COAQUIRA PAREDES FREDDY- 05 JUNIO.docx

“OPTIMIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO PARA PAVIMENTOS REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO WIRAND EN EL DISTRITO DE JOSE LUIS BUSTAMANTE Y RIVERO, AREQUIPA -

2015”

FACULTAD DE ARQUITECTURA E INGENIERÍAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

PROYECTO DE TESIS

“OPTIMIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO PARA PAVIMENTOS REFORZADO

CON FIBRAS DE ACERO WIRAND EN EL DISTRITO DE JOSE LUIS BUSTAMANTE Y RIVERO, AREQUIPA -2015”

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:INGENIERIO CIVIL

PRESENTADO POR:ALCCAMARI CCOLQQUE, FREDY CARLOS

AREQUIPA - PERU2015

ContenidoI. DATOS GENERALES:...........................................................................................................3

1.1. CÓDIGO:.......................................................................................................................3


2015”

1.2. TÍTULO:.........................................................................................................................3

1.3. ÁREA DE INVESTIGACIÓN:............................................................................................3

1.4. AUTOR:.........................................................................................................................3

1.5. ASESOR:........................................................................................................................3

1.6. ENTIDAD Y/O PERSONAS DE COORDINACIÓN:............................................................3

II. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN...........................................................................................3

2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA................................................................................3

2.1.1. Descripción de la Realidad Problemática..........................................................3

2.1.2. Antecedentes Teóricos....................................................................................5

2.1.3. Formulación del Problema................................................................................6

2.1.4. Justificación, Límites y Alcances........................................................................6

2.2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LA INVESTIGACIÓN.......................................................8

2.2.1. Marco Histórico..............................................................................................9

2.2.1.1. Historia del Pavimento de Concreto..............................................................9

2.2.2. Marco Teórico..............................................................................................11

2.2.3. Marco Conceptual........................................................................................15

2.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN..............................................................................24

2.3.1. Objetivo General...........................................................................................24

2.3.2. Objetivos Específicos.....................................................................................25

2.4. VARIABLES..................................................................................................................25

2.4.1. Variables e Indicadores...................................................................................25

2.4.2. Operacionalización de Variables.....................................................................25

2.5. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO DE DISEÑO.....................................................................25

2.5.1. Tipo Investigación...........................................................................................25

2.5.2. Diseño específico............................................................................................26

2.6. UNIVERSO Y TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN................................................................26

2.6.1. Universo, población y muestra.......................................................................26

2.6.2. Técnicas:.........................................................................................................26


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III. ADMINISTRACIÓN DEL PROYECTO...................................................................................27

3.1. PROGRAMACIÓN........................................................................................................27

3.2. PRESUPUESTO.............................................................................................................27

UNIVERSIDAD ALAS PERUANASESCUELA PROFESIONAL DE ARQUITECTURA E INGENIERÍA

CIVILPROYECTO DE TESIS

I. DATOS GENERALES:

1.1. CÓDIGO: 2010225828


2015”

1.2. TÍTULO: “OPTIMIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DEL

CONCRETO PARA PAVIMENTOS REFORZADO CON FIBRAS DE ACERO

WIRAND EN EL DISTRITO DE JOSE LUIS BUSTAMANTE Y RIVERO,

AREQUIPA -2015”

1.3. ÁREA DE INVESTIGACIÓN: Concreto Reforzado

1.4. AUTOR: Alccamari Ccolqque, Fredy Carlos

1.5. ASESOR: Ph.D. RICARDO MIRANDA ORTÍZ.

1.6. ENTIDAD Y/O PERSONAS DE COORDINACIÓN:

II. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1.1.Descripción de la Realidad Problemática

Durante las últimas décadas se ha producido un gran desarrollo en la industria de

la Construcción, desarrollo que ha alcanzado, no sólo a las técnicas de diseño y

de cálculo, sino también a la tecnología del hormigón y al propio hormigón. Dentro

de estas nuevas Tecnologías se encuentra en un lugar muy destacado el empleo

de fibras con objeto de Reforzar o armar el hormigón. El uso del hormigón

reforzado con fibras está avanzando a una gran velocidad debido al constante

incremento de los costes del acero.

Reforzar el concreto con fibras de acero WIRAND ofrece a los constructores la

posibilidad de eliminar el habilitado y la colocación de mallas o varillas; las fibras

de acero se incorporan directamente al concreto, como si se tratara de un

agregado o un aditivo más. Posee un comportamiento diferenciado con respecto

al hormigón armado, relacionado con la ductilidad en la respuesta y disminución

de los anchos de fisura, lo cual le otorga Importantes prestaciones en aquellos

diseños con exigencias por durabilidad en la vida útil de las estructuras y en el

diseño por capacidad para cargas sísmicas.

Cuando se adicionan a la mezcla de concreto, las fibras WIRAND incrementas

sustancialmente las propiedades mecánicas del producto final de concreto. Las

fibras WIRAND son fabricadas en acero de bajo carbón, y son formadas

especialmente para obtener una resistencia a la tensión del concreto alta.


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Adicionando fibras WIRAND como refuerzo del concreto tiene muchos beneficios,

incluyendo:

• Previenen la falla por ruptura

• Mejora el comportamiento del concreto expuesto a variaciones de temperatura

• Habilidad de absorber energía durante la flexión post-ruptura

• Incrementan la resistencia a la tensión

• Incrementan la resistencia al impacto

• Incrementan la resistencia a la fatiga (Cargas continuas).

Foto 01: Vaciado de un Pavimento Flexible

Fuente: Elaboración propia

2.1.2. Antecedentes Teóricos

La extensión territorial del Perú cuenta con una gran diversidad de climas, tipos de

suelos, zonas ambientales y etnias, su heterogeneidad nos ha ido marcando el

camino del desarrollo y crecimiento, de alguna manera esta diversidad ha influido

en la conformación de nuestra infraestructura carretera.

En el Perú tenemos aproximadamente 95,000 km de caminos pavimentados

cuyas condiciones de servicio no son las óptimas, de hecho la mayoría de ellos

está catalogado por las propias autoridades como pavimentos en regulares y

malas condiciones. Una razón importante del bajo nivel de servicio es debido a

que estas carreteras se proyectaron, diseñaron y construyeron en su mayoría


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entre los años de 1980 a 1999. La red estuvo proyectada para soportar cargas

vehiculares que varían entre las 6 y 8 toneladas y en la actualidad llega a tener

camiones cargados los cuales en algunos casos alcanzan a pesar hasta 60

toneladas. Además de no considerar el aumento en los pesos de los vehículos, no

se consideró tampoco el crecimiento del tránsito de camiones pesados en la red,

ya que se consideró en el diseño el tráfico diario que anteriormente se tenía y que

variaba entre los 500 y 1,000 vehículos, sin embargo en la actualidad se tienen

valores significativamente mayores de hasta 15,000 vehículos. Antes del año de

2000 la especificación y construcción de pavimentos de concreto reforzado en

Perú fue relativamente escasa. Se considera que esto se debió principalmente a

que nuestro país es un productor de petróleo y por consiguiente de asfalto y como

anteriormente existía un subsidio importante en el precio del asfalto, los

pavimentos asfálticos en nuestro país resultaban en costo muy inferiores a los del

concreto. Adicionalmente existía una gran desinformación y desconocimiento

sobre el diseño y construcción con nuevas tecnologías de los pavimentos de

concreto reforzados. Otro factor importante es que cuando se diseñaron las calles

de Arequipa para el tránsito que se pensaba tenían que soportar, los pavimentos

de asfalto parecían ser una alternativa suficiente. Ante la preocupación acerca del

deterioro de las carreteras en la red y considerando los puntos anteriormente

planteados.

2.1.3. Formulación del Problema

2.1.3.1. Pregunta Principal

¿Qué Solución genera las Fibras de Acero WIRAND para optimación de las

propiedades mecánicas del concreto para pavimentos reforzados en el distrito de

José Luis Bustamante y Rivero?

2.1.3.2. Preguntas Secundarias

• ¿Cómo se evalúa la resistencia la flexo-tracción del concreto reforzado con

fibras de acero WIRAND.?

• ¿Cómo se ve la resistencia a la compresión del concreto reforzado con fibras

de acero WIRAND?

• ¿Cómo se determina la trabajabilidad del concreto reforzado con fibras de

acero.


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• ¿Cómo se determina la Abrasión?

• ¿Cómo determina la resistencia a la figuración del concreto reforzado con

fibras de acero WIRAND?

2.1.4.Justificación, Límites y Alcances

2.1.4.1. Justificación

Durante las últimas décadas se ha producido un gran desarrollo en la industria

de la Construcción, desarrollo que ha alcanzado, no sólo a las técnicas de

diseño y de cálculo, sino también a la tecnología del hormigón y al propio

hormigón. Dentro de estas nuevas Tecnologías se encuentra en un lugar muy

destacado el empleo de fibras con objeto de Reforzar o armar el hormigón. El

uso del hormigón reforzado con fibras está avanzando a una gran velocidad

debido al constante incremento de los costes del acero. Ello

Representa un cambio en algunas de las aplicaciones tradicionales de estos

hormigones para avanzar en aplicaciones con una mayor responsabilidad

estructural. Ante esta situación hay que recordar que la vigente Instrucción de

hormigón no considera los hormigones con fibras dentro de su ámbito, por lo que

cabe preguntarse si es viable extrapolar el conocimiento y los métodos de

ensayo del hormigón convencional al hormigón con fibras o, por contra, es

necesario ahondar tanto en el conocimiento teórico como en las técnicas

experimentales. La respuesta englobaría ambas soluciones, es decir, aprovechar

el conocimiento existente y al mismo tiempo seguir investigando, por ejemplo en

las ecuaciones constitutivas del hormigón con fibras. En cuanto a las técnicas

experimentales, se entiende que hay un camino importante por recorrer, tanto en

lo referente al hormigón fresco como en el endurecido. Al reforzar un concreto

con fibras de acero, estas actúan como pequeñas barras de refuerzo,

atravesando las grietas y soportando una carga entera a un mas grande que la

que se necesita para romper una viga. La resistencia mecánica aumenta

dependiendo de la proporción de las fibras agregadas a la mezcla.

Reforzar el concreto con fibras de acero WIRAND ofrece a los constructores la

posibilidad de eliminar el habilitado y la colocación de mallas o varillas; las fibras

de acero se incorporan directamente al concreto, como si se tratara de un

agregado o un aditivo más. Posee un comportamiento diferenciado con respecto

al hormigón armado, relacionado con la ductilidad en la respuesta y disminución

de los anchos de fisura, lo cual le otorga Importantes prestaciones en aquellos


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diseños con exigencias por durabilidad en la vida útil de las estructuras y en el

diseño por capacidad para cargas sísmicas.

Límites.

Se presentarán 2 métodos para la selección de proporciones (dosificación) de

mezclas para concretos preparados con agregados de densidad normal y

adecuada trabajabilidad.

Estos métodos proporcionan una primera aproximación de las proporciones de la

mezcla, con el propósito de ser comprobado, preparando y ensayando mezclas

de prueba en el laboratorio o en obra, debiendo ser ajustado si es necesario

para producir las características del concreto.

Alcances.

Cuando se adicionan a la mezcla de concreto, las fibras WIRAND incrementas

sustancialmente las propiedades mecánicas del producto final de concreto. Las

fibras WIRAND son fabricadas en acero de bajo carbón, y son formadas

especialmente para obtener una resistencia a la tensión del concreto alta.

Adicionando fibras WIRAND® como refuerzo del concreto tiene muchos

beneficios, incluyendo:

• Previenen la falla por ruptura

• Mejora el comportamiento del concreto expuesto a variaciones de temperatura

• Habilidad de absorber energía durante la flexión post-ruptura

• Incrementan la resistencia a la tensión

• Incrementan la resistencia al impacto

• Incrementan la resistencia a la fatiga (Cargas continuas)

2.2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LA INVESTIGACIÓN

2.2.1. Marco Histórico.

2.2.1.1. Historia del Pavimento de Concreto

El uso de los pavimentos rígidos se remonta a más de 100 años. George

Bartholomew, un norteamericano de Ohio, realizó las primeras pruebas en una

faja experimental de 2.44 metros de ancho. Este descubrimiento dio inicio al


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proyecto de obras públicas más grande en la historia de la humanidad: el sistema

de carreteras inter-estatal de los Estados Unidos de Norteamérica, con

aproximadamente 27.500 Km de longitud.

La historia registra a las carreteras americanas que vincularon las áreas agrícolas

con los centros urbanos, como el eslabón vital entre los productos y sus

consumidores, que literalmente pavimentaron la prosperidad de los Estados

Unidos.

En América del Sur, algunos países cuentan con más de 20 años de experiencia

en la construcción de sus redes de carreteras con pavimento rígido. El pavimento

de concreto se introduce en el Perú durante el primer proceso de urbanización de

la ciudad de Lima, período que corresponde a un ciclo de crecimiento económico

por la diversificación de las exportaciones e inversiones directas, especialmente

en minería, y a un proyecto político que pretendía modernizar el país, ampliando

el sistema económico con inversión extranjera.

La tecnología de pavimento de concreto en el Perú coincidió con las primeras

experiencias en Latinoamérica y significó la incorporación, en el diseño y la

construcción, de los conocimientos teóricos y de la experiencia que venía de

obtenerse en los campos de prueba de los EE. UU.

Su expresión más significativa fue la carretera Lima–Callao, denominada Av.

Progreso y posteriormente Av. Venezuela, que continuó en servicio por cerca de

70 años. Esta obra forma parte de un amplio programa de habilitación de tierras

para vivienda, que requería el crecimiento de la población de la capital, que se

incrementó en 68% en la década de 1920, principalmente el sector de la clase

media. El cambio de uso de la tierra favoreció la formación de capitales y el

incremento de la actividad bancaria.

2.2.1.2. Historia de las Fibras

A partir de 1960 se incorporaron las fibras de acero y las de vidrio para fabricar un

concreto consolidado de elementos discontinuos y distribuidos aleatoriamente. Sin

embargo, no fue sino en 1971 cuando en Estados Unidos se hicieron los primeros

estudios e investigaciones dirigidos al uso del concreto consolidado con fibras, las

que desde entonces han sido elementos indispensables en la construcción de

pisos industriales de alto desempeño, pavimentos, cubiertas para puentes,

concretos lanzados para la estabilización de taludes, revestimientos de túneles,

elementos estructurales prefabricados, bóvedas y refractarios, entre otros usos.


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Nuevas investigaciones han abierto la posibilidad de utilizar otros materiales como

son las fibras de polipropileno, las micro-esferas de poli-estireno, la fibra de vidrio

y los polímeros, los cuales pueden agregarse al concreto en la planta mezcladora

cuando ésta haya llegado a la obra.

También tenemos las fibras vegetales que han sido utilizadas en Babilonia y

Egipto ya que innumerables evidencias arqueológicas dan fe de que estas fibras

fueron combinadas con mezclas de arcilla para fabricar elementos estructurales.

Sin embargo, con el paso del tiempo esta técnica cayó en desuso, hasta que ya

muy entrado el siglo XX se retomó, primero con un enfoque empírico y más tarde

bajo la lente de la investigación.

La idea de reforzar materiales frágiles, como el hormigón, es antigua. Los adobes

de barro se reforzaban con paja desde tiempos bíblicos (ya habla de ello el éxodo)

crines de caballo se utilizaron para armar morteros hidráulicos.

Los antecedentes inmediatos de las fibras de acero pueden encontrarse en

diversas patentes de comienzos de siglo, que empleaban trozos de alambre, así

como en ciertas investigaciones desarrolladas en Estados Unidos, Inglaterra y la

URSS desde comienzos de la década de los 60, y que tiene su precedente en las

de Griffith(1920).

Las fibras de acero para concreto fueron patentados por Jim Romualdi USA en el

año de 1962.

Primer pavimento en 1971 –Ohio

Primer concreto lanzado en 1971-D. Lankard.

2.2.2. Marco Teórico

2.2.2.1. Concepto de Pavimentos de Concreto

Los Pavimentos rígidos constan de un pavimento formado por una losa de

hormigón, apoyada sobre diversas capas, algunas de ellas estabilizadas. Se

distinguen diversos tipos en función de la clase de pavimento empleado:

1. Pavimento de hormigón en masa vibrado: Es el más empleado, dada su

gran versatilidad. Está dividido en losas mediante juntas para evitar la aparición de

fisuras debido a la retracción del hormigón. Las juntas transversales se disponen a

distancias aleatorias comprendidas dentro de un rango de valores (4-7 m) para


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evitar fenómenos de resonancia. También pueden emplearse pasadores de acero

para asegurar la transmisión de cargas entre losas. En el caso de no hacerlo,

deben inclinarse las juntas. Pavimento de hormigón en masa con juntas

transversales inclinadas.

2. Pavimento continuo de hormigón armado: Muy resistente, aunque también

excesivamente caro, por lo que sólo es idóneo para tráfico pesado. Emplea una

cuantía geométrica longitudinal del 0.6%, suprimiéndose las juntas transversales e

incluyendo en ocasiones fibras de acero distribuidas aleatoriamente para reforzar

su estructura. Plantea pocos problemas de conservación y mantenimiento; este

tipo de pavimentos se emplea sobre todo en Estados Unidos, y no tanto en

nuestro país.

3. Pavimento de hormigón compactado: Su puesta en obra se realiza mediante

expendedoras y compactadoras dada su baja relación agua/cemento –entre 0.35

y 0.40-, por lo que el cemento suele contener un alto porcentaje de cenizas

volantes para facilitar su trabajabilidad. Suelen acabarse con una capa de

rodadura bituminosa, por lo que sales considera Pavimentos mixtos. Tienen la

ventaja de poder abrirse al tráfico rápidamente.

4. Pavimentos de hormigón pretensado: Las capas que conforman el

pavimento rígido son: subrasante, subbase, y losa o superficie de rodadura como

se muestra en la Figura 01

Figura 01: Capas del pavimento rígido.

2.2.2.2. Tipos de Pavimentos De Concreto

Pavimentos de concreto simple con juntas.


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Los que no llevan acero de refuerzo solo el puro concreto.

Pavimentos de concreto reforzado con juntas.

Los que si llevan acero derefuerzo.* pavimento de concreto reforzado

continuo.

Pavimento de concreto presforzado

2.2.2.3. Propiedades de Pavimento Concreto

Son dos las propiedades del concreto que influyen en el diseño y en su

comportamiento a lo largo de su vida útil.

Resistencia a la tensión por flexión o Módulo de Ruptura (MR)

Módulo de elasticidad del concreto (Ec)

Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión es

recomendable que su especificación de resistencia sea acorde con ello, por eso el

diseño considera resistencia del concreto trabajando a flexión, que se conoce

como resistencia a la flexión por tensión (S´c) o Módulo de ruptura (MR)

normalmente especificada a los 28 días.

Existe una prueba normalizada por la ASTM C78 para la obtención del módulo de

ruptura la cual consiste en aplicar carga a la viga de concreto en los tercios de su

claro de apoyo (Figura 02). Se puede realizar otra prueba similar aplicándole

carga el centro del claro; los resultados obtenidos son diferentes

aproximadamente entre 15% a 20% mayores.


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Figura 02. : Prueba para la obtención de módulo de ruptura.

En la siguiente tabla 01 se muestra el Módulo de Ruptura (MR) recomendado.

Tabla 01. : Tipo de pavimento MR recomendado

AASHTO permite utilizar la resistencia a la flexión promedio que se haya obtenido

del resultado de ensayos a flexión de las mezclas diseñadas para cumplir la

resistencia especificada del proyecto.

2.2.2.4. Conceptos Generales de las Fibras de Acero.

Las fibras de acero pueden sustituir al acero de refuerzo convencional (malla y/o

varilla) siempre y cuando el acero sea por temperatura, Además ayuda, pero no

sustituye al refuerzo de la resistencia a la flexión, es decir no podemos pretender

que las fibras de acero reemplacen al acero convencional de la resistencia a la

flexión.

Al recibir la adición de pequeñas cantidades de fibras, el concreto se enriquece

con el incremento de algunas propiedades. Quien opte por este tipo de refuerzo

del material debe saber que, si bien los procedimientos de producción y

construcción no difieren mucho de lo acostumbrado, hay que tomar ciertos

recaudos durante los procesos de mezclado, colocación y acabado para obtener

los resultados óptimos.

La aplicación de estos compuestos viene creciendo en diversidad, pudiendo

encontrarse en varias aplicaciones en construcción civil, estructuras como túneles

y pavimentos, donde el concreto reforzado con fibras va ampliando


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progresivamente su aplicación. Estos compuestos están constituidos básicamente

por dos fases:

• La matriz.

• Las fibras.

Las fibras pueden actuar como un refuerzo de la matriz en función de las

propiedades de esta y de las propias fibras.

La adición de fibras de acero al concreto minimiza el comportamiento frágil

característico del concreto. El concreto pasa a ser un material seudos-dúctil. La

alteración del comportamiento es función de las características de las fibras, de la

matriz de concreto y de su interacción.

Para algunas aplicaciones el concreto reforzado con fibras presenta ventajas

tecnológicas y económicas en relación al convencional, como el caso de

revestimientos de túneles u otras aplicaciones de concreto proyectado, los

pavimentos, los premoldeados y otros.

2.2.2.5. Clasificación de las Fibras de Acero

• Según el Método de Fabricación

La norma ASTM A 820 clasifica en cuatro tipos (Figura 03):

Tipo I: Alambre estirado en frío Tipo II: Corte de Lamina

Tipo III: Rebose de Fundición Tipo IV: Otros (fresado)


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FIGURA 03: Clasificación de las fibras de acero

La fabricación de los diferentes tipos de fibras se muestra en las siguientes

(Figura 04, 05. 06, 07):

Método de fabricación: Tipo I

FIGURA 04: Alambre estirado en frio

Método de fabricación: Tipo II

FIGURA 05: Lámina cortada



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Método de fabricación: Tipo III

FIGURA 06: Rebose de fundición

Método de fabricación: Tipo IV

FIGURA 07: Otros (fresado)


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2.2.3.MARCO CONCEPTUAL

Concreto Reforzado con Fibras de Acero

2.2.3.1. Definición.

Las fibras de acero utilizadas en el refuerzo del concreto son discontinuas, con

una distribución discreta y uniforme que confiere al material isotropía y

homogeneidad.

Esta incorporación se realiza para mejorar ciertas propiedades específicas del

concreto, ya sea en estado fresco, en primeras edades o en estado endurecido.

Las fibras se pueden añadir a concretos en masa, armados o pretensados, es

decir, que las fibras pueden estar presentes tanto con armaduras pasivas como

activas.

2.2.3.2. Concreto reforzado

El con fibras de acero están constituidas esencialmente por los mismos

componentes que un concreto tradicional y adicionalmente fibras de acero. La

inclusión de las fibras, además de alterar el comportamiento del concreto en

estado endurecido, también lo hace en estado fresco, por lo que a algunos de los

componentes se les exigen condiciones que en los hormigones (concretos)

tradicionales no son necesarias.

El material compuesto tendrá que sufrir ciertas modificaciones respecto de un

concreto tradicional por estar en función de la cantidad de fibras que se va a

adicionar al concreto y a la geometría de éstas. Estas modificaciones pasan

principalmente por una limitación en el tamaño máximo del agregado, menores

valores de relación grava-arena, mayores cantidades de aditivos reductores de

agua, y mayor demanda de finos, entre otros.

En la tabla 2 muestra el rango de proporciones para un SFRC según el ACI


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Tabla 2: Rango de proporciones de componentes para un SFRC

2.2.3.2.1. Cemento.

El cemento es un componente decisivo en la docilidad del material en estado

fresco y, posteriormente, en las características mecánicas del concreto

endurecido. Se puede emplear cualquier cemento que cumpla con los requisitos

establecidos para un concreto tradicional, siempre que sea capaz de

proporcionar al concreto las características que exige el proyecto.

Cuanto mayor sea el contenido de fibras y menor el tamaño máximo del

agregado, será necesario emplear una mayor cantidad de cemento con la

finalidad de proporcionar más pasta.

2.2.3.2.2. Agua.

Se puede emplear agua que cumpla los mismos requisitos exigidos en el

caso de concretos tradicionales armados, poniendo especial atención a los

agentes que puedan afectar a las fibras. La Instrucción EHE 2008 establece, que

el aumento de la consistencia debido al uso de las fibras debe ser compensado

siempre con la adición de aditivos reductores de agua, sin modificar la

dosificación prevista de la misma.

2.2.3.2.3. Agregados.

Además de cumplir los requerimientos de composición, resistencia, durabilidad,

estabilidad y limpieza establecidos para el empleo en concretos

tradicionales, los agregados deben tener unos tamaños de partícula,

granulometría y formas adecuadas para la elaboración de un SFRC.

Se pueden emplear agregados rodados o chancados, siendo el más adecuado el

empleo de los primeros (especialmente en la arena) ya que para valores

idénticos de relación agua/cemento se obtiene mejor docilidad que con los

agregados chancados.

Respecto del contenido de finos, cuando se adicionan fibras de acero es

aconsejable incorporar mayor cantidad de finos para reducir el riesgo de

segregación, aumentar la cohesión y favorecer la movilidad de las fibras.

La movilidad potencial de las fibras depende de la proporción de agregado

grueso y del tamaño máximo de agregado (Figura 08). Cuanto mayor sean estos


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dos parámetros menor será la movilidad potencial de las fibras. La JSCE ( Japan

Society of Civil Engineers) plantea que el valor óptimo del tamaño máximo

de agregado sea inferior a la mitad de la longitud de la fibra.

Figura 08: Efecto del tamaño del agregado en la distribución de las fibras

(De 40mm de longitud)

Tamaños máximos de agregado mayores que 20mm no son recomendados,

aunque en algunos estudios se han empleado agregados de hasta 38 mm con

resultados satisfactorios (ACI 544.3R-08, 2008). Se recomienda también que el

tamaño máximo de agregado no supere:

• 2/3 de la longitud máxima de la fibra.

• 1/5 del lado menor del elemento.

• 3/4 de la distancia libre entre las barras de armado.

La relación agregado grueso/agregado fino (Ag/Af) suele reducirse respecto de

lo especificado para un concreto tradicional con las mismas exigencias de

resistencia, ya que un mayor volumen del mortero facilita la movilidad de las

fibras. Se debe buscar una relación Ag/Af óptima que proporcione la docilidad y

resistencia deseadas.

2.2.3.3. Fibras de Acero

Las fibras de acero son elementos de corta longitud y pequeña sección que se

adicionan al concreto con el fin de conferirle ciertas propiedades específicas, con

las características necesarias para dispersarse aleatoriamente en una mezcla de

concreto en estado fresco empleando metodologías de mezclado tradicionales.

La geometría de las fibras es diversa, pudiendo tener sección circular,

cuadrada o rectangular (ver figura 09).


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Figura 09. Diferentes tipos de fibras de acero

Además, con el fin de mejorar la adherencia con el concreto, las fibras pueden

presentar los extremos conformados, ondulaciones, corrugas, aplastamientos,

ganchos, etc. En general, las dimensiones de las fibras oscilan entre 0,25 y 0,80

mm de diámetro y entre 10 y 75 mm de longitud. El método de obtención no

es único, aunque el más habitual es el del corte de alambres trefilados de acero

de bajo contenido de carbono. Otros métodos son el corte de láminas de acero y

el arrancamiento en caliente, consiguiendo fibras de sección cuadrada y fibras

con forma de viruta respectivamente.

2.2.3.3.1. Características.

En la caracterización de las fibras de acero se emplean tres parámetros básicos,

tal y como se indica en:

• Esbeltez o aspecto: este parámetro se define como la relación entre la

longitud de la fibra y su diámetro (lf /df). A mayor esbeltez, menor será la

dosificación de fibras a utilizar.

• Resistencia a tracción del acero: la resistencia a tracción de las fibras

depende de la calidad del acero. Para un contenido bajo o medio de

carbono, la resistencia a tracción oscila entre 400 y 1500 MPa.

Incrementando el contenido de carbono se pueden alcanzar resistencias de

2000 MPa, siendo este tipo de fibras especialmente adecuadas para

concretos de alta resistencia.


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• Forma: Se obtienen mejores resultados con fibras trefiladas de sección

circular y con extremos conformados. En función de la aplicación que se le va

a dar a las fibras, éstas pueden ser galvanizadas, con una mejor resistencia a

la corrosión en obras marítimas, o de acero inoxidable, impidiendo la

corrosión en atmósferas calientes y con gases agresivos como es el caso de

los concretos en el revestimiento de hornos, en industria petroquímica, etc.

2.2.3.3.2. Longitud de la fibra de acero.

Además de las limitaciones relacionadas con el tamaño máximo de árido ya

comentadas, cuando el concreto va a ser bombeado, la longitud de la fibra no

debe superar 2/3 del diámetro interior del tubo. Otro factor limitante de la longitud

de las fibras es la separación entre las barras de armado cuando éstas están

presentes (en estos casos la longitud de las fibras no debe superar la separación

mínima entre barras a no ser que se demuestre con ensayos previos que no

presentan inconvenientes).

La sección transversal de las fibras depende principalmente del material usado

en la fabricación (proceso de fabricación). El grupo I suele tener diámetros de

0.25 a 1mm, en función de la sección del cable del que son obtenidas

(generalmente secciones circulares).

El grupo II (por lo general planas y rectas) tienen secciones transversales con

espesores de 0.15 a 0.64 mm y anchos de 0.25 a 2 mm. Independientemente del

tipo de fibras, la gran mayoría tiene diámetros entre 0.4 y 0.8 mm y

longitudes de 25 a 60 mm. Su índice de esbeltez por lo general es menor que

100, generalmente entre 40 y 8.

El contenido de fibras de un SFRC tradicional oscila entre el 0.25 y el 2%. El

límite inferior es utilizado para losas con bajas solicitaciones y el límite superior

para aplicaciones de seguridad o militares. En algunos casos extraordinarios con

HPFRC se llega a utilizar entre un 2 y un 15 %.

Con volúmenes de fibras inferiores al 0.5 % y fibras de esbeltez inferior a 50, el

incremento de la resistencia a rotura a flexo tracción puede ser despreciable

(ACI 544, 4R-88, 2009). Por lo tanto, se requiere de un contenido mínimo de

fibras, que resultara menor a medida que aumente la capacidad adherente y la

esbeltez de las fibras.


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Para las fibras de igual longitud, la reducción en el diámetro aumenta el número

de ellas por unidad de peso y hacen más denso el entramado o red de fibras. El

espaciamiento entre fibras se reduce cuando la fibra es más fina, siendo más

eficiente y permitiendo una mejor redistribución de la carga o de los esfuerzos.

El efecto de las fibras en las diferentes etapas del proceso de figuración del

concreto se refleja a dos escalas: material y estructural. Así, en la fase de

figuración aleatoria, las fibras cosen las fisuras activas y retardan el desarrollo,

incrementando la resistencia y la ductilidad a escala del material, mientras que

en la etapa en que las macro fisuras se propagan, las fibras también cosen las

fisuras y así aportan mayor capacidad resistente y ductilidad a escala

estructural.

Cuando se requiere que las fibras actúen en la micro fisuras, se debe adicionar

un gran número de fibras y su diámetro debe ser pequeño. La Trabajabilidad del

material, conduce a preferir fibras cortas. Por otro lado, para controlar las macro

fisuras las fibras deben ser lo suficientemente largas para estar adecuadamente

andadas en la matriz, si bien por requerimientos de Trabajabilidad las fibras

largas deben ser usadas en menores proporciones que las cortas.

En definitiva, la resistencia a tracción y la ductilidad del material pueden ser

incrementadas empleando una alta proporción de fibras cortas y, para mejorar la

capacidad resistente y la ductilidad de la estructura, se debe añadir una cierta

cantidad más baja de fibras largas.

2.2.6.1.2. Longitud crítica de la fibra.

Al aplicar un esfuerzo de tracción, en los extremos de la fibra no hay transmisión

de carga desde la matriz, se genera un patrón de deformación.


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Figura 10. Extremo de las fibras

Existe una longitud de fibra crítica para aumentar la resistencia y rigidez del

compuesto. Esta longitud crítica Ic depende del diámetro d de la fibra, de la

resistencia a la tracción αf y de la resistencia de la unión matriz- fibra( o

resistencia al cizallamiento de la matriz), Tc, de acuerdo con:

Los perfiles esfuerzo- deformación dependen si la longitud de la fibra es mayor o

menor que la longitud crítica:

Figura 11. Cuadro de esfuerzo deformación

Si I=Ic : la carga máxima se consigue en el centro de la fibra. Si I>Ic: e

reforzamiento es más efectivo.

Si I<Ic :el reforzamiento es insignificante (la matriz se deforma alrededor de la

fibra, casi no existe transferencia del esfuerzo).


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Figura 12. Cuadro de esfuerzo deformación

Si I>Ic (normalmente I>15 Ic) fibras continuas. Si I<Ic : fibras cortas o

discontinuas.

2.2.3.4. Comportamiento Mecánico del Concreto Reforzados con Fibras de

Acero

El concreto reforzado con fibras de acero puede ser considerado una variante del

principio de refuerzo con barras de acero. En este caso, el refuerzo se realiza con

un gran número de pequeñas fibras, distribuidas de forma aleatoria en la mezcla.

Las fibras de acero son las que tienen la función de soportar las tracciones tras la

figuración del concreto. Sin embargo, es necesario precisar que la manera de

trabajar de las fibras es diferente a la del armado convencional.

En el caso del armado convencional, las barras están ancladas de forma que se

alcanza el límite elástico del acero y su capacidad última se desarrolla

cuando tiene lugar la rotura del acero. A diferencia de las barras, las fibras de

acero se diseñan para que no alcancen el límite elástico del acero, antes de

alcanzarlo deben deslizar para desarrollar su máxima eficiencia. La razón es que

todas las fibras que cosen una fisura tienen diferente longitud de anclaje y

orientación. Esto significa que las deformaciones en las diversas fibras durante la

apertura de la fisura son muy distintas, existiendo la posibilidad de que algunas de

ellas rompan mientras que otras aún están sometidas a tracciones bajas (ver

figura 13).


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Figura 13 Relación carga-desplazamiento Figura 14. Relación carga-desplazamiento

para rotura de fibras (tracción para deslizamiento de fibras (tracción).

(Rodríguez López et al., España 1984). (Rodríguez López et al., España1984).

No obstante, si las fibras deslizan en lugar de romperse, su resistencia total a

tracción será muy importante, consiguiendo además una gran ductilidad (ver figura

14). De esto se deduce que la longitud de anclaje debe ser suficientemente

grande para garantizar la adherencia y suficientemente pequeña para permitir el

deslizamiento de las fibras.

Se procederá a continuación a un análisis más detallado del comportamiento

mecánico del hormigón (concreto) reforzado con fibras de acero (HRFA) frente a

diversos esfuerzos estáticos y esfuerzos dinámicos.

2.2.3.5. Comportamiento frente a Esfuerzos Estáticos.

• Comportamiento a compresión.- La resistencia a compresión del concreto no

se ve afectada de manera significativa por el contenido de fibras, y el agotamiento

por compresión se anuncia por la formación de fisuras en la dirección de la

tensión de compresión, como en el concreto convencional. La presencia de fibras

no varía el patrón de figuración del concreto, por esta razón la pequeña variación

de resistencia a compresión es ignorada. Sin embargo, una vez alcanzada la

tensión de rotura, la ductilidad se ve influenciada significativamente por la adición

de fibras.


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Figura 15. Diagrama tensión de compresión Figura 16. Diagrama tensión de

deformación Tracción deformación Tracción deformación

(Rodríguez López et al., España 1984). (Rodríguez López et al., España 1984).

La figura 7 corresponde a ensayos efectuados sobre probetas cilíndricas de 76mm

de diámetro y 152 mm de longitud, de acuerdo con la especificación C 39-72 de

las normas ASTM y a una temperatura de 75ºF. Las fibras utilizadas son de 0,40

mm de diámetro y 30 mm de longitud, con anclajes en los extremos.

En concretos 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 concreto este incremento se reduce y la capacidad de

absorción de energía y la ductilidad se concentran principalmente en la región

post-fisura.

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. Se debe tener especial cuidado con estas situaciones para no

generar falsos panoramas con resultados excesivamente optimistas.


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• Comportamiento a tracción.- La adición de fibras de acero en el concreto

produce un aumento de la resistencia a tracción. Este incremento es mayor

cuanto mayor es el contenido de fibras (ver figura 8). Alcanzada la tensión de

rotura, el SFRC muestra una resistencia prácticamente constante dependiendo

del volumen de las fibras. Este fenómeno permite la transmisión de tensiones de

tracción después de la fisuración.

El efecto más importante en el comportamiento mecánico del concreto, 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 la cortante, la

fatiga.

Adicionando fibras en un 1.5% en volumen en concretos o morteros se obtienen

incrementos en la resistencia a tracción directa del orden del 30%- 40% (ACI

544.1R-96, 2009).

• Comportamiento a flexión.- La adición de fibras de acero en un elemento

estructural sometido a flexión es más efectiva que en uno sometido a tracción. La

causa de esta efectividad es que en la flexión se aprovecha la capacidad de

redistribución del concreto reforzado con fibras. En la figura 9 se muestra el

aumento de la resistencia a flexión según el porcentaje de fibras de acero.

El incremento de la resistencia a flexo tracción al adicionar fibras de acero al

concreto es considerablemente mayor que el de la resistencia a la compresión y a

tracción. Esto se debe al comportamiento dúctil del SFRC en la zona fisurada por

tracción, desarrollando resistencias residuales.

Los ensayos de flexo tracción en SFRC se realizan principalmente sobre probetas

prismáticas. Normalmente, se determina la resistencia a primera fisura, la

resistencia a rotura por flexo tracción y la resistencia residual a flexo tracción.

El incremento de la resistencia a primera fisura contenido con la adición de fibras

de acero es mínimo, lo cual indica que esta propiedad depende básicamente de la

matriz y muy poco del contenido de fibras, del tamaño y de la forma de éstas, por

lo que resulta más rentable mejorar las características de la matriz con el uso de

por ejemplo: aditivos, humo de sílice, entre otros.


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La resistencia a rotura depende principalmente del volumen de fibras y de la

esbeltez de éstas, logrando incrementos de hasta el 100% respecto de la

resistencia de la matriz, si se utiliza fibras de extremos conformados.

Tipo

Diámetro

(d)

(mm)

Longitud (l)

(mm)

Factor de

forma

(relación l/d)

AplicaciónPeso de la

caja en (kg)

Nº de fibras

por kg

Wirand

FF11.00 50 50

Pisos, pavimentos

y prefabricados20 3244

Wirand

FF40.80 60 75

Pisos, pavimentos

y prefabricados20 4224

Wirand

FS3N0.75 33 44

Hormigón

proyectado20 8738

Wirand

FS80.75 25 33

Hormigón

proyectado20 11308

Tabla 3: de aceros Wirand

2.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN.

2.3.1. Objetivo General

Determinar y analizar las propiedades mecánicas del concreto para pavimentos

reforzado con fibras de acero WIRAND

2.3.2. Objetivos Específicos

1) Determinar las mejoras mecánicas del concreto para pavimentos reforzado con

fibras de acero WIRAND

2) Evaluar la resistencia a la flexión, tracción y compresión del concreto reforzado

con fibras de acero WIRAND en pavimentos.

3) Compara el concreto reforzado con fibras de acero con el concreto empleando

comúnmente.


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2.4. VARIABLES

2.4.1. Variables e Indicadores

VU: Comportamiento del Concreto Reforzado con Fibras de Acero WIRAND

2.4.2. Operacionalización de Variables.

VARIABLE UNICA INDICADORES

COMPORTAMIENTO DEL

CONCRETO REFORZADO CON

FIBRAS DE ACERO WIRAND

Resistencia del concreto

usando Fibras de Acero

WIRAND

Dosificación de Materiales

(Agua, cemento, y agregados)

y la utilización de Fibras de

acero WIRAND

2.5. DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO DE DISEÑO

2.5.1. Tipo Investigación.

La presente investigación es de carácter aplicativo, de tipo descriptivo- explicativo.

Es descriptiva y explicativa porque su propósito es optimización de las

propiedades mecánicas del concreto para pavimentos reforzado con fibras de

acero Wirand en el distrito de José Luis Bustamante y Rivero

Como Investigación participativa, generará la búsqueda de la solución que mejore

el nivel de vida de las personas involucradas en el proyecto.

2.5.2. Diseño específico.

Nuestra investigación responde a las características propias de una investigación

descriptiva-explicativa, puesto que pasamos metodológicamente por las etapas de

planeamiento y ejecución, aplicando los métodos deductivo e inductivo, por lo

tanto el diseño específico de la investigación es transversal, correlacional y

causal porque se analiza el estado de nuestras variable en un momento dado y

se recolectan los datos en un momento dado y tiempo único, es decir se adecua a


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las condiciones y cómo éstas se presentan en la realidad para tomar los datos

para su análisis respectivo y proponer la optimización de las propiedades

mecánicas del concreto para pavimentos reforzado con fibras de acero Wirand en

el distrito de José Luis Bustamante y Rivero

2.6. UNIVERSO Y TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN

2.6.1. Universo, población y muestra

El universo en el que se desarrollará el presente proyecto estará conformado por

la población del distrito de José Luis Bustamante y Rivero

2.6.2. Técnicas:

• Ensayo de suelos recomendado por el ministerio de transporte y

comunicaciones

• Recomendaciones de la E-030

• Observaciones del suelo

• Ubicación del proyecto

• Encuestas

• Entrevistas

• Estadísticas del distrito


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III. ADMINISTRACIÓN DEL PROYECTO

III.1. PROGRAMACIÓN

ETAPAS Y

TIEMPOSABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO

Elaboración de

proyectoX

Presentación de

proyectoX

Revisión

bibliográficaX X

Elaboración de

instrumentosX

Aplicación de

instrumentosX X

Tabulación de datos X

Elaboración de

informeX

Presentación de

informeX

Sustentación X


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3.2. PRESUPUESTO

DENOMINACION CANTIDADCOSTO

UNITARIO

COSTO

TOTAL

Und S/. S/.

1. Materiales de Escritorio

Papel Bond A-4 de 80 gr. 1,000.00 S/. 0.03 S/. 28.00

Copias Fotostáticas 500.00 S/. 0.10 S/. 50.00

Cartucho de Tinta HP - Negro 1.00 S/. 60.00 S/. 60.00

Cartucho de Tinta HP - Color 1.00 S/. 80.00 S/. 80.00

2. Pasajes y Gastos de Transporte

Pasajes 1.00 S/. 100.00 S/. 1000.00

3. Otros

Encuestadores 5.00 S/. 100.00 S/. 500.00

Servicios de Internet 50.00 S/. 1.20 S/. 60.00

Análisis de información 8.00 S/. 300.00 S/. 2,400.00

Material Bibliográfico 5.00 S/. 160.00 S/. 800.00

Empastado de Tesis 1.00 S/. 50.00 S/. 50.00

TOTAL S/. 5,028.00


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Bibliografía

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repetitive static plate load test and flexible pavement components, for use in

evaluation and design of airport and highway pavements. - Philadelphia: ASTM,

1993. Pv. – (ASTM D 1195).

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EDIFICE LTDA. Evaluación del estado de pavimento de la plataforma del

Terminal Aéreo Simón Bolívar.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN.

Ingeniería civil y arquitectura: adoquines de concreto para pavimentos y pisos.-

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KNAPTON, JOHN AND EMERY, J. A. airfield pavement design with concrete

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MADRID M. Germán Guillermo y LONDÑO N., Cipriano Alberto. Construcción y

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1986.-18p.- (ICPC, notas técnicas 4-21241).

MADRID M., Germán Guillermo, construcción de pavimentos de adoquines de

concreto.- Medellín: ICPC, 1999.-37p.- (ICPC, serie Popular12-4-1673):

VESGA M Medellín: Luís Fernando plataforma para tránsito y parqueo de

aviones: diseño de pavimento con adoquín.- santa fe de Bogotá: terminal Aéreo

Simón Bolívar 1988.- Pv.

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