FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
USO DE LA FIBRA DE PENCA, COMO REFUERZO ANTE CARGAS DE COMPRESIÓN EN EL CONCRETO
“
”
Estudiantes: CORTEZ MOROCHO, Eker
ROJAS CHÁVEZ, Marcela
DIAZ BURGOS, Dany TASILLA AYAY, Doris
ZELADA RODRÍGUEZ, Elvis
Profesor: ROJAS MONTOYA, Anghela Magaly
Curso: Tecnología del concreto
Cajamarca, del 2016
Contenido
1. INTRODUCCIÓN: ...................................................................... 3 a. Objetivos: .............................................................................. 3 2. METODOLOGIA: ....................................................................... 4 a. Preparación y curado de la penca ....................................... 4 b. Diseño de la mezcla (método ACI) ....................................... 5 c. Preparación de cilindros. ..................................................... 8 d. Preparación de la mezcla ..................................................... 9 f. Almacenamiento y curado de los cilindros....................... 12 g. Ensayos que se realizan al concreto ................................. 13 3. RESULTADOS ........................................................................ 14 a. Resumen de resultados ...................................................... 32 4. ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS......................... 35 5. CONCLUSIONES .................................................................... 35
2
1. INTRODUCCIÓN: El concreto es el material de construcción de mayor uso en el ámbito de la ingeniería civil; gracias a su trabajabilidad, precio económico y sobre todo a que el cemento (su compuesto fundamental), es producido por numerosas empresas (Reyes y Rodríguez, 2010). El principal propósito del concreto reforzado con fibras es mejorar su resistencia a compresión y evitar su agrietamiento. Las fibras mantienen unida la mezcla de concreto, evitando el agrietamiento durante el moldeado y secado dando al producto suficiente resistencia para soportar el transporte, la manipulación e instalación. (Gonzáles, 2004). El uso de fibras naturales es una alternativa para reforzar el concreto simple, debido a que éstas ayudan a adherir la mezcla, además de ser elementos ecológicos. Se han hecho estudios similares utilizando fibras naturales de otras procedencias, tal es el caso de la fibra de bagazo de caña y la fibra de lechuguilla en el norte del país (revista digital, (2007), Artículo: Como hacer concreto con fibras). Para nuestro estudio se eligió a la fibra de penca, debido a que es una planta común de la provincia de Cajamarca. Por tal motivo en el desarrollo de este trabajo de investigación comparando las propiedades mecánicas entre un concreto convencional y uno reforzado con fibra de penca.
a. Objetivos:
Conocer las propiedades propiedades mecánicas y químicas de la fibra de penca, al ser usada como refuerzo de concreto.
Identificar las ventajas y desventajas del uso de la fibra de penca, penca, en la elaboración de bloques de concreto.
Comparar las características mecánicas de resistencia a la Compresión entre el concreto convencional y concreto reforzado con fibra de penca.
3
2. METODOLOGIA: a. Preparación y curado de la penca Luego de ser extraída, fue expuesta al sol, para obtener su fibra; finalmente ésta se cura en lechada de cal, con el fin de generar una capa que la proteja del ataque del cemento.
FOTOGRAFIA N° 1. Extracción de la penca blanca.
Fuente: Elaboración propia.
4
FOTOGRAFIA N° 2. Fibra de penca blanca.
Fuente: Elaboración propia. b. Diseño de la mezcla (método ACI) Resistencia: 210 Kg ⁄ cm Asentamiento: Plástico. DATOS DE LABORATORIO: Cemento Cemento Pacasmayo Extraforte. Peso específico 3,15 gr ⁄ cm
Agregado fino Peso específico de masa
, ⁄
Absorción
0,91%
Módulo de finura
2,847
Contenido de humedad
0,15%
5
Agregado grueso Peso específico de masa
, ⁄
1 1/2"
Tamaño máximo nominal Peo seco compactado
1571,543 Kg ⁄ m
0,98% 0,05% 7,3
Absorción Contenido de humedad Módulo de finura
Determinación de la resistencia promedio
′ = ⁄ + ⁄ = /
Tamaño máximo del agregado
1 1/2"
Asentamiento
3" a 4"
Volumen unitario de agua
181 lt/m
Contenido de aire
1%
Relación agua/cemento
0,558
Factor cemento
324,373 Kg/m
Contenido de agregado grueso
1123,653 Kg/m
Volúmenes absolutos
CEMENTO
0,103
AGUA
0,181
AIRE
0,010
AGREGADO GRUESO
0,445
Contenido de agregado fino Valores de diseño de mezcla
0,261 m
CEMENTO 324,373 Kg/
AGUA 181 lt/
AGREGADO FINO SECO 703,917 Kg/
6
AGREGADO GRUESO SECO 1123,653 Kg/
Valores
de
diseño
de
mezcla CEMENTO
corregidos
324,373 Kg/
AGUA 197,362 lt/
AGREGADO FINO 704,973 Kg/
AGREGADO GRUESO 1124,215 Kg/
CÁLCULO DEL MATERIAL NECESARIO PARA 3 PROBETAS Altura: 0,3 m
Volumen de 1 probeta
Diámetro: 0,154 m Volumen: 0,00559 m 3 Cemento: 5,982 Kg Agua: 3,639 LITROS
Volumen de concreto
Agregado fino: 13 Kg
necesario para 3 probetas
Agregado grueso: 20,731 Kg
más 10% de desperdicio
FIBRA DE PENCA: Para el 0,5%: 0,104 Kg Para el 1%: 0,434 Kg
7
c. Preparación de cilindros.
Lijamos los moldes cilíndricos.
Pasamos petróleo para que no se adhiera el concreto.
FIGURA N°3. Preparación de moldes cilíndricos.
Fuente: Elaboración propia
8
d. Preparación de la mezcla
Primero agregamos un 10% de agua al trompo.
FIGURA N° 4. Medimos el agua en una probeta.
Fuente: Elaboración propia
Mesclado en el trompo los agregados (fino y grueso), cemento y agua.
9
Foto N° 6: Mezclado de materiales. Fuente: Elaboración propia.
Agregamos el 5 % de la fibra de penca.
Foto N° 7: Agregado de la fibra de penca. Fuente: Elaboración propia.
e. Moldeado de los cilindros de prueba o
Colocamos los moldes cilíndricos en una superficie nivelada. 10
o
Colocamos el concreto en el molde distribuyéndolo en el interior del molde con la cuchara.
Compactamos la capa apisonadora 25 veces uniformemente
o
distribuidas en la capa. o
Golpeamos los lados del molde de 10 a 15 veces con el mazo de caucho luego de colocar cada capa para cerrar los vacíos dejados por la varilla.
o
Enrasamos la superficie con la espátula para obtener una superficie lisa y nivelada, cubrimos los especímenes con una bolsa plástica.
Foto N° 8: Preparación de las probetas. Fuente: Elaboración propia.
11
f. Almacenamiento y curado de los cilindros o
Trasladamos los moldes de los cilindros con su contenido de concreto en estado fresco de manera cuidadosa sosteniéndolos por la parte inferior de dicho molde para así poder tr asladarlo al tanque de curado.
o
Procedemos al curado de las probetas de concreto sumergiendo totalmente en agua.
o
Protegemos los cilindros de la luz directa del sol o de fuentes de calor y vibraciones.
Foto N° 9: Curado de las probetas. Fuente: Elaboración propia.
12
g. Ensayos que se realizan al concreto
Compresión
Es un método a través del cual se puede verificar si el concreto empleado en obra, logra alcanzar la resistencia exigida, El ensayo a la compresión se considera un método destructivo porque es necesaria la rotura de las probetas para determinar la resistencia a la compresión de las mismas.
Las probetas para el ensayo a la compresión deben ser de forma cilíndrica.
Equipos necesarios:
Máquina universal de ensayos
Medidor de deformación o LVDT
Pie de Rey
13
3. RESULTADOS PROBETA N°01 CONCRETO CON 0,5 % DE FIBRA DE PENCA ID PROBETA
D1
FECHA DE ELABORACIÓN
22/10/2016
FECHA DE ENSAYO
28/10/2016
EDAD DE CURADO DE PROBETA
5 DÍAS
DIÁMETRO DE PROBETA (cm)
15,4
ÁREA (cm2)
186,265
CARGA ÚLTIMA (Kg)
18506
RESISTENCIA (Kg/cm2)
99,353
DEFORMACI N (mm) 0
(Kg/cm2)
Eu (%)
1
CARGA (Kg) 0
0,00000
0,00000%
2
1000
0,280
5,36870
0,09333%
3
2000
0,300
10,73739
0,10000%
4
3000
0,333
16,10609
0,11100%
5
4000
0,337
21,47478
0,11233%
6
5000
0,345
26,84348
0,11500%
7
6000
0,355
32,21217
0,11833%
8
7000
0,358
37,58087
0,11933%
9
8000
0,365
42,94956
0,12167%
10
9000
0,400
48,31826
0,13333%
11
10000
0,410
53,68695
0,13667%
12
11000
0,415
59,05565
0,13833%
13
12000
0,425
64,42434
0,14167%
14
13000
0,450
69,79304
0,15000%
15
14000
0,456
75,16173
0,15200%
16
15000
0,490
80,53043
0,16333%
N°
14
ESFUERZO VS DEFORMACIÓN 0.18% 0.16% 0.14% ) 0.12% % ( N Ó I 0.10% C A M0.08% R O F E D0.06%
0.04% 0.02% 0.00% 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
ESFUERZO (Kg/cm2)
Foto N° 10: Probeta D1 sometida al ensayo de compresión. Fuente: Elaboración propia.
15
PROBETA N°02 CONCRETO CON 0,5 % DE FIBRA DE PENCA ID PROBETA
D2
FECHA DE ELABORACIÓN
22/10/2016
FECHA DE ENSAYO
28/10/2016
EDAD DE CURADO DE PROBETA
5 DÍAS
DIÁMETRO DE PROBETA (cm)
15,4
ÁREA (cm2)
186,265
CARGA ÚLTIMA (Kg)
16525
RESISTENCIA (Kg/cm2)
88,718
N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
CARGA (Kg) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000
DEFORMACIÓN
(Kg/cm2)
Eu (%)
0 0,330 0,355 0,370 0,380 0,389 0,392 0,412 0,422 0,425 0,435 0,445 0,452 0,455 0,460 0,470
0,00000 5,36870 10,73739 16,10609 21,47478 26,84348 32,21217 37,58087 42,94956 48,31826 53,68695 59,05565 64,42434 69,79304 75,16173 80,53043
0,00000% 0,11000% 0,11833% 0,12333% 0,12667% 0,12967% 0,13067% 0,13733% 0,14067% 0,14167% 0,14500% 0,14833% 0,15067% 0,15167% 0,15333% 0,15667%
16
ESFUERZO VS DEFORMACIÓN 0.18% 0.16% 0.14% ) 0.12% % ( N Ó I 0.10% C A M0.08% R O F E D0.06%
0.04% 0.02% 0.00% 0
10
20
30
40
ESFUERZO
50
60
70
80
90
(Kg/cm2)
Foto N° 11: Probeta D2 sometida al ensayo de compresión. Fuente: Elaboración propia.
17
PROBETA N°03
CONCRETO CON 0,5 % DE FIBRA DE PENCA ID PROBETA
D3
FECHA DE ELABORACIÓN
22/10/2016
FECHA DE ENSAYO
28/10/2016
EDAD DE CURADO DE PROBETA
5 DÍAS
DIÁMETRO DE PROBETA (cm)
15,4
ÁREA (cm2)
186,265
CARGA ÚLTIMA (Kg)
17681
RESISTENCIA (Kg/cm2)
94,924
1
CARGA (Kg) 0
2
1000
0,310
5,36870
0,10333%
3
2000
0,340
10,73739
0,11333%
4
3000
0,351
16,10609
0,11700%
5
4000
0,370
21,47478
0,12333%
6
5000
0,380
26,84348
0,12667%
7
6000
0,381
32,21217
0,12700%
8
7000
0,390
37,58087
0,13000%
9
8000
0,408
42,94956
0,13600%
10
9000
0,417
48,31826
0,13900%
11
10000
0,430
53,68695
0,14333%
12
11000
0,440
59,05565
0,14667%
13
12000
0,450
64,42434
0,15000%
14
13000
0,460
69,79304
0,15333%
15
14000
0,461
75,16173
0,15367%
16
15000
0,475
80,53043
0,15833%
N°
DEFORMACIÓN
(Kg/cm2)
Eu
0
0,00000
0,00000%
18
ESFUERZO VS DEFORMACIÓN 0.18% 0.16% 0.14% ) 0.12% % ( N Ó I 0.10% C A M0.08% R O F E D0.06%
0.04% 0.02% 0.00% 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
ESFUERZO (Kg/cm2)
Foto N° 12: Probeta D3 sometida al ensayo de compresión. Fuente: Elaboración propia.
19
PROBETA N°04 CONCRETO CON 1% DE FIBRA DE PENCA ID PROBETA
D4
FECHA DE ELABORACIÓN
05/11/2016
FECHA DE ENSAYO
11/11/2016
EDAD DE CURADO DE PROBETA
5 DÍAS
DIÁMETRO DE PROBETA (cm)
15,4
ÁREA (cm2)
186,265
CARGA ÚLTIMA (Kg)
17151
RESISTENCIA (Kg/cm2)
92,078
N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
CARGA (Kg) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000
DEFORMACIÓN
(Kg/cm2)
Eu (%)
0 0,200 0,220 0,235 0,245 0,254 0,260 0,270 0,272 0,278 0,290 0,295 0,300 0,310 0,316 0,320
0,00000 5,36870 10,73739 16,10609 21,47478 26,84348 32,21217 37,58087 42,94956 48,31826 53,68695 59,05565 64,42434 69,79304 75,16173 80,53043
0,00000% 0,06667% 0,07333% 0,07833% 0,08167% 0,08467% 0,08667% 0,09000% 0,09067% 0,09267% 0,09667% 0,09833% 0,10000% 0,10333% 0,10533% 0,10667%
20
ESFUERZO VS DEFORMACIÓN 0.12%
0.10%
0.08%
N Ó I C A M0.06% R O F E D0.04%
0.02%
0.00% 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
ESFUERZO (Kg/cm2)
Foto N° 12: Probeta D4 sometida al ensayo de compresión. Fuente: Elaboración propia.
21
PROBETA N°05 CONCRETO CON 1% DE FIBRA DE PENCA D5
ID PROBETA FECHA DE ELABORACIÓN
05/11/2016
FECHA DE ENSAYO
11/11/2016 5 DÍAS
EDAD DE CURADO DE PROBETA
15,4
DIÁMETRO DE PROBETA (cm)
186,265
ÁREA (cm2) CARGA ÚLTIMA (Kg)
16116
RESISTENCIA (Kg/cm2)
86,522
N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
CARGA (Kg) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000
DEFORMACIÓN
(Kg/cm2)
Eu (%)
0 0,150 0,175 0,194 0,205 0,220 0,225 0,234 0,246 0,250 0,257 0,265 0,274 0,283 0,289 0,293
0,00000 5,36870 10,73739 16,10609 21,47478 26,84348 32,21217 37,58087 42,94956 48,31826 53,68695 59,05565 64,42434 69,79304 75,16173 80,53043
0,00000% 0,05000% 0,05833% 0,06467% 0,06833% 0,07333% 0,07500% 0,07800% 0,08200% 0,08333% 0,08567% 0,08833% 0,09133% 0,09433% 0,09633% 0,09767%
22
ESFUERZO VS DEFORMACIÓN 0.12% 0.10% N0.08% Ó I C A M0.06% R O F E D0.04%
0.02% 0.00% 0
10
20
30
40
50
60
ESFUERZO
(Kg/cm2)
70
80
90
100
Foto N° 12: Probeta D5 sometida al ensayo de compresión. Fuente: Elaboración propia.
23
PROBETA N°06 CONCRETO CON 1% DE FIBRA DE PENCA D6
ID PROBETA FECHA DE ELABORACIÓN
05/11/2016
FECHA DE ENSAYO
11/11/2016 5 DÍAS
EDAD DE CURADO DE PROBETA
15,4
DIÁMETRO DE PROBETA (cm)
186,265
ÁREA (cm2) CARGA ÚLTIMA (Kg)
16343
RESISTENCIA (Kg/cm2)
87,741
N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
CARGA (Kg) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000
DEFORMACIÓN
(Kg/cm2)
Eu (%)
0 0,199 0,202 0,240 0,252 0,261 0,270 0,279 0,282 0,289 0,294 0,299 0,300 0,312 0,325
0,00000 5,36870 10,73739 16,10609 21,47478 26,84348 32,21217 37,58087 42,94956 48,31826 53,68695 59,05565 64,42434 69,79304 75,16173
0,00000% 0,06633% 0,06733% 0,08000% 0,08400% 0,08700% 0,09000% 0,09300% 0,09400% 0,09633% 0,09800% 0,09967% 0,10000% 0,10400% 0,10833%
24
ESFUERZO VS DEFORMACIÓN 0.12% 0.10% ) %0.08% ( N Ó I C A0.06% M R O F 0.04% E D
0.02% 0.00% 0
10
20
30
40
50
60
70
80
CARGA (Kg/cm2)
Foto N° 12: Probeta D6 sometida al ensayo de compresión. Fuente: Elaboración propia.
25
PROBETA N°07
CONCRETO CONVENCIONAL ID PROBETA
D7
FECHA DE ELABORACIÓN
22/10/2016
FECHA DE ENSAYO
28/10/2016
EDAD DE CURADO DE PROBETA
5 DÍAS
DIÁMETRO DE PROBETA (cm)
15,4
ÁREA (cm2)
186,265
CARGA ÚLTIMA (Kg)
18603
RESISTENCIA (Kg/cm2)
99,874
1
CARGA (Kg) 0
2
1000
0.120
5.36869514
0.0004
3
2000
0.140
10.7373903
0.00046667
4
3000
0.150
16.1060854
0.0005
5
4000
0.160
21.4747806
0.00053333
6
5000
0.168
26.8434757
0.00056
7
6000
0.175
32.2121708
0.00058333
8
7000
0.180
37.580866
0.0006
9
8000
0.191
42.9495611
0.00063667
10
9000
0.200
48.3182562
0.00066667
11
10000
0.210
53.6869514
0.0007
12
11000
0.222
59.0556465
0.00074
13
12000
0.227
64.4243417
0.00075667
14
13000
0.231
69.7930368
0.00077
15
14000
0.233
75.1617319
0.00077667
16
15000
0.245
80.5304271
0.00081667
N°
DEFORMACIÓN
(Kg/ )
Eu
0
0
0
26
ESFUERZO VS DEFORMACIÓN 0.09% 0.08% 0.07% ) %0.06% ( N Ó I 0.05% C A M0.04% R O F E 0.03% D
0.02% 0.01% 0.00% 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
ESFUERZO (Kg/cm2)
Foto N° 13: Probeta D7 sometida al ensayo de compresión. Fuente: Elaboración propia.
27
PROBETA N°08 CONCRETO CONVENCIONAL ID PROBETA
D8
FECHA DE ELABORACIÓN
12/11/2016
FECHA DE ENSAYO
18/11/2016
EDAD DE CURADO DE PROBETA DIÁMETRO DE PROBETA (cm) ÁREA (cm2)
5 DÍAS 15,4 186,265
CARGA ÚLTIMA (Kg)
19203
RESISTENCIA (Kg/cm2)
103,095
1
CARGA (Kg) 0
2
1000
0,120
5,36870
0,04000%
3
2000
0,140
10,73739
0,04667%
4
3000
0,150
16,10609
0,05000%
5
4000
0,160
21,47478
0,05333%
6
5000
0,168
26,84348
0,05600%
7
6000
0,175
32,21217
0,05833%
8
7000
0,180
37,58087
0,06000%
9
8000
0,191
42,94956
0,06367%
10
9000
0,200
48,31826
0,06667%
11
10000
0,210
53,68695
0,07000%
12
11000
0,222
59,05565
0,07400%
13
12000
0,227
64,42434
0,07567%
14
13000
0,231
69,79304
0,07700%
15
14000
0,233
75,16173
0,07767%
16
15000
0,245
80,53043
0,08167%
N°
DEFORMACIÓN
(Kg/ )
Eu
0,000
0,00000
0,00000%
28
ESFUERZO VS DEFORMACIÓN 0.09% 0.08% 0.07% ) %0.06% ( N Ó I 0.05% C A M0.04% R O F E 0.03% D
0.02% 0.01% 0.00% 0
10
20
30
40
ESFUERZO
50
60
70
80
90
(Kg/cm2)
Foto N° 14: Probeta D8 sometida al ensayo de compresión. Fuente: Elaboración propia.
29
PROBETA N°09 CONCRETO CONVENCIONAL ID PROBETA
D9
FECHA DE ELABORACIÓN
12/11/2016
FECHA DE ENSAYO
18/11/2016
EDAD DE CURADO DE PROBETA DIÁMETRO DE PROBETA (cm) ÁREA (cm2)
5 DÍAS 15,4 186,265
CARGA ÚLTIMA (Kg)
18922 101,586
RESISTENCIA (Kg/cm2)
1
CARGA (Kg) 0
2
1000
0,125
5,36870
0,04167%
3
2000
0,143
10,73739
0,04767%
4
3000
0,152
16,10609
0,05067%
5
4000
0,160
21,47478
0,05333%
6
5000
0,165
26,84348
0,05500%
7
6000
0,175
32,21217
0,05833%
8
7000
0,180
37,58087
0,06000%
9
8000
0,191
42,94956
0,06367%
10
9000
0,200
48,31826
0,06667%
11
10000
0,210
53,68695
0,07000%
12
11000
0,222
59,05565
0,07400%
13
12000
0,228
64,42434
0,07600%
14
13000
0,231
69,79304
0,07700%
15
14000
0,236
75,16173
0,07867%
16
15000
0,250
80,53043
0,08333%
N°
DEFORMACIÓN
(Kg/ )
Eu
0,000
0,00000
0,00000%
30
ESFUERZO VS DEFORMACIÓN 0.09% 0.08% 0.07% ) %0.06% ( N Ó I 0.05% C A M0.04% R O F E 0.03% D
0.02% 0.01% 0.00% 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
ESFUERZO (Kg/cm2)
Foto N° 15: Probeta D9 sometida al ensayo de compresión. Fuente: Elaboración propia.
31
a. Resumen de resultados PROBETA
TIPO DE
RESISTENCIA
TIPO DE
CONCRETO
⁄
FALLA
FOTO
Asentado de 0,5% de
D1
fibra de
la parte 99,353
penca
superior del cilindro, de forma cónica
Grietas
0,5% de
D2
fibra de
88,718
penca
fibra de penca
ambos extremos
Grietas
0,5% de
D3
verticales en
94.924
verticales en ambos extremos
32
Grietas
D4
1% de fibra de penca
92,078
verticales en ambos extremos
Asentado en la parte
D5
1% de fibra de penca
superior y 86,522
grietas verticales en ambos extremos
Asentado en la parte
D6
1% de fibra de penca
superior y 87,741
grietas verticales en ambos extremos
33
D7
Concreto convencional
Fractura 99,874
diagonal sin agrietarse
Grieta en la parte central
D8
Concreto convencional
103,095
y asentamiento en la parte superior
D9
Concreto convencional
Fractura 101,586
diagonal sin agrietarse
34
