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CHICLAYO – PERÚ 2013 FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL U NIVERSIDAD S EÑOR DE S IPÁN Tesis de grado para optar el título profesional de Ingeniero Civil Proyecto De Investigación EVALUACIÓN COMPARATIVA DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y A FLEXIÓN DEL CONCRETO CONVENCIONAL, CONCRETO CON FIBRA DE ACERO SIKAFIBER CHO 80/60 NB, Y CONCRETO CON FIBRA SINTÉTICA SIKAFIBER FORCE PP/PE-700/55 AUTOR PEDRO RAMÓN PATAZCA ROJAS JORGE EMHILSSEN TAFUR BUSTAMANTE ASESOR ING. CIVIL MANUEL A. BORJA SUAREZ
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CHICLAYO – PERÚ
2013
FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
UNIVERSIDAD
SEÑOR DE SIPÁN
Tesis de grado para optar el título profesional de Ingeniero Civil
Proyecto De Investigación
EVALUACIÓN COMPARATIVA DE LA RESISTENCIA A
COMPRESIÓN Y A FLEXIÓN DEL CONCRETO
CONVENCIONAL, CONCRETO CON FIBRA DE ACERO
SIKAFIBER CHO 80/60 NB, Y CONCRETO CON FIBRA
SINTÉTICA SIKAFIBER FORCE PP/PE-700/55
AUTOR
PEDRO RAMÓN PATAZCA ROJAS
JORGE EMHILSSEN TAFUR BUSTAMANTE
ASESOR
ING. CIVIL MANUEL A. BORJA SUAREZ
FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
ARTÍCULO CIENTÍFICO
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INTRODUCCÓN
En las últimas décadas, el empleo
de concreto reforzado con fibras se
está generalizando en el mundo de la
construcción a escala internacional. Ya
es habitual ejecutar con este material
obras de soleras y pavimentaciones
industriales, concretos proyectados
para el sostenimiento de túneles,
taludes y ejecución de piscinas,
concretos prefabricados, etc.
El concreto con fibra es adecuado
para sobrellevar acciones dinámicas y
prevenir situaciones donde se requiere
el control de los procesos de
fisuración, ya que cosen las fisuras del
concreto formando un “puente” entre
los agregados gruesos, llevando al
concreto a un comportamiento dúctil
luego de la fisuración inicial evitando
así la fractura frágil. El aumento de la
tenacidad es una de las características
más apreciadas del concreto reforzado
con fibra.
Actualmente en el Perú, en los últimos
años, el uso de fibras en el concreto
recién se está dando a conocer y por
ende se ha vuelto una nueva
tecnología de aplicación, empresas del
sector aditivos y concretos
premezclados están tomando la
iniciativa para la promoción de su uso
para su aplicación en el campo de las
construcciones industriales y minería,
respetando detalladamente las
aplicaciones de su uso.
FIBRAS INCORPORADAS EN EL
CONCRETO
Existen diferentes tipos de fibras como
fibras metálicas, fibras sintéticas, fibras
de vidrio y fibras naturales. En la
presente investigación nos centramos
en el uso de fibra de acero y fibra
sintética ya que son estas dos las
más utilizadas en la elaboración de
concreto.
Las fibras que utilizamos para esta
investigación fueron de la marca SIKA.
Sikafiber CHO 80/60 NB
Son fibras de acero trefilado de alta
calidad para reforzamiento del
concreto usado en losas de concreto
tradicional e industriales y elementos
de concreto pre-fabricado,
especialmente encoladas (pegadas)
para facilitar la homogenización en el
concreto durante el mezclado,
evitando la aglomeración de las fibras
individuales. Sikafiber CHO 80/60 NB
son fibras de acero de alta relación
longitud / diámetro (l/d) lo que permite
un alto rendimiento con menor
cantidad de fibra.
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Sikafiber Force PP/PE-700/55
Es una fibra macro sintética de alta
densidad diseñada y usada para el
refuerzo secundario de concreto.
Es fabricada a partir de polipropileno
virgen y polímeros de alto desempeño
y deformadas mecánicamente, de
cuerpo circular para maximizar el
anclaje en el concreto y evitar la
pérdida excesiva cuando se proyecta
(Shotcrete), altamente orientada a
permitir un área de contacto de mayor
superficie dentro del concreto, lo que
resulta en una mayor unión interfacial
y eficiencia de la resistencia de la
flexión.
Entonces ¿En qué manera influye la
incorporación de fibra de acero y fibra
sintética en el comportamiento del
concreto convencional?
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION
Objetivos General
EVALUAR Y COMPARAR LA
RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y A
FLEXIÓN DEL CONCRETO
CONVENCIONAL, CONCRETO CON
FIBRA DE ACERO SIKAFIBER CHO
80/60 NB, Y CONCRETO CON FIBRA
SINTÉTICA SIKAFIBER FORCE
PP/PE-700/55
Objetivos específicos
• Elaborar un diseño de mezcla
de concreto convencional usando
cemento adicionado (Pacasmayo
Extra Forte ICo), piedra chancada de
3/4", arena fina, agua, fibra, sin
incorporación de aire
• Elaborar muestras de concreto
endurecido curadas en laboratorio y
sin curar. Para el curado del concreto
se propone el uso del aditivo Sika
Antisol S
• Evaluar la resistencia a
compresión y a flexión (incluyendo
absorción de energía) del concreto
convencional y del concreto con fibra
incorporada
• Evaluar la trabajabilidad del
concreto convencional y del concreto
con fibra incorporada
• Evaluar la resistencia alcanzada
por el concreto endurecido a los 7, 14
y 28 días
• Evaluar con cuales de las dos
fibras (acero y sintética) se obtiene
mejor resistencia a compresión,
resistencia a flexión
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ALCANCES Y LIMITACIONES DE LA
INVESTIGACION
Para la elaboración de las muestras de
concreto se emplearon agregados
(fino y grueso) que cumplieron con los
requisitos técnicos empleados en las
NTP. Se tuvo en cuenta el origen de
procedencia de los agregados (cantera
y chancadora). De las cuales se optó
el uso de piedra chancada TMN de ¾”,
generalmente empleado en obras de
infraestructura real.
Se utilizó agregado fino de la cantera
La Victoria – Pátapo y agregado
grueso de la chancadora Piedra Azul -
Ferreñafe
Así mismo se optó el uso de cemento
portland modificado Pacasmayo Extra
Forte ICo, debido a uso general sobre
las estructuras de concreto en la zona
(Chiclayo)
En relación a los especímenes de
concreto, se optó como mejor
alternativa experimental el uso de 3
especímenes de concreto por variable
a realizar, de las cuales 2
especímenes fueron curados tipo
laboratorio, y un espécimen no se
curó, con el fin de representar la
realidad problemática que se presenta
en la ejecución de las infraestructuras
reales
Se propone el uso del aditivo curador
de concreto Sika Antisol S como
medio de investigación en la toma de
datos, simulando la realidad de la zona
(Chiclayo)
POBLACIÓN Y MUESTRA
La población destinada para esta
investigación fue:
Cilindros de concreto
ensayadas según NTP
339.034:2008 equivalente al
ASTM C–39,
Vigas de concreto ensayadas
según la NTP 339.078:2012
equivalente al ASTM C-78, y
Paneles circulares según la
NTP 339.206:2007 equivalente
al ASTM C-1550
Se elaboraron y ensayaron un total de
189 muestras de concreto en la
siguiente distribución:
63 muestras corresponden a
muestras cilíndricas de 30 cm
de largo y 15 cm de diámetro
63 muestras corresponden a
muestras prismáticas en formas
de vigas de 6” de ancho, 6” de
altura y 21” de longitud
63 muestras corresponden a
muestras cilíndricas en forma
de losas de 7.5 cm de espesor
y 80 cm de diámetro
La hoja técnica de la fibra de acero y
fibra sintética nos menciona un rango
con respecto a la cantidad utilizada
para la elaboración de un 1m3 de
concreto siendo:
F. de Acero: de 10kg/cm2 a 45kg/cm2
F. Sintética: de 2kg/cm2 a 8kg/cm2
Es por eso que por cada tipo de fibra
se hicieron 3 dosis de fibra.
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DISEÑO DE MEZCLAS
Para obtener el presente diseño de
mezclas, se analizó previamente las
características de los agregados a
utilizar (agregado grueso y agregado
fino) de los cuales se optó por utilizar
piedra chancada de 3/4", arena
amarilla, agua potable de la zona, el
cemento a utilizar: cemento
Pacasmayo Extra Forte ICo; para
obtener un concreto patrón de
resistencia f´c = 210 kg/cm2 (sin
incorporación de aire)
Para obtener un diseño técnico, en
relación al factor de seguridad
requerido f´cr, para un f´c= 210 kg/cm2
= + 84 kg/ (según ACI), se realizó una
serie de diseños (+84 kg/cm2, +54
kg/cm2, +44 kg/cm2), de la cual se
optó por utilizar un f´cr = +54 kg/cm2=
264 kg/cm2 (teórico)
Una vez que obtuvimos el diseño de
mezclas adecuado, la dosificación
para el concreto patrón es la siguiente:
(relación en peso por pie3 de
concreto)
Cemento:
Cemento Pacasmayo Extra Forte ICo:
1.00
Agregado fino:
Arena amarilla (45%): 2.18
Agregado grueso:
Piedra chancada 3/4" (55%): 2.63
Agua : agua potable: 25.5
Su relación en volumen es:
Cemento : 1.00
Agregado fino : 2.15
Agregado grueso : 2.90
Agua : 25.5
Con este resultado se definió el uso de
8 bolsas de cemento (42.5 kg) por
metro cubico de concreto a elaborar,
con una relación agua - cemento igual
a 0.60
NOMENCLATURA DE LOS TIPOS
DE CONCRETO Y SUS DOSIS EN
PESO DE FIBRA A UTILIZAR
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RESULTADOS DE LOS ENSAYOS
REALIZADOS AL CONCRETO
CONCRETO FRESCO
Se cálculo el Peso Específico y la
Trabajabilidad (Slump) del concreto
patrón (convencional), del concreto
con fibra de acero y del concreto con
fibra de acero obteniéndose:
CONCRETO ENDURECIDO
Ensayo normalizado para la
determinación de la resistencia a la
compresión del concreto, en
muestras cilíndricas. Ntp 339.034
2008
GRÁFICA 1: Determinación del f´c - Concreto
Patrón (%)
De los resultados obtenidos del
ensayo a compresión del concreto
patrón a los 28 días: se obtuvo una
resistencia f´c = 228 kg/cm2 (curado) y
f´c = 165 kg/cm2 (sin curar).
Se aprecia una reducción del -28% de
su resistencia.
De los resultados obtenidos a los 28
días: A medida que aumentamos la
cantidad de fibra de acero al concreto
patrón f´c = 228 kg/cm2 (curado):
La resistencia a compresión de las
muestras curadas disminuye en:
Un -2% dosis 1 (f´c = 223 kg/cm2)
Un -26% dosis 2 (f´c = 169 kg/cm2)
Un -23% dosis 3 (f´c = 176 kg/cm2).
La resistencia a compresión de las
muestras sin curar disminuye en:
Un -32% dosis 1 (f´c = 154 kg/cm2)
Un -34% dosis 2 (f´c = 151 kg/cm2)
Un -30% dosis 3 (f´c = 160 kg/cm2).
De los resultados obtenidos a los 28
días: A medida que aumentamos la
cantidad de fibra sintética adicionado
al concreto patrón f´c = 228 kg/cm2
(curado)
La resistencia a compresión de las
muestras curadas disminuye en:
Un -22% dosis 1 (f´c = 178 kg/cm2)
Un -16% dosis 2 (f´c = 191 kg/cm2)
Un -21% dosis 3 (f´c = 181 kg/cm2).
La resistencia a compresión de las
muestras sin curar disminuye en:
Un -29% dosis 1 (f´c = 162 kg/cm2)
Un -33% dosis 2 (f´c = 152 kg/cm2)
Un -34% dosis 3 (f´c = 151 kg/cm2).
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GRÁFICA 2 : Porcentaje de variación
CP vs CP + Fibra de Acero (Curado)
GRÁFICA 3: Porcentaje de variación
CP vs CP + Fibra Sintética (Curado)
Máquina de rotura de testigos a
compresión
Préstamo Universidad Señor de Sipán
- Chiclayo
Ensayo para determinar la
resistencia a la flexión del concreto
en vigas simplemente apoyadas con
cargas a los tercios del tramo. NTP
339.078 2012
De los resultados obtenidos del
ensayo a flexión en vigas, del concreto
patrón a los 28 días: se obtuvo una
resistencia Mr = 35 kg/cm2 (curado) y
Mr = 29 kg/cm2 (sin curar).
Se aprecia una reducción del -16% de
su resistencia.
De los resultados obtenidos a los 28
días: A medida que aumentamos la
cantidad de fibra de acero al concreto
patrón Mr = 35 kg/cm2 (curado):
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La resistencia a flexión de las
muestras curadas aumenta en:
Un +16% dosis 1 (Mr = 40 kg/cm2)
Un +20% dosis 2 (Mr = 42 kg/cm2)
Un +25% dosis 3 (Mr = 43 kg/cm2).
La resistencia a flexión de las mues-
tras sin curar aumenta/disminuye en:
Un +5% dosis 1 (Mr = 36 kg/cm2)
Un -2% dosis 2 (Mr = 34 kg/cm2)
Un +5% dosis 3 (Mr = 36 kg/cm2).
De los resultados obtenidos a los 28
días: A medida que aumentamos la
cantidad de fibra sintética adicionado
al concreto patrón Mr = 35 kg/cm2
(curado):
La resistencia a flexión de las
muestras curadas aumenta en:
Un +11% dosis 1 (Mr = 39 kg/cm2)
Un +13% dosis 2 (Mr = 39 kg/cm2)
Un +19% dosis 3 (Mr = 41 kg/cm2).
La resistencia a flexión de las mues-
tras sin curar aumenta/disminuye en:
Un -1% dosis 1 (Mr = 34 kg/cm2)
Un +2% dosis 2 (Mr = 35 kg/cm2)
Un -1% dosis 3 (Mr = 34 kg/cm2).
GRÁFICA 4 : Porcentaje de variación
CP vs CP + Fibra de Acero (Curado)
GRÁFICA 5: Porcentaje de variación
CP vs CP + Fibra Sintética (Curado)
Acople de flexión en vigas a los tercios
para maquina a compresión Préstamo
DINO - Chiclayo
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Máquina de rotura de testigos a
compresión
Préstamo Distribuidora del Norte DINO
– Chiclayo
Ensayo estándar para la
determinación de la resistencia a la
flexión del concreto con fibras de
refuerzo (usando cargas centrales
alrededor de un panel). NTP 339.206
2007
De los resultados obtenidos del
ensayo de absorción de energía del
concreto patrón a los 28 días a una
deflexión de 10 mm: se obtuvo una
tenacidad EA = 54.77J (curado) y EA =
50.32 J (sin curar). Se aprecia una
reducción del -8% de su resistencia.
De los resultados obtenidos a los 28
días: A medida que aumentamos la
cantidad de fibra de acero adicionado
al concreto patrón EA = 54.77 J
(curado):
La energía absorbida de las muestras
curadas aumenta en:
Un +97% dosis 1 (EA = 108.05 J)
Un +198% dosis 2 (EA = 163.38 J)
Un +206% dosis 3 (EA = 167.70J).
La energía absorbida de las muestras
sin curar aumenta en:
Un +70% dosis 1 (EA = 93.27 J),
Un +136% dosis 2 (EA = 129.09J)
Un +158% dosis 3 (EA = 141.24J)
De los resultados obtenidos a los 28
días: A medida que aumentamos la
cantidad de fibra sintética adicionado
al concreto patrón EA = 54.77 J
(curado):
La energía absorbida de las muestras
curadas aumenta en:
Un +39% dosis 1 (EA = 76.04 J),
Un +48% dosis 2 (EA = 80.76 J) y
Un +121% dosis 3 (EA = 121.18J)
La energía absorbida de las muestras
sin curar aumenta en:
Un +13% dosis 1 (EA = 62.00 J),
Un +28% dosis 2 (EA = 70.22J) y
Un +103% dosis 3 (EA = 110.89J)
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Máquina de determinación de
absorción de energía en PSI
GRÁFICA 6 : Porcentaje de variación
CP vs CP + Fibra de Acero (Curado)
GRÁFICA 7: Porcentaje de variación
CP vs CP + Fibra Sintética (Curado
CONCLUSIONES
Se elaboró un diseño de
mezclas por el método del ACI,
del concreto convencional
(normal o patrón) con una
resistencia a la compresión de
diseño f´c = 210 kg/cm2,
obteniéndose la dosificación:
En peso: 1 – 2.18 – 2.63 – 25.5
y en volumen: 1 – 2.15 – 2.90 –
25.5 (cemento – arena – piedra
– agua) por pie3 de concreto
Se elaboraron un total de 189
muestras ensayadas (concreto
patrón y concreto con fibras) de
las cuales 63 especímenes
fueron probetas, 63
especímenes fueron vigas, y 63
especímenes fueron losas en
relación a sus NTP
Del concreto fresco: A medida
que aumentamos la proporción
de fibra de acero al concreto, la
trabajabilidad (slump) de la
mezcla disminuye
considerablemente; en el caso
de la fibra sintética, disminuye
moderadamente.
Se empleó el uso del aditivo
curador de concreto Sika
Antisol S aplicado a 126
muestras (distribuidas
equitativamente entre probetas,
vigas y losas). 63 muestras no
fueron curadas
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Del concreto endurecido a los
28 días:
El uso de fibras de acero como
sintéticas, no influyen en el
aumento de la resistencia a
compresión.
El uso de fibras de acero como
sintéticas aumentan la
resistencia a flexión del
concreto, siendo la fibra de
acero dosis 3 = 45 kg/cm2 con
la que se obtuvo mejores
resultados.
El uso de fibras de acero como
sintéticas aumentan
considerablemente la tenacidad
del concreto. Siendo la fibra de
acero dosis 3 = 45 kg/cm2 con
la que se obtuvo mejores
resultados.
BIBLIOGRAFÍA
PATAZCA ROJAS PEDRO,
TAFUR BUSTAMANTE
JORGE.Evaluación comparativa
de la resistencia a compresión y
a flexión del concreto
convencional, concreto con fibra
de acero sikafiber Cho 80/60
Nb, y concreto con fibra
sintética sikafiber force PP/PE-
700/55
NTP 339.033:2009. HORMIGÓN
(CONCRETO). Práctica
normalizada para la elaboración y
curado de los especímenes de
concreto de campo. 3a. ed. Lima:
INDECOPI ,2009. 17 p.
NTP 339.034:2008. HORMIGÓN
(CONCRETO). Método de
ensayo normalizado para la
determinación de la resistencia a
la compresión del concreto, en
muestras cilíndricas. 3a. ed.
Lima: INDECOPI ,2008. 18 p.
NTP 339.078:2012. CONCRETO.
Método de ensayo para
determinar la resistencia a la
flexión del concreto en vigas
simplemente apoyadas con
cargas a los tercios del tramo. 3a.
ed. Lima: INDECOPI ,2012. 10 p.
NTP 339.206:2007. HORMIGÓN
(CONCRETO). Método de
ensayo estándar para la
determinación de la resistencia a
la flexión del concreto con fibras
de refuerzo (usando cargas
centrales alrededor de un panel).
1a. ed. Lima: INDECOPI ,2007.
10 p.
Hoja técnica digital. Sikafiber
CHO 80/60 NB. Sika Perú S.A.
Lima, Febrero 2013. 2a ed.
Disponible en: www.sika.com.pe
Hoja técnica digital. Sikafiber
Force PP-PE-700-55. Sika Perú
S.A. Lima, Octubre 2012. 1a ed.
Disponible en: www.sika.com.pe
Hoja técnica digital. Sika Antisol
S. Sika Perú S.A. Lima, Febrero
2012. 9a ed. Disponible en:
www.sika.com.pe
