en una de sus caras planas refrentadas. Al acercar la placa superior de la máquina de ensayo se debe asentarla sobre la probeta de modo de obtener un apoyo lo más uni-forme posible. La carga debe aplicarse en forma continua y sin choques a velocidad uniforme, de forma tal que la rotura se alcance en un tiempo igual o superior a 100 segundos y que la velocidad de aplicación de carga no sea superior a 3,5 kgf/cm 2/seg. Finalmente se registra la carga máxima expresada en kgf.

c) Resultados

• Se calcula la resistencia a la compresión del hormigón mediante la siguiente fór-mula:

RC = P 3.2 S Donde:

Rc = Resistencia a compresión en kgfS = Superficie de carga P = Carga Máxima

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3.3.3 Flexotracción

Se ha considerado de interés el caracterizar los hormigones del presente estudio en cuanto a su resistencia a la flexotracción, ello principalmente, debido a que una posible aplicación de estos hormigones sería la de pavimentos industriales, y en ese caso un aumento de la resistencia a flexotracción por efecto de las fibras sería muy beneficioso.

El procedimiento de ensayo se basa en la norma chilena NCh 1038 y consiste en someter a una vigueta de hormigón simplemente apoyada, a una solicitación de flexión mediante la acción de dos cargas concentradas en los límites del tercio central de la luz de ensayo.

Si la fractura de la probeta de produce en el tercio central de la luz de ensayo, se calcula la resistencia a la tracción por flexión como la tensión de rotura según la fórmula siguiente:

R= P * L 3.3 b * h2

Donde:

R = Tensión de rotura, N/mm2 (kgf/cm2); P = Carga máxima aplicada, N (kgf); L = Luz de ensayo de la probeta, mm (cm);b = Ancho promedio de la probeta en la sección de rotura, mm (cm); h = Altura promedio de la probeta en la sección de rotura, mm (cm).

Si la fractura se produce fuera del tercio central de la luz de la probeta, en la zona comprendida entre la línea de aplicación de carga y una distancia de 0,05 L de esa línea, se calcula la resistencia a la tracción por flexión como la tensión de rotura, según la fórmula siguiente:

R = 3 * P * a 3.4 b * h2

En que:

a = Distancia entre la sección de rotura y el apoyo más próximo, medida a lo largo de la línea central de la superficie inferior de la probeta, cm.

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3.3.4 Tracción por Hendimiento

Debido a las posibles aplicaciones que ofrecen las fibras, las cuales contemplan principalmente pavimentos, se ha considerado de interés la caracterización del hormigón por medio de la resistencia al hendimiento, tomando en consideración que la adición de fibras podría atraer efectos de mejoras en el hormigón.

El desarrollo del ensayo se basa en la norma NCh 1170 0f 77, el cual consiste en someter una probeta cilíndrica a una carga continua y sin choques a una velocidad uniforme de 0,05 0,02 N/mm2/s hasta lograr la fractura.

Calcular la resistencia a tracción por hendimiento como la tensión de rotura según la siguiente formula:

T= 2 * P 3.5 * l * d

Donde:

T= Resistencia a tracción por hendimiento, N/mm2;P= Carga máxima aplicada por la maquina de ensayo, N;l = Longitud de la probeta, mm;d = Diámetro de la probeta, mm.

Expresar el resultado en N/mm2, aproximado a 0,05 N/mm2.

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3.3.5 Retracción

La cuantificación de retracción libre se llevara a cabo bajo el protocolo que establece la NCh 2221, of 2010 “hormigones y morteros – determinación de los cambios de longitud”. Esta consiste en determinar los cambios de longitud en probetas prismáticas de hormigón o morteros mediante el cambio de longitud que presentan en el tiempo controlada por el aparato medidor.

El cambio de longitud de las probetas se calcula mediante la siguiente formula:

L= LX - LY 3.6 G

En que:

L = Cambio de longitud de la probeta a cualquier edad, mm/m;LX = Diferencia entre las lecturas de la probeta y de la barra patrón a la

edad X;LY = Diferencia inicial entre las lecturas de la barra patrón LP y L0, mm;G = Longitud efectiva de medida (0,250 m) o distancia entre insertos.

Expresar el cambio de longitud del mortero u hormigón, con aproximación a 0,0025 mm/m, como el promedio de resultados de las n probetas a la edad x (n3).

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Tabla: “Cantidad de probetas, por ensayo y por mezcla, edades de ensayo”.

Ensayo Dimensiones TiempoCompresión 3 cubos de aristas 15 cm Ensayo solo a 28 días.Hendimiento 3 cilindros de 15 x 30 cm Ensayo solo a 28 días.Flexotracción 3 vigas de 15 x 15 x 55 cm Ensayos a 28 días.

Retracción 3 vigas de 75 x 75 x 285 mm Cada 7 díasTabla 3.7 Cantidad de Probetas, por Ensayo, por Mezcla, Edades de Ensayos

Fuente: Elaboración Propia.

Tabla: “Estimación de volúmen por colada”.

Ensayo Cantidad de probe-tas

Volumen (litros) Total (litros)

Compresión 3 3,4 10,2Hendimiento 3 5,3 15,9Flexotracción 3 12,4 37,2

Retracción 3 1,5 4,5Docilidad 1 5,3 5,3

73,1Tabla 3.8 Estimación de Volumen por Colada

Fuente: Elaboración Propia.

Sumado el excedente, se obtiene un volúmen de hormigón total 80 litros para cada una de las 5 coladas estimadas.

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Capítulo 4 DESARROLLO

EXPERIMENTAL

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4.1 Generalidades

En este capítulo se presenta el desarrollo de la experiencia propiamente tal. En él, se detalla paso a paso los procedimientos realizados para lograr cada uno de los resultados necesarios para la obtención de los datos requeridos según lo mencionado en el capitulo anterior. Se especifica además, la caracterización de los materiales utilizados en el desarrollo de esta experiencia, los cuales permiten la adecuada dosificación según especificación mencionada con anterioridad 3.2

Luego, se pretende describir cada uno de los procesos relacionados con la fabricación, colocación, desmolde, curado y almacenamiento de la probetas para los ensayos de retracción libre y propiedades mecánicas (compresión, flexotracción y tracción por hendimiento).

CAÍTULO 4: DESARROLLO EXPERIMENTAL

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4.2 Caracterización de los Materiales

Los materiales a utilizar en el desarrollo de esta actividad experimental son de procedencia nacional y su caracterización se llevo a cabo en el laboratorio de hormigones de la universidad, además de la información prestada por cada uno de los productores y proveedores (para el caso de cemento y fibras).

4.2.1 Cemento

Se utiliza cemento portland puzolánico marca melón grado corriente. La normativa NCh. 148, Of. 68 “Cemento – Terminología, Clasificación y Especificaciones” se refiere a este tipo de cemento y menciona que posee un contenido de puzolana menor al 30% por lo que presenta un moderado calor de hidratación y velocidad de endurecimiento.

4.2.2 Agua

Para la fabricación del hormigón se utilizara agua potable, la cual deberá cumplir con los requerimientos de la norma NCh 1498, Of.82 “Hormigón – Agua de Amasado – Requisitos”.

4.2.3 Fibras

Nombre : Fibras RXF 54. (Ruredil X Fiber54)Procedencia : Italia

4.2.3.1 Descripción fibra RXF 54

Ruredil X Fiber54 es una fibra sintética estructural, diseñada para mejorar la durabilidad y las propiedades mecánicas del hormigón y del “SHOTCRETE”.

RXF 54 es una fibra hibrida, compuesta por un monofilamento fibrilado a base de una mezcla especial de polímeros poliolefínicos y una fibra fibrilada polipropileno capaz de reducir y, en algunos casos, hasta eliminar totalmente la contracción plástica.

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4.2.3.2 Características Físico Químicas de la fibra

Material Mezcla de fibras de un copolímero poliolefínico y una fibra fibrilada de polipropileno

Peso especifico 0.91 kg/dm3

Largo 54 mmDiámetro equivalente 0.342 mmRelación largo/diámetro 158Resistencia a tracción 620-758 MPaResistencia a los ácidos, las bases y sales total conformidad ASTM C-1116.

70

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4.2.4 Áridos

Se utiliza áridos chancados provenientes del rio Aconcagua y producidos por la planta de áridos de Tabolango

En esta experiencia particularmente se utiliza arena y gravilla. Los requisitos para ambos son los establecidos en la NCh. 163 Of.79 “Áridos para Morteros y Hormigones – Requisitos”.

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4.2.4.1 Granulometría Arena

Este procedimiento fue ejecutado de acuerdo a lo establecido en la NCh. 165, Of.77 “Áridos para Morteros y Hormigones – Tamizado y Determinación de la Granulometría”. La siguiente tabla presenta la granulometría realizada a la arena.

TAMICES% que pasa

ÁridocorregidoTamiz mm. ASTM (mm)

10 9,500 100 1005 4,740 83 100

2,5 2,360 63 761,25 1,180 52 630,63 0,600 45 54

0,315 0,300 31 400,16 0,150 5 6

Residuo 0 0

Tabla 4.1 Granulometría ArenaFuente: Elaboración Propia

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La figura 4.1, presenta la granulometría y la banda granulométrica recomendada por la norma para la arena.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

GRANULOMETRIA

"ARIDO CORREGIDO" "Arena"

"BANDA NCH" "BANDA NCH SUP"

TAMICES

% Q

UE

PA

SA

Figura 4.1 Granulometría ArenaFuente: Elaboración Propia

73

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4.2.4.2 Densidades de la Arena

Para densidad real y neta se aplico el protocolo dispuesto por la NCh. 1239, Of. 1977 Áridos para Morteros y Hormigones – “Determinación de las Densidades Real y Neta de la Absorción de Agua de las Arenas”.

De igual forma, para el calculo de la densidad aparente, se recurrió a la NCh. 1116, Of. 1977 Áridos para Morteros y Hormigones – “determinación de la Densidad Aparente”.

4.2.4.3 Densidades Reales, Netas y Absorción

i) Densidad real del árido saturado superficialmente seco:

ρRsss = msss x 1000 (kg/m3) 4.2 Ma+ msss – Mm

ii) Densidad real del Árido seco:

ρRs = ms x 1000 (kg/m3) 4.3 Ma + msss – Mm

iii) Densidad Neta:

ρN = ms x 1000 (kg/m3) 4.4 Ma + ms – Mm

74

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iv) Absorción:

α = msss - ms x 1000 (kg/m3) 4.5 ms Donde

MS : Masa del matraz con agua.Mm : Masa del matraz con agua y arena.ms : Masa seca.msss : Masa saturada superficialmente seca.

La tabla muestra densidades y absorción de la arena en función de los conceptos definidos anteriormente.

MASA (gr) ρRsss (kg/m3) ρRs (kg/m3) ρN (kg/m3) α (%)Matraz + Agua 653 Ma

2564 2538 2605 1,7Ma + Arena 714 MnSSS 100 MsssSeco 99 Ms

Tabla 4.6 Densidad y Absorción de la ArenaFuente: Elaboración Propia.

4.2.4.4 Densidad aparente

v) Densidad aparente suelta

ρas = ms x 1000 (kg/m3) 4.7 v

Donde

ms : Masa del árido suelto en el recipiente.v : Capacidad volumétrica del recipiente (m3).

75

Page 76: Tesis Ultima Entrega Copia

La tabla 4.8 muestra los valores de la densidad aparente de la arena de acuerdo a las formulas descritas recientemente.

Características muestra promediodensidad

ᴘ R T (Kg/m³) 2666ᴘ R s (Kg/ m³) 2620ᴘ N (Kg/ m³) 2744

Absorción α (%) 1,7Tabla 4.8 Densidad Aparente de la Arena

Fuente: Elaboración Propia.

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Page 77: Tesis Ultima Entrega Copia

4.2.4.5 Granulometría Grava

Procedimiento que fue ejecutado según lo que establece la normativa NCh. 165. Of.77 “Áridos para Morteros y Hormigones – Tamizado y Determinación de la Granulometría”.

Los moldes de retracción libre con los que cuenta el laboratorio de hormigones de la universidad, limita al tamaño máximo del árido, siendo utilizado como máximo 1”, por lo cual, se opto por fabricar hormigones con áridos ¾ (ASTM) 19,5 mm. Este árido se mantiene para todos los hormigones, independiente que los demás moldes (compresión, flexotracción y hendimiento) cuenten con una capacidad para mayores dimensiones de áridos, con el fin de someter a un mismo material para todos los ensayos según lo descrito en el capitulo anterior.

La tabla 4.9 demuestra los resultados de la granulometría aplicada a la grava.

TAMICES% que pasa

Tamiz mm. ASTM (mm)25 25,00 10020 19,50 9910 9,50 235 4,75 7

ResiduorRESIDUO 0

Tabla 4.9 Granulometría GravaFuente: Elaboración Propia

77

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La figura 4.2 muestra la banda granulométrica recomendada para la grava y el resultado del árido ensayado.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

GRANULOMETRÍA

BANDA GRANULOMETRICA BANDA GRANULOMETRICA

GRANULOMETRIA GRAVA

TAMICES

% Q

UE

PA

SA

Figura 4.2 Granulometría GravaFuente: Elaboración Propia

78

Page 79: Tesis Ultima Entrega Copia

4.2.4.6 Densidad Grava

Para la determinación de la de densidad Real y Neta, se utilizo el protocolo planteado por la NCh. 1117, Of.1977 Áridos para Morteros y Hormigones – “Determinación de las Densidad Real y Neta de la absorción de agua de las gravas”.

Para el calculo de la densidad aparente de la grava utilizada en la experiencia, se recurrió a lo descrito en la NCh. 1116, Of. 1977 Áridos para Morteros y Hormigones – “ determinación de la densidad aparente”.

4.2.4.7 Densidades Reales, Netas y Absorción

i) Densidad real del árido saturado superficialmente seco:

ρRT = B x 1000 (kg/m3) 4.10 B – A

ii) Densidad real del árido seco:

ρRS = C x 1000 (kg/m3) 4.11 B – A

iii) Densidad neta:

ρN = C x 1000 (kg/m3) 4.12 C – A

iv) Absorción:

α = B - C x 1000 (kg/m3) 4.13 C

Donde

A : Masa seca.B : Masa saturada superficialmente seca.C : Masa sumergida.

79

Page 80: Tesis Ultima Entrega Copia

La tabla muestra la densidad y absorción de la grava en función de los términos definidos anteriormente.

MASA (gr) ρRT (kg/m3) ρRs (kg/m3) ρN (kg/m3) α (%)Sumergida 412 A

2675 2642 2731 1,1SSS 658 BSeca 650 C

Tabla 4.14 Densidad y Absorción de la GravaFuente: Elaboración Propia.

4.2.4.8 Densidad Aparente

v) Densidad aparente suelta

ρas = ms x 1000 (kg/m3) 4.15 v

Donde

ms : Masa del árido suelto que llena el recipiente.v : Capacidad volumétrica del recipiente (m3).

80

Page 81: Tesis Ultima Entrega Copia

La tabla muestra la determinación de la densidad aparente de la grava de acuerdo a los conceptos definidos anteriormente.

Características Promediodensidad

ᴘ ac (Kg/ m³) 1,640

ᴘ as (Kg/ m³) 1,545Tabla 4.16 Densidad Aparente de la Grava

Fuente: Elaboración Propia

4.2.4.9 Árido Combinado

La Tabla 4.17 nos muestra el árido combinado, con el cual se determina la proporción de grava y arena a utilizar para la dosificación de los hormigones en estudio.

% ESTIMA-DO ARENA

TAMIZ (mm)

% QUE PASA GRA-

VA

% QUE PASA ARE-

NA

SUMA COMPROBACIÓN MEZCLA

25 100 54+46 10020 99 53+46 9910 27 100 15+46 61

42 (*) 5 8 85 4+39 432.5 64 29 291.25 52 24 240.63 45 21 210.32 32 15 150.16 5 2 2

Tabla 4.17 Árido CombinadoFuente: Elaboración Propia.

(*) 42 es el valor estimado para la arena al utilizar árido chancado en hormigón armado según la tabla número 2 de el método de dosificación Idiem.

81

Page 82: Tesis Ultima Entrega Copia

Con los valores de los porcentajes que pasan de la grava y la arena, se determina la proporción de áridos en conformidad a la siguiente calculo:

8G + 85F=42(G+F) 4.18

36G-43F=0

G= 43 x F 36+43

G= 0,54 ; F= 0,46

Donde:

G : Árido gruesoF : Árido fino

Utilizando la formula, podemos realizar la comprobación de la estimación, la cual admite un error de ±1, por lo cual, nos encontramos dentro de los márgenes permitidos.

Por lo tanto, la proporción a utilizar será un 46% de arena y 54% de grava.

4.3 Cálculo Dosificación H-30 (90) 20 8

Nivel de confianza = 90% t = 1,282 Hormigón premezclado S = 3,5 MPa => 35 kg/cm2

Resistencia media requerida (fr)

fr = fc + t x S (kgf/cm2) 4.19

por lo tanto,

fr = 300 + 1,282 x 35 = 344 kgf/cm2 ≈ 340 kgf/cm2

con este valor, determinaremos la dosis de cemento estimada en función de la resistencia media requerida fr.

82

Page 83: Tesis Ultima Entrega Copia

fr = 340 => 405 kg/m3 de cemento grado corriente.

La dosis de agua de amasado se calcula en función del cono estipulado, por lo cual se hace incorporación de agua hasta lograr la docilidad planeada. Además, de esta manera es posible calcular la razón agua/cemento.

83

Page 84: Tesis Ultima Entrega Copia

4.4 Dosificación H30-(90)-20-8

Por el método de tanteo, fue posible determinar la cantidad de agua de amasado, la

cual nos permite la obtención de un cono 9 cm. Asimismo, con el valor de agua (kg), se determino la razón agua cemento para las siguientes coladas, las cuales se fabricarán con A/C = 0,6

MATERIALES DOSIFICACION M3 DOSIFICACION PARA 80 lts.CEMENTO (Kg) 405 32,4ARENA (Kg) 833,5 66,7GRAVA (Kg) 978,5 78,3AGUA (Kg) 242 19RAZÓN A/C 0,6 0,6

DENSIDAD HORMIGÓN 2455

Tabla 4.20 Dosificación H30-(90)-20-8Fuente: Elaboración Propia.

Con la obtención de la dosificación patrón, es posible determinar cada una de las distintas dosificaciones empleadas para esta investigación, tomando en cuenta que la única variación es la que se produce con la incorporación de fibras, las cuales no produce modificación en la dosificación, ya que estas tan solo son agregadas como una adición, y no forman parte de reemplazo de los materiales ya incorporados.

Con la dosificación patrón calculada, se procede a determinar las dosificaciones de los Hormigones Reforzados con Fibra (HRF) para coladas de 80 litros como fue mencionado en el capitulo anterior.

En la tabla 4.21 se aprecia cada una de las dosificaciones estimadas para las coladas requeridas en esta investigación.

MATERIALES HP HRF 1.5 HRF 2.0 HRF 2.5 HRF 3.0CEMENTO (kg) 32,4 32,4 32,4 32,4 32,4GRAVA (kg) 78,3 78,3 78,3 78,3 78,3ARENA (kg) 66,7 66,7 66,7 66,7 66,7AGUA (kg) 19 19 19 19 19FIBRA (kg) 0 0,12 0,16 0,2 0,24

DENSIDAD Hº (Kg/m3) 2455 2457 2457 2458 2458Tabla 4.21Dosificacion Estimada por Colada

Fuente: Elaboración Propia.

84

Page 85: Tesis Ultima Entrega Copia

4.5 Fabricación de Hormigones

La fabricación de los distintos tipos de hormigones fue realizada en los laboratorios hormigones de la escuela de construcción. Para el mezclado mecánico, se utilizó una betonera de eje vertical marca Zyclos con una capacidad de 200 lts, admitiendo un máximo de 75 lts por colada de hormigón, por lo cual fue necesario realizar la colada en dos partes iguales de 40 lts, teniendo la precaución de que estas fuesen mezcladas entre si para mantener la homogeneidad y las propiedades de la mezcla.

El procedimiento desarrollado fu de la misma manera para cado hormigón, con la diferencia de la adición de fibras desde la segunda colada. Se tubo especial rigurosidad en los siguientes puntos:

a) Cada vez que se realizo una colada se efectuó la correspondiente corrección a la dosifi-cación por humedad y absorción de los áridos, teniendo la precaución de dejar secar muestras representativas durante 24 horas en horno a 110ºC.

b) Los materiales fueron pesados y cargados a la betonera siempre en el mismo orden (de grueso a fino), luego el cemento y se procede a revolver durante aproximadamente dos minutos con el fin de homogenizar la mezcla. Luego se procede a ejecutar una nue-va revoltura de la mezcla, pero de forma manual, procurando siempre de no dejar par-tes de los materiales sin homogenizarse. El agua es incluida y revuelta durante tres mi-nutos, luego de este tiempo, se vuelve a realizar la mezcla de forma manual y por ulti -mo se vuelve a revolver durante 5 minutos aproximadamente incorporando la fibra a medida que el hormigón se va mezclando. (para el hormigón patrón se realizaron todos los procedimientos anteriores a excepción de la incorporación de la fibra).

c) Finalizada la fabricación del hormigón, se realiza la prueba de asentamiento de cono para determinar la docilidad del hormigón. Se golpea al cono de hormigón lateralmente para ver su deformación.

d) Se coloca el hormigón en los distintos moldes.

85

Page 86: Tesis Ultima Entrega Copia

4.5.1 Compresión

a)Colocación:

Se coloco el hormigón en moldes cúbicos de 15 cm. de aristas. Se llena 3 probetas por tipo de hormigón.

b) Compactación.

Se realiza compactación con vibrador de inmersión producto del asentamiento de cono. Con el molde lleno, se introduce el vibrador en el centro de éste. Se compacta hasta que la lechada aflore. Posterior a esto, se engancha el pisón a los mangos de las probetas y se da unos pequeños golpes para que el hormigón se acomode bien dentro de la probeta y no se produzcan nidos. Se termina con un enrazado de las probetas.

c)Desmolde.

Al cabo de 24 ± 0,5 se produjo el desmolde de las probetas, teniendo especial cuidado que estas no se golpeen para no producir imperfecciones en su geometría considerando que el hormigón aun esta frágil.

d) Periodo de curado.

Realizado el desmolde de las probetas, estas se sumergen en agua saturada con cal durante 7 días, dejándolas después en un lugar fresco libre de agentes agresivos y la luz directa del sol. Terminado 28 días, las probetas se disponen al ensayo.

86

Page 87: Tesis Ultima Entrega Copia

4.5.2 Flexotracción

a)Colocación.

Se realizo en molde prismáticos de 15 X 15 X 55 cm. en cuatro partes iguales como si fuesen moldes cúbicos de 15cm. Se llena 3 probetas por tipo de hormigón según norma.

b) Compactación.

Al igual que compresión, se compacta con vibrador de inmersión distribuyéndolo en cuatro partes el vibrado. Este se realiza en la parte central de la probeta. Se compacta hasta que aflore la lechada. Se dan pequeños sacudidas a la probeta y se platacha para mejorar la superficie.

c)Desmolde.

Al cabo de 24 ± 0,5 se produjo el desmolde de las probetas, teniendo especial cuidado que estas no se golpeen para no producir imperfecciones en su geometría considerando que el hormigón aun esta frágil.

d) Periodo de curado.

Realizado el desmolde de las probetas, estas se sumergen en agua saturada con cal durante 7 días, dejándolas después en un lugar fresco libre de agentes agresivos y la luz directa del sol. Al cabo de 28 días las probetas se disponen a ser ensayadas.

87

Page 88: Tesis Ultima Entrega Copia

4.5.3 Hendimiento

a)Colocación.

Se realiza en moldes cilíndricos de diámetro ø = 15 cm. y 30 cm. de altura. Se llena 3 probetas por tipo de hormigón colocadas en 2 capas similares.

b) Compactación.

Se realiza compactación con vibrador de inmersión en el centro de cada una de las capas de llenado (2 para el caso) hasta que aflore la lechada. Se sacude el molde con la lechada y de platacha hasta mejorar la superficie tratando de dejarla lo mas lisa posible.

c)Desmolde.

Al cabo de 24 ± 0,5 se desmoldan las probetas, teniendo especial cuidado que éstas no se golpeen para no producir imperfecciones en su geometría considerando que el hormigón aun esta frágil.

d) Periodo de curado.

Realizado el desmolde de las probetas, estas se sumergen en agua saturada con cal durante 7 días, dejándolas después en un lugar fresco libre de agentes agresivos y la luz directa del sol. Al cabo de 28 días las probetas se disponen a ser ensayadas.

88

Page 89: Tesis Ultima Entrega Copia

4.5.4 Retracción libre

a)Colocación.

El hormigón se coloca dentro del molde prismático, el cual debe encontrarse sobre la mesa vibradora. Se llena en dos partes similares.

b) Compactación.

Con la mitad del molde lleno (hasta alcanzar la altura de los insertos) se vibra en la mesa de compactación hasta que aflora la lechada, teniendo especial cuidado de que las esquinas del molde queden totalmente cubiertas. Se vibra por alrededor de 5 minutos por capa y con el termino de este periodo, se dan un par de sacudidas más de manera manual, con el fin de cerciorarse de que quede todo el molde con lechada hasta la superficie.

c)Terminación.

Luego del vibrado, se desplaza la lechada sobrante y se dan platachadas con el fin de mejorar la superficie.

d) Desmolde.

Se desmoldo con 24 ± 1 horas. Se amplio el periodo de desmolde 30 minutos, debido a que es necesario tener especial cuidado con no golpear los insertos que se encuentran embutidos aún en hormigón fresco y estos pueden soltarse.

e)Periodo de curado.

Luego del termino de la colocación del hormigón, este fue dejado con arpillera húmeda con el fin de que no se perdiera humedad en el transcurso de las primeras horas, tomando en consideración que este es el punto mas importante para el ensayo de retracción o contracción por secado. Una vez desmoldadas las probetas, estas son sumergidas en agua saturada con cal durante 30 minutos para ser ensayadas. Luego de este periodo, son devueltas al agua durante 14 días en recientes plásticos. Con el fin de no perjudicar los insertos, ya que estos so muy débiles, se opto por la opción de los recipientes plásticos.

f) Periodo de secado.

Este periodo tuvo una duración de 42 días, el cual comenzó al termino del periodo de curado, llevando las probetas a cámara climatizada con humedad de 50 ± 4 % y a una temperatura de 23 ± 2 ºC. A estas mismas condiciones se desarrollan las mediciones para el ensayo, con el fin de que no existan variaciones de volúmenes con el cambio de temperatura.

89

Page 90: Tesis Ultima Entrega Copia

Capítulo 5 PRESENTACIÓN Y

ANÁLISIS DE RESULTADOS

90

Page 91: Tesis Ultima Entrega Copia

5.1 Generalidades

Cumplido lo estipulado en los capitulo 3 y 4, a continuación se procede a presentar los resultados de los ensayos ejecutados, y se realiza los respectivos análisis para cada uno.

Se presenta el análisis desde la fabricación del hormigón hasta el desarrollo de la obtención de la propiedades mecánica considerando la medición de las probetas desde el asentamiento hasta las densidades obtenidas luego de los 28 días, incluyendo las respectivas resistencias obtenidas en cada colada.

Para el capítulo, trabajaremos con la siguiente nomenclatura, la misma utilizada en el capítulo 3.

Hormigón Reforzado con fibras Cantidad de fibras por Metro Cubico (kg)HP 0

HRF 1.5 1,5HRF 2.0 2,0HRF 2.5 2,5HRF 3.0 3,0

Tabla 5.1 Nomenclatura por Tipo de HormigónFuente: Elaboración Propia.

CAPÍTULO 5: PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

91

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5.2 Propiedades en Estado Fresco

La tabla 5.2 muestra el registro de las diversas mediciones de asentamiento de cono con respecto a cada una de las coladas de 80 litros efectuadas considerando la influencia de las adiciones de fibras con respecto a la docilidad.

MEZCLADO DOCILIDAD

T (ºC)

H. R (%)

ASENTAMIENTO DE CONO (cm)

HP 18 53 9,0HRF 1,5 16 53 7,0HRF 2,0 22 54 6,5HRF 2,5 22 52 5,0HRF 3,0 21 50 4,5

Tabla 5.2 Asentamiento de ConoFuente: Elaboración Propia.

Se detecta a simple vista una variación del asentamiento del cono a medida que se va incorporando fibra. Como fue mencionado en 4.5-c, al dar golpes en la zona lateral el cono de hormigón, se aprecia que la deformación que se va creando no es un desplome hacia abajo, sino que se va produciendo una hendidura a medida que avanza la cantidad de golpes, esto es un fiel indicativo de que el hormigón mantiene su cohesión hasta con la máxima adición de fibras incorporadas.

92

Page 93: Tesis Ultima Entrega Copia

En la figura 5.1 se presenta el asentamiento de cono, de acuerdo al tipo de hormigón relacionado con la cantidad de fibras adicionada.

HP HRF 1,5 HRF 2,0 HRF 2,5 HRF 3,00

2

4

6

8

10

ASENTAMIENTO DE CONO

TIPO DE HORMIGÓN

ASE

NT

AM

IEN

TO

(cm

)

Figura 5.1 Grafico Asentamiento de ConoFuente: Elaboración Propia

A medida que aumenta la cantidad de fibra adicionada a la mezcla de hormigón el asentamiento de cono es menor. Se observa, entonces, una proporcionalidad inversa entre la cantidad de fibra adicionada y el asentamiento de cono. Es decir, a mayor porcentaje de fibra adicionado menor será el asentamiento de cono.

El mayor asentamiento de cono correspondió al hormigón patrón con 9 cm, mientras que el menor alcanzó a los 4,5 cm, es decir, la mitad respecto del mayor. Este último valor correspondió al hormigón HRF 3,0, que como se indica, es la mayor adición de fibras en peso por metro cubico.

93

Page 94: Tesis Ultima Entrega Copia

La figura 5.2 presenta las diferencias en % de asentamiento de cono con respecto al alcanzado por el hormigón patrón.

HP HRF 1,5 HRF 2,0 HRF 2,5 HRF 3,00

20

40

60

80

100

120100

78 7256 50

VARIACIÓN C/R AL PATRÓN

TIPO DE HORMIGÓN

ASE

NT

AM

IEN

TO

(%

)

Figura 5.2 Grafico Asentamiento de Cono en PorcentajeFuentes: Elaboración propia

Se desprende de la figura 5.2 la importancia de la variación del asentamiento de cono. Con la menor adición de fibras (1,5 kg/m3), ya se obtiene una disminución de un 20% con respecto al 100 % correspondiente al hormigón patrón. La segunda adición (2,0 kg/m3), tiene una variación de un 28%;la tercera, 44% y la cuarta, un 50%, por lo cual, la fibra es muy incidente en el asentamiento de cono del hormigón, no obstante, la docilidad no es afectada en gran medida, ya que las fibras poseen la característica de ser muy flexibles, lo que los hace no perder la trabajabilidad.

94

Page 95: Tesis Ultima Entrega Copia

5.3 Propiedades en Estado Endurecido

5.3.1 Resistencia a Compresión

Este ítem presenta los resultados de la resistencia a compresión de probetas cubicas de arista 15 cm. para los distintos tipos de hormigones a los 28 días de edad. Cada serie de hormigón esta compuesta por 3 probetas según norma.

En la tabla 5.3, se muestra el promedio de las resistencias a compresión, correspondientes a las 3 probetas por tipo de hormigón fabricado.

HºResistencia Individuales

(kg/cm2)

RESISTENCIAS PROMEDIO (kgf/cm2) RESISTENCIAS

RELATIVAS (%)

Desviación estándar (Kg/cm2)

Coeficiente de

variación (%)

Probetas 0,15 (m)

Probetas 0,20 (m)

HP276

276 262 100 5,2 1,9283,4268

HRF 1,5

299,2308 292 112 17,8 5,8334,4

289,5

HRF 2,0

349,9338 321 123 13,5 4,0317,9

346,5

HRF 2,5

342,1327 310 119 17,7 5,4337,8

300,2

HRF 3,0

305,3300 285 109 3,7 1,2299,2

294,8

Tabla 5.3 Resistencia a Compresión Hº en EstudioFuente: Elaboración Propia.

Es importante señalar que para transformar resistencias a compresión medidas en probetas cúbicas de arista 150 mm a probetas cúbicas de arista 200 mm, se debe multiplicar dicho resultado por el factor 0,95, según anexo A.3 de NCh 170.

Se privilegia el asentamiento de cono en ves de la resistencia a compresión, la razón agua cemento se elevó para alcanzar un asentamiento de 9 cm. por tanto la resistencia disminuyo como se aprecia en la tabla 5.3. estos resultados fueron verificados con la ley de Abrams.

95

Page 96: Tesis Ultima Entrega Copia

Ley de Abrams: Ley experimental según la cual la resistencia de una mezcla consistente como el hormigón, viene determinada por la proporción de la cantidad de agua y de cemento que se añade a dicha mezcla, que resulta ser inversamente proporcional.

RCCC= 210 * (C/W- 0,72)

Donde:

RCCC : Resistencia Compresión con Cemento Corriente (kg/cm2).C : Cemento (kg).W : Agua (kg).

Por tanto, la resistencias estimadas según ley de Abrams para nuestro hormigón patrón, debería ser 203 kg/cm2. Esta resistencia se es superada, por lo cual nuestro hormigón fue fabricado de buena manera.

Según ACI 214, la dispersión se considera excelente si la desviación estándar es menor a 14,1 kg/cm2, existen 2 tipos de hormigón que se escapan de este grado de excelencia, se aprecia que 1 valor modifica de manera importante este parámetro, por lo cual se recomienda utilizar una mayor cantidad de probetas a ensayar para no sufrir este tipo de modificaciones ocasionadas por un resultado.

Con respecto al coeficiente de variación, se considera bueno si este valor varia entre 3 y 4%. Para el caso, sucede lo mismo que la desviación estándar.

La figura 5.3 representa los valores de las resistencias a compresión a 28 días de edad.

HP HRF 1,5 HRF 2,0 HRF 2,5 HRF 3,0200220240260280300320340

RESISTENCIA PROMEDIO COMPRESIÓN

TIPO DE HORMIGÓN

RE

SIST

EN

CIA

(k

g/cm

2)

Figura 5.3 Resistencia a Compresión Hº en EstudioFuente: Elaboracion propia.

96

Page 97: Tesis Ultima Entrega Copia

De los resultados obtenidos, es posible determinar que si bien la adición de fibras aumenta la resistencia a compresión, esta no es de gran importancia, y decrece al aumentar la dosis luego de los 2 kg/m3, donde alcanza su mayor resistencia.

La figura 5.4 muestra la variación en porcentaje de las resistencias a compresión de cada tipo de hormigón, con respecto al 100 % correspondiente al hormigón patrón.

HP HRF 1,5 HRF 2,0 HRF 2,5 HRF 3,080

90

100

110

120

100

111.57571674249

122.593722462108 118.45907493

2791108.70152127

3184

RESISTENCIA RELATIVA A COMPRESIÓN

TIPO DE HORMIGÓN

RES

ISTE

NCI

A (%

)

Figura 5.4 Resistencia Relativa a Compresión Hº en EstudioFuente: Elaboracion Propia.

El aumento percibido con los ensayos, demuestra que existe un aumento de 12% en la resistencia a compresión con una adición de (1,5 kg/m3), la cual llega a su máxima resistencia con una incorporación de (2,0 kg/m3), ya que esta presenta un aumento considerable de 23% con respecto al hormigón sin fibras, para luego decrecer a un 18% con la tercera adición correspondiente a (2,5 kg/m3). Finalmente, se percibe que con 3,0 kg/m3 de fibras, la resistencia solo aumenta un 9%, concluyendo que con dosis mayores a 2,0 kg/m3 la resistencia va decreciendo paulatinamente.

97

Page 98: Tesis Ultima Entrega Copia

5.3.2 Resistencia a Flexotracción

El resultado del ensayo de probetas prismáticas de 150 x 150 x 550 mm, con una luz de ensayo de 450 mm y 3 probetas por cada tipo de hormigón, presenta los siguientes resultados a 28 días de edad.

Tabla 5.4 Resultados ensayo Flexotracción.

HºResistencias

(kgf/cm2)Promedio (kgf/cm2)

RESISTENCIAS RELATIVAS

(%)

Desviación Estándar . (kgf/cm2)

Coeficiente Variación

(%)

HP30,5

30,4 100 0,9 3,131,729

HRF 1,5

29,932,2 106 2,6 8,130,6

36,1

HRF 2,0

33,734 112 1,2 3,532,6

35,8

HRF 2,5

36,436,1 119 0,2 0,636

35,9

HRF 3,0

38,636,4 120 1,4 4,036,1

34,6

Tabla 5.4 Resistencia a Flexotracción Hº en EstudioFuente: Elaboración Propia.

La tabla 5.4 representa las resistencias, el promedio y la variación de las resistencias a flexotracción. Cabe destacar que las probetas reforzadas con fibras, solo sufren trizadura en el ensayo, mientras que las probetas con ausencia de este refuerzo se rompen imediatamente al llegar al máximo de la carga admisible.

98

Page 99: Tesis Ultima Entrega Copia

La figura 5.5 muestra el promedio de las resistencias de cada tipo de hormigón, correspondientes al ensayo de tracción por flexión.

HP HRF 1,5 HRF 2,0 HRF 2,5 HRF 3,026.028.030.032.034.036.038.0

30.3962006632783

32.1951725389542

34.0156722335278

36.0877223399918

36.4038125979221

RESISTENCIAS PROMEDIO FLEXO-TRACCIÓN

TIPO DE HORMIGÓN

RES

ISTE

NCI

AS

(kg/

cm2)

Figura 5.5 Resistencia a Flexotracción Hº en EstudioFuente: Elaboración Propia.

A medida que aumenta la cantidad de adición de fibras sintéticas hibridas al hormigón, aumenta la resistencia a flexotracción, se produce entonces, una proporcionalidad directa en cuanto a la cantidad de fibras con respecto a la resistencia.

La figura 5.6 representa de mejor manera la diferencia de resistencia a tracción por flexión, haciendo una variación con respecto al hormigón patrón en porcentaje.

HP HRF 1,5 HRF 2,0 HRF 2,5 HRF 3,080

90

100

110

120

130

100

105.905172825507

111.89365866292

118.709612960499

119.749383545796

RESISTENCIA RELATIVA A FLEXO-TRACCIÓN

TIPO DE HORMIÓN

RES

ISTE

NCI

AS (%

)

Figura 5.6 Resistencia Relativa a Flexotracción Hº en EstudioFuente: Elaboración Propia.

99

Page 100: Tesis Ultima Entrega Copia

La incorporación de fibras, logra un aumento considerable se la resistencia a flexotracción, este aumento comienza con un 6%, valor que corresponde a la mínima adición de fibras (1,5 kg/m3). El segundo tipo de hormigón, presenta un aumento de 12% con respecto al hormigón sin adición de fibras (HP), El hormigón tipo HRF 2,5, tiene un aumento de 19% de resistencia, para finalizar con el hormigón tipo 4 (3,0 kg de fibras por metro cubico), el cual presenta una variación de 20%, aumento no mucho mayor al anterior, por lo cual se desprende que adiciones mayores, no deberían aumentar de manera considerable la resistencia a flexotracción.

5.3.3 Resistencia a Tracción por Hendimiento

El presente ítem, muestra los resultados de ensayos realizados a probetas cilíndricas de diámetro 150 mm y altura 300 mm. se ensayaron 3 probetas por tipo de hormigón y se ensayaron hasta alcanzar la carga máxima admisible por cada una de ellas.

Los resultados de cada uno de los ensayos son representados en la tabla 5.5.

HºResistencias

(kgf/cm2)Promedio (kgf/cm2)

RESISTENCIA RELATIVA

(%)

Desviación Estándar (kgf/cm2)

Coeficiente Variación

(%)

HP26,8

26,2 100 0,5 2,026,425,4

HRF 1,5

27,530,9 118 2,3 7,332,7

32,5

HRF 2,0

32,631,1 119 1,0 3,331,2

29,6

HRF 2,5

27,831,4 120 2,6 8,131,1

35,2

HRF 3,0

32,5

31,3 120 0,8 2,530,431,1

Tabla 5.5 Resistencia a Hendimiento Hº en EstudioFuente: Elaboración Propia.

100

Page 101: Tesis Ultima Entrega Copia

La figura 5.7, representa los resultados obtenidos de la tabla anterior.

Figura 5.7 Promedio de Resistencia a Tracción por Hendimiento por tipo de Hormigón.Fuente: Elaboración Propia.

Es posible interpretar a través de la figura 5.7, que la adición de fibras al hormigón, produce un considerable aumento a la resistencia a tracción por hendimiento, la cual no varía en gran diferencia entre los tipos de hormigón.

Esta variacion es mejor representada en la figura 5.8.

HP HRF 1,5 HRF 2,0 HRF 2,5 HRF 3,09095

100105110115120125

100

117.871254058507

118.799172084724

119.763425925659

119.57613153632

RESITENCIA RELATIVA A HENDIMIENTO

TIPO DE HORMIGON

RES

ISTE

NCI

A(k

g/cm

2)

Figura 5.8 Resistencia Relativa a Tracción por Hendimiento.Fuente: Elaboración Propia.

HP HRF 1,5 HRF 2,0 HRF 2,5 HRF 3,026.0

27.0

28.0

29.0

30.0

31.0

32.0

26.2084094961103

30.8822685633289

31.1253830861978

31.3780175925226

31.3289464625157

RESISTENCIAS PROMEDIO HENDIMIENTO

TIPO DE HORMIGÓN

RES

ISTE

NCI

A(k

g/cm

2)

101

Page 102: Tesis Ultima Entrega Copia

Porcentualmente hablando, se produce un gran incremento en lo que a resistencia se refiere. Este aumento en promedio es de 19%, presentando pequeños incrementos a medida que se va incorporando fibra al hormigón. La mayor resistencia la presenta el HRF 2,5 y 3,0 con un incremento de 20% y la menor, el HRF 1,5 con un 18% existiendo una diferencia entre ambos de 2%.

5.3.4 Perdida de Peso en Hormigones

Los resultados recopilados, presentan antecedentes primordiales para el análisis del hormigón reforzado con fibra, obteniendo un patrón a los 49 días ensayados a cada tipo de hormigón.

Se ensayaron 3 probetas por tipo de hormigón, medidas cada siete días para obtener así, un mejor detalle del comportamiento de contracción por secado.

Los valores individuales para cada hormigón son presentados en la figura 5.9.

0 10 20 30 40 50 600.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

PERDIDA DE PESO EN EL TIEMPO1 HP2 HP3 HP1 HRF 1,52 HRF 1,53 HRF 1,51 HRF 2,0 2 HRF 2,03 HRF 2,01 HRF 2,52 HRF 2,53 HRF 2,51 HRF 3,0 2 HRF 3,03HRF 3,0

TIEMPO DE SECADO (DÍAS)

PE

RD

IDA

DE

PE

SO (

%)

Figura 5.9 Perdida de Peso de Hormigones en el TiempoFuente: Elaboración Propia.

102

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La tabla 5.6, muestra el promedio por tipo de hormigón y su variación en porcentaje con respecto al día 1 (100%).

Tipo hormigó

n

EDAD (días)1 14 18 21 28 35 42 49

PESO (%)HP 100,0 100,3 97,9 97,7 97,1 97,0 96,8 96,6

HRF 1,5 100,0 100,8 98,3 97,9 97,7 97,2 97,1 97,0HRF 2,0 100,0 100,3 97,6 97,2 96,8 96,3 96,3 96,2HRF 2,5 100,0 100,3 98,3 98,0 97,7 97,3 97,3 97,3HRF 3,0 100,0 100,4 97,6 97,4 96,8 96,7 96,6 96,4

Tabla 5.6 Perdida de Peso en PorcentajeFuente: Elaboración Propia.

De la tabla 5.6 se desprende que existe un aumento del peso de las probetas de hormigón del día 1 hasta el día 14, periodo en el cual las probetas fueron inmersas en agua para mantener la total saturación. Luego de este periodo, existe perdida de peso, debido al secado del hormigón, lo que conlleva a una contracción milimétrica producto de la perdida de agua.

Del análisis anterior, se demuestra de mejor manera la perdida y aumento de peso en el tiempo con la figura 5.10.

1 14 18 21 28 35 42 4995.596.597.598.599.5

100.5101.5

PROMEDIO VARIACIÓN DEL PESO

HPHRF 1,5HRF 2,0HRF 2,5HRF 3,0

DÍAS

VA

RIA

CIO

N D

E P

ESO

(%

)

Figura 5.10 Promedio Variación de Pesos en Porcentajes por Tipo de Hormigón.Fuente: Elaboración Propia.

De esta manera es posible observar que dentro de los primeros 14 días, existe un aumento del peso del hormigón, peso que disminuye considerablemente a medida que pasa el tiempo, producto de la perdida de agua, al no esta en condiciones de saturación. Sin embargo, esta variación de el peso se hace menor a medida que pasa el tiempo, es decir, las diferencias cada vez mas van disminuyendo en comparación a los primeros días.

103

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Se logra apreciar, que en general las perdidas de pesos son constantes, es decir, no existe mayor variación entre tipos de hormigones con respecto al patrón, por tanto se logra desprender que las fibras no tiene influencia en este ámbito.

El color azul es el hormigón patrón, este pasa justo por el centro de los tipos de hormigones, las perdidas de peso no dependen, o no se ven afectadas por las adiciones de fibras en este ensayo.

104

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5.3.5 Retracción Hidráulica

Este análisis presenta los resultados del ensayo de retracción libre aplicados a cada probeta durante un periodo de 49 días. Se saturaron las probetas por 14 días, y se ensayaron durante 35 días en cámara climatizada.

La figura 5.11, muestra los resultados de expansión hidráulica (entre 0 y 14 días) y retracción hidráulica (18 a 35 días) por probetas individuales.

1 14 18 21 28 35 42 49

-0.600

-0.500

-0.400

-0.300

-0.200

-0.100

0.000

0.100

0.200

0.300

EVOLUCION DE EXPANSIÓN Y RETRACCIÓN HIDRÁU-LICA

1 HP 2 HP 3 HP 1 HRF 1,5 2 HRF 1,53 HRF 1,5 1 HRF 2,0 2 HRF 2,0 3 HRF 2,0 1 HRF 2,52 HRF 2,5 3 HRF 2,5 1 HRF 3,0 2 HRF 3,0 3HRF 3,0

DÍAS

RE

TR

AC

CIO

N (

mm

/m)

Figura 5.11 Evolución de Expansión y Retracción Hidráulica IndividualesFuente: Elaboracion Propia.

105

Page 106: Tesis Ultima Entrega Copia

En si, los ensayos individuales son muy poco demostrativos, por tanto se obtiene el promedio por tipo de hormigón en la tabla 5.11.

TIPO DE HORMIGÓ

N

EDAD (días)1 14 18 21 28 35 42 49EXPANSIÓN

(mm/m)RETRACCIOÓN HIDRÁULICA (mm/m)

HP 0,0000 0,1907 0,0294 -0,0034 -0,1022 -0,1515 -0,2107 -0,3029HRF 1,5 0,0000 0,2452 0,0955 -0,0192 -0,1386 -0,2017 -0,2554 -0,3044HRF 2,0 0,0000 0,1655 0,0556 -0,0416 -0,1525 -0,2222 -0,2791 -0,2997HRF 2,5 0,0000 0,1519 0,0938 -0,0022 -0,0991 -0,1385 -0,1628 -0,2501HRF 3,0 0,0000 0,2620 0,1347 0,0560 -0,0043 -0,0531 -0,0997 -0,1449

Tabla 5.11 Promedio Evolución de Expansión y Retracción HidráulicaFuente: Elaboracion Propia.

Durante el periodo de saturación (1-14), todas las probetas presentan un aumento de su longitud, debido al aumento de volumen de las probetas debido a la posible absorción de agua durante su curado.

Se opto a realizar las mediciones de retracción hidráulica cada 7 días, para así visualizar mejor el comportamiento del hormigón durante el periodo de este ensayo, tomado en cuenta que el periodo de medición es menor al que considera la norma NCh 2221.

106

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Figura 5.12

-0.4000

-0.3000

-0.2000

-0.1000

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

EXPANSIÓN Y RETRACCIÓN HIDRÁULICA EN EL TIEMPO

HP

HRF 1,5

HRF 2,0

HRF 2,5

HRF 3,0

PERIODO DE SECADO (DÍAS)

RE

TR

ACC

IÓN

HID

RA

ULI

CA (

mm

/m)

Figura 5.12 Promedio de Evolución de Expansión y Retracción HidráulicaFuente: Elaboracion Propia.

La curva de color azul, es la correspondiente al hormigón patrón, que, al igual que en la perdida de peso, esta pasa por el centro de los hormigones, obteniéndose en dosis muy altas de fibras, una disminución de la retracción hidráulica, y en dosis menores, un aumento de esta. Por lo demás, cabe mencionar que ambos valores de incremento y disminución son muy pequeños con respecto al hormigón patrón, sin embargo se observa que la adición de 3 kg/m3 de fibras, si tiene una disminución considerable de la contracción por secado, teniendo el hormigón casi la misma longitud 49 días después de su fabricación.

Con respecto al crecimiento de las probetas, todas presentan un aumento en los días de saturación, la que presenta mejor comportamiento durante el tiempo, es la del tipo HRF 2,5, teniendo una expansión menor que la del hormigón patrón, además de una perdida de longitud también menor en comparación al mismo.

107

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5.3.5 Resistencia a Flexión

Esta sección presenta las resistencias obtenidas a 3 probetas por tipo de hormigón, cabe mencionar que las probetas utilizadas para este ensayo, son las mismas que se ensayaron a retracción, tomando en cuenta que este es un ensayo no destructivo, por tanto se aprovecho la obtención de un dato mas para esta investigación.

Las probetas ensayadas son de medidas 75 X 75 X 285 mm, por lo cual cumplen con la norma (L=3b), siendo L la luz de ensayo y b, la el ancho de la probeta.

La tabla 5.12, presenta los valores de resistencia promedio a flexión por tipo de hormigón.

HRESISTENCIAS INDIVIDUALE

S (kg/cm2)

PROMEDIO RESISTENCIAS

(kg/cm2)

RESISTENCIAS RELATIVAS

(%)

Desviación Estándar(kgf/cm2)

Coeficiente Variación

(%)

HP47,7

50,4 100 1,8 3,651,7

51,8

HRF 1,563,6

63,3 126 0,6 1,062,3

64,0

HRF 2,064,0

65,0 129 1,7 2,663,6

67,5

HRF 2,568,0

66,9 133 0,9 1,365,5

67,1

HRF 3,0

68,8

70,0 139 3,3 4,766,3

75,0

Tabla 5.12 Resistencia a Flexión Hº en EstudioFuente: Elaboracion Propia.

Es posible apreciar a primera vista que las resistencias aumentan a medida que aumenta la adición de fibras, estas resistencias corresponden a probetas con 49 días de edad, por lo cual se observa que sus resistencias son elevadas, apreciando un aumento de hasta un 40% con respecto al hormigón patrón. La adición de fibras en este caso, es directamente proporcional a la resistencia a tracción. Produciéndose un constante y considerable aumento en lo que a tracción se refiere.

108

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En general, la dispersión y la desviación estándar, se encuentran dentro de su rango de aceptabilidad, por lo cual, se puede decir que es un ensayo representativo de la muestra.Figura 5.13 Resistencia a Flexión.

HP HRF 1,5 HRF 2,0 HRF 2,5 HRF 3,00.0

10.020.030.040.050.060.070.080.0

RESISTENCIA A FLEXIÓN

TIPO DE HORMIGÓN

RE

SIST

EN

CIA

(k

g/cm

2)

Figura 5.13 Resistencia FlexiónFuente: Elaboracion Propia.

Se produce un aumento constante a medida que aumenta la dosis de adición de fibras. Este aumento alcanza 19,6 kg/cm2 con respecto al hormigón patrón. Se aprecia que con una mínima adición de fibras, también el aumento es sustancial, y este es incrementado pero en menor medida, con la incorporación de la fibra.

109

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Figura 5.14:

HP HRF 1,5 HRF 2,0 HRF 2,5 HRF 3,00

20406080

100120140160

100

125.685464375781

129.1347839538

132.776556734227

139.05517984401

RESISTENCIA RELATIVA FLEXIÓN

TIPO DE HORMIGÓN

RES

ISTE

NCI

A (%

)

Figura 5.14 Resistencia Relativa FlexiónFuente: Elaboracion Propia.

Porcentualmente hablando, se aprecia en este grafico el gran aumento de las resistencias para este ensayo, alcanzando un 39% de aumento en la resistencia en lo que a la más alta se refiere y un 26% con la mínima dosis de fibra. Las resistencias en promedio tienen un aumento constante lineal, el cual comienza con el hormigón tipo HRF 1,5 acrecentando poco a poco su resistencia a medida que cambia el tipo de hormigón.

110

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Capítulo 6 CONCLUSIONESCAPÍTULO 6: CONCLUSIONES

111

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6.1 Generalidades

El presente capítulo y final, se desprenden las conclusiones de acuerdo a los objetivos planteados para esta investigación. Se hace además, una discusión de los resultados obtenidos en comparación con la hipótesis planteada.

6.2 Respecto de las Propiedades Estudiadas

1. Sobre la Docilidad

La adición de fibras disminuye el asentamiento del hormigón, pero a la vez, aumenta la cohesión entre partículas del mismo, por tanto, no se ve afectada mayormente su docilidad.

Luego de dar golpes laterales al cono de hormigón reforzado con fibras provenientes del ensayo de Abrams, se percibe de manera visual, que existe una mayor cohesión de las partículas en el hormigón. (ver anexo fotográfico 1 - 4)

2. Sobre Resistencia a Compresión

La adición de fibras produce un aumento considerable en lo que a resistencia a compresión se refiere. Este aumento tiene un máximo con una adición de 2 kg/m3, el cual produce un incremento de un 23% con respecto al patrón. Luego se aprecia una disminución a medida que aumenta la cantidad de fibras.

3. Sobre Resistencia a Flexotracción

A mayor incorporación de fibra, mayor es la resistencia a flexotracción, siendo la adición de fibras de 2,5 kg/m3 la más optima, ya que mayores adiciones producen bajos incrementos con respecto a esta adición, lo que implicaría un gasto innecesario.

4. Sobre Resistencia a Tracción por Hendimiento

Se producen un incremento de un 18% con 1,5 kg/m3 en comparación al hormigón patrón. Mayores adiciones de fibras solo producen aumentos mínimos de la resistencia con respecto al hormigón del tipo HRF 1,5.

Cabe destacar que el aumento máximo producido en este ensayo, es similar al de flexotracción.

112

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5. Sobre Retracción Hidráulica

Con respecto a la retracción, los hormigones del tipo HRF 2,5 Y HRF 3,0 producen una disminución de la retracción, siendo el HRF 2,5 el que presenta un comportamiento más estable ente expansión y contracción por secado. Con adiciones de 1,5 y 2,0 kg/m3 se produce un aumento mínimo de la retracción en comparación al hormigón patrón, el cual se va estabilizando en el tiempo.

6. Sobre Resistencia a Flexión

A mayor cantidad de fibra incorporada, mayor es la resistencia a flexión, este aumento es lineal y tiene su máximo de un 39% en comparación con el patrón con el tipo HRF 3,0. Cabe destacar que este ensayo fue realizado a 49 días de edad.

Visualmente, se percibe que los hormigones reforzados con fibras, tienen menor rotura en comparación al hormigón patrón.

Las fibras aumentan la capacidad de soporte a la deformación del hormigón, soportando durante mayor tiempo las cargas máximas de rotura.

De acuerdo al objetivo principal, el desarrollo de esta investigación logro inferir empíricamente que la adición de fibras estructurales sintéticas hibridas aumenta la resistencia mecánica del hormigón.

Estos resultados permiten comprobar la hipótesis planteada, siendo el hormigón del tipo HRF 2,5 el más estable dentro de todas sus propiedades, permitiendo mejoras tanto en retracción como en propiedades mecánicas.

Depende del calculista la cantidad de fibras adicionadas en función de las necesidades estructurales.

Con este estudio, es posible marcar una tendencia de lo que le sucede al hormigón con la adición de fibras de refuerzo RXF 54.

Cabe destacar, que a pesar de las bondades que otorga RXF 54, no es posible utilizar esta fibra como sustitución de la armadura primaria.

113

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6.3 Posibles Usos del Hormigón Reforzado con Fibra RXF 54

Como consecuencia del análisis de los resultados de la presente investigación, se puede señalar que las aplicaciones en las cuales el hormigón reforzado con estas fibra puede brindar excelentes resultados, son las siguientes:

Losas Premoldeado Pavimentos Industriales Hormigón Proyectado Prefabricados Pavimentos sometidos a ambientes agresivos Otros.

114

Page 115: Tesis Ultima Entrega Copia

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115

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117

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ANEXO 1 TABLAS

ANEXOS

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Resistencia Compresión

Hº PESO (gr) a1 a2 b1 b2 h1 h2 h3 h4CARGA

(kg)Resistencia kg/cm2

HP

7983 15 15,114,9 15

15,1 15 15 15 62100

276,0

8037 15 15,1 15 15,115,1 15 15 15 64200

283,4

7912 15 1515,1 15 15 14,9 15 15 60500

268,0

HRF 1,5

8100 15 1515,1 15,2

15,1 15,1

15,1 15 68000

299,2

7850 15 14,915,2 15,2

14,9 14,9

14,9 14,9 76000

334,4

800215,2 15,1 15 15,1

15,1 15,1

15,1 15,1 66000

289,5

HRF 2,0

8008 15 15 15 15,115,2 14,9

15,1 14,9 79000

349,9

7902 15 15,115,1 15

15,1 15 15 15 72000

317,9

805515,1 15

15,2 15,1

15,2 15

15,1 15,1 79000

346,5

HRF 2,58014

15,1 15,2

15,1 15 15 15,2 15 15,1 78000

342,1

7924 15 15,1 15 14,915,1 15 15 15 76000

337,8

8109 15 15,1 15 15,115,2 15,1

15,2 15,2 68000

300,2

HRF 3,0

769214,6 14,9

15,1 15,1 15 15 15 15 68000

305,3

798315,1 15,1 15 15,1

15,2 15,1

15,1 15,1 68000

299,2

796015,2 15,1

15,1 14,9

15,2 15,1

15,1 15,1 67000

294,8

119

Page 120: Tesis Ultima Entrega Copia

Resistencia a Flexotracción

HºPESOGr. a1 a2 h1 h2 LARGO LUZ DE ENSAYO

CARGAKg ROTURA CM AL APOYO

RESISTENCIAKg/cm2

HP

29270 15,1 15,1 15 15 55 45 2300 rotura tercio central 30,5

29400 15,1 15 15

15,1 55 45 2400 rotura tercio central 31,7

29170 15,2 15,1 15 15 55 45 2200 rotura tercio central 29,0

HRF 1,5

29310 15,1 15 15 15 55 45 2250 rotura tercio central 29,9

29380 15 15,1 15 15 55 45 2300 rotura tercio central 30,6

29150 14,9 15 15 15 55 45 3000 rotura FUERA tercio central 13,5 36,1

HRF 2,0

28300 15 15,1 15,1 15 55 45 2550 rotura tercio central 33,7

28490 15 15,1 15 15 55 45 2450 rotura tercio central 32,6

27990 14,9 15 14,2

14,2 55 45 2400 rotura tercio central 35,8

HRF 2,5

29190 14,9 15,1 15,1 15 55 45 2750 rotura tercio central 36,4

28780 15 15 15

14,9 55 45 2850 rotura FUERA tercio central 14,1 36,0

29040 15,1 15 15 15 55 45 2700 rotura tercio central 35,9

HRF 3,0

29140 15 15 15,2

15,1 55 45 2950 rotura tercio central 38,6

29060 15 15 15,2 15 55 45 2740 rotura tercio central 36,1

28810 15 15 15,4

15,2 55 45 2700 rotura tercio central 34,6

120

Page 121: Tesis Ultima Entrega Copia

Resistencia a Tracción por Hendimiento

Hº PESOGrs. ø SUPERIOR ø MEDIO ø INFERIOR ALTURA 1 ALTURA 2

CARGAKg.

RESITENCIAKg/cm2

HP

12230 14,4 14,6 14,5 29,5 29,4 18000 26,8

12150 14,3 14,4 14,3 29,4 29,6 17500 26,4

13005 14,5 14,6 14,3 29,4 29,5 17000 25,4

HRF 1,5

13026 15,4 15,4 15,4 30 30,2 20000 27,5

12278 14,9 14,9 14,9 30 30,2 23000 32,7

12377 15,1 14,9 15 30 30,1 23000 32,5

HRF 2,0

12886 15,1 14,9 14,9 30 30 23000 32,6

12246 15 15 14,9 30 30,1 22000 31,2

13214 15,4 15,4 15,4 30 30,1 21500 29,6

HRF 2,5

12173 15,4 15,2 15 30 30,2 20000 27,8

12356 15 15 15 30 30 22000 31,1

12614 15,1 15,1 15,1 30 30 25000 35,2

HRF 3,0

12269 15 15 15 30 30,1 23000 32,5

11985 15 15 15 30,1 30 21500 30,4

12824 14,9 15 15 30,2 30 22000 31,1

121

Page 122: Tesis Ultima Entrega Copia

Resistencia a Tracción

HPESO (gr) b1 b1 h1 h2 LUZ DE ENASYO

(cm)LARGO (cm) DENSIDAD (kg/m3) CARGA (Kg) RESISTENCIA (kg/cm2)

HP

3734 7,5 7,67,5 7,5 22,5 28,5 2299 600 47,7

3728 7,5 7,67,5 7,5 22,5 28,5 2295 650 51,7

3734 7,6 7,77,5 7,5 22,5 28,5 2239 660 51,8

HRF 1,5

3711 7,5 7,67,5 7,5 22,5 28,5 2284 800 63,6

3733 7,7 7,77,5 7,5 22,5 28,5 2209 800 62,3

3766 7,5 7,57,5 7,5 22,5 28,5 2349 800 64,0

HRF 2,0

3652 7,5 7,57,5 7,5 22,5 28,5 2278 800 64,0

3718 7,6 7,57,5 7,5 22,5 28,5 2289 800 63,6

3643 7,6 7,57,5 7,5 22,5 28,5 2243 850 67,5

HRF 2,5

3688 7,5 7,57,5 7,5 22,5 28,5 2301 850 68,0

3764 7,6 7,67,5 7,5 22,5 28,5 2287 830 65,5

3724 7,5 7,57,5 7,6 22,5 28,5 2323 850 67,1

HRF 3,0

3688 7,5 7,57,5 7,5 22,5 28,5 2301 860 68,8

3714 7,7 7,57,5 7,5 22,5 28,5 2257 840 66,3

3717 7,7 7,57,5 7,5 22,5 28,5 2258 950 75,0

122

Page 123: Tesis Ultima Entrega Copia

Perdida de Peso en Hormigones

TIPO DE HORMIGONEDAD (días)

1 14 18 21 28 35 42 49

PESO (gramos)

HP3862,5 3874,6 3782,6 3773 3748,9 3744,7 3739,4 3733,2

3859,5 3872,1 3778,4 3767,2 3742,8 3739,2 3733,8 3726,9

3856,7 3868 3777,9 3768,1 3746,7 3743,5 3738,9 3725,5

HRF 1,53826,2 3856,7 3764,2 3749 3739,1 3720,4 3716,9 3712,8

3849,2 3879,7 3785,2 3769,1 3759,9 3741,7 3738 3734,9

3888,3 3917,8 3822,5 3805 3795,1 3776,4 3771,2 3768,9

HRF 2,03798,8 3810 3710,4 3691,2 3676,2 3660,5 3659,6 3655,4

3863,3 3873,8 3770,3 3755,9 3740,4 3725,3 3723,5 3721

3794 3804,2 3701,3 3683,5 3667,3 3651,7 3650,5 3640,4

HRF 2,53794,7 3810,2 3729,4 3715,6 3704,8 3692,1 3692 3689,4

3872,2 3839,4 3807,5 3793,5 3781,5 3768,2 3766,6 3765,5

3828,9 3846,7 3767,9 3753,5 3741 3728 3727,6 3725,1

HRF 3,03824,5 3840,7 3730,2 3725,1 3702,2 3695,8 3692,3 3687,3

3848,9 3862,7 3756,5 3751,7 3728,4 3722 3718,1 3713,6

3853,8 3872,2 3761,5 3755,6 3731,3 3724,5 3721 3716,9

123

Page 124: Tesis Ultima Entrega Copia

Retracción en Hormigones

TIPO DE HORMIGON

EDAD (días)

1 14 18 21 28 35 42 49

RETRACCIÓN HIDRÁULICA (mm/m)

HP

0,00000,295

30,1477 0,1083 0,0098

-0,0394

-0,1280 -0,1870

0,00000,168

1-0,0395 -0,0890 -0,2076

-0,2570

-0,3361 -0,4251

0,00000,108

7-0,0198 -0,0296 -0,1087

-0,1581

-0,1680 -0,2965

HRF 1,5

0,00000,249

00,1010 -0,0250 -0,1390

-0,2150

-0,2540 -0,2990

0,00000,253

30,0974 -0,0195 -0,1559

-0,2241

-0,2631 -0,3021

0,00000,233

20,0880 -0,0130 -0,1210

-0,1660

-0,2490 -0,3120

HRF 2,0

0,00000,136

00,0097 -0,1069 -0,2526

-0,3790

-0,4567 -0,5053

0,00000,165

90,0390 -0,0586 -0,2050

-0,2733

-0,3611 -0,3709

0,00000,194

70,1180 0,0407 0,0002

-0,0144

-0,0195 -0,0230

HRF 2,5

0,00000,038

9-0,1070 -0,2042 -0,2918

-0,3987

-0,4765 -0,5543

0,00000,107

0-0,0292 -0,1945 -0,2237

-0,3209

-0,3890 -0,4297

0,00000,009

7-0,1452 -0,2517 -0,3582

-0,4356

-0,5228 -0,5199

HRF 3,0

0,00000,296

30,1976 0,0889 -0,0198

-0,0790

-0,1679 -0,2470

0,00000,298

40,1518 0,0313 -0,0166

-0,0977

-0,1195 -0,1489

0,00000,191

10,0548 0,0477 0,0234 0,0175 -0,0117 -0,0389

124

Page 125: Tesis Ultima Entrega Copia

ANEXO 2 FOTOGRAFICO

Foto 1 Asentamiento de cono hormigón patrón

Foto 2 Desmoronamiento de cono luego de golpes laterales con pisón (HP)

125

Page 126: Tesis Ultima Entrega Copia

Foto 3 Asentamiento de cono HRF

Foto 4 desmoronamiento de HRF luego de dar golpes laterales de pisón.

126

Page 127: Tesis Ultima Entrega Copia

Foto 5 Fractura Probeta HRF Sometida a Compresión.

Foto 6 Fractura Probeta HRF Sometida a Flexotracción.

127

Page 128: Tesis Ultima Entrega Copia

Foto 7 Fractura Probeta Sometida a Tracción por Hendimiento (HP)

Foto 8 Probeta sometida a Flexión.

128