IX Congreso Nacional De Estudiantes De Ingeniería Civil UNI-FIC Página 1 de 8 “ APORTE ESTRUCTURAL DE LAS FIBRAS DE POLIPROPILENO FIBRILADAS EN LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO “ AREA II Autor : Bach ille r Ing. Ci vil CHRI STIAN PALO MINO HIDA LGO Ase sor : Ingenie ro GERMA N VIVAR ROMER O “ UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZ AGA DE ICA “ e-mail: [email protected]1. RESUMEN La investigación que presento , constituye la construcción y ensayo de 12 lo sas (2m*2m) de distintos espesores, esto representa el ensayo principal. Paralelamente y después del ensayo principal, se realizo el ensayo de flexión, compresión y exudación del concreto, estos conforman los ensayos complementarios. La realización integral de la investigación tiene el objetivo de verificar el incremento de la resistencia de los pavimentos de concreto, al ser adicionados con fibras de polipropileno. 2. INTRODUCCION Las fisuras y las desintegraciones son modos d e falla comunes que se presentan en los pavimentos y en la actualidad existen diferentes investigaciones que se han encaminado a fin de evitar ó disminuir la acción de estas degradaciones. Las fibras sintéticas de polipropilen o confiere al concreto beneficios en la resistencia a la contracción, impacto, abrasión, permeabilidad. UNICON S.A. lider ando el avance de nuevas alternativas para la construcción de estructuras diseñ adas por durabilidad ha estudiado el incremento que este tipo de refuerzo le confiere a la matriz de concreto. 3. OBJETIVO S CONCRET OS Conocer el incremento que le confiere la fibra de polipropileno al concre to, las ventajas de utilizar fibras. 4. HIPOTESIS DEL PROBLEMA Las fallas son disminuidas, debido a que la adición de fibras, convierte al concreto un refuerzo adicional que redistribuye los esfuerzos a mayor área de influencia. 5. DESARRR OLLO DE LA PONENCIA 5.1 DESAR ROLLO DEL ESTUD IO 5.1 .1 . DESCR IPCION Y CONSTR UCCION DE ESPECI MENES DE ENSAYO Los especimenes consistieron en la construcción de 12 losas cuadradas de 2m de lado (dimensión menor al radio de rigidez relativa teórica(, donde la variable seria el espesor según se muestra en el cuadro 1.1. Las losas serán ensayadas sobre una base granular (F igura 1.1.). Las fibr as de polipropileno fueron adic ionadas in situ a la proporción estándar de 900 gr/m3 de concreto. La diferencia entre la exudación de las losas con y sin adición de fibras fue un parámetro a resaltar y que al mezclar manualmente ó usando “ trompito “ con las paletas desgastadas, se producía el “ ovillamiento “ de las fibras, es decir que las fibras se agrupaban y no se distribuían uniformemente en la mezcla. El concreto obtenido utilizando el mixer, no pres enta ba estos pro blemas.
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“ APORTE ESTRUCTURAL DE LAS FIBRAS DE POLIPROPILENO FIBRILADAS EN LOS PAVIMENTOS DECONCRETO “
AREA II
Autor : Bachiller Ing. Civil CHRISTIAN PALOMINO HIDALGOAsesor : Ingeniero GERMAN VIVAR ROMERO
“ UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA “e-mail: [email protected]
1. RESUMEN
La investigación que presento , constituye la construcción y ensayo de 12 losas (2m*2m) de distintos espesores, esto
representa el ensayo principal. Paralelamente y después del ensayo principal, se realizo el ensayo de flexión, compresióny exudación del concreto, estos conforman los ensayos complementarios.
La realización integral de la investigación tiene el objetivo de verificar el incremento de la resistencia de los pavimentos
de concreto, al ser adicionados con fibras de polipropileno.
2. INTRODUCCION
Las fisuras y las desintegraciones son modos de falla comunes que se presentan en los pavimentos y en la actualidad
existen diferentes investigaciones que se han encaminado a fin de evitar ó disminuir la acción de estas degradaciones.
Las fibras sintéticas de polipropileno confiere al concreto beneficios en la resistencia a la contracción, impacto, abrasión,
permeabilidad.
UNICON S.A. liderando el avance de nuevas alternativas para la construcción de estructuras diseñadas por durabilidad
ha estudiado el incremento que este tipo de refuerzo le confiere a la matriz de concreto.
3. OBJETIVOS CONCRETOS
Conocer el incremento que le confiere la fibra de polipropileno al concreto, las ventajas de utilizar fibras.
4. HIPOTESIS DEL PROBLEMA
Las fallas son disminuidas, debido a que la adición de fibras, convierte al concreto un refuerzo adicional que redistribuye
los esfuerzos a mayor área de influencia.
5. DESARRROLLO DE LA PONENCIA
5.1 DESARROLLO DEL ESTUDIO
5.1.1. DESCRIPCION Y CONSTRUCCION DE ESPECIMENES DE ENSAYO
Los especimenes consistieron en la construcción de 12 losas cuadradas de 2m de lado (dimensión menor al radio de
rigidez relativa teórica(, donde la variable seria el espesor según se muestra en el cuadro 1.1.
Las losas serán ensayadas sobre una base granular (Figura 1.1.). Las fibras de polipropileno fueron adicionadas in situ a
la proporción estándar de 900 gr/m3 de concreto.
La diferencia entre la exudación de las losas con y sin adición de fibras fue un parámetro a resaltar y que al mezclar
manualmente ó usando “ trompito “ con las paletas desgastadas, se producía el “ ovillamiento “ de las fibras, es decirque las fibras se agrupaban y no se distribuían uniformemente en la mezcla. El concreto obtenido utilizando el mixer, no
presentaba estos problemas.
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5.1.3. RESULTADOS OBTENIDOS DE LA INVESTIGACION
5.1.3.1 INCREMENTO ESTRUCTURAL.- Los resultados muestran un incremento significativo de la resistencia a la
primera grieta y a la rotura del espécimen, con tendencia a crecer en función con el espesor al cuadrado de la losa(Westegaard) (1). Este comportamiento tiene una explicación simple, las fibras se oponen primero al agrietamiento de la
losa, pero una vez producida las fibras redistribuyen y asumen esfuerzos, esto explica la resistencia post-fisuramiento del
concreto ( Cuadro 1.2 - 1.3 y Figura 1.2 - 1.3 ). En resumen el incremento hallado es :
Carga Primera Grieta Carga Rotura
Increm Prom (%) 40 % 30 %
CARGA DE PRIMERA GRIETA EXPERIMENTAL
Losa No. Espesro (Pg) Carga ( Ton ) Promedio ( Ton )
L1 4 3.14
L2 4 6.14 4.64
L3 4 4.29
L4 4 6.09 5.19
L5 5 5.41
L6 5 5.70 5.56
L7 5 8.30
L8 5 10.04 9.17
L9 6 7.02
L10 6 7.80 7.41
L11 6 8.50
L12 6 13.73 11.12
Cuadro 1.2 y Figura 1.2: El cuadro muestra el resultado de los ensayos, mientras que la figura la tendencia de losresultados.
1 Pavimentos de Concreto de fibras 2 Pavimento de Concreto con fibras de Polipropileno
CARGA DE ROTURA EXPERIMENTAL
Losa No. Espesro (Pg) Carga ( Ton ) Promedio ( Ton )
L1 4 11.87
L2 4 12.08 11.97
L3 4 15.66
L4 4 15.69 15.68L5 5 20.06
L6 5 18.73 19.4
L7 5 26.06
L8 5 28.75 27.41
L9 6 27.64
L10 6 23.07 25.36
L11 6 36.06
L12 6 31.44 33.75
Cuadro 1.3 y Figura 1.3: El cuadro muestra el resultado de los ensayos, mientras que la figura la tendencia de losresultados.
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5.1.3.2. ENSAYOS COMPLEMENTARIOS DEL ESTUDIO.- El ensayo a compresión realizado según la norma ASTM
C-39, muestra que efectivamente existe un incremento del 6%, este resultado es próximo al encontrado por Sinthetyc
Industries es decir 10 % ( Cuadro 1.4 ).
La tasa de exudación (ASTM C-232) encontrada para diferentes tipos de concreto muestra un decrecimiento al adicionarfibras de polipropileno en 64 % a 172 % para concretos de 175 kg/cm2 y 210 kg/cm2 respectivamente( Cuadro 1.5 ). La
PCA sostiene que para una tasa de exudación de 0.5 - 0.1 kg/m2/hr se deberá utilizar 0.1 % en volumen de fibras y sobre
0.1 kg/m2/hr se utilizará el doble(3).
Tipo de Concreto (kg/cm2) Incremento
f c sin fibras f c con fibras Porcentual ( % )
273 289 6
Cuadro 1.4: Muestra los resultados del ensayo de exudación al concreto fresco.
f c Tasa Exudación Decrecimiento
(kg/cm2) kg/m2/hora (%)
175sf 0.6
175cf 0.4 64
210sf 0.5
210cf 0.2 172
sf y cf : Concreto sin y con fibras
Cuadro 1.5: Muestra los resultados del ensayo de exudación al concreto fresco.
5.1.3.3. ANGULO DE FALLA DEL CONCRETO.-La totalidad de Especimenes ensayados sufrieron igual fallaprogresiva es decir falta local por punzonamiento en la Base Granular y falla por corte en la losa ( Figura 1.4 y
Fotografía 1.3 ). Para la base de soporte analizada se calculó el esfuerzo de falla por punzonamiento (4) (qd=
23.96kg/cm2), luego se calcula el área cargada (P/q) utilizando las cargas de rotura (Cuadro 1.3 ), lego el diámetro
y finalmente al ángulo de falla del concreto. El cuadro 1.6 confirma el ángulo de falla para Concreto Simple(45º )
y muestra un ángulo diferente para las losas con adición de fibras(53º ).
Figura 1.4 y Fotografía 1.3: se observa Primero la forma de falla asumida , así como el ángulo teórico y en laFotografía la forma real de falla.
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Espesor de Angulo de Falla ( X )
Pavimento ( pg ) Con Fibras Sin Fibras
4 57 50
4 56 505 50 45
5 52 43
6 49 43
6 53 46
Promedio 53 46
cuadro 1.6: Angulo de falla para diferentes tipos de concreto
5.1.3.4. RESULTADOS DE ESTUDIOS ANTERIORES.- Los estudios del A.C.I. ( Comité 544.1R) y del productor de
fibras FIBERMESH(SINTHETYC INDUSTRIES) muestran documentos donde se encuentran mejoras en las propiedadesdel concreto fresco y endurecido. Estos instrumentos bibliográficos sirvieron de columna vertebral para la presente
investigación y servirán de soporte para futuros estudios sobre este tema. Siendo los citados documentos, los más
completos sobre el concreto con fibras de polipropileno y se muestra a continuación:
* Laboratorio Signet
** Laboratorio San José
Nota: los ensayos fueron
realizados con las siguientes
características de su
componentes; relación a/c 0.6 ytamaño máximo del agregado
grueso 3/4”.
Referencia: “ La evaluación de
fibras en el concreto ”
Cuadro 1.7: Ensayo a compresión (ASTM C-39) comparando concreto con y sin fibras. los resultados muestran unincremento (5).
Curado Concreto sin Fibras(kg/cm2) Concreto sin Fibras (kg/cm2) Incremento
Días Individual Promedio Individual Promedio Promedio
17 21
7 20 18 20 21 12
26 27
28 25 26 29 28 9
Cuadro 1.8: Ensayo a flexión (ASTM-78) comparando concreto con y sin fibras. Los resultados muestran unincremento. Estudio realizado por SINTHETYC INDUSTRIES(2).
Curado
Proporción de
Fibras
Resistencia a la
Compresión
(kg/cm2 ) Incremento
( días ) (gr/m3) Individual Promedio Promedio ( % )
0 145 0
7 600 162 12
1200 165 157 14
0 278
0 280 279 0
600 304
28 600 301 303 9
1200 311
1200 310 310 11
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Cuantificación de grietas en los paneles de ensayo
Tipo de Ancho de Grieta(mm) Largo de Profundidad % de
panel min a max Promedio Grieta mm mm reducción0-0.25 0.13 254 33
Control 0.26-0.75 0.50 229 115
0.76-1.25 1.00 229 229
1.26-1.75 1.50 203 305
total 915 682 0%
Fibras 0-0.25 0.13 254 33
total 254 33 99
Formula = ( 1 - ( Area de agritamiento fibe ))*100= 99
( Area de agritamiento Plain)
“ Las grietas en el panel serán comparadas en el laboratorio en :“ SAN JOSE STATES UNIVERTY CONCRETE LABORATORY “.
Las dimensiones del panel de prueba es:(610x914x51mm).
Cuadro 1.9: Ensayo a Contracción del concreto fresco comparando concreto con y sin fibras. Los resultados muestranun incremento. SINTHETYC INDUSTRIES (2).
ENSAYO DE ABRASION
Característica Concreto de Control
Concreto con
Fibermesh
Individual Promedio Individual Promedio
"(1)" 2116.5 2011.7
Peso Inicial (gr) "(2)" 2130.0 2022.7
"(3)" 2097.3 2114.6 2020.6 2018.3
Peso Final (gr) "(1)" 2074.0 2000.0
Duración del "(2)" 2111.5 2008.4
Ensayo=6minutos "(3)" 2073.5 2086.3 2005.2 2004.5
Análisis de los resultados promedios obtenidos en el ensayo
Peso perdido gramos 28.3 13.8
Area abrasión sqxcm 89.7 89.7
Peso Perdido/area gr/sqxcm 0.32 0.15
Cuadro 1.10: Ensayo de Abrasión comparando concreto con y sin fibras. los resultados muestran un incremento.SINTHETYC INDUSTRIES (2).
Figura 1.5: Ensayo al Impacto (Norma ACI 544.2R) comparando concreto con y sin fibras. Los resultados muestran unincremento. A.C.I Comité 544.1R-AÑO 2001(5).
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Cantidad de Fibras (%)
Figura 1.6: Ensayo a flexión realizado utilizando la norma ASTMC 1018 comparando concreto con y sin fibras. Losresultados muestran un incremento. A.C.I. Comité 544.1R-AÑO 2001(5).
6) CONCLUSIONES
El mezclado de los componentes del concreto ó el uso de equipo defectuoso, pueden provocar el ovillamiento de la fibras
multifilamento fibrilados y llevar a una concepción equivocada de sus propiedades y ventajas de su uso. Esta es la razón
principal por la cual su utilización está restringida exclusivamente a la industria del concreto premezclado.
El análisis de los resultados de esta investigación muestra un incremento del orden del 30 % del porcentaje a al rotura
del espécimen, recomendándose efectuar mayores investigaciones en ese sentido.
Existe un cúmulo de propiedades mejoradas por las fibras, no solo en estado fresco, sino endurecido. La menorexudación y segregación del agregado resulta en un concreto más compacto y menos permeable
( disminución de las fisuras por contracción ). El incremento de la resistencia a el flexo - tracción (ACI, Comité 544.1R) por
su distribución multidimensional.
Se pudo comprobar in-situ que el ángulo de falla( 53º ) de los pavimentos con fibras era diferente a los sin fibras ( 45 ),
midiendo la fracción sobrante esto demuestra que la redistribución de esfuerzos después de la primera grieta induce los
esfuerzos de corte a mayor ángulo de falla ( 53º ).
Las fibras de polipropileno interrumpen la continuidad de los poros capilares y evita la sedimentación de los Sólidos en
el proceso de exudación, por esta razón en los ensayos realizados, la tasa de exudación decrece desde 64 % hasta 172 %
para f‘c de 174kg/cm2 y 210kg/cm2 respectivamente.
si bien los Cálculos del espesor de pavimentos rígidos se realizan generalmente para las cargas en esquina, la
investigación tuvo como finalidad verificar el comportamiento de las fibras en la totalidad de la matriz y por lo tanto la
mejor manera era aplicando carga central y no en esquina.
7) RECOMENDACIONES
Se recomienda continuar con esta investigación, realizando un estudio sobre las cuantificación de la tenacidad; variando
los contenidos de fibras y relación a/c.
8) LISTA DE SIMBOLOS
L-n(1): Identificación de losa sin fibras.
L-n(2) : Identificación de losa con fibras.
n: número de losa desde el 1 hasta 12. Es decir: L-1....L-12.
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