pavimentos rigidos con fibras de acero

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

PROYECTO DE TESIS DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS CON FIBRAS DE ACERO Y CONTROL DE RESISTENCIAS DEL CONCRETO EN VÍAS URBANAS DEL BARRIO PORVENIR “A” DE “A” DE SAN AGUSTÍN DE CAJAS - 2017 PRESENTADO POR: BACH. IVÁN LIONEL, CHOCCA RAMOS BACH. MELIZA, PUCLLAS GUTIERREZ BACH. RICHARD MANUEL, RAMÍREZ POMA BACH. ROLY, SOTO HUAMAN

PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO CIVIL

Huancayo - Perú 2017

PAVIMENTO RÍGIDO CON FIBRAS Y RESISTENCIAS

DEDICATORIA: A mis compañeros.

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Tabla de Contenido Capítulo 1. Planteamiento del Problema........................................... .................................................................. ......................................... ..................7 1.1. Formulación del Problema de Investigación............................. Investigación................................................... ...................................... ................ 7 1.1.1. Problema general. ............................................ .................................................................. ............................................ .................................. ............ 7 1.1.2. Problemas específicos. ................................. ....................................................... ............................................ ...................................... ................ 7 1.2. Objetivos de la Investigación Investigación .......................... ................................................. .............................................. ......................................... ..................8 1.2.1. Objetivo general. ................................... ......................................................... ............................................ ............................................. ....................... 8 1.2.2. Objetivos específicos. ........................................................ .............................................................................. ...................................... ................ 8 1.3. Justificación de la Investigación ................................. ....................................................... ............................................. .............................. ....... 9 1.3.1. Teórica. ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. ........................... ....9 1.3.2. Metodológica. .......................................... ................................................................. ............................................. ......................................... ................... 9 1.3.3. Práctico. ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ........................... .... 9 Capítulo 2. Marco Teórico .................................. ........................................................ ............................................ ............................................. ........................... 10 2.1. Antecedentes de la Investigación........................................... .................................................................. ....................................... ................10 2.1.1. A nivel nacional. .......................................... ................................................................ ............................................ .................................... .............. 10 2.1.2. A nivel internacional............................................ ................................................................. ............................................ ............................ ...... 14 2.1.3. Bases teóricas. ....................................... ............................................................. ............................................ ........................................... ..................... 17 2.1.4. Definición de términos básicos. ......................................... ............................................................... .................................... .............. 31 Capítulo 3. Hipótesis y Variables ..................................................... ........................................................................... ....................................... .................34 3.1. Hipótesis de Investigación Investigación ........................................................ .............................................................................. .................................... .............. 34 3.1.1. Hipótesis general. .......................... ................................................ ............................................. ............................................. ............................ ...... 34


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3.1.2. Hipótesis específicas. ................................... ......................................................... ............................................ .................................... .............. 34 3.2. Hipótesis Nula ................................... ......................................................... ............................................ ............................................. ................................ ......... 35 3.2.1. Hipótesis nula general............................................. .................................................................. ............................................ ......................... ... 35 3.2.2. Hipótesis nulas específicas. específicas. ............................................ ................................................................... ....................................... ................35 3.3. Hipótesis Alternativa .......................................... ................................................................ ............................................ .................................... .............. 36 3.3.1. Hipótesis alternativa general. ....................... ............................................. ............................................. .................................... ............. 36 3.3.2. Hipótesis alternativas específicas. ............................................................... ......................................................................... .......... 36 3.4. Variables de Investigación ....................... ............................................. ............................................ ............................................ ......................... ... 37 3.4.1. Variable independiente (X): Pavimentos rígidos con fibras de acero. ..................37 3.4.2. Variable dependiente (Y): Control de resistencias del concreto. ..........................37 3.5. Operacionalización Operacionalización de Variables ........................................... .................................................................. ....................................... ................37 Capítulo 4. Metodología de la Investigación ........................ ............................................... .............................................. ............................ ..... 41 4.1. Tipos de Investigación ..................................... ........................................................... ............................................ ....................................... .................41 4.2. Nivel de Investigación ................................................... ......................................................................... ............................................ ......................... ... 41 4.3. Diseños de Investigación ................................................... ......................................................................... ........................................... .....................42 4.4. Método de Investigación............................................. ................................................................... ............................................ ............................ ...... 43 4.5. Población y Muestra ........................................... ................................................................. ............................................ .................................... .............. 43 4.5.1. Población............................... Población...................................................... ............................................. ............................................. .................................... ............. 43 4.5.2. Muestra. ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. ........................... 43 4.5.3. Muestreo. .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................. ........................... 45 Referencias........................................... .................................................................. ............................................. ............................................ ....................................... .................46


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Lista de Tablas Tabla 1. Variables y dimensiones. ................................. ....................................................... ............................................ ...................................... ................ 7 Tabla 2. Valores de coeficiente.............................................. ................................................................... ............................................ ............................ ...... 24 Tabla 3. Valores de variación y grado de uniformidad........................................... ........................................................... .................25


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Lista de Figuras Figura 1. Pavimento de concreto simple sin pasadores. ................................. ....................................................... ......................... ... 18 Figura 2. Pavimento de concreto simple con pasadores. ............................................... ......................................................... .......... 18 Figura 3. Transferencia de carga............................................ ................................................................. ............................................ ............................ ...... 19 Figura 4. Pavimento de concreto reforzado. r eforzado. ............................. ................................................... ............................................. ........................... 19 Figura 5. Pavimento con refuerzo continuo. ............................................ ................................................................... ................................ ......... 20 Figura 6. Fibras de acero............................................ .................................................................. ............................................. ....................................... .................21 Figura 7. Fibras sintéticas. .................................................... ........................................................................... .............................................. ............................ ..... 21 Figura 8. Fibras de vidrio. .......................................... ................................................................. ............................................. ....................................... .................21 Figura 9. Curva de distribución normal. ................................... ......................................................... ............................................. ........................... 23 Figura 10. A menor valor de S y V, menor dispersión. ....................... ............................................. .................................... .............. 25 Figura 11. Ensayo de resistencia por compresión........................................... .................................................................. ........................... 26 Figura 12. Esquema del ensayo de resistencia a la tensión indirecta ....................................... .......................................28 Figura 13. Ubicación del Barrio Porvenir “A” de San Agustín de Cajas. ............................... ............................... 31

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Capítulo 1. Planteamiento del Problema 1.1. Formulación del Problema de Investigación 1.1.1. Problema general.

¿En qué medida favorece el diseño de pavimentos rígidos r ígidos con fibras de acero en el control de resistencias del concreto en vías urbanas del Barrio Porvenir “A” de “A” de San Agustín de Cajas - 2017?

Tabla 1. Variables y dimensiones.

s

Variable independiente (V i): Pavimentos rígidos con fibras de acero. Garcés A. y Callejo C. (2011). Silva L. (2014). 1. Cargas en el pavimento.

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2. Losas reforzadas. 3. Características de las fibras de acero.

Variable dependiente (V d): Control de resistencias del concreto. Rivera G. (2013) a. Resistencia a la compresión. b. Resistencia a la tensión. c. Resistencia a la flexión.

4. Cantidad de fibras de acero incluida en la mezcla de concreto. Fuente: Elaboración propia.

1.1.2. Problemas específicos.

-

¿En qué medida favorece el diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero en la resistencia a la compresión en vías urbanas del Barrio Porvenir “A” de “A” de San Agustín de Cajas - 2017?

-

¿En qué medida favorece el diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero en la resistencia a la tensión en vías urbanas del Barrio Porvenir “A” de “A” de San Agustín de Cajas - 2017?


-

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¿En qué medida favorece el diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero en la resistencia a la flexión en vías urbanas del Barrio Porvenir “A” de “A” de San Agustín de Cajas - 2017?

1.2. Objetivos de la Investigación 1.2.1. Objetivo general.

Demostrar En qué medida favorece el diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero en el control de resistencias res istencias del concreto en vías urbanas del Barrio Porvenir “A” de San Agustín de Cajas - 2017.

1.2.2. Objetivos específicos.

-

Indicar en qué medida favorece el diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero en la resistencia a la compresión en vías urbanas del Barrio Porvenir “A” de San Agustín de Cajas - 2017.

-

Explicar en qué medida favorece el diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero en la resistencia a la tensión en vías urbanas del Barrio Porvenir “A” de San Agustín de Cajas - 2017.

-

Comprender en qué medida favorece el diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero en la resistencia a la flexión en vías urbanas del Barrio Porvenir “A” de San Agustín de Cajas - 2017.


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1.3. Justificación de la Investigación 1.3.1. Teórica.

El uso de fibras de acero en obras viales como en pavimentos, no es muy difundida en el ámbito de las obras publicas y/o privadas privadas de nuestro país, por lo que se se ve pavimentos elaborados con juntas de acero de refuerzo tradicionales; en varios textos consultadas se encontró que el uso de las fibras de acero incorporada a la mezcla de concreto, te da la posibilidad de disminuir disminuir el espesor espesor de la losa del pavimento pavimento y llegan hacer hacer más resistentes a la flexión, ya que una parte de los esfuerzos producidos en las losas de concreto son absorbidos por las fibras.

1.3.2. Metodológica.

En la obtención de resultados comparativos entre el uso del concreto para pavimento rígido tradicionales con el concreto reforzado con fibras f ibras de acero se utilizará utili zará instrumentos a compresión, las cuales medirán la resistencia de cada una de las muestras ensayadas; en los ensayos realizados se obtendrán cuadros de resultados de resistencia a la comprensión, tensión y flexión por cada unidad de aplastamiento y así veremos el comportamiento de cada uno de nuestras.

1.3.3. Práctico.

El uso de las fibras de acero como refuerzo del concreto empleado en las losas de concreto para pavimentos rígidos, ayuda a la transmisión tr ansmisión de cargas de la losa que ejercen los vehículos pesados; pesados; tal refuerzo debe ser implementada en el diseño de pavimentos de vías urbanas para alto volumen de tránsito y tránsito pesado.


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Capítulo 2. Marco Teórico 2.1. Antecedentes de la Investigación 2.1.1. A nivel nacional.

Vivar (1995) comento que: Es posible considerar a los Pavimentos con Fibras como pavimentos reforzados en los que las fibras son colocadas para reemplazar al acero de temperatura, pero que pueden servir también para mejorar algunas propiedades estructurales del conjunto . Las primeras sugerencias en el sentido de que las propiedades del concreto pedían mejorarse con la adición de fibras de acero fueron hechas por Porter (1910) y Ficklen (1914) en el Reino Unido, pero no es sino hasta 1963 en que Romuaidi y Batson ponen en evidencia evidencia la función en el concreto concreto de las fibras metálicas metálicas como elementos inhibidores del agrietamiento (Vivar, 1995, p. 246).

La adición de fibras en la mezcla del concreto ayuda favorablemente en las propiedades estructurales estructurales y en la disminución de agrietas, agrietas, ya que las fibras en este caso caso metálicas, absorben un parte de los esfuerzos producidas en las losas l osas de concreto (Vivar, 1995, p. 246). Para Editora Macro EIRL (2015): El pavimento rígido es una estructura de pavimento compuesta específicamente específicamente por una capa de sub-base granular, no obstante, esta capa puede ser de base granular, o puede ser estabilizada estabilizada con cemento, cemento, asfalto o cal, cal, y una capa capa de rodadura de losa de concreto de cemento hidráulico como aglomerante, agregados y de ser el caso aditivo. Dentro de los pavimentos rígidos existen tres categorías:

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-

Pavimento de concreto simple con juntas.

-

Pavimento de concreto con juntas y refuerzo de acero en forma de fibras o mallas.

-

Pavimento de concreto con refuerzo continuo (Editora Macro EIRL, 2015, p. 18). El pavimento rígido está compuesto por capas granulares, ya sea una sub-base o base

que son estabilizadas y una capa de rodadura de concreto simple o reforzado (Editora Macro EIRL, 2015, p. 18). Montalvo (2015), tesis para optar el Título de Ingeniero Civil: Pavimentos rígidos reforzados con fibras de acero versus pavimentos tr adicionales, en la

Pontificia Universidad

Católica del Perú, Lima. La investigación llego a las siguientes conclusiones: 1. Acerca del diseño. Una de las diferencias que se pueden encontrar en los parámetros de diseño es la propiedad del concreto: en el PCA se utiliza el módulo de rotura del concreto y en el TR-34 la resistencia a compresión, sin embargo, en este último, el software PAVE 2008 tiene una base de datos el cual tiene una correlación entre estas dos propiedades de concreto. Por otro lado, cuando se diseña con la l a PCA el espesor del pavimento por cargas vehiculares, un requerimiento es el número de pasadas aproximadas que va a tener el vehículo, sin embargo, en la TR-34 se utiliza la escena más desfavorable o la carga más grande en la l a vida útil del pavimento ya que se trabaja con límites de esfuerzo. 2. Procedimiento constructivo. Las fibras tienen una ventaja con respecto a las losas de concreto simple, ya que contribuyen en todo su espesor es pesor gracias a la distribución tridimensional de las fibras dándole al piso una mayor resistencia a las solicitaciones de carga durante su vida útil. 3. Factores económicos. económicos. El pavimento fibroreforzado por tener un espesor menor comparado con el pavimento tradicional conlleva a que el volumen de concreto


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utilizado sea menor y por ello el tiempo para la construcción de la losa se reduzca, ahorrando tiempo y dinero en lo que respecta a la mano de obra. Los pavimentos con fibras tienen ventaja con respecto a los l os pavimentos con losas de concreto simple, ya que estas fibras se distribuyen en toda la masa del concreto y tienen una mayor resistencia ante la solicitación de cargas de los vehículos (Montalvo, 2015). Córdova, Cuéllar y Guisado (2012), tesis para optar el Título de Ingeniero Civil: Comparación de la resistencia equivalente a la flexión entre las f ibras de acero wirand producidas en Italia y las producidas producidas en Perú , en la Pontificia Universidad Católica del Perú,

Lima. Se obtuvo las siguientes conclusiones: 1. Para realizar el diseño de la losa, se ha considerado un valor del módulo de resistencia de la sub rasante característica de una zona en particular. Sin embargo, lo que debe hacerse primero es, partir del valor de dicho parámetro real, y de acuerdo a las características del suelo, realizar un diseño que refleje la l a realidad del terreno. 2. Ha sido importante haber ensayado los agregados que se usan en Perú en el área de construcción, construcción, puesto que, a partir de la curva característica real, se ve reflejado en una adecuada dosificación dosificación y por ende un mejor comportamiento del concreto ante los efectos de contracción, resistencia requerida y vida útil de la estructura. 3. Para la elaboración de la dosificación, se usó el método de Fuller, que toma en cuenta información granulométrica de los agregados propios del lugar, con el fin que se consideren las características físicas del agregado; lo cual al igual que el ítem anterior se transmite en una mejor calidad del concreto. El ensayo de los agregados es importante, ya que a partir de estos ensayos se conocerán las características físicas y se realizara una buena dosificación (Córdova, Cuéllar, & Guizado, 2012).


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Guevara (2008), tesis para optar el Título de Ingeniero Civil: Análisis comparativo del comportamiento del concreto simple con el concreto reforzado con fibras de acero wirand ,

de la Universidad Ricardo Palma, Lima. El investigador llego a las siguientes conclusiones: 1. El peso unitario del concreto va en aumento continuo desde el concreto patrón hasta el concreto reforzado con fibra de acero wirand con dosificaciones en el orden de 20, 25 y 35 kg/m3, siendo los pesos unitarios como sigue: 2383 kg/m3, 2392 kg/m3, 2406 kg/m3, y 2415 kg/m3 respectivamente. 2. El contenido de aire del concreto patrón y del concreto reforzado con fibra de acero wirand con dosificaciones de 20 kg/m3 y 25 kg/m3 se mantiene constante con 1,3%, mientras que el concreto reforzado con fibra de acero wirand con dosificación de 35 kg/m3 disminuye a 1,2%. 3. La exudación del concreto va en disminución gradualmente ligera desde el concreto patrón hasta el el concreto reforzado con con fibra de acero wirand wirand con dosificaciones dosificaciones en el el orden de 20, 25 y 35 kg/m3, siendo las exudaciones como sigue: 0,82%, 0,76%, 0,74%, y 0,70% respectivamente. Los porcentajes de exudación son muy parecidos entre sí, debido a que el asentamiento del concreto patrón y del concreto reforzado con las diferentes dosificaciones de fibra wirand se mantiene constante con 3”, con lo cual se puede observar aproximadamente la misma masa cohesiva. El peso unitario de la mezcla del concreto va en aumento con respecto a la dosificación de las fibras de acero y el porcentaje de exudación entre el concreto simple y el concreto con fibras son muy parecidos entre sí (Guevara, 2008).


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2.1.2. A nivel internacional.

Para estudios realizados mediante el Código ACI 318-08 nos mencionan acerca de esto: En años recientes ha habido un gran interés en el concreto reforzado con fibras y actualmente se llevan a cabo numerosas investigaciones sobre el tema. Las fibras usadas están hechas de acero, plásticos, vidrio y otros materiales. Varios experimentos han mostrado que la adición de tales fibras en cantidades convenientes (normalmente hasta cerca del 1 o 2% por volumen) a concretos convencionales pueden mejorar apreciablemente apreciablemente sus características. Las resistencias a la compresión de los concretos reforzados con fibras no son considerablemente considerablemente mayores que lo que serían si las mismas mezclas se usaran sin fibras. Sin embargo, los concretos resultantes son considerablemente más firmes y tienen mayor resistencia al agrietamiento y al impacto. El uso de fibras ha aumentado la versatilidad del concreto al reducir su fragilidad. El lector debe notar que una varilla de refuerzo proporciona refuerzo sólo en la dirección de la varilla, mientras que las fibras distribuidas de manera aleatoria proporcionan resistencia adicional en todas direcciones (McCormac & Brown, 2011, p. 20). Las fibras usadas para el refuerzo r efuerzo del concreto son de acero, plásticos, vidrio y otros materiales; son firmes y resistentes r esistentes al agrietamiento e impacto (McCormac & Brown, 2011, p. 20). Para otros investigadores que recopila una serie de información i nformación extractada de: libros, artículos especializados, seminarios, congresos, simposios y experiencias adquiridas durante el ejercicio de la profesión no dicen que el concreto con fibras:


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Es un hormigón ligero o normal al cual se le han adicionado fibras que pueden ser de: acero, plástico, asbesto, vidrio, nylon, n ylon, poliéster, polipropileno, polietileno, fique, caña de azúcar, coco, yute, etc. Este concreto con fibras puede ser útil cuando sea necesario absorber una gran energía (por ejemplo, cargas explosivas) o cuando se desea mejorar la resistencia a la tensión; luego es posible mermar el refuerzo por que parte de la tensión lo absorbe la fibra. En el caso de los pavimentos rígidos, se pueden utilizar espesores de losas menores para las mismas cargas e igual i gual periodo de diseño, la separación de juntas puede ser mayor porque las fibras fi bras aumentan la resistencia a la flexión del concreto. El hormigón con fibras proporciona también un buen aislamiento acústico y térmico, buena resistencia al impacto y a la erosión. Algunas fibras, en especial las naturales de origen vegetal, requieren de un tratamiento especial para ser usadas y así no perjudicar las propiedades del concreto (Rivera G., 2013, p. 265). El concreto con fibras absorben una gran energía y son resistentes a la tensión ya que gran parte de los esfuerzos las absorbe las fibras; se pueden disminuir espesores de las losas de concreto y son buenos aisladores acústicos y térmicos (Rivera G., 2013, p. 265). López (2015), que para optar por el grado de Maestro en Ingeniería, sustento en la Universidad Nacional Autónoma de México, México DF; la tesis: “Análisis de las propiedades del concreto reforzado reforzado con fibras cortas cortas de acero y macrofibras de polipropileno: polipropileno: influencia del tipo y consumo de fibra adicionado” en la cual observo que la trabajabilidad del concreto se reduce de forma proporcional al consumo de fibras, tanto de acero como de polipropileno, sin embargo, embargo, la trabajabilidad trabajabilidad es menor cuando cuando se adicionan adicionan fibras cortas de acero. La prueba de cono invertido resulta adecuada para controlar en campo la trabajabilidad de estas mezclas y la inclusión de fibras de acero y de macrofibras de polipropileno en las mezclas de concreto ayuda de manera sustancial a disminuir la aparición de grietas por contracción plástica; conforme se aumenta el consumo de fibra se logra disminuir en número,


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espesor y longitud las grietas. Para porcentajes volumétricos iguales de ambas fibras resulta r esulta evidente que la macrofibra de polipropileno tiene un mejor desempeño que la fibra de acero para el control de grietas. La adición de fibras de acero al concreto disminuye la trabajabilidad en proporción al consumo de fibras, pero ayuda sustancialmente en l disminución de la aparición de fisuras o agrietamiento por contracción y solicitaciones de cargas vehiculares (López, 2015). Garcés y Callejo (2011), para optar el Título de Ingeniero Civil, sustento en la Universidad Nueva Esparta, Caracas-Venezuela; Caracas-Venezuela; la tesis: “Incidencia de la fibra metálica Dramix-65/35-BN Dramix-65/35-BN en pavimentos rígidos de temprana edad” en la cual obtuvo resultados en la desviación estándar, para los ensayos estudiados, están dentro de los rangos propuestos en el marco teórico y la comparación entre los resultados obtenidos en los ensayos a flexión de las muestras con la fibra metálica y las muestras sin la fibra metálica, arrojan como resultado que las muestras con fibra incide en una ganancia del 14,17% en la resistencia a flexión. En ensayos a flexión realizados al concreto con fibras metálicas dramix se obtuvo una ganancia del 14.17% en la resistencia a flexión (Garcés & Callejo, 2011). Mármol (2010), trabajo fin de Master, sustento en la Universidad Politécnica de Madrid, Madrid-España; la tesis: “Hormigones con fibras de acero características mecánicas”, mecánicas”, en donde trabajo en función del tipo de fibras y observo las mejoras en general las características mecánicas del hormigón, en función a la longitud de la fibra debe ser siempre superior a la crítica para mantener la ductilidad del hormigón. Se obtuvo mejoras mecánicas en el concreto, pero en respecto a la longitud de la fibra debe ser superior a la crítica para mantener su ductilidad (Marmol, 2010). Silva (2014), en el trabajo de graduación estructurado estructurado de manera independiente independiente previo a la obtención obtención del Título de Ingeniero Ingeniero Civil, sustento en en la Universidad Técnica de


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Ambato, Ambato-Ecuador; el trabajo de: “Comportamiento del hormigón reforzado con fibras de acero y su influencia en sus propiedades mecánicas en el Cantón Ambato, Provincia de Tungurahua”, Tungurahua”, en la cual realizo an álisis pertinentes de las dosificaciones con diferentes porcentajes de fibra de acero en en la cual concluyo concluyo que el 1,15% es es el porcentaje óptimo óptimo para la resistencia a flexión, mientras que el 1,20% es el porcentaje óptimo para la resistencia a tracción, y finalmente el 0,62% es el porcentaje óptimo para la resistencia a compresión, no obstante considerando considerando que la compresión del hormigón reforzado con el 1,15% de fibra no se ve disminuida por su adición se recomienda emplear este porcentaje para conseguir las mejores respuestas tanto a tracción como a flexión. fl exión. Se obtuvo porcentajes óptimos para los tipos de resistencias: flexión, tracción y compresión. Se recomienda usar estos porcentajes para tener buenos resultados (Silva, 2014).

2.1.3. Bases teóricas. 2.1.3.1 2.1.3.1.. P avimento vimento r í gi do. 2.1.3.1.1. Definición.

Constituido por cemento Pórtland como aglomerante, agregados

y de ser el caso aditivos (Ministerio de Transportes y Comunicaciones MTC, 2013, pág. 37). 2.1.3.1.2. Tipos de pavimento de concreto.

Para Boletín técnico N° 81 (ASOCEM),

citado por Capítulo I Método AASHTO 93 (2006), dice lo siguiente: siguiente : “Los “Los diversos tipos de pavimentos de concreto pueden pueden ser clasificados, clasificados, en orden de menor a mayor costo costo inicial, de la siguiente manera” (p. 5): a. Pavimentos de concreto simple.

-

Sin pasadores. “no presentan refuerzo de acero ni elementos para transferencia de cargas” … “constituidos por losas de dimensiones relativamente pequeñas, en general

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menores de 6 m de largo y 3.5 m de ancho” (Capítulo I Método AASHTO 93, 2006, p. 5). Figura 1. Pavimento de concreto simple sin pasadores.

Fuente: Tomado del boletín técnico N° 81, publicado por la ASOCEM.

-

Con pasadores. Los pasadores (dowels) son pequeñas barras de acero liso,

que se

colocan en la sección transversal del pavimento, en las juntas de contracción. Su función estructural es transmitir las cargas de una losa a la losa contigua, mejorando así las condiciones de deformación en las juntas. De esta manera, se evitan los dislocamientos verticales diferenciales (escalonamientos) (escalonamientos) (Capítulo I Método AASHTO 93, 2006, p. 6). Figura 2. Pavimento de concreto simple con pasadores.



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Figura 3. Transferencia de carga.

Fuente: Guía AASHTO “Diseño de estructuras de pavimentos, 1993.

- Pavimentos de concreto reforzado con juntas. Los pavimentos reforzados con juntas contienen además del refuerzo, pasadores para la transferencia de carga en las juntas de contracción. Este refuerzo puede ser en forma de mallas de barras de acero o acero electrosoldado. electrosoldado. El objetivo de la armadura es mantener las grietas que pueden llegar a formarse bien unidas, con el fin de permitir una buena transferencia de cargas y de esta manera conseguir que el pavimento se comporte como una unidad estructural (Capítulo I Método AASHTO 93, 2006, p. 7). Figura 4. Pavimento de concreto reforzado.



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- Pavimentos de concreto con refuerzo continuo. A diferencia de los pavimentos de concreto reforzado con juntas, éstos se construyen sin juntas de contracción, debido a que el refuerzo asume todas las deformaciones, específicamente las de temperatura. El refuerzo principal es el acero longitudinal, el cual se coloca a lo largo de toda la longitud del pavimento. El refuerzo transversal puede no ser requerido para este tipo de pavimentos (Capítulo I Método AASHTO 93, 2006, p. 7). Figura 5. Pavimento con refuerzo continuo.


2.1.3.2 2.1.3.2.. F i bras. ras. 2.1.3.2.1. Definición.

Filamentos finos y elongados en forma de haz, malla o trenza,

de algún material natural o manufacturado que pueda ser distribuido a través de una mezcla de hormigón fresco (NORMA ASTM C 1116). 2.1.3.2.2. Clasificación de las fibras. Pueden clasificarse según dos consideraciones. (ASTMC 1116).

A. Por el tipo de material. - Fibras metálicas. Secciones discretas de metal que tienen t ienen una relación de aspecto (relación entre la longitud y el diámetro) que va desde 20 hasta 100. Estas fibras son de acero (en general de bajo contenido de carbón) (Valarezo, 2011).


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Figura 6. Fibras de acero.

Fuente: Tomado de Valarezo (2011).

- Fibras sintéticas. Secciones discretas que se distribuyen aleatoriamente dentro del concreto que pueden estar compuestas por Acrílico, Aramid, Carbón, Polipropileno, Poliestileno, Nylon,Poliester etc. Figura 7. Fibras sintéticas.

Fuente: Tomado de Valarezo (2011).

- Fibras de vidrio. Secciones discretas de fibra de vidrio vi drio resistentes al álcali (Valarezo, 2011). Figura 8. Fibras de vidrio.

Fuente: Valarezo (2011)


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- Fibras naturales. Secciones discretas de origen como coco, sisal, madera, caña de azúcar, yute, bambú, etc. Cuyos diámetros varían entre 0.5 y 0.2 mm, con valores de absorción superiores al 12% (Valarezo, 2011). B. Por funcionalidad, geometría y dosificación. - Microfibras. Estas fibras están destinadas a evitar la fisuración del concreto en estado fresco o antes de las 24 horas. Se dosifican en el concreto para volúmenes entre 0.03% a 0.15% del mismo. Las más frecuentes son las fibras en polipropileno (Tipo SikaFiber®AD) cuya dosificación en peso oscila entre 0.3 a 1.2 kg/m3 de concreto. Se trata de dosificaciones extremadamente bajas pero muy eficientes que previenen la fisuración del concreto por retracción plástica. Estas fibras tienen ti enen diámetros entre 0.023 mm a 0.050 mm, pueden ser monofilamento o fibriladas. Las microfibras al tener diámetros tan pequeños se califican con un parámetro denominado Denier. Denier es el peso en gramos de 9.000 metros de una sola fibra. - Macrofibras. Estas fibras están destinadas a prevenir la fisuración en estado endurecido, endurecido, a reducir el ancho de la fisura si ésta se presenta y a permitir el adecuado funcionamiento de la estructura fisurada. Las dosificaciones más frecuentes oscilan entre 0.2% a 0.8% del volumen del concreto. Las macrofibras más usadas son las sintéticas y las metálicas cuyos diámetros varían entre 0.05 mm a 2.00 mm. La relación de aspecto (L/d) de las macrofibras varía entre 20 a 100.

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2.1.3.3 2.1.3.3.. R esiste si stenci ncia a del del concr concre eto. to. 2.1.3.3.1. Conceptualización.

El concreto es un material esencialmente heterogéneo,

porque sus componentes componentes tienen tienen características que no son constantes. constantes. No sólo son los materiales los causantes de las variaciones en la calidad del hormigón; también influye la forma de mezclarlo, su transporte y colocación en formaletas, la compactación a que se someta y el curado que se le proporcione. La medida final que informa sobre la calidad obtenida, es la que resulta de los ensayos de resistencia (Rivera G., 2013, p. 121). 2.1.3.3.2. Característica de resistencia del concreto.

La resistencia de un concreto,

normalmente aumenta con la edad. Dicho aumento se produce muy rápidamente r ápidamente durante los primeros días posteriores posteriores a su colocación, colocación, resultando resultando más gradual gradual al transcurrir el tiempo, aún continuará incrementándose incrementándose en una proporción más reducida durante un período de tiempo indefinido. La resistencia a compresión de un concreto a los 28 días, determinada de acuerdo con los ensayos normalizados (p. 121). En un análisis estadístico, se ha comprobado que los resultados de los ensayos de resistencia de una misma mezcla, se agrupan siguiendo una curva de distribución dist ribución normal de frecuencias (p. 122). Figura 9. Curva de distribución normal.

Fuente: Tomado de Valarezo (2011, p. 122).

24


Entonces la ecuación general de la curva de distribución normal.

 =  +  ∗ 

( 1)

Donde:

2)  =   =     ( 2  = [∑− ] = ó  -

( 2)

( 3)

Xi = Valor de resistencia por debajo del cual se presenta un porcentaje dado de resultados.

-

t = Coeficiente sin unidades que depende del porcentaje de resultados que se presenten por por debajo de Xi.

-

n = Número total de resultados. Para que el análisis estadístico sea confiable n>30.

Tabla 2. Valores de coeficiente.

25 0.674

% t

20 0.842

15 1.036

10 1.282

5 1.645

2.5 1.960

1 2.326

0.5 2.576

Fuente: Tomando de, Rivera G. (2013).

La ecuación de la curva de distribución distri bución normal también se puede expresar como:

 = 1 −  ∗  100

( 4)

Donde:

% = () ∗ 100 100 -

( 5)

V = Coeficiente de variación, expresado en porcentaje. Los valores de S o de V nos indican que tan dispersos están los resultados; así, valores

altos de S o V representan resultados muy alejados del promedio, lo que significa baja calidad


25

de la mezcla y por el contrario un valor pequeño representa uniformidad en la mezcla (p. 123). Figura 10. A menor valor de S y V, menor dispersión.

Figura 13: los menores valores de S y V dan una curva que representa mejor uniformidad (calidad) Valarezo (2011, p. 123).

Tabla 3. Valores de variación y grado gr ado de uniformidad.

V(%)

Uniformidad del concreto

0 – 5 – 5 5 – 10 – 10

Excelente Muy bueno

10 – 10 – 15 15

Bueno

15 – 15 – 20 20

Mediano

20 – 20 – 25 25

Malo

> 25 Fuente: Tomado de Rivera G. (2013, p. 124).

Muy malo

Condiciones frecuentes en que se obtiene Condiciones de laboratorio Preciso control de los materiales y dosif. por masa Buen control de los materiales y dosif. por masa Algún control de los materiales y dosif. por masa Algún control de los materiales y dosif. por volumen Ningún control de los materiales y dosif. por masa


26

2.1.3.3.1. Tipos de resistencias. La resistencia a la compresión. Según Rivera G. (2013):

Generalmente el diseñador de estructuras, especifica en la memoria de cálculos y en los planos una resistencia a la compresión del concreto (F’c), la cual utilizó como base para calcular el el dimensionamiento y el refuerzo de los diferentes elementos elementos de una obra. Cuando en la obra se obtenga una resistencia menor que la especificada (F'c), se disminuirá el factor de seguridad de la estructura. Para evitar esta posible disminución de seguridad y debido a que en toda obra se obtienen diferentes valores de resistencia para una misma misma mezcla, debido a variaciones en la dosificación, dosificación, mezcla, transporte, transporte, colocación, compactación compactación y curado del concreto; la l a mezcla deberá dosificarse para obtener una resistencia a la compresión promedia (F’cr) mayor ma yor que F’c. En la práctica resulta antieconómico indicar una resistencia mínima, igual a la resistencia de diseño; puesta que, de acuerdo al análisis estadístico, siempre existe la posibilidad de obtener obtener algunos valores más bajos bajos (p. 125). Figura 11. Ensayo de resistencia por compresión

Fuente: Tomado de Rivera G. (2013, p. 130).


27

La resistencia a la tensión. El concreto posee muy baja resistencia a la tensión y por

lo tanto esta propiedad no se tiene en cuenta en el diseño de estructuras normales. Sin embargo, la tensión tiene importancia en el agrietamiento del concreto debido a la restricción de la contracción inducida por el secado o por disminución de la temperatura. Los concretos preparados con agregados livianos, se encogen considerablemente considerablemente más que los normales y por lo tanto la resistencia a la l a tensión puede ser tenida tenida en cuenta en en el diseño de la estructura correspondiente correspondiente (p. 131). La resistencia a la tensión es difícil de medir por medio de ensayos directos, debido a las dificultades para montar las muestras y las incertidumbres que existen sobre los esfuerzos secundarios secundarios inducidos por los implementos que sujetan las muestras. Para evitar este problema existe un método indirecto (norma NTC 722), en el cual la resistencia a la tensión se determina cargando a compresión el cilindro estándar de 15 cm de diámetro por 30 cm de longitud, a lo largo l argo de dos líneas axiales diametralmente opuestas; opuestas; los listones diametrales de apoyo deben ser dos tiras de cartón o de madera laminada, libres de imperfecciones, de 3 mm de espesor y 25 mm de ancho aproximadamente. La elaboración y curado de los cilindros se realiza en forma similar al ensayo de resistencia a la compresión; la velocidad de aplicación de la carga debe ser de 7 a 15 kg/cm2/min (p. 132).


28

Figura 12. Esquema del ensayo de resistencia a la tensión indirecta

Fuente: Tomado de Rivera G. (2013, p. 132).

La resistencia a la flexión. La resistencia a la flexión de un concreto es baja en

comparación con su resistencia a la compresión, Este parámetro es aplicado en estructuras tales como pavimentos rígidos; debido a que los esfuerzos de compresión que resultan en la superficie de contacto entre las llantas de un vehículo y el pavimento son aproximadamente aproximadamente iguales a la presión presión de inflado de las mismas, la cual cual en el peor de los casos puede llegar a ser de 5 o 6 kg/cm2; este esfuerzo de compresión sobre un pavimento de concreto hidráulico resulta sumamente bajo con relación a la resistencia a la compresión del concreto que normalmente varía entre 150 y 350 kg/cm2 en nuestro medio. Por lo tanto, no es la resistencia a la compresión el factor determinante de la calidad del concreto para pavimentos, sino la resistencia a la flexión, por el paso de los vehículos y por diferencias de temperatura un lado de la losa l osa estará sometida a tensión y el otro lado a compresión, siendo cambiables estos esfuerzos. Los esfuerzos de flexión podrían ser atendidos por medio de refuerzo, pero esto sería antieconómico debido a que se tendría que utilizar refuerzo en dos capas. En la práctica lo que se hace es diseñar el espesor del pavimento en forma f orma tal que los esfuerzos de flexión, causados por el paso de los vehículos y la Diferencia de temperatura, sean inferiores a

29


la capacidad máxima a flexión de las placas. Es claro entonces que para el diseño de pavimentos de concreto la característica característica importante es la resistencia resistencia a la flexión del del concreto o también llamada "módulo de rotura" (p. 132). 2.1.3.3.2. Factores 2.1.3.3.2. Factores que afectan la resistencia del concreto.

Los tipos de factores a tener en cuenta según Rivera G. (2013) son: -

Tipo de cemento. Se ha demostrado d emostrado en diversas investigaciones investigaciones y en

la práctica

constructiva misma, que existe una estrecha correlación entre la resistencia de un cemento determinado de acuerdo con un proceso normalizado (norma NTC 220) y la resistencia de los concretos preparados con dicho cemento; de ahí que distintas marcas de cemento, aún de un mismo tipo, no deban ser intercambiadas sin un cuidadoso análisis del efecto que dicho cambio pueda tener sobre las propiedades pr opiedades del concreto endurecido. La resistencia que puede producir un determinado cemento depende fundamentalmente fundamentalmente de su composición química. -

Tipos de agregados. Los concretos que tengan agregados angulosos o rugosos son

generalmente generalmente más resistentes que otros de igual relación agua / cemento que tengan agregados redondeados redondeados o lisos; sin embargo, para igual contenido de cemento, los primeros exigen más agua para para no variar la manejabilidad manejabilidad y por lo tanto tanto el efecto en la resistencia no varía apreciablemente. Sin embargo, como es lógico la calidad del agregado afecta el desarrollo de resistencia. -

Tipo de agua de mezcla. Se ha dicho usualmente que el agua que se puede beber y que

no tenga color, olor y sabor apreciable puede usarse en mezclas de concreto. El agua utilizada en una mezcla de concreto debe estar limpia lim pia y libre de cantidades perjudiciales de: de: aceite, ácidos, álcalis, álcalis, sales, materiales materiales orgánicos orgánicos u otras sustancias sustancias


30

que puedan ser dañinas para el concreto o el refuerzo. El agua de mezcla para el concreto preesforzado o para el concreto que vaya a contener elementos de Aluminio embebidos, o el agua debida (p. 142). 2.1.3.4 2.1.3.4.. Vías urbanas. 2.1.3.4.1. Definición.

Arterias o calles conformantes de un centro poblado, que no

integran el Sistema Nacional de Carreteras (SINAC) (Ministerio de Transportes y Comunicaciones Comunicaciones MTC, 2013, p. 50). 2.1.3.4.2. Clasificación del sistema vial urbano.

Según Instituto de la Construcción y

Gerencia ICG (2004) nos dice que: La clasificación adoptada considera cuatro categorías principales: Vías expresas, arteriales, colectoras y locales. Se ha previsto también t ambién una categoría adicional denominada “vías especiales” especiales” en la que se consideran incluidas aquellas que, por sus particularidades, no no pueden asimilarse asimilarse a las categorías categorías principales. La La clasificación de una vía, al estar vinculada a su funcionalidad y al papel que se espera desempeñe en la red vial urbana, implica de por si el establecimiento de parámetros relevantes para el diseño. 2.1.3.5 2.1.3.5.. B arr io Porve Porvenir

de San A gustín ustí n “A” de

de de C ajas.

El distrito de San Agustín de Cajas es uno de los veintiocho que conforman la Provincia de Huancayo, ubicada en el Departamento de Junín, bajo la administración del Gobierno Regional de Junín, en el Perú. Limita por el norte con el Distrito Distrit o de San Jerónimo de Tunán: por el este con el Distrito de San Pedro de Saño; por el oeste con el distrito distrit o de Orcotuna; y, por el sur con el distrito de El Tambo.


31

Figura 13. Ubicación del Barrio Porvenir “A” de San S an Agustín de Cajas.

SUPERFICIE 29.09KM2 ALTITUD 3275 msnm

BARRIO PORVENIR “A”

2.1.4. Definición de términos básicos.

- Ad A ditivo. itivo. Producto químico o mineral que modifica una o más propiedades de un material o mezcla de éstas (MTC, 2013, p. 2). - Ac cantidades de carbono y que adquiere con el A cero. Aleación de hierro con pequeñas cantidades temple gran dureza y elasticidad9. - Agr A gre egad gado. Material granular de composición mineralógica como arena, grava, escoria, o roca triturada, usado para ser mezclado en diferentes tamaños (MTC, 2013, p. 3). - Arcilla A rcillas. s. Partículas finas con tamaño de grano menor a 2 μm (0,002 mm) provenientes de la alteración física y química de rocas rocas y minerales (MTC, 2013, 2013, p. 5). - Are A rena na.. Partículas de roca que pasan la malla Nº 4 (4,75 mm.) y son retenidas por la malla Nº 200 (MTC, 2013, p. 5). -

B ase. se. Capa de material selecto y procesado que se coloca entre la parte superior de

una subbase o de la subrasante y la l a capa de rodadura. Esta capa puede ser también t ambién


32

de mezcla asfáltica o con tratamientos según diseños. La base es parte de la estructura de un pavimento (MTC, 2013, p. 8). -

Concreto. Mezcla de material aglomerante y agregados fino y grueso. En algunos

casos se agrega aditivos para proporcionarle cualidades que no poseen y en otros para mejorar los que poseen (MTC, (MTC, 2013, p. 13). -

C ontr ontr ol de cali calida dad. d. Pruebas técnicas para comprobar la correcta ejecución de

las diferentes etapas o fases de un trabajo con relación a las especificaciones especificaciones técnicas requisitos específicos establecidos establecidos (MTC, 2013, p. 14). -

E leme lementos ntos viale vi ales. s. Conjunto de componentes físicos de la vía, tales como

superficie de rodadura, bermas, cunetas, obras de drenaje, elementos de seguridad vial y obras complementarias (MTC, 2013, p. 20). -

F ibras. ibras. filamentos que intervienen en la composición de los tejidos orgánicos,

vegetales o animales, de ciertos minerales y de algunos productos químicos9. -

F ati ga. Reducción gradual de la resistencia de un material debido a solicitaciones

Repetidas (MTC, 2013, p. 24). -

Fisura. Fractura fina, de varios orígenes, con un ancho igual o menor a 3 milímetros

(MTC, 2013, p. 24). -

F r ag uad uado. Proceso de una mezcla de concreto o mortero para alcanzar

progresivamente progresivamente la resistencia de diseño (MTC, 2013, p. p. 24). -

Grieta. Fractura, de variados orígenes, con un ancho mayor a 3 milímetros,

pudiendo ser ser en forma transversal transversal o longitudinal al eje eje de la vía (MTC, 2013, 2013, p. 25). J untta. Separación establecida entre dos partes contiguas de una obra, para permitir - Jun

su expansión o retracción por causa de las temperaturas ambientes (MTC, 2013, p. 30). -

Pavimento. Estructura construida sobre la subrasante de la vía, para resistir y


33

distribuir los esfuerzos originados por los vehículos y mejorar las condiciones de seguridad y comodidad para el tránsito. Por lo general está conformada por las siguientes capas: subbase, subbase, base y rodadura (MTC, 2013, p. 37). -

R esiste si stenci ncia a a compr compre esión. si ón. Ensayo de resistencia a la compresión que se

realiza colocando una muestra cilíndrica en una prensa al que se le aplica una fuerza hasta la rotura de la muestra o testigo (MTC, 2013, p. 42). Superficie rf icie de r odadura. ura. Parte de la carretera destinada a la circulación de - Supe

vehículos compuesta por uno o más carriles, no incluye la berma (MTC, 2013, p. 46). -

Tensión. Ensayo que se practica en barras y alambres de acero, determinando

parámetros que hacen a la calidad calidad del producto, producto, como son: alargamiento, alargamiento, área y su reducción, carga máxima, carga final, etc (MTC, 2013, p. 47). -

Vía. Camino, arteria o calle, que comprende la PLATAFORMA y sus obras

Complementarias (MTC, 2013, p. 50). -

V i da úti úti l. Lapso de tiempo previsto en la etapa de diseño de una obra vial, en el

cual debe operar o prestar servicios en condiciones adecuadas adecuadas bajo un programa de mantenimiento establecido (MTC, 2013, p. 51).


34

Capítulo 3. Hipótesis y Variables 3.1. Hipótesis de Investigación 3.1.1. Hipótesis general.

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero favorece significativamente en el control de resistencias del concreto en vías urbanas del Barrio P orvenir “A” de San Agustín de Cajas - 2017.

3.1.2. Hipótesis específicas.

-

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero favorece significativamente en la resistencia a la compresión en vías urbanas del Barrio P orvenir “a” de San Agustín de Cajas - 2017.

-

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero favorece significativamente en la resistencia a la tensión en vías urbanas del Barrio P orvenir “a” de San Agustín de Cajas - 2017.

-

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero favorece significativamente en la resistencia a la flexión en vías urbanas del Barrio P orvenir “a” de San Agustín de Cajas - 2017.


35

3.2. Hipótesis Nula 3.2.1. Hipótesis nula general.

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero no favorece significativamente en el control de resistencias del concreto en vías urbanas del Barrio Porvenir “A” de San Agustín de Cajas - 2017.

3.2.2. Hipótesis nulas específicas.

-

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero no favorece significativamente en la resistencia a la compresión en vías urbanas del Barrio P orvenir “a” de San Agustín de Cajas - 2017.

-

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero no favorece significativamente en la resistencia a la tensión en vías urbanas del Barrio Porvenir “a” de San Agustín de Cajas - 2017.

-

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de acero no favorece significativamente en la resistencia a la flexión en vías urbanas del Barrio P orvenir “a” de San Agustín de Cajas - 2017.


36

3.3. Hipótesis Alternativa 3.3.1. Hipótesis alternativa general.

El diseño de pavimentos rígidos con fibras naturales favorece significativamente en el control de resistencias del concreto en vías urbanas del Barrio Porvenir “A” de San Agustín de Cajas - 2017.

3.3.2. Hipótesis alternativas específicas.

-

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de vidrio favorece significativamente en la resistencia a la compresión en vías urbanas del Barrio P orvenir “a” de San Agustín de Cajas - 2017.

-

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de polipropileno favorece significativamente en la resistencia a la tensión en vías urbanas del Barrio Porvenir “a” de San Agustín de Cajas - 2017.

-

El diseño de pavimentos rígidos con fibras de termoplásticos favorece significativamente en la resistencia a la flexión f lexión en vías urbanas del Barrio Porvenir “a” de San Agustín de Cajas - 2017.


3.4. Variables de Investigación 3.4.1. Variable independiente (X): Pavimentos rígidos con fibras de acero. 3.4.1.1 3.4.1.1.. Definición conceptual.

Según el Ministerio de Fomento (2008) menciona que: “Se definen como aquellos hormigones que incluyen en su composición fibras cortas, discretas y aleatoriamente distribuidas en su masa…” masa …”(p. (p. 505).

3.4.2. Variable dependiente (Y): Control de resistencias del concreto. 3.4.2.1 3.4.2.1.. Definición conceptual.

Para el Ministerio de Fomento (2008) dice que son: “…comprobaciones “…comprobaciones de contr ol contr ol suficientes que le permitan asumir la conformidad de la estructura en relación r elación con los requisitos básicos para los que ha sido concebida y proyectada…” proyectada…”(p. (p. 274).

3.5. Operacionalización Operacionalización de Variables

37

PAVIMENTO R GIDO CON FIBRAS Y RESISTENCIAS

Variables

. ro e c A e d s ar bi F n o c s o di gí R s ot n e mi v a P :) i V( te n ie d n e p e d In el b ai r a V . 1

OPERACION OPERACIONALIZ ALIZACI ACI N DE VARIABLES VARIABLES E INDICAD INDICADORES ORES Definición Definición Dimensiones Subdimensiones Conceptual Operacional Wright y Paquete (1990) citado por 1.1.1. Cargas en el Garcés y Callejo Pavimento. (2011, p. 93): “Los pavimentos rígidos rígidos están cconformados por una capa de material granular dispuesta sobre la 1.1. Pavimentos subrasante y una Rígidos. superficie de Ministerio de Fomento rodamiento 1.1.2. Losas. (2008, p. 505) conformada por una menciona que: “…se losa de concreto de definen como aquellos espesor variable las hormigones que cuales serán medidos incluyen en su mediante en número composición fibras estructural de cada uno cortas, discretas y de ellas”. aleatoriamente Silva (2014, p. 15): “Se distribuidas en su 1.2.1. Características definen como masa…”. de las fibras de pequeños pedazos acero. discontinuos de acero. Son elementos con la característica que 1.2. Fibras de Acero. presentan una 1.2.2. Cantidad de dimensión fibras de acero predominante respecto respecto incluida en la a las demás, cuya mezcla de superficie puede ser concreto. lisa o labrada para conseguir una mayor


Variables

38

. to re c n o

2.1.1. Compresión. l e d s ia n

c

Ministerio de Fomento (2008, p. 274) dice que son: “…comprobaciones de control suficientes que le permitan asumir la conformidad de la estructura en relación con los requisitos básicos para los que ha ha sido concebida y proyectada…”. e

p

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2.1. Resistencias.

2.1.2. Flexión.

2.1.3. Corte. D el b ai r a V 2

.

Cargas vehiculares, cargas concentradas, cargas distribuidas y cargas lineales Losas sin refuerzos, losas reforzadas al ancho límite de rotura debido al control de contracción y temperatura, losas reforzadas para prevenir la rotura mediante el control de contracción y temperatura y losa estructural (reforzada). Longitud, diámetro equivalente y forma y sección de la fibra de acero. Cantidad de fibra adecuada con la que el hormigón demuestre mejores características y respuestas sobre sus limitaciones bien conocidas, pero sin perder sus ventajas primordiales

39

OPERACION OPERACIONALIZ ALIZACI ACI N DE VARIABLES VARIABLES E INDICAD INDICADORES ORES Definición Definición Dimensiones Subdimensiones Conceptual Operacional adherencia a la matriz cementante en caso de hormigones reforzados con fibras”.

C

Indicadores

2.1.4. Tensión.

Indicadores como su alta resistencia a soportar esfuerzos de compresión. Es de común aceptación que la adición de fibras de acero y polipropileno al concreto no conlleva un incremento significativo significativo de la resistencia del concreto a compresión. Suelen producirse ligeros incrementos o decrementos de la misma. La influencia de las fibras en el esfuerzo de flexión del concreto y mortero es mucho mayor que para la resistencia a compresión y resistencia a tensión. Las fibras de acero generalmente aumentan en el concreto la resistencia al corte y a la torsión, aunque hay pocos datos relacionados estrictamente con la resistencia al cortante y a la torsión. El empleo de las fibras de acero en el concreto


Variables

39

OPERACION OPERACIONALIZ ALIZACI ACI N DE VARIABLES VARIABLES E INDICAD INDICADORES ORES Definición Definición Dimensiones Subdimensiones Conceptual Operacional adherencia a la matriz cementante en caso de hormigones reforzados con fibras”.

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2.1.1. Compresión. l e d s ai c n

Ministerio de Fomento (2008, p. 274) dice que son: “…comprobaciones de control suficientes que le permitan asumir la conformidad de la estructura en relación con los requisitos básicos para los que ha ha sido concebida y proyectada…”. et iss e R e d l rot n o C :) d V( te n ie d n e

2.1.2. Flexión.

2.1. Resistencias.

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2.1.3. Corte. D le b iar a V . 2

2.1.4. Tensión.


Variables

Indicadores como su alta resistencia a soportar esfuerzos de compresión. Es de común aceptación que la adición de fibras de acero y polipropileno al concreto no conlleva un incremento significativo significativo de la resistencia del concreto a compresión. Suelen producirse ligeros incrementos o decrementos de la misma. La influencia de las fibras en el esfuerzo de flexión del concreto y mortero es mucho mayor que para la resistencia a compresión y resistencia a tensión. Las fibras de acero generalmente aumentan en el concreto la resistencia al corte y a la torsión, aunque hay pocos datos relacionados estrictamente con la resistencia al cortante y a la torsión. El empleo de las fibras de acero en el concreto

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OPERACION OPERACIONALIZ ALIZACI ACI N DE VARIABLES VARIABLES E INDICAD INDICADORES ORES Definición Definición Dimensiones Subdimensiones Conceptual Operacional

Indicadores pretende mejorar una de de las grandes limitaciones del concreto, su escasa resistencia a la tensión.

2.1. Concreto.

McCormac y Brown (2011, p. 1): “El concreto es una mezcla de arena, grava, roca triturada, u otros agregados unidos en una masa rocosa por medio de una pasta de cemento y agua. En ocasiones, uno o más aditivos se agregan para cambiar ciertas características del concreto, tales como la ductilidad, durabilidad y tiempo de fraguado”.

2.2.1. Simple.

2.2.2. Reforzado.

2.2.3. Presforzado.

Ciclópeo, mampostería. El concreto reforzado es una combinación de concreto y acero en la que el refuerzo de acero proporciona la resistencia a la tensión de que carece el concreto”. El presfuerzo puede definirse como la imposición a una estructura de esfuerzos internos que son de carácter opuesto a los causados por las cargas de servicio o de trabajo.

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Variables

OPERACION OPERACIONALIZ ALIZACI ACI N DE VARIABLES VARIABLES E INDICAD INDICADORES ORES Definición Definición Dimensiones Subdimensiones Conceptual Operacional

Indicadores pretende mejorar una de de las grandes limitaciones del concreto, su escasa resistencia a la tensión.

2.1. Concreto.

McCormac y Brown (2011, p. 1): “El concreto es una mezcla de arena, grava, roca triturada, u otros agregados unidos en una masa rocosa por medio de una pasta de cemento y agua. En ocasiones, uno o más aditivos se agregan para cambiar ciertas características del concreto, tales como la ductilidad, durabilidad y tiempo de fraguado”.

2.2.1. Simple.

2.2.2. Reforzado.

2.2.3. Presforzado.

Ciclópeo, mampostería. El concreto reforzado es una combinación de concreto y acero en la que el refuerzo de acero proporciona la resistencia a la tensión de que carece el concreto”. El presfuerzo puede definirse como la imposición a una estructura de esfuerzos internos que son de carácter opuesto a los causados por las cargas de servicio o de trabajo.


41

Capítulo 4. Metodología de la Investigación 4.1. Tipos de Investigación Investigación Aplicada. Según Rivera R. (2010) manifiesta que: Este tipo de investigación i nvestigación también recibe el nombre de práctica o empírica. Se caracteriza porque busca la aplicación o utilización de los conocimientos que se adquieren. Cuando la investigación se realiza con determinado fin u objetivo; tiene un interés práctico o de utilidad inmediata (p. 56).

4.2. Nivel de Investigación Investigación Explicativa. Para Arias (2012):


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Capítulo 4. Metodología de la Investigación 4.1. Tipos de Investigación Investigación Aplicada. Según Rivera R. (2010) manifiesta que: Este tipo de investigación i nvestigación también recibe el nombre de práctica o empírica. Se caracteriza porque busca la aplicación o utilización de los conocimientos que se adquieren. Cuando la investigación se realiza con determinado fin u objetivo; tiene un interés práctico o de utilidad inmediata (p. 56).

4.2. Nivel de Investigación Investigación Explicativa. Para Arias (2012): La investigación explicativa se encarga de buscar el porqué de los hechos mediante el establecimiento de relaciones causa-efecto. En este sentido, los estudios explicativos pueden ocuparse ocuparse tanto de la determinación determinación de las causas (investigación (investigación post facto), facto), como de los efectos (investigación experimental), mediante la prueba de hipótesis. hi pótesis. Sus resultados y conclusiones constituyen el nivel más profundo de conocimientos (p. 26). Con este nivel de investigación i nvestigación se trata de explicar, que a causa de nuestra variable independiente (Pavimentos (Pavimentos rígidos con fibras de acero) que efectos se podrían producir en nuestra variable dependiente (Control de resistencias del concreto); como por ejemplo el incremento de la resistencia a la tensión, al corte, a la flexocompresión en losas reforzadas con fibras de acero para pavimentos.


42

4.3. Diseños de Investigación Investigación Experimental. Arias (2012) menciona acerca de esto: La investigación experimental es un proceso que consiste en someter a un objeto o grupo de individuos, a determinadas condiciones, estímulos o tratamiento (variable independiente), independiente), para observar los efectos o reacciones que se producen (variable dependiente). dependiente). En cuanto al nivel, la investigación experimental es netamente explicativa, por cuanto su propósito es demostrar que los l os cambios en la variable dependiente fueron causados por la variable independiente. Es decir, se pretende establecer con precisión una relación causa-efecto (p. 34). La investigación es netamente explicativa, porque su propósito es demostrar que los cambios en la variable dependiente (Control de resistencias en el concreto) fueron causados por la variable independiente independiente (Pavimentos (Pavimentos rígidos con fibras fibras de acero); es es decir, se pretende pretende establecer con precisión una relación causa-efecto, en la cual se someterá a un grupo probetas de formas cilíndricas, prismáticas y paneles circulares de concreto simple y otras con concreto reforzado con fibras acero de diferentes especificaciones técnicas de las mismas, para observar observar los efectos producidas producidas en ellas (mide la variable dependiente). dependiente). Se ubica en el subdiseño preexperimental porque según Arias (2012) “…este diseño es una especie de prueba prueb a o ensayo que se realiza antes del experimento verdadero…” “Un modelo básico preexperimental preexperimental es el diseño diseño pretestpostest pretestpostest con un solo grupo” ( p. p. 35).


43

4.4. Método de Investigación El método a utilizar en la investigación será la explicativa, puesto que en la pregunta clave de nuestra formulación del problema encontramos ¿En qué medida favorece? Por lo tanto, se buscará la relación causa – efecto entre la variable independiente (Pavimentos rígidos con fibras de acero) y la variable dependiente (Control de resistencias del concreto) y registrar en qué medida favorece o afecta una a la otra, obteniendo así valores representativos

4.5. Población y Muestra 4.5.1. Población. Para Arias (2012) la población “…es un conjunto finito o infinito de elementos con características comunes para los cuales serán extensivas las conclusiones de la investigación. Ésta queda delimitada por el problema y por los objetivos de estudio” (p. 81). Por lo tanto, nuestra universo o población a ser estudiada serán: -

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

4.5.2. Muestra. Seran grupos representativos de la población y que respecto a esto Arias (2012) nos indica que “La muestra es un subconjunto representativo y finito que se extrae de la población accesible” (p. 83). El tamaño de la muestra será de una población conocida a la cual se le hallará su media poblacional y con esta su escala de razón:


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2 ∗  2  ∗   =  −1 − 1 ∗ 2 + 2 ∗  2 Donde: -

n: El tamaño t amaño de la muestra que queremos calcular

- N: Tamaño del del universo -

Z: Es la desviación del valor medio que aceptamos para lograr el nivel de confianza deseado. En función del nivel de confianza que busquemos, usaremos un valor determinado que viene dado por la forma que tiene la distribución de Gauss. Los valores más frecuentes son: Nivel de confianza confianza 90% -> Z=1,645 Z=1,645 Nivel de confianza confianza 95% -> Z=1,96 Z=1,96 Nivel de confianza confianza 99% -> Z=2,575 Z=2,575

-

e: Es el margen de error máximo que admito (p.e. 5%)

-

σ2: Es la varianza que esperamos encontrar encontrar en la población (es el cuadrado de la desviación estándar, σ). Nuevamente, es un dato que debemos obtener de un estudio previo o de una estimación propia.

Se elaborarán y ensayarán un total de 15 muestras de concreto en la siguiente si guiente distribución: -

5 muestras corresponden a muestras cilíndricas de 30 cm de largo y 15 cm de diámetro.

-

5 muestras corresponden a muestras prismáticas en formas de vigas de 6” de ancho, 6” de altura y 21” de longitud.

-

5 muestras corresponden a muestras cilíndricas en forma de losas de 7.5 cm de espesor y 80 cm de diámetro.


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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.

4.5.3. Muestreo. 4.5.3.1. Mue 4.5.3.1. Muest stre reo o no Pro Pr obabi lístico lístico..

Para Arias (2012): “es un procedimiento de selección en el que se desconoce la probabilidad que tienen los elementos elementos de la población población para para integrar la muestra”(p. 85). Para nuestra investigación se realizara un muestreo intencional u opinático para lo cual Arias (2012) con explica que “…en este caso los elementos son escogidos con base en criterios o juicios preestablecidos por el investigador”. invest igador”.

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pavimentos rigidos con fibras de acero

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