UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR · 2019. 6. 10. · DE FIBRA DE CABUYA – EFECTO EN ESFUERZO...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y

MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

Reforzamiento de elementos de hormigón armado mediante tejidos de fibra de

cabuya – Efecto en esfuerzo cortante.

Trabajo de Titulación Modalidad Proyecto de Investigación, previo a la

obtención del Título de Ingeniero Civil.

AUTORES: Ochoa Ochoa Alfredo David

Viracocha Toazo Lenin Bolívar

TUTOR: Ing. Diego Alfonso Andrade Stacey

Quito, 2019

ii

DERECHOS DE AUTOR

Nosotros, OCHOA OCHOA ALFREDO DAVID Y VIRACOCHA TOAZO LENIN BOLÍVAR,

en calidad de autores y titulares de los derechos morales y patrimoniales del trabajo de titulación

“REFORZAMIENTO DE ELEMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO MEDIANTE TEJIDOS

DE FIBRA DE CABUYA – EFECTO EN ESFUERZO CORTANTE”, modalidad Proyecto de

Investigación, de conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA

SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedemos a favor

de la Universidad Central del Ecuador una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el

uso no comercial de la obra, con fines estrictamente académicos. Conservamos a nuestro favor

todos los derechos de autor sobre la obra, establecidos en la normativa citada.

Así mismo, autorizamos a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización y

publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en

el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

Los autores declaran que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de

expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por cualquier

reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la universidad de toda

responsabilidad.

Firma:_______________________

Ochoa Ochoa Alfredo David

CC. 172183573-2

[email protected]

Firma:_______________________


CC. 171805832 - 2

[email protected]

iii

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del Trabajo de Titulación, presentado por los señores: OCHOA OCHOA

ALFREDO DAVID y VIRACOCHA TOAZO LENIN BOLÍVAR, para optar por el Grado de

Ingenieros Civiles; cuyo título es: REFORZAMIENTO DE ELEMENTOS DE HORMIGÓN

ARMADO MEDIANTE TEJIDOS DE FIBRA DE CABUYA – EFECTO EN ESFUERZO

CORTANTE, considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser

sometido a la presentación pública y evaluación por parte del tribunal examinador que se designe.

En la ciudad de Quito a los 03 días del mes de agosto del 2018

______________________________

Ing. Diego Alfonso Andrade Stacey

DOCENTE-TUTOR

C.C. 170199727-0

iv

DEDICATORIA

Este trabajo lo dedico Dios por darme fortaleza y sabiduría, para poder alcanzar la meta que me

propuse y llegar a este momento de mi vida profesional.

A mis padres Tito y Teresa que con su humildad y consejos han sabido guiarme por este arduo

sendero, y ser el apoyo incondicional, deseo que en esta tesis se refleje el sacrificio y esfuerzo de

ellos que me brindaron en este periodo de mi carrera.

Viracocha Toazo Lenin

v

DEDICATORIA

Dedicado a quienes forman parte de este momento.


vi

AGRADECIMIENTO

Primero a Dios, por darme la vida y ponerme en este camino, a mis padres Tito y Teresa quien con

su amor y sacrificio siguen luchando por verme profesional, quienes con su persistencia me han

formado y puedo ser lo que soy ahora.

A mi hermano Geovanny por haber confiado en mí, y ser la fuerza de seguir en busca de mis

sueños, por ayudarme moralmente, ser un aliento y darme una mano cuando más lo necesite.

A mis demás hermanos Edgar, Maritza, Omar, Brithany, Grace, por darme su comprensión y

velar por mí en los triunfos y momentos difíciles.

Agradezco al Ing. Luis Morales por colaborarme en mi tesis brindándome sus tutorías.

Al laboratorio de Ensayo de Materiales por brindarme el uso de sus instalaciones equipos y

herramientas para realizar los ensayos que la investigación requería.

Agradezco a la Gloriosa Universidad Central del Ecuador la cual me abrió las puertas con

generosidad, a mis profesores que con paciencia supieron impartir en mí sus conocimientos.

Viracocha Toazo Lenin

vii

AGRADECIMIENTO

A toda mi familia y con mucho cariño a Andrea Hurtado L.

Agradecimiento especial a la Universidad Central del Ecuador, a la Facultad de Ingeniería Civil

y a todos sus docentes.

Mención con sinceros agradecimientos a Ing. L. Morales quien de manera desinteresada apoyó

en este tema de investigación con sus cuestionamientos y guías, de igual manera al Ing. Diego

Andrade, por su colaboración y aporte sustancial hacia este proyecto.


viii

CONTENIDO

DERECHOS DE AUTOR ........................................................................................................... II

APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................................... III

DEDICATORIA......................................................................................................................... IV

AGRADECIMIENTO ................................................................................................................ VI

CONTENIDO........................................................................................................................... VIII

LISTA DE GRÁFICOS ............................................................................................................. XII

LISTA DE ECUACIONES ...................................................................................................... XIII

LISTA DE TABLAS ................................................................................................................ XIII

LISTA DE FOTOGRAFÍAS .................................................................................................... XVI

ANEXOS. ................................................................................................................................ XVII

RESUMEN ............................................................................................................................... XIX

ABSTRAC ............................................................................................................................... XX

CAPÍTULO I ................................................................................................................................. 1

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1

1.1. ANTECEDENTES ....................................................................................................... 1

1.2. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................................... 8

1.3. ALCANCE ................................................................................................................... 9

1.4. OBJETIVOS ............................................................................................................... 10

1.4.1.Objetivo General ................................................................................................ 10

1.4.2.Objetivos Específicos......................................................................................... 10

1.5. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................... 11

1.6. VARIABLES .............................................................................................................. 11

1.6.1.Variable Independiente ...................................................................................... 11

1.6.2.Variable Dependiente ......................................................................................... 11

CAPÍTULO II .......................................................................................................................... 12

FUNDAMENTACIÓN ............................................................................................................. 12

2.1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ............................................................................ 12

2.2. Fibras Naturales .......................................................................................................... 12

2.2.1.Generalidades ..................................................................................................... 12

2.3. Cabuya ........................................................................................................................ 13

2.3.1.Descripción ........................................................................................................ 14

2.3.2.Cabuya en el Ecuador ........................................................................................ 15

2.3.3.Producción de Cabuya en el Ecuador ................................................................ 16

2.4. Fibra de Cabuya .......................................................................................................... 17

2.4.1.Características Mecánicas de la Cabuya. ........................................................... 19

2.5. Utilidad y Aplicaciones de la Fibra de Cabuya .......................................................... 20

2.6. Tejidos de fibra de cabuya .......................................................................................... 21

2.7. Hormigón .................................................................................................................... 22

ix

2.8. Elementos de Hormigón Armado ............................................................................... 23

2.8.1.Viga .................................................................................................................... 24

2.8.2.Columna ............................................................................................................. 24

2.8.3.Viga Doblemente Armada ................................................................................. 25

a) Falla a flexión: ................................................................................................................ 26

b) Falla por compresión o aplastamiento: ........................................................................... 26

c) Falla balanceada: ............................................................................................................ 27

2.9. Criterios para Diseño en vigas de hormigón armado ................................................. 28

2.9.1.Límite de Diseño ................................................................................................ 28

2.9.2.Refuerzo transversal en vigas ............................................................................ 28

2.10. Esfuerzo Cortante ....................................................................................................... 29

2.10.1.Deflexión en Vigas .......................................................................................... 29

2.10.2.Flexión ............................................................................................................. 33

2.11. Proceso de reforzamiento estructural ......................................................................... 33

2.12. Ensayo de especímenes .............................................................................................. 33

CAPÍTULO III ........................................................................................................................ 34

METODOLOGÍA ..................................................................................................................... 34

3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN ..................................................................................... 34

3.1.1.Método Hipotético – Deductivo........................................................................ 34

3.1.2.Técnica: Observación Directa ........................................................................... 35

3.1.3.Instrumentos ...................................................................................................... 36

3.2. Investigación en laboratorio. ...................................................................................... 36

3.3. Población y Muestra para ensayos. ............................................................................. 36

3.4. Datos Mina FUCUSUCU V ....................................................................................... 37

3.5. Proceso para la obtención de tejidos de fibra de cabuya ............................................ 39

3.5.1.Obtención de materia Prima............................................................................... 39

3.5.2.Proceso de elaboración de las fibras de cabuya ................................................. 40

3.5.3.Proceso de manufactura de tejidos a base de fibra de cabuya ........................... 43

3.6. Ensayos a los agregados y a Tejidos de Fibra de Cabuya .......................................... 45

3.7. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES....................................................... 46

3.7.1.Generalidades ..................................................................................................... 46

3.7.2.Definiciones de las propiedades físicas de los materiales de construcción. ...... 46

3.7.3.cemento .............................................................................................................. 47

3.8. ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS

AGREGADOS PROCEDENTES DE LA CONCESIÓN MINERA “FUCUSUCO V”

UBICADA EN SAN ANTONIO DE PICHINCHA. .................................................................... 49

3.8.1. Introducción. ................................................................................................................... 49

3.8.2. Origen de los agregados. ................................................................................................. 50

3.8.3. Abrasión. ......................................................................................................................... 50

3.8.3.1.Resultados del ensayo de Abrasión - Tabla 3.8.3. y Tabla 3.8.4. ....................... 52

x

3.8.4. Colorimetría .................................................................................................................... 53

3.8.4.1.Resultado del ensayo de Colorimetría en agregado fino ..................................... 55

3.8.5. Densidad Real. - Densidad en Estado Superficie Saturada Seca (S.S.S.) ...................... 56

3.8.5.1.Resultados del ensayo de Densidad en Estado (S.S.S.) - Tabla 3.8.5.1. ............... 57

3.8.6. Capacidad de Absorción. ................................................................................................ 58

3.8.6.1. Resultados del ensayo de Capacidad de Absorción - Tabla 3.8.6.2. y Tabla 3.8.6.3. .... 60

3.8.7. Densidad Aparente Suelta y Compactada. ...................................................................... 61

3.8.7.1. Resultados del ensayo de Densidad aparente, suelta y compactada ............................... 62

3.8.7.2. Resultados del ensayo de Densidad Óptima. .................................................................. 64

3.8.8. Granulometría ................................................................................................................. 66

3.8.8.1. Resultados del ensayo de Granulometría Agregado grueso ........................................... 69

3.8.8.2. Resultados del ensayo de Granulometría Agregado fino ............................................... 71

3.9. Densidad del Cemento. ................................................................................................... 73

3.10. TEJIDOS DE LOS TEJIDOS DE FIBRA DE CABUYA. ........................................ 83

3.11. RESUMEN DE PROPIEDADES. .............................................................................. 88

3.12. MEZCLAS DE HORMIGÓN .................................................................................... 90

3.12.1. MÉTODO DE LA DENSIDAD ÓPTIMA. .................................................................... 90

3.12.2. DOSIFICACIÓN DE MEZCLA PARA 21 MPa POR EL MÉTODO DE DENSIDAD

ÓPTIMA. ...................................................................................................................................... 93

3.13. DISEÑO DE VIGA A FLEXIÓN Y CORTE DE ACUERDO AL ACI 318-14. ...... 97

3.13.1. COMPROBACIÓN DEL DISEÑO .......................................................................... 105

3.14. FABRICACIÓN DE PROBETAS (VIGA) .............................................................. 109

3.15. REFORZAMIENTO DE VIGAS CON TEJIDO DE FIBRA DE CABUYA.......... 114

3.15.1. Preparación de vigas para aplicación de aditivos ......................................................... 115

3.15.2. Aditivo EPOFIX PRIMER 506 L ................................................................................. 116

3.15.3. Mezclado de Componentes A-B: .................................................................................. 118

3.15.4. Aplicación del aditivo sobre la superficie de la viga .................................................... 119

3.15.5. Aplicación del aditivo para la saturación sobre el tejido de fibra de cabuya ............... 119

3.15.6. Impregnación del tejido de fibra de cabuya a la viga ................................................... 120

3.15.7. Recomendaciones para la impregnación de los elementos. .......................................... 121

3.16. ENSAYOS EN LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES.................... 121

CAPÍTULO IV ...................................................................................................................... 126

ANÁLISIS DE RESULTADOS .............................................................................................. 126

4.1 Resultados de ensayos a cilindros testigo .. .............................................................. 127

4.2 RESULTADOS DE ENSAYOS A VIGAS PARA DETERMINAR MODULO DE

ROTURA ............................................................................................................................. 128

4.3 RESULTADOS DE ENSAYOS DE PROBETAS VIGAS ESTÁNDAR ............... 130

4.4 RESULTADOS DE ENSAYOS DE VIGAS REFORZADAS ............................... 131

4.5 ANÁLISIS DE CARGAS EN VIGAS ..................................................................... 135

4.6 CUADROS DE VALORES COMPARATIVOS .................................................... 135

xi

4.7 ANÁLISIS DE FISURAS ........................................................................................ 138

4.8 COMPARACIÓN DE CARGAS ............................................................................. 143

CAPÍTULO V ........................................................................................................................ 144

CONCLUSIONES .................................................................................................................. 144

RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 147

BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 148

ANEXOS ................................................................................................................................. 152

GLOSARIO DE TÉRMINOS ................................................................................................. 169

xii

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1.1.1 Encamisado en las caras con refuerzo a cortante y hormigón en columna .............. 3

Gráfico 1.1.2 Tipologías de refuerzo con elementos metálicos formados por angulares y unos

collarines superior e inferior. .......................................................................................................... 4

Gráfico 1.1.3. Detalle de Pilar reforzado con fibra de carbono. ..................................................... 5

Gráfico 2.8.1. Durabilidad en las Estructuras de Hormigón Armado. .......................................... 24

Gráfico 2.7.2.1 Esquema de Viga doblemente armada. ................................................................ 25

Gráfico 2.7.2.2. Falla a Flexión en viga ........................................................................................ 26

Gráfico 2.7.2.3. Falla por compresión y aplastamiento del hormigón .......................................... 26

Gráfico 2.7.2.4. Diagrama Momento-Curvatura, Estado de falla balanceada .............................. 27

Gráfico 2.8.2.1. Armadura para contrarrestar esfuerzos por cortante ........................................... 29

Gráfico 3.1.2. Esquema de ensayo en vigas reforzadas con fibra de cabuya .............................. 36

Gráfico 3.4.1. Ubicación Mina Fucusucu V ................................................................................ 38

Gráfico 3.7.3.1 Cemento Holcim tipo GU .................................................................................... 48

Gráfico 3.8.4.1. Propiedades de los Agregados Según su Color .................................................. 54

Gráfico 3.8.7.2. Resultado del Ensayo de densidad óptima. ......................................................... 65

Gráfico 3.8.8.1. Curva granulométrica árido grueso .................................................................... 69

Gráfico 3.8.8.2 Curva granulométrica árido grueso ..................................................................... 70

Gráfico 3.8.8.3. Curva granulométrica árido fino muestra 1 ........................................................ 71

Gráfico 3.8.8.4 Curva granulométrica árido fino muestra 2 ......................................................... 72

Gráfico 3.9.1. Diagrama de tracción en aceros ............................................................................. 78

Gráfico 3.9.1. Fluencia de la varilla de 12mm .............................................................................. 81

Gráfico 3.9.2. Fluencia de la varilla de 18mm .............................................................................. 83

Gráfico 3.10.1. Diagrama de Tensión en la Fibra de Cabuya ....................................................... 85

Gráfico 3.10.2. Diagrama de Tensión en la Fibra de Cabuya recubierta con aditivo Epóxico ..... 87

Gráfico 3.13.6. Características de vigas para el ensayo ............................................................... 99

Gráfico 3.13.1 Detalle de armado de viga de diseño .................................................................. 109

Gráfico 4.6.1. Comparativa carga de diseño vs carga primera fisura ......................................... 135

Gráfico 4.6.2. Comparativa carga de diseño vs carga de falla .................................................... 136

Gráfico 4.6.3. Carga calculada v.d. armada vs carga primera fisura .......................................... 136

Gráfico 4.6.4. CARGA CALCULADA V.D. ARMADA VS CARGA DE FALLA ................. 137

xiii

LISTA DE ECUACIONES

Ecuación 2.10.1.1: Deflexión máxima .......................................................................................... 31

Ecuación 2.10.1.2.: Deflexión en termino de momento ............................................................... 31

Ecuación 3.8.8.1. Porcentaje Retenido ......................................................................................... 68

Ecuación 3.8.8.2. Porcentaje que pasa. ......................................................................................... 68

Ecuación 3.8.8.3. Módulo de Finura del agregado grueso............................................................ 68

Ecuación 3.8.8.4. Módulo de Finura del agregado fino. ............................................................... 68

Ecuación. 3.9: Deformación unitaria ............................................................................................ 76

Ecuación. 3.10: Tensión en zona elástica ..................................................................................... 76

Ecuación 3.12.1. Densidad real de la mezcla de los agregados .................................................... 90

Ecuación 3.12.2 Porcentaje óptimo de Vacíos.............................................................................. 90

Ecuación 3.12.3 Cantidad de Cemento. ........................................................................................ 91

Ecuación 3.12.4. Cantidad de Agua. ............................................................................................. 91

Ecuación 3.12.5. Cantidad de Arena. ............................................................................................ 92

Ecuación 3.12.6 Cantidad de Ripio............................................................................................... 92

LISTA DE TABLAS

Tabla 2.4.1.1 Características mecánicas de la Fibra de cabuya. ................................................... 19

Tabla 2.9.1. Altura mínima de vigas no preesforzadas. ................................................................ 28

Tabla 2.9.2. Deflexión máxima admisible calculada. ................................................................... 32

Tabla 3.4.1. Datos Generales Mina Fucusucu V .......................................................................... 38

Tabla 3.6.1. Normas para ensayos en agregados y en tejidos de reforzamiento ........................... 46

Tabla 3.8.3. Cantidades de material para Ensayo de Abrasión ..................................................... 52

Tabla 3.8.4. Resultados del Ensayo de Abrasión .......................................................................... 53

Tabla 3.8.5.1. Resultado del Ensayo de Densidad ........................................................................ 57

Tabla 3.8.6.1. Resultado del Ensayo de Capacidad de absorción. ................................................ 59

Tabla 3.8.6.2 Resultado del Ensayo de Capacidad de absorción agregado grueso. ..................... 60

Tabla 3.8.6.3. Resultado del Ensayo de Capacidad de absorción agregado fino. ......................... 60

Tabla 3.8.7.1. Resultado del Ensayo de densidad aparente suelta y compactada. ........................ 63

xiv

Tabla 3.8.7.2. Resultado del Ensayo de densidad óptima. ............................................................ 64

Tabla 3.8.1. Análisis granulométrico del agregado grueso. .......................................................... 67

Tabla 3.8.2. Análisis granulométrico del agregado fino. .............................................................. 67

Tabla 3.8.8.1. Resultados del Ensayo de granulometría de agregado grueso. .............................. 69

Tabla 3.8.8.2. Resultados del Ensayo de granulometría de agregado grueso. .............................. 70

Tabla 3.8.8.3 Resultados del Ensayo de granulometría agregado fino. ........................................ 71

Tabla 3.8.8.4 Resultados del Ensayo de granulometría agregado fino. ........................................ 72

Tabla 3.8.9.1. Resultados del Ensayo densidad específica del cemento- método Picnómetro. .... 74

Tabla 3.8.9.2 Resultados del Ensayo densidad específica del cemento- método Lechatelier ...... 75

Tabla 3.9.1. Resultados del Ensayo a Tracción en Varillas de 12mm .......................................... 80

Tabla 3.9.2. Resultados del Ensayo a Tracción en Varillas de 8mm ............................................ 82

Tabla 3.10.1. Resultados del Ensayo a Tracción en tejidos de fibra de cabuya - probeta estándar

....................................................................................................................................................... 84

Tabla 3.10.2. Resultados del Ensayo a Tracción en tejidos de fibra de cabuya ........................... 86

Tabla 3.12.1. Tabla para cantidades de pasta de cemento ............................................................ 91

Tabla 3.12.2.1. Laboratorio de ensayo de Materiales. UCE. ........................................................ 93

Tabla 3.12.2.2. Dosificación de Mezclas Ing. Raúl Camaniero. Pag 18 ...................................... 94

Tabla 3.12.2.3. Dosificación de Mezclas Ing. Raúl Camaniero. Pag 18 ...................................... 94

Tabla 3.12.2.4. Cuadro Resumen de materiales............................................................................ 96

Tabla 3.12.2.5. Corrección por humedad ...................................................................................... 96

Tabla 3.15.1. Descripción grupos de vigas a reforzar. ................................................................ 115

Tabla 3.15.2.1. Descripción de Producto EPOFIX PRIMER ..................................................... 118

Tabla 4.1.1. Resultados del Ensayo de compresión en cilindros testigo. ................................... 127

Tabla 4.1.2. Resultados del Ensayo Modulo de Rotura. ............................................................. 128

Tabla 4.3.1 Resultado del Ensayo vigas estándar. ...................................................................... 130

Tabla 4.3.2 Resultado del Ensayo de vigas con encamisado en u en el tercio de la viga (Tejido

dirección de fibras a 90° con el eje del elemento) ...................................................................... 131

Tabla 4.3.3 Resultado del Ensayo de vigas con encamisado lateral en el tercio de la viga (Tejido


Tabla 4.3.4 Resultado del Ensayo resistencia a flexión vigas con encamisado en caras laterales en

la longitud de la viga (Tejido dirección de fibras a 90° con el eje del elemento) ....................... 133

xv

Tabla 4.3.5 Resultado del Ensayo resistencia a flexión vigas con encamisado en caras laterales en

la longitud de la viga (Tejido dirección de fibras a 45° con el eje del elemento) ....................... 134

Tabla 4.5. Análisis de cargas en vigas de ensayo ....................................................................... 135

Tabla 4.7.1 Análisis de fisuras de vigas estándar ....................................................................... 138

Tabla 4.7.2 Análisis de fisuras de vigas con encamisado en u en el tercio de la viga (Tejido


Tabla 4.7.3 Análisis de fisuras de vigas con encamisado lateral en el tercio de la viga (Tejido


Tabla 4.7.4 Análisis de fisuras de vigas con encamisado en caras laterales en la longitud de la

viga (Tejido dirección de fibras a 90° con el eje del elemento) ................................................. 141

Tabla 4.7.4 Análisis de fisuras de vigas con encamisado en caras laterales en la longitud de la

viga (Tejido dirección de fibras a 45° con el eje del elemento) ................................................. 142

Tabla 4.8.1 Cuadro de Cargas ..................................................................................................... 143

Tabla A-1 Análisis de precios unitarios ...................................................................................... 168

xvi

LISTA DE FOTOGRAFÍAS

Fotografía 2.3.2.1. Cabuya en sector de la Mitad del Mundo ....................................................... 16

Fotografía 2.4.1. Obtención cabuya y proceso final de manufactura ........................................... 18

Fotografía 2.7.1. Ensayos de materiales componentes del hormigón hidráulico.......................... 23

Fotografía 2.7.2. Probetas cilíndricas de hormigón para ensayos a compresión .......................... 23

Fotografía 3.5.1.1. Cultivo de la Cabuya ...................................................................................... 39

Fotografía 3.5.1.2. Cosecha de Cabuya ........................................................................................ 40

Fotografía 3.5.2.1. Extracción de líquidos de la hoja de cabuya .................................................. 40

Fotografía 3.5.2.2. Lugar de acopio y procesado de la fibra de cabuya ....................................... 41

Fotografía 3.5.2.3. Procedimiento de desenredado de las fibras secas de cabuya. ....................... 41

Fotografía 3.5.2.4. Deshilado fibras secas de cabuya sobre pedestal metálico. ........................... 42

Fotografía 3.5.2.4. Maquinaría y proceso de hilado de cordeles de fibra de cabuya. ................... 42

Fotografía 3.5.2.5. Obtención de ovillo de cabuya ....................................................................... 43

Fotografía 3.5.3.1. Proceso de tejido en telar artesanal ................................................................ 44

Fotografía 3.5.3.2. Presentación en rollos del tejido de fibra de cabuya. ..................................... 44

Fotografía N. 3.8.4.1. Frascos con agregado fino ......................................................................... 55

Fotografía 3.10.1. Dobles para sujeción en las mordazas de máquina de ensayo ........................ 83

Fotografía 3.14.1 Moldes de encofrado para hormigonado de vigas .......................................... 110

Fotografía 3.14.2. Armado de vigas............................................................................................ 110

Fotografía 3.14.3.2. Verificación del asentamiento mediante el cono de Abrams ..................... 112

Fotografía 3.14.3.3 Hormigonado de Vigas................................................................................ 112

Fotografía 3.14.3.4. Probetas cilíndricas testigo ......................................................................... 113

Fotografía 3.14.3.5. Vigas para determinar Modulo de Rotura .................................................. 113

Fotografía 3.14.4.1. Curado de probetas ..................................................................................... 114

Fotografía 3.15.1.1. Eliminación de rugosidades pronunciadas en la viga ................................. 116

Fotografía 3.15.2.1. EPOFIX PRIMER - Aditivo de dos componentes de alta resistencia para

pegado estructural ....................................................................................................................... 116

Fotografía 3.15.3.1. Preparación de aditivo EPOFIX PRIMER ................................................. 118

Fotografía 3.15.4.1. Aplicación del aditivo sobre la superficie de las vigas .............................. 119

Fotografía 3.15.5.1. Saturación del tejido de fibra de cabuya .................................................... 120

Fotografía 3.15.6.1 Impregnación del Tejido de Fibra de Cabuya a la Viga .............................. 121

xvii

Fotografía 3.16.1. Preparación y calibración de equipos para ensayo. ....................................... 122

Fotografía 3.16.2. Transporte de vigas al laboratorio. ................................................................ 122

Fotografía 3.16.3. Transporte de la viga hacia la máquina de ensayo de 100 ton. ..................... 123

Fotografía 3.16.4. Colocación de aditamentos para ensayo de carga. ........................................ 123

Fotografía 3.16.5. Ensayo de Vigas estándar. ............................................................................. 124

Fotografía 3.16.6. Ensayo de Vigas Reforzadas con fibra de Cabuya. ....................................... 124

Fotografía 3.16.7. Inspección de vigas ensayadas. ..................................................................... 125

ANEXOS.

Ilustración 1 Visita a la mina y transporte del material. ............................................................. 152

Ilustración 2 Agregados. ............................................................................................................ 152

Ilustración 3 Cuarteo mecánico del agregado grueso. ............................................................... 152

Ilustración 4 Densidad Aparente Suelta. ..................................................................................... 153

Ilustración 5 Densidad Aparente Compactada. ........................................................................... 153

Ilustración 6 Ensayo de densidad óptima de los agregados. ....................................................... 153

Ilustración 7 Ensayo de abrasión del agregado grueso. .............................................................. 154

Ilustración 8 Ensayo de colorimetría del agregado fino. ........................................................... 154

Ilustración 9 Ensayo de densidad de volumen en estado SSS del agregado grueso. ................. 155

Ilustración 10 Ensayo de densidad de volumen en estado SSS del agregado fino. .................... 155

Ilustración 11 Ensayo de granulometría del agregado grueso. ................................................... 156

Ilustración 12 Ensayo de granulometría del agregado fino. ....................................................... 156

Ilustración 13 Ensayo de densidad del cemento portland tipo Gu. ........................................... 157

Ilustración 14 Mezcla de prueba. ................................................................................................ 157

Ilustración 15 Asentamiento de la mezcla de prueba. ................................................................. 158

Ilustración 16 Probetas cilíndricas realizadas en la mezcla de prueba (Método de la Densidad

Óptima de los Agregados). ......................................................................................................... 158

Ilustración 17 Curado de cilindros. ............................................................................................ 158

Ilustración 18 Ensayo de Varilla. ............................................................................................... 159

Ilustración 19 Ensayo de Fibra. ................................................................................................. 159

Ilustración 20 Armado de Encofrado. ........................................................................................ 160

Ilustración 21 Armado del Acero. ............................................................................................... 160

xviii

Ilustración 22 Corrección por humedad. .................................................................................... 160

Ilustración 23 Mezcla Definitiva. .............................................................................................. 161

Ilustración 24 Asentamiento obtenido en la mezcla definitiva. ................................................. 161

Ilustración 25 Llenado de vigas. ................................................................................................ 161

Ilustración 26 Elaboración de probetas cilíndricas de hormigón. .............................................. 162

Ilustración 27 Curado de Vigas. ................................................................................................. 162

Ilustración 28 Almacenamiento de vigas estándar. .................................................................... 162

Ilustración 29 Ensayo de Vigas Estandar. .................................................................................. 163

Ilustración 30 Falla y superficie producida en la probeta ensayada. ......................................... 163

Ilustración 31 Ensayo de compresión en probetas cilíndricas a los 28 días. ............................. 163

Ilustración 32 Viga libre de Impurezas. ..................................................................................... 164

Ilustración 33 Aplicación del Adictivo (epóxico epofix). ......................................................... 164

Ilustración 34 Saturación de Fibra (epóxico epofix). ................................................................. 165

Ilustración 35 Pegado de Fibra en la Viga (probeta de Prueba). ............................................... 165

Ilustración 36 Ensayo de Vigas estándar (probeta de Prueba). .................................................. 166

Ilustración 37 Ensayo de Viga Encamisado Lateral Fibra a 90º (probeta de Prueba). .............. 166

Ilustración 38 Ensayo de Viga Encamisado Tipo U Fibra a 90º (probeta de Prueba). .............. 166

Ilustración 39 Ensayo de Viga Encamisado Lateral Fibra a 45º (probeta de Prueba). ............... 166

Ilustración 40 Ensayo de Viga Encamisado Tipo U Fibra a 45º (probeta de Prueba). .............. 167

xix

TITULO: Reforzamiento de elementos de hormigón armado mediante tejidos de fibra de cabuya

– Efecto en esfuerzo cortante.

Autores: Ochoa Ochoa Alfredo David


Tutor: Ing. Diego Alfonso Andrade Stacey

RESUMEN

El presente trabajo de investigación se basa en reforzar elementos de hormigón armado mediante

el uso de tejidos de fibra de cabuya, el cual se enfocó en su elaboración y diseño al esfuerzo

cortante para determinar el aporte del tejido de fibra de cabuya como refuerzo estructural ante

presuntas cargas, utilizando los agregados de la concesión minera “FUCUSUCU V”, ubicada en

la Provincia de Pichincha, Cantón Quito, Parroquia Mitad del Mundo. Las propiedades de los

agregados y del cemento cumplieron con los ensayos respectivos de acuerdo a las Normas NTE

INEN y ASTM. Y mediante los resultados obtenidos se realizó el diseño por el Método de la

Densidad Óptima, para una resistencia especificada de 21 MPa. En base a los resultados se

procedió hacer la mezcla definitiva del hormigón para diseñar las vigas que ayudarían al estudio

del reforzamiento mediante los tejidos de fibra de cabuya. Se realizaron los ensayos respectivos

para determinar el esfuerzo cortante tanto en vigas estándar como vigas con reforzamiento, y, con

los ensayos experimentales del presente estudio, se determinó que el tejido de fibra de cabuya

aumenta en un pequeño porcentaje en la estructura de hormigón armado lo cual no pueden ser

utilizados como material alternativo al reforzamiento estructural.

PALABRAS CLAVE: TEJIDO DE FIBRA DE CABUYA/ REFORZAMIENTO

ESTRUCTURAL/ ESFUERZO CORTANTE/ MATERIAL ALTERNATIVO.

xx

TITLE: Strengthening reinforced concrete elements by fiber fabrics of cabuya - Effect in shear

stress.

Authors: Ochoa Ochoa Alfredo David


Tutor: Eng. Diego Alfonso Andrade Stacey

ABSTRACT

The present research work is based on reinforcing reinforced concrete elements through the use of

cabuya fiber fabrics, which focused on the elaboration and design of the shear stress to determine

the contribution of the cabuya fiber fabric as a structural reinforcement before presumed loads,

using the aggregates of the mining concession "FUCUSUCU V", located in the Pichincha

Province, Quito Canton, Mitad del Mundo Parish. The properties of the aggregates and the cement

complied with the respective tests according to the NTE INEN and ASTM Standards. And through

the results obtained, the design was made by the Optimum Density Method, for a specified

resistance of 21 MPa. Based on the results, the final concrete mix was made to design the beams

that would help in the study of reinforcement using the cabuya fiber fabrics. The respective tests

were carried out to determine the shear stress in both standard and reinforced beams, and, with the

experimental tests of the present study, it was determined that the cabuya fiber fabric increases in

a small percentage in the reinforced concrete structure. Which cannot be used as an alternative

material to structural reinforcement.

KEYWORDS: CABUYA FIBER FABRIC / STRUCTURAL REINFORCEMENT / CUTTING

EFFORT / ALTERNATIVE MATERIAL.

1

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

1.1. ANTECEDENTES

El Ecuador se encuentra asentado sobre el Cinturón de Fuego del Pacífico, lo cual indica que es

un país muy prominente a los terremotos atribuidos a los procesos de origen volcánico.

En el año de 1797, llegó a producirse el terremoto más devastador del cual se tiene datos, afectó

principalmente a la ciudad de Riobamba, en aquella época las construcciones eran mixtas es decir

de tapia, adobe con la presencia de maderas como vigas o columnas, formando parte de los centros

poblados, mediante la presencia de viviendas y edificaciones con similares características, lo cual

fue uno de los determinantes para que se produjera el colapso de la gran parte de las estructuras.

Puesto que en aquel entonces no existían códigos de diseño sismo resistente, tampoco técnicas de

construcción óptimas que cumplan normas, a lo cual menos aún las edificaciones podían ser

reparadas o reforzadas.

De manera más reciente el 16 de abril del 2016, vuelve a producirse un terremoto devastador, a

pesar de ya contar con códigos de diseño sismo resistente, y normas de construcción, no se pudo

evitar que las estructuras colapsaran produciendo el deceso de cientos de vidas. Todo debido a

sistemas estructurales no adecuados y la construcción informal.

Las viviendas y edificaciones afectadas producto de este fenómeno natural, tuvieron en su mayor

parte que ser demolidas, por su estado crítico y posible riesgo de colapso, y en algunos casos

excepcionales, pudiendo ser reparados y reforzados, pero ya no cumplían con los parámetros de

diseño.

2

Es ahí donde se hace presente la imperiosa necesidad de corregir los códigos de diseño sismo

resistente e implementar las técnicas de construcción más estrictas, y de la misma manera

considerar técnicas de reforzamiento más adecuadas para las estructuras afectadas.

El tema del reforzamiento estructural en el Ecuador tiene poco tiempo llevándose a cabo, puesto

que no existía una normativa clara que sea aplicable, ni aun cuando estaba en vigencia el CEC2000

y con la NEC15 se establece los parámetros determinantes, para diseños sismo resistentes y

posteriores métodos de evaluación y reforzamiento de estructuras debido a deficiencias

constructivas.

Algunos de los métodos de reforzamiento estructural, dados en el Ecuador fueron los

reforzamientos a estructuras hechas en base de adobe, las cuales son consideradas como estructuras

sensibles a efectos de sismos, la técnica para este tipo de reforzamiento, consiste en recubrir con

malla electro soldada, las caras interiores y exteriores, mediante la sujeción entre ambos con

varillas corrugadas y alambre, y para darle un acabado estético, se procede a la aplicación de una

capa de mortero a manera de enlucido.

Además, otra de las técnicas desarrolladas es incrementando las secciones de los elementos,

mediante la contribución de hormigón y así mejorando su capacidad a cortante, pero para recurrir

a esta técnica es necesaria la implementación de refuerzo adicional, tales como estribos que

garanticen el confinamiento requerido y que de este modo trasmitiera el esfuerzo cortante entre la

sección original y la nueva sección aumentada. (Gráfico 1.1.1.)

Esta técnica conllevaba una gran inversión económica, al mismo tiempo, que, en el aspecto

estructural, incrementaba de sobremanera su peso propio, llegándose a determinar como una

técnica poco viable en el campo de rehabilitación de estructuras.

3

Gráfico 1.1.1 Encamisado confinado a cuatro caras con refuerzo a cortante y hormigón en

columna

Fuente: Carm – Ayuntamiento de Lorca – Curso impartido por FHECOR.

Otra técnica de reforzamiento conocida es el “encamisado metálico”, mismo que consiste en

envolver la sección o elemento afectado que requiera ser reforzado mediante láminas metálicas,

que para su unión deben ir soldadas. Considerándose como un proceso complicado, desde la

soldadura realizada, pues la misma debe aprobar los ensayos de rayos X, partículas magnéticas o

de tintas penetrantes, además de la posibilidad que se presente oxidación de las láminas metálicas,

puesto que las caras interiores de las láminas que están en contacto con el elemento de hormigón

armado no puede ser tratado a posterior, y como particularidad de esta técnica para poder mantener

la continuidad del elemento metálico con la estructura de hormigón armado, es necesario adicionar

placas tanto en su base como en su cabecera. La aplicación de esta técnica es recomendada para

pilares de hormigón armado, cuando estos no puedan ser reforzados con la adición de hormigón

armado. (Gráfico 1.1.2.)

4

Gráfico 1.1.2 Tipologías de refuerzo con elementos metálicos formados por angulares y unos

collarines superior e inferior.

Fuente: Carm – Ayuntamiento de Lorca – Curso impartido por FHECOR.

Actualmente existen nuevas técnicas y métodos de aplicación para el reforzamiento de elementos

estructurales que requieran ser reparados o mejorados, que han sido posibles gracias al estudio

experimental de materiales alternativos compuesto y también de origen orgánico, tal como lo es:

la fibra de vidrio y la fibra de carbono, conocidas en nuestro medio, dado que son materiales de

buenas características mecánicas y bajo peso, que mejoran la resistencia de los elementos

estructurales. Su aplicación es mucho más sencilla, puesto que solo se adhiere a las secciones que

requieran refuerzo del elemento de hormigón armado. Por sus características mecánicas, el

material más predominante hoy en día es la fibra de carbono, y es la que más se utiliza en el

reforzamiento de estructuras en ciertos países, pero para nuestra consideración en nuestro país

como es un material que empieza a presentarse en el campo de la rehabilitación estructural, lo

5

convierte en un material poco viable, por su costo elevado, por el desconocimiento de su aplicación

y la inexistencia de normas que faciliten sus condiciones de cálculo. (Gráfico 1.1.3.)

Gráfico 1.1.3. Detalle de Pilar reforzado con fibra de carbono.

Fuente: Moreno, J. Patologías en Edificaciones.

En el Ecuador, el aspecto ambiental ha estado presente en la preocupación de la sociedad, es así

que se busca minimizar los impactos negativos producidos por las industrias, siendo una de ellas,

la industria de la construcción que genera contaminantes en grandes cantidades, por lo cual es

necesaria la investigación de materiales alternativos que reemplacen a los materiales habituales, y

de esta manera mantener una conciencia ambiental y ecológica.

Es así que en estos años se ha generado una marcada predisposición a renovar, determinados

materiales que se aplican en el sector de la construcción, por otros materiales, que generen menores

contaminantes en su producción, de tal modo que a futuro se prevea el incremento de los materiales

Bio-compuestos. Estos materiales presentarán semejanzas en sus características mecánicas y

físicas, para los materiales predecesores tradicionales, además de cumplir con la misma finalidad,

pero con la diferencia de que estos podrán ser obtenidos a partir de material orgánico, no

contaminante, y de menor impacto al entorno.

6

A finales de los años 60, se llevó a cabo en otros países una evaluación sistemática de las

propiedades de ingeniería de las fibras naturales y de los compuestos formados por estas fibras con

el cemento. Los resultados de las investigaciones indican que las fibras pueden ser usadas con

éxito para fabricar materiales de construcción. Posteriormente se desarrollaron procesos de

manufactura apropiados para la producción comercial en varios países de América Central, África

y Asia. (Alvarado, López, & Villarreal, 2004)

En la búsqueda de materiales sostenibles, Chile, en “pleno boom de la construcción” se mostró

muy interesado en el tipo de materiales que utilizan técnicas textiles para su elaboración. Estos

elementos compuestos a base de fibras que se entrelazan, dan como resultado un material de

excelentes características mecánicas que pueden ser usadas en la construcción. Además de tener

un costo reducido, en su adquisición y elaboración, son más respetuosos con el medio ambiente, a

diferencia de lo que ocurre con los materiales actuales, en los que los derivados del petróleo se

imponen de manera importante.

Las fibras de acero, de vidrio o poliméricas, son alternativas viables pero costosas. Las fibras

naturales pueden ser una posibilidad real para los países en desarrollo, ya que están disponibles en

grandes cantidades y representan una fuente renovable continua. (Alvarado et al., 2004)

Algunos de los estudios realizados a nivel nacional basándose en la experimentación de las fibras

de origen orgánica están dadas en algunos establecimientos de educación superior que se

mencionan a continuación en las cuales se hace referencia a la aplicación de este tipo de material

orgánico como medio de reforzamiento en materiales de hormigón.

De estudios realizados con respecto al uso de la fibra natural en el campo de materiales para la

construcción, podemos mencionar la tesis de Postgrado de la UNIVERSIDAD TÉCNICA DE

7

AMBATO, titulada “Análisis del comportamiento a flexión de vigas reforzadas con fibra de

cabuya”, de la Ing. Briseño Daniela Y., misma que en su estudio destaca la mejora de las

características mecánicas del hormigón en esfuerzos a tracción, en la conclusión que se muestra a

continuación:

El concreto con fibra dispersa presentó un incremento de 24,9%; 24,3%; y 7,8% en su

resistencia a flexión a los 14, 28 y 60 días respectivamente, en relación al concreto con

fibra longitudinal.

Cabe recalcar otra tesis de Postgrado de la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, titulada

“Estudio de las características físico-mecánicas de bloques de hormigón con fibra de

cabuya”, que corresponda a la Ing. Ana Belén Zambrano Sandoval, menciona en sus conclusiones

lo siguiente:

En el ensayo de tensión indirecta por compresión diametral, se obtuvo experimentalmente

que la probeta de hormigón con 3,3% de fibra, incremento la resistencia en un 48% en

comparación con la probeta de hormigón convencional.

Las utilizaciones de fibras naturales incorporadas a otros compuestos ofrecen ventajas, tales como:

la reducción del costo de manufactura, menores impactos ambientales y mejoramiento de

características mecánicas. Siendo en conjunto parte del mejoramiento de técnicas, aplicaciones y

elementos que constituyen parte del campo de los materiales para la construcción de obras civiles.

8

1.2. JUSTIFICACIÓN

La evolución de los códigos de diseño que hacen referencia a las acciones sísmicas, los daños

ocasionados por los terremotos y las deficiencias estructurales que puedan presentarse; son los

principales motivos que justifican la necesidad de reforzar los elementos estructurales.

Actualmente existen variadas técnicas y métodos de aplicación para el reforzamiento de elementos

estructurales que requieran ser reparados. Siendo posible esto, gracias al estudio experimental de

materiales alternativos compuestos y de origen orgánico, que mejoran la resistencia de los

elementos estructurales.

Según datos reportados por el Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca

(MAGAP), la producción de fibra de cabuya en el año 2008, fue cerca de 5400 toneladas que se

generaron aproximadamente de 2348 hectáreas de cultivo, principalmente en Imbabura (51%),

Carchi (47%) y otras provincias de la Sierra (2%). Los principales problemas que afrontan los

productores son: bajo precio, abuso de comerciantes e intermediarios, mercado restringido, escasa

información de consumidores y exportadores que imposibilitan la producción a gran escala.

De acuerdo a La Asociación Nacional de las Cadenas Productivas del Penco y la Cabuya del

Ecuador (ANAGAVEC), algunas de las aplicaciones directas del agave (cabuya) se extienden

desde la utilización como sustrato para el cultivo “Medio en el que se desarrollan una planta” hasta

el refuerzo para construcciones.

En la actualidad la falta de proyectos de investigación orientados a este tipo de fibras, logra que

desestime la utilización, beneficios y posibles potencialidades que podría aportar, en el ámbito de

la construcción, pese a que están disponibles en grandes cantidades y representan una fuente

renovable continua.

9

La presente investigación se enfocará en la utilización de Tejidos de fibras naturales de cabuya

como reforzamiento de elementos estructurales y si estos mejorarán las características mecánicas

de dichos elementos, además de poder considerarlo como un material alternativo en el

reforzamiento de estructuras. Se plantea este material orgánico como una nueva alternativa dentro

del ámbito de las técnicas constructivas, debido a que su utilización genera un mínimo de

desperdicio de los componentes, además que su aplicación es más sencilla, puesto que solo se

adhiere a las secciones de los elementos que requieran ser reforzados. Así mismo que es de fácil

cultivo, producción y fabricación. Prevaleciendo de esta manera los aspectos tanto ambientales

como de economía, que tanta incidencia tiene en la actualidad.

Adicional con la posibilidad de considerarlo, dentro de la rehabilitación de viviendas

patrimoniales, mismas que por su condición histórica no pueden ser alteradas estéticamente al

momento de ser reforzadas; pero con la adición de tejidos naturales a base de fibra de cabuya,

podrían mejorar sus condiciones estructurales sin alterar la uniformidad de su entorno.

1.3. ALCANCE

El alcance del proyecto de investigación es determinar el esfuerzo cortante en elementos de

hormigón armado mediante la utilización del Tejido de fibra de Cabuya como elemento de refuerzo

externo. Mediante la fabricación de vigas de hormigón armado, estos especímenes serán realizados

con cemento Holcim Tipo GU y agregados de la mina de la Mitad del Mundo (Mina Fucusucu V),

y luego de trascurridos los 28 días, serán ensayadas a corte, las vigas estándar que servirán de

referencia para su posterior comparación con las vigas cubiertas con reforzamiento de fibra de

cabuya, para determinar su resistencia a corte y el comportamiento del tejido de Cabuya.

10

1.4. OBJETIVOS

1.4.1 Objetivo General

Determinar el esfuerzo cortante en elementos estructurales reforzados con tejidos de

fibras de cabuya, aplicando los principios científicos y técnicos de Ingeniería Civil, con

normas, códigos de la construcción para proponerlo como material alternativo de

reforzamiento.

1.4.2 Objetivos Específicos

Obtener los tejidos de fibra de cabuya procesadas artesanalmente.

Diseñar vigas simplemente armadas con los parámetros establecidos en la ACI 318-14.

Realizar el diseño de la mezcla, la fabricación de los encofrados y posterior a esto el

hormigonado de las vigas, controlando que cumpla con el diseño, para luego ser

ensayadas.

Verificar el esfuerzo cortante de las vigas estándar con relación a las vigas reforzadas

con tejidos de fibras de cabuya.

Evaluar elementos de hormigón armado reforzados con tejidos de fibra de cabuya con

relación a elementos de hormigón Armado sin fibra para observar en cuanto aumenta

al refuerzo estructural adicional.

Identificar la variación del esfuerzo cortante en relación con la orientación de los tejidos

de fibras de cabuya ya sea a 90º y 45º al ser adherido a lo largo de la luz, y otro ensayo

al tercio de la luz encamisando alrededor de la viga tipo U del elemento estructural

respectivamente.

11

Proponer parámetros de ventajas y desventajas en el uso de tejidos de fibra de cabuya

como material alternativo de reforzamiento estructural.

1.5. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN

Los elementos de hormigón armado reforzados con tejidos de fibra de cabuya mejoran la

resistencia última a Esfuerzos Cortantes.

1.6. VARIABLES

Variable Independiente

Tejidos de fibras naturales de cabuya

Variable Dependiente

Esfuerzo Cortante

12

CAPÍTULO II

FUNDAMENTACIÓN

2.1.FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

El objetivo de este capítulo es conceptualizar los elementos de estudio que abarcan en la presente

investigación, tales como la fibra de cabuya, aplicaciones, elementos de hormigón armado y

elementos de reforzamiento estructural; a los cuales se analizaran las características y propiedades,

para de esta manera determinar su aporte en el desarrollo de materiales alternativos en el

reforzamiento de estructuras. Al mismo tiempo se da a conocer las características predominantes

de las fibras naturales de cabuya, para una posible industrialización y posible utilización en el

ámbito estructural.

2.2.Fibras Naturales

Las fibras naturales, son empleadas con más frecuencia, no tan solo en el ámbito textil, sino

también en el ámbito de la arquitectura y construcción, puesto que sus características mecánicas,

texturas y apariencia, al igual que su compleja forma de entrelazar de manera tan natural con el

entorno, permite a estas fibras conllevar un empleo menos continuo y son evadidas por las fibras

sintéticas.

2.2.1. Generalidades

Las fibras que se emplearon en primer lugar en la historia textil fueron las que la propia naturaleza

ofrecía; pero, aunque existen más de 500 fibras naturales, muy pocas son en realidad las que

pueden utilizarse industrialmente, pues no todas las materias se pueden hilar, ni todas las fibras

13

orgánicas son aprovechables para convertirlos en tejidos. El carácter textil de una materia ha de

comprender las condiciones necesarias de resistencia, elasticidad, longitud, aspecto y finura.

www.revistavirtualpro.com, (2017).

Las fibras han sido utilizadas como materia prima en la elaboración de otros productos, como telas,

papel, artesanías, entre otros, y como material de refuerzo en diversas matrices cerámicas y

metálicas, con el fin de mejorar o ganar propiedades, en materiales compuestos denominados

composites. Las fibras pueden ser clasificadas de acuerdo a su origen, en fibras naturales y fibras

artificiales. Una amplia exploración sobre el uso de fibras vegetales ha sido realizada, sin embargo,

su uso como material de refuerzo en los compuestos se ha visto opacada por la degradación de la

misma dentro de las matrices, sin embargo, esto ha propiciado también el desarrollo de métodos

para aumentar la durabilidad de la fibra, permitiendo el uso de ellas. Aplicaciones propicias

también han sido desarrolladas en las fibras animales y minerales. (González Salcedo, 2010)

Las fibras vegetales se están convirtiendo en una alternativa realmente llamativa para aplicaciones

industriales por su bajo costo, peso ligero y por ser una materia prima renovable con propiedades

superiores a otros materiales cuando se utiliza como refuerzo en materiales compuestos de matriz

polimérica. Este tipo de materiales se vienen utilizando en industrias como calzado y

marroquinería, componentes en caucho, sector transporte y construcción. (Velásquez Restrepo,

Pelaéz Arroyave, y Giraldo Vásquez, 2016)

2.3.Cabuya

Las plantas del género Agave son originarias del continente americano, científicamente se dan a

conocer en el año de 1753 en Europa, y se deriva del nombre griego Agavos (alude a algo

14

admirable o noble). Esta es una planta milenaria que ha sido aprovechada de acuerdo a diversos

historiadores, desde hace aproximadamente diez mil años. (Fajardo Rodríguez C., 2018).

Debido a que es una planta que puede crecer en lugares con climas desérticos, caracterizados con

bajas precipitaciones y sin mucho tratamiento para su cultivo, se lo considera como un elemento

de producción económica. Otro factor predominante de esta planta, es por ser un elemento

biodegradable al descomponerse, lo cual no genera impactos ambientales, permitiendo una

producción limpia para la obtención de su materia prima.

2.3.1. Descripción

Es una especie de agave, el tronco o tallo alcanza una altura de 1.30 m, su diámetro es de 20 cm,

la planta requiere de tres años para su explotación, puesto que crece con rapidez, de esta manera

alcanzando la madurez en un corto tiempo. Las hojas contienen cerca del 90% de los jugos y estas

se mantienen rígidas debido a que la pulpa filamentosa que está contenida en ella, es muy firme;

al igual que las raíces, poseen una gran cantidad de mucílagos que retienen agua, el rendimiento

está dado por la cantidad de fibra por unidad de área, se puede obtener de 1000 a 1700 kg por

hectárea y las plantas pueden tener una vida útil de 10 a 15 años, logrando recuperar en el mismo

sitio las plantas nuevas. (Fajardo Rodríguez C., 2018).

Los agaves requieren de un clima semi seco con temperatura (media-normal) entre los 22 °C,

precipitación anual entre los 600 a 800 mm con una probabilidad de ocurrencia de 70 %;

generalmente se localizan a una altitud entre los 1500 y 2000 msnm. Las características del suelo

es que son arcillosos, permeables y con abundancia de elementos derivados del basalto (rocas

magmáticas volcánicas) y con presencia de hierro, preferentemente volcánico. Es muy importante

15

la exposición al sol, y no debe haber más de 100 días nublados al año y preferible solo 65. (Fajardo

Rodríguez C., 2018)

2.3.2. Cabuya en el Ecuador

La Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y Alimentación (FAO, 1995), en su

publicación detalla el cultivo de cabuya o penco en el Ecuador se localiza en las provincias del

Carchi, Imbabura, Pichincha, Tungurahua, Chimborazo, Azuay, Cañar, Loja, Guayas y Manabí.

(Fotografía 2.3.2.1.)

En el mes de octubre de 2016, la Pre-Asociación Nacional del Penco y la Cabuya ANAGAVEC,

la Universidad Politécnica Estatal del Carchi y el Ministerio de Agricultura, Ganadería,

Acuacultura y Pesca, elaboraron la guía técnica para el diagnóstico del penco (Agave spp.) y la

cabuya (Furcraea spp.) en el corredor interandino del Ecuador, en el que se da a conocer que en el

Ecuador el 90% de las existencias de pencos y cabuyas se encuentran en condiciones silvestres y

solo un 10% en condiciones de semi-cultivo. (Fajardo Rodríguez C., 2018).

Su implementación dentro de la cotidianidad en el ámbito ecuatoriano ha sido desde antaño, por

la utilización como cordelería y el uso de estos tejidos a base de fibra de cabuya, en forma de sacos

para el almacenamiento de víveres, granos y otros.

Las formas de cultivo, cosecha y sobre todo su utilización, tiene muy poco campo dentro de la

investigación a nivel nacional, a lo cual la obtención de datos más acertados acerca de la

producción de este biomaterial, es aún escasa.

16

Fotografía 2.3.2.1. Cabuya en sector de la Mitad del Mundo

Fuente: Ochoa Alfredo, Viracocha Lenin (2018)

2.3.3. Producción de Cabuya en el Ecuador

El Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca (MAGAP), en coordinación con

la Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT), desarrolló

un Taller de capacitación sobre pencos y cabuyas en el Ecuador, en el que se presentó los

beneficios ecológicos y económicos de los mismos; el expositor del Taller fue Luis Antonio

Parra, investigador de la Universidad de Guanajuato de México, quién indicó que es un buen

momento para la revalorización de estas plantas en el corredor interandino y que son buenas

las opciones productivas debido al cambio climático, degradación de suelos y elevación de

temperaturas de los últimos tiempos a nivel mundial.

17

Al momento en el Ecuador no existen plantaciones que se dediquen a una explotación planificada

y ordenada de este tipo de agaváceas, en su mayoría los pencos provienen de plantaciones silvestres

y están sembrados como cercas vivas. De acuerdo al mismo estudio los pencos se desarrollan en

climas secos y las cabuyas en los semi-húmedos y húmedos en todo el corredor interandino.

(Fajardo Rodríguez C., 2018)

Una manera para fomentar la producción de cabuya ó penco en el Ecuador, es realizando proyectos

que impulsan a la siembra, en terrenos de muy pocas producciones agrícolas o hasta improductivas,

para de esta manera lograr dar el uso debido a suelos poco cultivables.

Para estos proyectos se mantendría necesaria la asesoría y el acompañamiento en el proceso para

que el cultivo del Agave o Cabuya se convierta en una actividad sustentable, y pueda generar

ingresos, sin ningún impacto ambiental.

Según el Mipro, trabajan para que los inversionistas ecuatorianos industrialicen estas plantas y

produzcan empaques para cacao y café. Otra de las propuestas es obtener fibras vegetales

necesarias para la confección de artesanías y diversidad de productos sustentables.

El productor.com (2018)

2.4. Fibra de Cabuya

Se obtiene a partir de las hojas de la planta del género furcraea conocida como Agave, siendo

considerada como una fibra natural de contextura áspera, dura y resistente misma que obedece a

sus propiedades mecánicas. Esta fibra se obtiene al procesar sus hojas una vez extraído todos los

líquidos, obteniendo así la materia prima denominada fibra de cabuya, la cual es utilizada de

diferentes formas.

18

El proceso para la adquisición de la fibra de cabuya se la realiza de manera artesanal, para lo cual

comprende una serie de procesos y subprocesos que permiten la obtención desde la materia prima,

la obtención del cordel, hasta obtener el producto final que es el tejido de fibra de cabuya.

(Fotografía 2.4.1.)

Fotografía 2.4.1. Obtención cabuya y proceso final de manufactura


Para la fabricación del tejido de Fibra de cabuya, la maquinaria utilizada, en los procesos que

deben llevarse a cabo son realizados mediante tornos acoplados a motores de baja potencia, y de

la misma manera para el tejido, la utilización del telar de control manual. Siendo estos equipos

considerados de manera importante para el tratamiento de la materia prima, para el hilado y para

el posterior tejido en el telar.

19

2.4.1. Características Mecánicas de la Cabuya.

Las características mecánicas de la fibra de cabuya están determinadas por diversos ensayos

realizados para caracterizar este material, dentro del uso como fibra para aplicaciones en el sector

de la arquitectura y en el reforzamiento en combinación a otros materiales o polímeros sintéticos.

Uno de estos estudios hace referencia al ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO A FATIGA

MECÁNICA POR FLEXIÓN DE MATERIALES COMPUESTOS CON FIBRA DE CABUYA

(30%) Y MATRIZ POLIÉSTER (70%) PARA DETERMINAR EL DIAGRAMA S-N, del autor

Diego Carrillo R. quien menciona a la fibra de cabuya como una opción para la elaboración de

materiales compuestos, si se considera que la resistencia a la tracción, únicamente de la resina

poliéster está entre 40 y 90 MPa y tomando en cuenta las características mecánicas de la fibra de

cabuya (Tabla 2.4.1.1) para obtener un compuesto por fibra de cabuya y poliéster bastante

resistente.

El diagrama S-N de un determinado material refiere a los valores de tensiones obtenidas mediante

ensayos vs el número de cargas requeridas para causar el fallo por tensión de este mismo material.

Resistencia a la Tracción 0.0305 Mpa

Resistencia a Corte 0.0112 Mpa

Módulo de elasticidad 7.5 Mpa

Elongación a la fractura 5%

Densidad 1.3 g/cm3

Tabla 2.4.1.1 Características mecánicas de la Fibra de cabuya.

20

Fuente: M. Beltrán y A. Marcilla (2012)

2.5. Utilidad y Aplicaciones de la Fibra de Cabuya

Está clasificado como fibra dura, inadecuada para la fabricación de ropa y se utiliza principalmente

para fabricar sogas y cordelería. Dentro de una nueva tendencia, se usa para la elaboración de

papel, filtros, colchones, tapetes y tapicería. Su uso es cada vez más para reforzar materiales

compuestos de plástico, en particular para partes de automóviles, además, los productos

secundarios de la extracción de la planta (penco) se obtienen: biodetergentes, emulsionantes para

combustibles, para producir biogás, ingredientes farmacéuticos y materiales para construcción.

(FAO, 1995).

Para determinar las aplicaciones de la fibra de cabuya, se parte de los sub-productos obtenidos a

partir de la cabuya como son; el bagazo y estopa de los cuales se pueden elaborar materiales fibro-

reforzados como: papel artesanal, relleno de colchones y cojines; pulpa de celulosa; aglomerados

ó tablex; material de construcción fibro-reforzado; musgo ecológico; felpas y filtros para

aislamiento, entre otros. (Fajardo Rodríguez C., 2018)

Además, que a través de la Universidad Técnica de Ambato se elaboró una tesis de grado

relacionada con “Análisis del comportamiento a flexión de vigas reforzadas con fibras de cabuya”.

Refiere al uso de la cabuya en el campo de la construcción, es así que la incorporación de fibra de

cabuya dispersa, le proporciona a la concreta cohesión, evitando que las fisuras se propaguen y

que la viga presente una falla frágil, mejorando de esta manera las propiedades mecánicas del

concreto simple, favoreciendo su uso en la construcción y aprovechando los recursos renovables.

(Sánchez Y., 2016)

21

2.6.Tejidos de fibra de cabuya

Los tejidos de fibra de cabuya poseen gran resistencia y larga duración, esto es debido a la

configuración que tiene su tejido.

Existe una gama de tejidos, siendo el tejido plano o tefetán el más utilizado para la elaboración del

tejido de cabuya. Este tejido está formado por filamentos intercalados, donde las fibras de la trama

pasan de manera regular y uniforme por encima y debajo de la urdimbre. Así el primer hilo

correspondiente a la trama pasa por encima del primer hilo de la urdimbre, debajo del segundo,

encima del tercero y así sucesivamente. En la próxima columna los hilos de trama pasaran debajo

del primero de urdimbre, encima del segundo, debajo del tercero y así sucesivamente. Después se

continúa con estas repeticiones de la primera secuencia en la tercera columna y por ende en todas

las columnas impares. Estos tejidos tienen un mayor número de entrelazamientos por unidad de

área. (Tamayo, 2012, p. 9)

Para el desarrollo de la investigación se elaborarán láminas tejidas con esta fibra, de manera

que su espesor sea el mínimo posible, y en medidas acordes a las dimensiones de los elementos

estructurales a reforzar para su posterior ensayo. Por esta razón, deberán ser tratadas para evitar su

resquebrajamiento y posible descomposición, mediante la aplicación de resinas epóxicas.

Estás láminas serán ensayadas a tracción para poder establecer su esfuerzo máximo y elongación,

mediante la norma ASTM D 4595, luego los datos arrojados de los ensayos, tabularlos y

compararlos con datos experimentales ya establecidos de otros ensayos en materiales de origen

orgánico compuesto ya existentes, tales como la fibra de vidrio y la fibra de carbono.

22

2.7.Hormigón

Existen varias definiciones acerca del hormigón, siendo la más acertada, la de una mezcla a base

de Cemento Hidráulico, más la combinación de agregados y agua. Para su composición, todos los

materiales constituyentes, tales como: materiales pétreos y material cementante, deben ser

ensayados bajo normas estandarizadas.

Los materiales pétreos deben cumplir con ensayos de: Granulometría, módulo de finura, contenido

de material orgánico, capacidad de absorción, densidad entre otros. (Fotografía 2.7.1.)

En cambio, el material cementante, es de prever su densidad específica, tanto la indicada por el

proveedor, como la determinada en el laboratorio.

Todos estos elementos mezclados de forma homogénea, al cumplir un periodo de tiempo

considerado como de curado, llega a convertirse en un elemento compacto, siendo este capaz de

resistir grandes esfuerzos a compresión. (Fotografía 2.7.2.)

23

Fotografía 2.7.1. Ensayos de materiales componentes del hormigón hidráulico.


Fotografía 2.7.2. Probetas cilíndricas de hormigón para ensayos a compresión


2.8.Elementos de Hormigón Armado

Estos son elementos monolíticos que están constituidos por hormigón de cemento hidráulico y

acero sismo resistente. Este acero de refuerzo utilizado para su estructura, cumple la función de

elemento de fluencia en el hormigón, puesto que el hormigón no trabaja a esfuerzos de tracción o

flexión, pero el acero aporta con características mecánicas a flexión y tracción, comprobadas

mediante ensayos de resistencia acordes a la norma ASTM. Estos elementos de hormigón armado

en conjunto logran dar estabilidad a estructuras mucho más complejas como lo son edificios,

puentes, viviendas, etc. (Gráfico 2.8.1.)

24

Gráfico 2.8.1. Durabilidad en las Estructuras de Hormigón Armado.

Fuente: ATIC Studios, (2012)

2.8.1. Viga

Se denomina Viga, al elemento estructural que es capaz de soportar esfuerzos a flexión en una

estructura y de manera que el esfuerzo producido por las cargas actuantes, son transmitidas a los

elementos de apoyo. Sobre el elemento denominado viga pueden actuar tanto cargas puntuales

como cargas distribuidas a lo largo de todo el elemento, de manera perpendicular a su longitud,

caracterizando y prevaleciendo de esta manera el diseño a flexión y a corte en estos elementos.

Las constituciones de estos elementos pueden ser con materiales como: de hormigón armado

(simplemente armada o doblemente armada), de perfil laminado de acero y de madera u otros

similares.

2.8.2. Columna

Son elementos estructurales dispuestos de manera vertical, que soportan cargas, al aplicarle cargas

de manera axial sobre el elemento, este puede presentar como cierto aspecto característico, el

25

pandeo del elemento y las condiciones de diseño implican que es un elemento el cual trasmite las

cargas hacia los puntos de apoyo en contacto.

Las columnas pueden ser de elementos de hormigón armado y también de perfiles de acero o de

madera, en todos estos tipos de materiales mantiene la misma funcionalidad.

2.8.3. Viga Doblemente Armada

La viga doblemente armada es aquella que tiene refuerzo tanto para la zona en tracción como para

la zona en compresión, de esta manera obteniendo una mayor capacidad resistente en la viga. El

refuerzo en la zona de compresión proporciona un porcentaje de resistencia para que la viga pueda

comportarse de manera más dúctil.

Además, que debido a métodos constructivos se propone la colocación de refuerzo longitudinal en

la zona que soportará esfuerzos de compresión, como soporte para los elementos de refuerzo

transversal, llamados estribos. (Gráfico 2.7.2.1)

Gráfico 2.7.2.1 Esquema de Viga doblemente armada.


26

Algunos casos que se podrían presentar como fallas en elementos de vigas doblemente armadas

son:

a) Falla a flexión: Falla generada primero por la deformación del acero, en este caso se

visualiza mediante la presencia marcada de grandes deflexiones y fisuras en la parte central

del elemento de hormigón armado. (Gráfico 2.7.2.2.)

Gráfico 2.7.2.2. Falla a Flexión en viga


b) Falla por compresión o aplastamiento: Esta falla es producida porque el hormigón llega

al fallo, antes de que el acero de refuerzo pueda llegar a su etapa de deformación.

Considerándose de esta manera, además como una falla frágil. En este caso se puede

apreciar el aplastamiento del hormigón debido a la compresión producida por los esfuerzos

de flexión. (Gráfico 2.7.2.3.)

Gráfico 2.7.2.3. Falla por compresión y aplastamiento del hormigón


27

c) Falla balanceada: Se la considera así cuando el hormigón falla de manera sincrónica con

el acero de refuerzo, es decir el elemento hormigón llega al límite de su deformación,

mientras que el elemento acero cumple con su límite de fluencia. (Gráfico 2.7.2.4.)

Gráfico 2.7.2.4. Diagrama Momento-Curvatura, Estado de falla balanceada

Fuente: Santana Elías. Estudio del amortiguamiento más allá del comportamiento elástico de

un sistema estructural con el uso de ciclos de histéresis. (2018)

EL diagrama de momento curvatura permite conocer la deformación de un elemento (viga o

columna), debido a la aplicación de cargas crecientes.

Donde:

My, Mu: Momento de Fluencia o Momento último

Ma: Momento aplicado

Øa, Øy, Øu: Giro o curvatura de fluencia

28

2.9.Criterios para Diseño en vigas de hormigón armado

2.9.1. Límite de Diseño

La altura total de las vigas está predeterminada de acuerdo a la ACI318-14, quien establece una

altura mínima de diseño para vigas no preesforzadas (Tabla 2.9.1.)

CONDICIÓN DE APOYO Altura mínima (h*)

Simplemente apoyada l/16

Con un extremo contínuo l/18.5

Ambos extremos contínuos l/21

En Voladizo l/8

*Los valores de h, siendo aplicables al concreto de peso normal y con un fy= 420Mpa

l : longitud de la viga

Tabla 2.9.1. Altura mínima de vigas no preesforzadas.

Fuente: American Concrete Institute (ACI), “Requisitos de reglamento para concreto estructural

(ACI 318s-14) y comentario (ACI 318sr-14), 2014

2.9.2. Refuerzo transversal en vigas

El componente estructural del hormigón armado que colabora para reducir los esfuerzos cortantes,

son los estribos, mismos que de acuerdo a su configuración y distribución dentro del elemento

estructural, permite un confinamiento del hormigón y de igual manera aportan resistencia

estructural.

Las fisuras de tracción por flexión se empiezan a producir en la zona inferior (zona de mayores

esfuerzos de tracción) y se propagan verticalmente hacia arriba. La propagación de esas fisuras se

controla mediante el acero longitudinal de flexión en la zona más crítica (fibras inferiores) lo que

29

además de limitar el ancho de las rajaduras, evita que el eje neutro se desplace excesivamente hacia

arriba, de modo que una vez que las fisuras alcanzan el eje neutro, se detiene su crecimiento.

(Romo, 2008, p. 206).

2.10. Esfuerzo Cortante

Son los esfuerzos internos resultantes de las tensiones paralelas a la sección transversal de los

elementos de hormigón armado. El cortante vertical suele definirse como la tendencia de una parte

de la viga a deslizarse verticalmente con respecto a la parte adyacente, su magnitud en cualquier

punto a lo largo de la viga es la suma algebraica de las fuerzas verticales a uno u otro lado de la

sección. (Parker, 1978, p. 49). (Gráfico 2.8.2.1.)

Gráfico 2.8.2.1. Armadura para contrarrestar esfuerzos por cortante

Fuente: M. Romo, “Diseño a Cortante de Vigas de Hormigón Armado”, Ecuador, 2008.

2.10.1. Deflexión en Vigas

De acuerdo al ACI 318-14, los miembros de concreto reforzado sometidos a flexión deben

diseñarse para que tengan una rigidez adecuada, con el fin de limitar cualquier deflexión o

deformación que pudiese afectar adversamente la resistencia o el funcionamiento de la estructura.

30

Deflexiones a corto plazo

Las deflexiones de miembros estructurales son una función de la longitud del claro, de los apoyos

o condiciones en los extremos, tales como apoyos simples, o restringidos por la continuidad del

tipo de cargas, tipo de hormigón y de la rigidez de flexión EI del elemento.

Además de las condiciones de Icr, que corresponde a la inercia crítica, e Ie que corresponde a la

inercia equivalente.

Las principales variables que influyen en la deflexión de un elemento de concreto de acuerdo a su

comportamiento son:

Resistencia a la tensión del concreto: A mayor resistencia, menores deflexiones

porque es mayor la zona que no tiene grietas y es mayor la contribución al momento

resistente del concreto a tensión.

Módulo de elasticidad del concreto: A mayor módulo, menores deflexiones, porque

las deformaciones unitarias son menores.

Porcentaje del refuerzo de tensión: A menor porcentaje, mayores deflexiones

porque los refuerzos y deformaciones unitarias en el concreto y en el acero son

mayores.

Agrietamiento del elemento: A mayor agrietamiento, mayores deflexiones.

Para vigas simplemente apoyadas con carga distribuida, la expresión general para la deflexión

máxima Δmax en un miembro elástico, se puede expresar a partir de los principios básicos de la

mecánica como:

∆𝑚𝑎𝑥=5𝑞𝑙4

384 𝐸𝐼

31

Ecuación 2.10.1.1: Deflexión máxima.

o expresada en términos de momento, la deflexión al centro del claro será:

∆𝑚𝑎𝑥=5𝑀𝑙2

48 𝐸𝑐𝐼𝑐

Ecuación 2.10.1.2.: Deflexión en termino de momento

Donde:

M: es el momento actuante en la sección.

Ec: es el módulo de elasticidad del concreto.

Ic: es el momento efectivo de inercia.

l: es la longitud del claro.

Siendo esta ecuación aplicable para vigas simplemente apoyadas. (Oscar Jacobo, 1994, p. 162)

Deflexiones a largo plazo

De acuerdo a Oscar Jacobo (1994), sostiene:

Los efectos dependientes del tiempo, son causados por las deflexiones superpuestas del flujo

plástico, de contracción y temperatura. Estas deflexiones adicionales inducen un cambio en la

distribución de los esfuerzos en el concreto y en el acero que resultan en un incremento de la

deflexión del elemento. El cálculo de las deflexiones producidas por contracción y flujo plástico

en un momento específico es un proceso complejo, se debe considerar como afectan estas

deflexiones del concreto dependiente del tiempo, a los esfuerzos en el acero, por añadidura se debe

considerar el efecto del agrietamiento considerable en el cambio de los factores de rigidez, lo que

complica considerablemente el diseño. (p. 170)

32

El ACI-318-14 especifica que para el cálculo de deflexiones inmediatas y deflexiones

dependientes del tiempo debido a cargas gravitacionales no deben exceder los límites establecidos

(Tabla 2.9.2.)

Miembro Condición Deflexión considerada Límite de

deflexión

Cubiertas

planas

Que no soporten si estén ligados

a elementos no estructurales

susceptibles de sufrir daños

debido a deflexiones grandes

Deflexión inmediata

debida a Lγ, S y R

l/180

Entrepisos Deflexión inmediata

debida a L

l/360

Cubiertas o

entrepisos

Soporten o

están

ligados a

elementos

no

estructurales

Susceptibles de

sufrir daños

debido a

Deflexiones

grandes.

La parte de la

deflexión total que

ocurre después de

la unión de los

elementos no

estructurales (la suma

de la deflexión a largo

plazo debida a todas

las

cargas permanentes, y

la deflexión inmediata

debida a cualquier

carga viva adicional)

l/480

No susceptibles

de sufrir

daños debido a

Deflexiones

grandes.

l/240

Lγ: Carga viva

S: Carga de nieve

R: Carga por empozamiento de aguas.

l: longitud de la Viga

Tabla 2.9.2. Deflexión máxima admisible calculada.

Fuente: American Concrete Institute (ACI), “Requisitos de reglamento para concreto estructural

(ACI 318s-14) y comentario (ACI 318sr-14), 2014

33

2.10.2. Flexión

La flexión es considerada como:

La deformación que presenta un elemento estructural al ser sometido a un esfuerzo o carga

determinada, los elementos estructurales sujetos frecuentemente a flexión son vigas y losas. La

flexión provoca esfuerzos de compresión en la parte superior del elemento, mientras que en la

parte inferior de este provoca esfuerzos de tracción. (Sánchez, 2016, p. 15).

2.11. Proceso de reforzamiento estructural

El reforzamiento “Consiste en la aplicación de técnicas y materiales con el fin de fortalecer un

elemento estructural incrementando su capacidad de carga y servicio, de tal manera que disminuya

las tensiones y deformaciones máximas producidas sobre estos elementos”. (Yagual, 2014, p. 2).

2.12. Ensayo de especímenes

Los ensayos se realizan de acuerdo a las normas vigentes para ensayos de materiales.

Ensayados a tracción para tejidos, para poder establecer su esfuerzo máximo y elongación,

mediante la norma ASTM D-3039M.

Los ensayos para vigas se ensayan según la norma NTE INEN 2554 que determina la

resistencia a flexión del concreto mediante el uso de una viga simple apoyada cerca a los

extremos y cargada en los tercios de la luz libre. (p. 3).

34

CAPÍTULO III

METODOLOGÍA

Este tercer capítulo corresponde a los diversos procesos que se llevarán a cabo para el diseño

experimental de las probetas de ensayo, como los métodos de aplicación y preparación de los

reforzamientos en base al tejido de fibra de cabuya, con la finalidad de buscar resultados, tanto

para el diseño y dosificación del hormigón, hasta los parámetros bajo los cuales se aplicarán este

reforzamiento en las probetas de ensayo.

3.1.TIPO DE INVESTIGACIÓN

El desarrollo de la investigación, es considerada de diseño experimental, y se lo realizará bajo la

modalidad de Investigación Bibliográfica y Observación de Campo, para de esta manera

sustentar científicamente el proyecto de investigación, esta bibliografía provendrá de textos

(físicos y digitales), publicaciones científicas, códigos, normas, tesis de grado y apuntes de clases

de materias tales como: Investigación, Resistencia de Materiales, Ensayo de Materiales,

Estructuras, Hormigón Armado, Evaluación de Estructuras Existentes (OPTATIVA), propuestos

en la malla curricular de la Carrera de Ingeniería Civil, y mediante la observación de los ensayos

de las probetas en el Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Universidad Central.

3.1.1. Método Hipotético – Deductivo

35

Con este método se logrará determinar la característica fundamental que se mantiene como

hipótesis, que es el incremento de la resistencia al esfuerzo cortante del elemento de hormigón

armado reforzado con el tejido de fibra de cabuya, siendo capaz de cambiar el modo de fallo de la

viga y lograr un incremento en el grado de ductilidad del elemento.

3.1.2. Técnica: Observación Directa

Se realizarán los ensayos requeridos para el diseño del hormigón, al igual que para el acero y el

tejido de fibra de cabuya, respectivamente, serán reforzadas con el tejido de fibra de cabuya, con

orientación de las fibras a 45° y 90º al eje del elemento, forrando con estos tejidos las probetas en

forma de U para ambos casos en el tercio externo de las vigas, y además de otras probetas

reforzadas con el tejido de fibra de cabuya, con orientación de las fibras a 45° y 90º al eje del

elemento, cubriendo con estos tejidos las caras laterales correspondientes a la altura de las vigas,

para luego de manera conjunta una vez realizadas las probetas reforzadas, estás puedan ser

ensayadas a flexión y proceder a la toma de información y registrarla para su posterior análisis.

Y mediante la observación de estos ensayos, se podrá tener datos reales que permitan la

justificación de su comportamiento a cortante de acuerdo a lo planteado en el alcance en la

presentación del proyecto de investigación. (Gráfico 3.1.2.)

36

Gráfico 3.1.2. Esquema de ensayo en vigas reforzadas con fibra de cabuya


3.1.3. Instrumentos

Para analizar el comportamiento del esfuerzo a corte en elementos de hormigón armado una vez

reforzado con tejidos de fibra de cabuya y plantearlo como una alternativa al reforzamiento de

estructuras, se deberá tabular los resultados en cuadros comparativos, mismos que podrán ser

equiparados entre sí, determinar la factibilidad de este reforzamiento propuesto, y concluir si es

apto, para proponerlo en la línea de investigación de materiales que disminuyan los impactos

ambientales.

3.2. Investigación en laboratorio.

Para el desarrollo de la investigación se procederá a la fabricación de probetas (vigas estándar) que

serán ensayados sin tejido de refuerzo alguno, y otro grupo de vigas serán reforzadas con tejidos

de fibra de cabuya, todos serán ensayados en la maquina universal de 100 ton, en el laboratorio,

para de esta manera obtener datos que corroboren nuestra hipótesis planteada.

3.3. Población y Muestra para ensayos.

Para la siguiente investigación se plantea la fabricación de probetas (vigas) en grupos, cada grupo

consta con un total de 3 elementos (vigas) correspondientemente, para de esta forma poder realizar

37

un promedio con los resultados obtenidos en cada caso. Todas las probetas viga estarán diseñados

y fabricados para provocar la falla a corte.

Se elaboran 15 probetas (viga), las cuales formando 5 grupos de 3 elementos respectivamente.

Siendo así el primer grupo de vigas, se considerará “vigas estándar”, por que servirán como un

dato patrón para determinar que cumpla con el diseño establecido y comparar datos con el resto

de grupos de vigas reforzadas, a continuación el segundo grupo está conformado de 3 vigas

reforzadas a los tercios extremos de ambas caras del elemento, con tejido de cabuya y la

orientación de la fibra a 90 grados respecto al eje del elemento, el tercer grupo está conformado

de 3 vigas reforzadas a los tercios extremos de ambas caras del elemento, con tejido de cabuya

con la orientación de la fibra a 45 grados respecto al eje del elemento, el cuarto grupo está

conformado de 3 vigas reforzadas las dos caras laterales a lo largo de la viga con tejido de cabuya

con la orientación de la fibra a 90 grados respecto al eje del elemento y el quinto grupo está

conformado de 3 vigas reforzadas las dos caras laterales a lo largo de la viga con tejido de cabuya

con la orientación de la fibra a 45 grados respecto al eje del elemento. Se ensayarán todos los

elementos, una vez trascurrido los 28 días, desde su fabricación y se analizarán su resistencia al

aplicar dos cargas puntuales sobre los elementos, estableciendo que se debe producir la falla a

corte en todos los elementos, para de esta manera determinar el aporte del refuerzo del tejido de

fibra de cabuya sobre las características mecánicas de resistencia de las probetas (viga).

3.4. Datos Mina FUCUSUCU V

En la Tabla 3.4.1., se muestra los datos de la mina FUCUSUCU V, que se encuentra ubicado en

la parroquia San Antonio de Pichincha, sector Mitad del Mundo, a unos 15 km de distancia a partir

38

de la sede UNASUR. (Gráfico 3.4.1.) Siendo esta una cantera de explotación a cielo abierto, de

donde se puede aprovechar los depósitos de materiales pétreos.

Gráfico 3.4.1. Ubicación Mina Fucusucu V

Fuente: Google maps.

Área Concesionada Área en

Manifiesto

Área de

Manifiesto

Nombre Fucusucu V Fucusucu V Fucusucu V

Código 400934 400934-01 400934-02

Plazo 240 meses 240 meses 240 meses

Superficie 21 has 11 has 21 has

Peticionario Coop. 29 de Junio

Rumicucho

Coop. 29 de Junio

Rumicucho

Coop. 29 de Junio

Rumicucho

Fase Concesión

Minera

Concesión Minera Concesión Minera

Estado Inscrita Manifiesto de

Producción

Manifiesto de

Producción

Tabla 3.4.1. Datos Generales Mina Fucusucu V

39

Fuente: Subsecretaría de Minas. Dirección Nacional de minería (2011)

3.5. Proceso para la obtención de tejidos de fibra de cabuya

3.5.1. Obtención de materia Prima

La cosecha de las hojas de cabuya se las obtiene de la hacienda ubicada en Intag, provincia de

Imbabura. Es donde se cultiva esta variedad de agave, misma que por poseer hojas sumamente

fibrosas puede ser procesada sin generar desperdicios considerables. (Fotografía 3.5.1.2.) Y


Fotografía 3.5.1.1. Cultivo de la Cabuya

Fuente: La experiencia de los productores de fique en Nariño, SENATV (2016)

40

Fotografía 3.5.1.2. Cosecha de Cabuya


3.5.2. Proceso de manufactura de las fibras de cabuya

Una vez extraído los líquidos a la hoja de cabuya a través de la desfibradora se procede al lavado

de las hojas y posterior tendido para el secado en ambiente natural. (Fotografía 3.5.2.1.)

Fotografía 3.5.2.1. Extracción de líquidos de la hoja de cabuya


Una vez realizado el proceso de cosecha y extracción, estas son llevadas al lugar de

almacenamiento, ubicado cerca de la parroquia de Cotacachi donde se continúa con el proceso de

manufactura. (Fotografía 3.5.2.2.)

41

Fotografía 3.5.2.2. Lugar de acopio y procesado de la fibra de cabuya


En el lugar de almacenamiento, proceden a desenredar los bultos de fibra de cabuya, mediante la

utilización de un caballete, sobre el cual se pasan a manera de hileras, como se muestra en la

(Fotografía 3.5.2.3.). Luego se procede al deshilado por porciones, para lo cual se “tunde” el

manojo de cabuya sobre un pedestal dispuesto con puntas metálicas, este proceso se realiza en un

tiempo de 10 min, para mejorar el deshilado se aplica cera sobre el manojo de cabuya, teniendo

como resultado de este proceso bultos de cabuya limpios y desenredados. (Fotografía 3.5.2.4.)

Fotografía 3.5.2.3. Procedimiento de desenredado de las fibras secas de cabuya.


42

Fotografía 3.5.2.4. Deshilado fibras secas de cabuya sobre pedestal metálico.


A continuación, se procede al proceso de hilado para la obtención de cordeles de un diámetro

aproximado de 1mm a 1.5mm de las fibras ya tratadas, las cuales están dispuestas en forma de

sombrilla o paraguas. El diámetro de los cordeles de cabuya no se estandariza, puesto que el

proceso de hilado es manual y con ayuda de un motor monofásico que permite la rotación de un

bastidor que enrolla el cordel de manera sistematizada (Fotografía 3.5.2.4.), hasta obtener un

ovillo formado de hilos o cordeles de cabuya (Fotografía 3.5.2.5.)

Fotografía 3.5.2.4. Maquinaría y proceso de hilado de cordeles de fibra de cabuya.


43

Fotografía 3.5.2.5. Obtención de ovillo de cabuya


3.5.3. Proceso de manufactura de tejidos a base de fibra de cabuya

En el proceso de tejido, se lo realiza a través de un telar, de manera manual, puesto que es un

trabajo completamente artesanal, en este proceso se utiliza hilo fino de fibra de arroz en sentido

transversal para sujetar los cordeles de fibra de cabuya que están extendidos de manera longitudinal

(Fotografía 3.5.3.1), de esta manera se teje, y se le da la consistencia de una tela, de ancho

aproximado de 70cm y largo estimado en rollos de 20 m. (Fotografía 3.5.3.2.)

La producción de tejido de fibra de cabuya en el telar es alrededor de 50 a 60m de tejido por día,

mismos que son realizados bajo pedido.

44

Fotografía 3.5.3.1. Proceso de tejido en telar artesanal


Fotografía 3.5.3.2. Presentación en rollos del tejido de fibra de cabuya.


45

3.6.Ensayos a los agregados y a Tejidos de Fibra de Cabuya

Para determinar las propiedades físicas de los agregados se deberá regir a los métodos establecidos

de acuerdo a las normas INEN y a las normas ASTM, (Tabla 3.6.1.) y así una vez obtenidas sus

propiedades, se procederá al diseño de la dosificación adecuada para la realización de las vigas, y

de la misma manera se determinará las propiedades mecánicas del tejido de fibra de cabuya, la

cual será utilizada como reforzamiento. Todos los ensayos serán realizados en el Laboratorio de

Ensayo de Materiales de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Central del Ecuador.

TIPO DE ENSAYO NORMA

INEN ASTM

Abrasión NTE INEN 861: 83 (ASTM C-131)

Granulometría NTE INEN 696 (ASTM C-136, C-33, C-125)

Capacidad de absorción NTE INEN 856 y 857 (ASTM C-128 y C-127)

Colorimetría NTE INEN 855 (ASTM C-40)

Masa unitaria suelta y

compactada

NTE INEN 858 (ASTM C-29)

Densidad real (Peso específico) NTE INEN 856 y 857 (ASTM C-128 y C-127)

Densidad del cemento NTE INEN 156 (ASTM C-136)

Contenido de humedad NTE INEN 862 (ASTM C-566)

46

Resistencia a la Tracción en

Fibras

- ASTM D-3039M

Tabla 3.6.1. Normas para ensayos en agregados y en tejidos de reforzamiento


3.7. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES.

3.7.1. Generalidades

Las propiedades de los agregados son fundamentales para el diseño de la mezcla del hormigón, ya

que estos materiales forman del 70% al 80% de la dosificación en peso por lo que será necesario

realizar algunos ensayos de las características generales de los agregados para que su dosificación

sea la más adecuada.

3.7.2. Definiciones de las propiedades físicas de los materiales de construcción.

Absorción (Ab). - Es la cantidad de agua que puede retener un material (en peso).

Ab = [(Ps – Pd) / Pd] x 100

Absorción. - Es la cantidad de agua que acoge por contacto en superficie.

Compacidad. - Cantidad de material sin huecos o sin poros.

C = (Vr / Va) x 100 = (Da / Dr) x 100

Compacidad. - Es la relación entre el volumen real y el volumen aparente.

Densidad. - Es la relación entre la masa y el volumen.

47

Porosidad. - Es la relación entre el volumen de los poros y el volumen aparente.

Resistencia al desgaste. - Es el porcentaje de pérdida de peso.

Rigidez. - Es la resistencia de un material a la deformación.

Resistencia mecánica.- Es la capacidad de los materiales para soportar esfuerzos de flexión,

torsión, compresión. (civilgeeks.com, 2011)

En el presente capítulo se profundizará en el estudio de las propiedades que servirán para

diagnosticar la calidad de los materiales y el correcto funcionamiento al realizar la mezcla.

3.7.3. cemento

a. Marco Teórico.

El cemento es uno de los componentes más utilizados en la construcción tanto para obras pequeñas

como para obras de gran envergadura.

El cemento es un conglomerante hidráulico, es decir, un material inorgánico finamente molido

que, amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece por medio de reacciones y procesos

de hidratación y que, una vez endurecido conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua.

(Gráfico 3.7.3.1).

48

Dosificado y mezclado apropiadamente con agua y áridos deberá producir un hormigón o mortero

que conserve su trabajabilidad y capacidad de darle forma durante un tiempo suficiente, alcanzar

unos niveles de resistencias preestablecido y presentan una estabilidad de volumen a largo plazo.

El endurecimiento hidráulico del cemento se debe principalmente a la hidratación de silicatos de

calcio, aunque también puede participar en el proceso de endurecimiento otros compuestos

químicos, como, por ejemplo, los aluminatos. La suma de las proporciones de óxido de calcio

reactivo (CaO) y de dióxido de silicio reactivo (SiO2) debe ser al menos del 50% en masa cuando

las proporciones se determinan conforme a la Norma Europea EN 196-2. (INSTITUTO ESPAÑOL

DEL CEMENTO Y SUS APLICACIONES, 2017).

Cemento Fuerte Tipo GU Saco 50 Kg – Holcim

Gráfico 3.7.3.1 Cemento Holcim tipo GU

Fuente: www.disensa.com (2018)

Cuenta con principales características como su resistencia, durabilidad y destacado desempeño.

Disponible en sacos de 50 kg.

49

Todos los procesos de fabricación de cemento cuentan con las certificaciones internacionales de

Calidad (ISO 9001:2000), Medio Ambiente (ISO 14001:2004), Seguridad y Salud Ocupacional

(OHSAS 18001:1999).

NORMALIZACIÓN: NTE INEN 2380:2011.

Así Holcim ratifica su compromiso de brindar los mejores productos, cuidando la naturaleza,

velando por el bienestar de nuestros colaboradores y la satisfacción de nuestros clientes.

Ventajas:

Excelente resistencia mecánica para todo tipo de construcciones.

Mejora la trabajabilidad de las mezclas.

Reduce la segregación y exudación.

Reduce el calor de hidratación y por consiguiente la tendencia a la fisuración.

Tiempos de fraguado favorables para la construcción en general.

Proporciona resistencia química al ataque de sulfatos, difusión de cloruros y reacción alcalina en

los agregados.

Ahorros significativos en el consumo de cemento por metro cúbico de hormigón. (CEMENTO

HOLCIM TIPO GU 50 KG, 2018)

3.8. ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS

AGREGADOS PROCEDENTES DE LA CONCESIÓN MINERA “FUCUSUCO V”

UBICADA EN SAN ANTONIO DE PICHINCHA.

3.8.1. Introducción.

La presente investigación se fundamentará en realizar un hormigón de 210 kg/cm2, con agregados

provenientes de la mina de “FUCUSUCU V”, ubicado en “SAN ANTONIO DE PICHINCHA”,

50

de la ciudad de Quito. (Fotografía N. 3.8.1.1.). De los cuales se determinarán sus características

físicas y mecánicas mediante ensayos normalizados, mismo que se realizarán en el laboratorio de

ensayo de materiales de la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR.

Fotografía N. 3.8.1.1. Concesión minera FUCUSUCU V.


3.8.2. Origen de los agregados.

Los agregados de la mina en mención son productos de la explotación a cielo abierto de esta zona.

Será importante realizar el análisis a estos agregados, debido a que con el análisis de los materiales

se podrá formar un hormigón de las características requeridas.

Para obtener un hormigón acorde se realizarán ensayos de laboratorio para determinar sus

propiedades físicas y mecánicas.

3.8.3. Abrasión.

La resistencia a la abrasión, de un agregado, es una propiedad que depende principalmente de las

características de la roca madre. (Rocha, 2013)

Para determinar la resistencia del agregado se hace actuar una carga abrasiva sobre la muestra del

material que se desea analizar. La carga para abrasión serán unas esferas de acero estandarizadas

51

que al estar en contacto con la muestra del material dentro de la máquina de los ángeles alteraran

su composición granulométrica triturando el material, como resultado se obtendrá una pérdida de

material con respecto a su masa inicial que determinará la calidad del mismo ante su deterioro.

La resistencia a la abrasión se usa generalmente como un índice de calidad del agregado grueso

(ripio), ya que proporciona cierta indicación de la capacidad de éstos para producir hormigones

resistentes.

Este ensayo se realizará de acuerdo a las normas INEN 860 Y 861 ó ASTM C -131

52

3.8.3.1. Resultados del ensayo de Abrasión - Tabla 3.8.3. y Tabla 3.8.4.


FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA


ENSAYOS DE ABRASIÓN EN AGREGADO GRUESO

NTE INEN 0860:83 ASTM - C 131

OBRA: TESIS INVESTIGACIÓN FECHA DE ENSAYO: 09/03/2018

Muestra: Agregado Grueso

ORIGEN: Mina FUCUSUCU V

ENSAYO Nº 1

TABLA Nº 3.1 PESOS

RETENIDOS

GRADUACIÓN A

TAMIZ Nº

(PULGAD

A) PESOS UNIDAD

RETEN

IDOS

1 1250 kg

3./4 1250 kg

1./2 1250 kg

3./8 1250 kg

TOTAL 5000 kg

Tabla 3.8.3. Cantidades de material para Ensayo de Abrasión


53

1 MASA INICIAL – g 5000

2

RETENIDO EN EL TAMIZ No. 12 DESPUÉS DE 100

REVOLUCIONES 4408

3 PERDIDA DESPUÉS DE 100 REVOLUCIONES - g 592

4 PERDIDA DESPUÉS DE 100 REVOLUCIONES - % 11,84

5

RETENIDO EN EL TAMIZ No. 12 DESPUÉS DE 500

REVOLUCIONES 2255

6 PERDIDA DESPUÉS DE 500 REVOLUCIONES - g 2153

7 PERDIDA DESPUÉS DE 500 REVOLUCIONES - % 45,1

8 COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD (4/7) 0,262

Tabla 3.8.4. Resultados del Ensayo de Abrasión


3.8.4. Colorimetría

Los agregados finos a veces presentan impurezas orgánicas, las cuales perjudican la resistencia del

hormigón, por esta razón será importante controlar el contenido orgánico en la arena. Normalmente

estas impurezas se quitan haciendo un lavado de la arena.

La determinación del contenido orgánico en la muestra de arena se llevará a cabo, por medio de

este ensayo con hidróxido de sodio, que detalla la norma INEN 855 ó ASTM C 40 “Agregados

para hormigón”.

“Determinación del contenido orgánico en los agregados finos”. (Gráfico 3.8.4.1.)

54

Gráfico 3.8.4.1. Propiedades de los Agregados Según su Color

Fuente: Texto del ASTM " Para pruebas de Impurezas orgánicas en arenas para Concreto".

Figura 1: Blanco claro a transparente. - Arena de muy buena calidad por no contener materia

orgánica, limos o arcillas.

Figura 2: Amarillo Pálido. - Arena de poca presencia de materia orgánica, limos o arcillas se

considera de buena calidad.

Figura 3: Amarillo encendido. - Contiene material orgánico en altas cantidades puede usarse en

hormigones de baja resistencia.

Figura 4: Café. - Contiene material orgánico en cantidades muy elevadas se considera de mala

calidad.

Figura 5: Café chocolate. - Arena de muy mala calidad.

55

3.8.4.1.Resultado del ensayo de Colorimetría en agregado fino (Fotografía N. 3.8.4.1.)




ENSAYO DE COLORIMETRÍA EN AGREGADO FINO

NORMA: NTE INEN 0855:2010 1R (ASTM C-40)

RESULTADOS:

OBRA: TESIS INVESTIGACIÓN FECHA: 08/03/2018

Muestra: Agregado Fino

ORIGEN: Mina FUCUSUCU V

Análisis Colorimétrico

FIGURA No. 1

Observaciones:

Libre de contenido Orgánico

Según Texto del ASTM " Para pruebas de Impurezas orgánicas en arenas para Concreto"

Es una arena adecuada para el uso de concretos de alto grado

Fotografía N. 3.8.4.1. Frascos con agregado fino


56

3.8.5. Densidad Real. - Densidad en Estado Superficie Saturada Seca (S.S.S.)

El peso específico es una propiedad física de los agregados y está definida por la relación entre el

peso y el volumen de una masa determinada, lo que significa que depende directamente de las

características del grano de agregado.

La densidad real (Densidad S.S.S) de los agregados es la relación entre la masa en el aire de un

volumen de la muestra, incluyendose la masa del agua dentro de los poros saturables, (después de

que está sumergida en agua durante aproximadamente 24 horas), pero sin incluir los vacíos entre

las partículas, comparado con la masa de un volumen igual de agua destilada libre de gas a una

temperatura establecida.

La deducción de esta densidad está basada principalmente en la determinación del volumen del

agregado, para lo cual se aplica el principio físico de Arquímedes (287-212 A.C.) que afirma que:

“Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo

hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja”.

La densidad en estado superficie saturada seca (S.S.S.), de los agregados se los puede conseguir

en el laboratorio, los métodos de ensayo para su determinación están descritos en las normas NTE

INEN 0856:83 y 0857:83 ó ASTM C- 127 y C-128 (para agregados finos y gruesos

respectivamente).

Este dato es importante para el diseño de mezclas del hormigón ya que nos dará una pauta de la

porosidad de los agregados.

57

3.8.5.1. Resultados del ensayo de Densidad en Estado (S.S.S.) - Tabla 3.8.5.1.

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA


ENSAYO DE DENSIDAD DE VOLUMEN EN ESTADO SSS Y CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE LOS

AGREGADOS

ASTM C-127 Y ASTM C-128 ; NTE INEN 856 Y 857

OBRA: TESIS INVESTIGACIÓN FECHA DE

ENSAYO: 12/03/2018

MINA: FUCUSUCU V

AGREGADO GRUESO: (ASTM C-128) CANTIDAD UNIDAD

Masa del recipiente + ripio en SSS: 3290

g

Masa del recipiente: 175

g

Masa del ripio en SSS: 3115

g

Masa de canastilla sumergida en agua: 1660

g

Masa de canastilla + ripio, sumergida en agua: 3547

g

Masa del ripio en agua: 1887

g

Volumen desalojado: 1228

cm3

Peso Específico: 2,537

g/cm3

Tabla 3.8.5.1. Resultado del Ensayo de Densidad


58

3.8.6. Capacidad de Absorción.

La absorción en los agregados, es el aumento en la masa del agregado debido a que los poros del

material se han llenado, pero sin incluir el agua adherida a la superficie exterior de las partículas,

expresado como un porcentaje de la masa seca. El agregado se considerará como "seco" cuando

se haya mantenido a una temperatura de 110 °C ± 5 °C para remover toda el agua del agregado.

Se sumerge la muestra durante 24 horas luego se saca y se deja secar a temperatura ambiente hasta

tener condiciones de densidad aparente (SSS); obtenida esta condición, se pesa e inmediatamente

se seca en un horno por 24 horas y la diferencia de pesos, expresado como un porcentaje de peso

de la muestra seca, es la capacidad de absorción. La cantidad de agua absorbida estima la porosidad

de las partículas de agregado. Conocer la cantidad de agua que puede ser alojada por el agregado

es importante ya que ayuda a saber qué cantidad de agua requiere la mezcla. (Tabla 3.8.6.1.)

La absorción está relacionada con:

La finura de los agregados

La rugosidad de la superficie

La cantidad de poros accesibles

Afinidad del material con el agua

El ensayo se realizará de acuerdo a la norma NTE INEN 0856:83 y 0857:83 (ASTM C – 70).

59

AGREGADO FINO: (ASTM C-127) CANTIDAD UNIDAD

Masa del picnómetro + arena en SSS: 643,1

g

Masa del picnómetro vacío: 126,2

g

Masa de la arena en SSS: 516,9

g

Masa del picnómetro calibrado: 624,7

g

Masa del picnómetro + arena en SSS + agua: 947

g

Volumen desalojado: 195,186

cm 3


g/cm 3

Tabla 3.8.6.1. Resultado del Ensayo de Capacidad de absorción.


60

3.8.6.1.Resultados del ensayo de Capacidad de Absorción - Tabla 3.8.6.2. y Tabla 3.8.6.3.



ENSAYO DE DENSIDAD DE VOLUMEN EN ESTADO SSS Y CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE LOS

AGREGADOS

ASTM C-127 Y ASTM C-128 ; NTE INEN 856 Y 857


ENSAYO: 12/03/2018

MINA: FUCUSUCU V

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN CANTIDAD UNIDAD

AGREGADO GRUESO:

Masa de ripio en SSS + recipiente: 3290 g

Masa de ripio seco + recipiente: 3176 g

Masa de recipiente: 175 g

Masa de agua: 114 g

Masa de ripio seco: 3001 g

Capacidad de absorción: 3,80 %

Tabla 3.8.6.2 Resultado del Ensayo de Capacidad de absorción agregado grueso.


AGREGADO FINO: CANTIDAD UNIDAD

Masa de la arena en SSS + recipiente: 332,5 g

Masa de la arena seca + recipiente: 330 g

Masa de recipiente: 132,6 g

Masa de agua: 2,5 g

Masa de arena seca: 197,4 g

Capacidad de absorción: 1,27 %

Tabla 3.8.6.3. Resultado del Ensayo de Capacidad de absorción agregado fino.


61

3.8.7. Densidad Aparente Suelta y Compactada.

La densidad aparente se define como la relación que existe entre la masa del material sobre el

volumen del agregado seco.

En este ensayo se determinará la masa por unidad de volumen de una muestra de agregado, para

conocer las características como: porosidad, grado de aireación, capacidad de infiltración. La masa

de un agregado debe ser siempre relacionada con el volumen específico. La masa unitaria de un

agregado debe ser conocida para seleccionar las proporciones adecuadas en el diseño de mezclas

de hormigón.

La densidad aparente suelta se lo realizará llenando una probeta graduada tanto en masa como

volumen, depende del tipo de material para que su masa ocupe un volumen determinado, y se

calculará la densidad aparente suelta de los agregados, lo propio se hace con el material, pero esta

vez compactando con 26 golpes a cada tercio de llenado y se calcula la densidad aparente

compactada.

La densidad aparente máxima se lo obtiene variando el porcentaje de agregado grueso y el

complementario de agregado fino. El objetivo del ensayo de la densidad aparente máxima es

obtener una mezcla de agregado grueso y fino que nos dé el valor máximo de masa unitaria con lo

que tendremos una cantidad de vacíos mínimo. Esto nos permitirá utilizar en la mezcla una menor

cantidad de pasta.

62

La densidad óptima se la calcula reduciendo un 5% del porcentaje de finos obtenidos de la densidad

máxima de la mezcla, con su respectivo aumento en porcentaje de agregado grueso. El ensayo se

realiza de acuerdo a la norma NTE INEN 0858:83 (ASTM C – 29). (CARVAJAL, 2013)

3.8.7.1.Resultados del ensayo de Densidad aparente, suelta y compactada - Tabla 3.8.7.1.




ENSAYOS DE DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA DE LOS AGREGADOS

NORMA: NTE INEN 0858:83 (ASTM C – 29)

OBRA:

TESIS

INVESTIGACIÓN

FECHA DE

ENSAYO: 13/03/2018

MINA: FUCUSUCU V

AGREGADO GRUESO

MASA DEL RECIPIENTE VACIO 5233 g VOLUMEN DEL RECIPIENTE 15710 CC

MASA DEL RIPIO SUELTO + RECIPIENTE

MASA DEL RIPIO COMPACTADO +

RECIPIENTE

Masa (kg) Masa (g) Masa (kg) Masa (g)

1 25,8 25800 1 27,8 27800

2 25,9 25900 2 27,9 27900

3 25,8 25800 3 27,8 27800

PROMEDIO: 25833,33 PROMEDIO: 27833,33

δap. suelta del ripio: 1,311 g/cc δap. compactada del ripio: 1,439 g/cc

AGREGADO FINO

MASA DEL RECIPIENTE VACIO 1942 g VOLUMEN DEL RECIPIENTE 2928 CC

MASA DE LA ARENA SUELTO +

RECIPIENTE

MASA DE LA ARENA COMPACTADA +

RECIPIENTE

1 6758 1 7126

2 6751 2 7127

3 6753 3 7121

PROMEDIO: 6754 PROMEDIO: 7124,667

63

δap. suelta de la arena: 1,643 g/cc δap. compactada de la arena: 1,77 g/cc

Tabla 3.8.7.1. Resultado del Ensayo de densidad aparente suelta y compactada.


64

3.8.7.2.Resultados del ensayo de Densidad Óptima - Tabla 3.8.7.2. y Gráfico 3.8.7.2.

Tabla 3.8.7.2. Resultado del Ensayo de densidad óptima.





ENSAYOS DE DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS AGREGADOS


RESULTADOS: DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS AGREGADOS


MINA: FUCUSUCU V

Masa del recipiente: 5233,00 g Volumen del recipiente: 15710,00 cc

MEZCLA % MASA (Kg) AÑADIR

MASA DEL

RECIPIENTE

MASA DE

LA D.APARENTE

RIPIO ARENA RIPIO ARENA

ARENA

(Kg) + MEZCLA (Kg)

MEZCLA

(Kg) (Kg/dm³)

100% 0% 40,00 0,00 0,00 0

90% 10% 40,00 4,44 4,44 29,800 24,57 1,564

80% 20% 40,00 10,00 5,56 32,000 26,77 1,704

75% 25% 40,00 13,33 3,33 32,900 27,67 1,761

70% 30% 40,00 17,14 3,81 34,000 28,77 1,831

65% 35% 40,00 21,54 4,40 34,500 29,27 1,863

60% 40% 40,00 26,67 5,13 33,900 28,67 1,825

55% 45% 40,00 32,73 6,06 32,600 27,37 1,742

50% 50% 40,00 40,00 7,27

65




ENSAYOS DE DENSIDAD APARENTE SUELTA Y COMPACTADA DE LOS

AGREGADOS


MINA: FUCUSUCU V

OBRA:

TESIS

INVESTIGACIÓN FECHA DE ENSAYO: 13/03/2018

Gráfico 3.8.7.2. Resultado del Ensayo de densidad óptima.


ap. máx = 1,863 (Kg/dm³) aparente %arena

1,863 35%

%max de arena = 35,0% %max de ripio = 65,0% 1,831 30%

ap. óptima = 1,837 (Kg/dm³)

1,564

1,704

1,761

1,831

1,863

1,825

1,742

1,500

1,550

1,600

1,650

1,700

1,750

1,800

1,850

1,900

10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

De

nsi

dad

(K

g/d

m³)

% de arena

DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS AGREGADOS

66

3.8.8. Granulometría

La granulometría consiste en pasar una serie de mallas de distintos diámetros, llamados

tamices para tener una muestra bien graduada de distintos tamaños como rige la norma.

La granulometría adecuada para un hormigón consiste en una coordinación adecuada de

tamaño de los granos, debiendo hacer que los agregados ocupen el mayor volumen dentro

del hormigón.

Para su realización, se utilizará una serie de tamices con diferentes diámetros que son

ensamblados en una columna. En la parte superior, donde se encuentra el tamiz de mayor

diámetro, se agrega el material y la columna de tamices se somete a vibración y movimientos

rotatorios intensos mecánicamente. Luego de algunos minutos, se retiran los tamices y se

desconectan, tomando por separado los pesos de material retenido en cada uno de ellos y la

suma, debe corresponder al peso total del material que inicialmente se colocó en la columna

de tamices. (ECUARED, 2018)

El tamaño máximo nominal del agregado grueso se determina en el tamiz que retiene más

del 5% al 15%, a este se le toma como tamaño nominal máximo que se utiliza para la

elaboración del hormigón.

La distribución de los granos, tienen que dejar el menor porcentaje de “vacíos” entre

partículas.

El muestreo del agregado grueso se realizará por medio del cuarteo y la cantidad que se

requiere para el ensayo, depende del tamaño máximo nominal, es decir a mayor tamaño,

mayor cantidad de agregado (Tabla 3.8.1.). Mientras que para el agregado fino se efectúa

por partición en mitades. El ensayo consiste en dividir y separar el material mediante una

serie de tamices en varias fracciones granulométricas de tamaño decreciente. (Tabla 3.8.2.)

El método consiste en un tamizado vía seca.

67

La masa de las partículas retenidas en los diferentes tamices se expresa respecto a la masa

inicial del material. (CIVILGEEKS.COM, 2011)

TAMIZ

50

mm

(2”)

38

mm

(1½”)

25 mm

(1”)

19 mm

(3/4”)

12.5

mm

(½”)

9.5

mm

(⅜”)

4.75

mm (Nº

4)

2.36

mm (Nº

8)

%

PASA

100

95 -

100

---- 35 - 70 ---- 10 - 30 0 - 5 ----

Tabla 3.8.1. Análisis granulométrico del agregado grueso.

Fuente: Norma NTE INEN 696 (ASTM C-33).

TAMIZ

9.5 mm

( ⅜”)

4.75 mm

(Nº 4)

2.36 mm

(Nº 8)

1.18 mm

(Nº 16)

600 μm

(Nº 30)

300 μm

(Nº 50)

150 μm

(Nº 100)

%

PASA

100 95 - 100 80 - 100 50 - 85 25 - 60 5 - 30 0 - 10

Tabla 3.8.2. Análisis granulométrico del agregado fino.

Fuente: Norma NTE INEN 154.

La curva granulométrica de los agregados se realizará en un sistema de coordenadas,

asignando en el eje de las ordenadas al porcentaje que pasa por un tamiz y en el eje de las

abscisas las aberturas del tamiz.

El módulo de finura es una constante que define el tamaño promedio de un tamiz en el cual

se retiene el material, contando los tamices desde el más fino (0.15 μm o Nº 100), cuyo valor

se determinará con el valor de los porcentajes retenidos acumulados en los tamices de la

serie estándar (Nº 100, Nº 50, Nº 30, Nº 16, Nº 8, Nº 4, 3/8”, etc.) hasta el máximo tamaño

presente, pero subiendo la abertura en razón doble y dividiendo la suma para 100. “El

módulo de finura del agregado fino varía entre 2.2 a 3.2.

68

Las fórmulas que se utilizan son:

%𝑅𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 =𝑊𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧

𝑊𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑥100

Ecuación 3.8.8.1. Porcentaje Retenido

%pasa= 100 - %Retenido

Ecuación 3.8.8.2. Porcentaje que pasa.

𝑀𝐹 =∑ %𝑅𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑎𝑐𝑢𝑚(1 1/2" + 3/4" + 3/8" + 𝑁º4 + 𝑁º8 + 𝑁º16 + 𝑁º30 + 𝑁º50 + 𝑁º100)

100

Ecuación 3.8.8.3. Módulo de Finura del agregado grueso.

𝑀𝐹 =∑ %𝑅𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑎𝑐𝑢𝑚(3/8" + 𝑁º4 + 𝑁º8 + 𝑁º16 + 𝑁º30 + 𝑁º50 + 𝑁º100)

100

Ecuación 3.8.8.4. Módulo de Finura del agregado fino.

69

3.8.8.1.Resultados del ensayo de Granulometría Agregado grueso - Tabla 3.8.8.1.-2 y

Curva granulométrica árido grueso - Gráfico 3.8.8.1.-2 de muestras 1-2



ENSAYOS DE GRANULOMETRÍA AGREGADO GRUESO


OBRA:

TESIS


MINA: FUCUSUCU V

MUESTRA: 1 Cantidad: 7000 g

Tamiz Retenido

% retenido % pasa Rangos Parcial (g) Acumulado (g)

1 1/2" 0 0 0,00% 100,00% 100%

1" 149 149 2,11% 97,89% 90% a 100%

3/4" 644 793 11,23% 88,77% 40% a 85%

1/2" 1827 2620 37,09% 62,91% 10% a 40%

3/8 " 2166 4786 67,75% 32,25% 0 a 15%

N°4 1651 6437 91,13% 8,87% 0 a 5%

N°8 263,9 6700,9 94,86% 5,14%

N°16 95,1 6796 96,21% 3,79%

Bandeja 267,9 7063,9 100,00% 0,00%

7063,9

TNM= 3/4"

Módulo de Finura: 7,00

Tabla 3.8.8.1. Resultados del Ensayo de granulometría de agregado grueso.


Gráfico 3.8.8.1. Curva granulométrica árido grueso


70



ENSAYOS DE GRANULOMETRÍA AGREGADO GRUESO


OBRA:

TESIS

INVESTIGACIÓN FECHA DE

ENSAYO: 09/03/2018

MINA: FUCUSUCU V

Tabla 3.8.8.2. Resultados del Ensayo de granulometría de agregado grueso.


Gráfico 3.8.8.2 Curva granulométrica árido grueso


MUESTRA: 2 Cantidad: 7100 g

Tamiz Retenido

% retenido % pasa Rangos Parcial (g) Acumulado

(g)

1 1/2" 0 0 0,00% 100,00% 100%

1" 454 454 6,38% 93,62%

90% a 100%

3/4" 718 1172 16,47% 83,53% 40% a 85%

1/2" 2027 3199 44,96% 55,04% 10% a 40%

3/8 " 2314 5513 77,48% 22,52% 0 a 15%

N°4 1372 6885 96,77% 3,23% 0 a 5%

N°8 130 7015 98,59% 1,41%

N°16 29 7044 99,00% 1,00%

Bandeja 71 7115 100,00% 0,00%

7115 15

TNM= 3/4"

71

3.8.8.2. Resultados del ensayo de Granulometría Agregado fino - Tabla 3.8.8.3.-4 y

Curva granulométrica árido fino - Gráfico 3.8.8.3.-4 de muestras 1-2



ENSAYOS DE GRANULOMETRÍA ÁRIDO FINO


OBRA:

TESIS

INVESTIGACIÓN FECHA DE

ENSAYO: 12/03/2018

MINA: FUCUSUCU V

MUESTRA: 1 Masa Inicial: 600 g

Tamiz Tamaño Retenido

% retenido % pasa

mm Parcial (g) Acumulado (g)

3/8'' 9 0 0 0,00% 100,00%

N°4 8 8,9 8,9 1,48% 98,52%

N°8 7 68 76,9 12,82% 87,18%

N°16 6 104,8 181,7 30,29% 69,71%

N°30 5 109,9 291,6 48,61% 51,39%

N°50 4 110,5 402,1 67,03% 32,97%

N°100 1 115 517,1 86,20% 13,80%

N°200 0 77,8 594,9 99,17% 0,83%

Bandeja 5 599,9 100,00%


Tabla 3.8.8.3 Resultados del Ensayo de granulometría agregado fino.


Gráfico 3.8.8.3. Curva granulométrica árido fino muestra 1


72



ENSAYOS DE GRANULOMETRÍA ÁRIDO FINO


OBRA:

TESIS


MINA: FUCUSUCU V

MUESTRA: 2 Masa Inicial: 600,1 g

Tamiz

Tamaño Retenido

% retenido % pasa mm Parcial (g)

Acumulado

(g)

3/8'' 9 0 0 0,00% 100,00%

N°4 8 13,9 13,9 2,32% 97,68%

N°8 7 90,4 104,3 17,38% 82,62%

N°16 6 126,6 230,9 38,48% 61,52%

N°30 5 99,3 330,2 55,03% 44,97%

N°50 4 88,4 418,6 69,77% 30,23%

N°100 1 85,2 503,8 83,97% 16,03%

N°200 0 78,9 582,7 97,12% 2,88%

Bandeja 17,3 600 100,00%


Tabla 3.8.8.4 Resultados del Ensayo de granulometría agregado fino.


Gráfico 3.8.8.4 Curva granulométrica árido fino muestra 2


73

3.8.9. Densidad del Cemento.

La densidad del cemento es la relación de masa del cemento entre el volumen desplazado

por el cemento, se expresa en gr/cm3.

Para determinar la densidad del cemento se obtiene dos procedimientos, a razón de comparar

los resultados:

Mediante el Picnómetro

Mediante frasco de Lechatelier

El valor del peso específico en el cemento se encuentra normalmente entre los siguientes

valores 3,10 gr/cm3 y 3,15 gr/cm3, para el cemento Portland Tipo 1 y para cementos Portland

Puzolánico está entre los siguientes valores 2,90 gr/cm3 y 3,00 gr/cm3.

La densidad del cemento no indica la calidad del cemento, pero se emplea en el diseño y

control de mezclas del hormigón; sin embargo, una densidad baja y una finura alta indican

que el cemento tiene adiciones.

El procedimiento con el cual se determinará la densidad aparente está descrito en la norma

INEN 156 (ASTM C – 188).

74

3.8.9.1.Resultados del ensayo de Densidad específica del cemento, método del

Picnómetro - Tabla 3.8.9.1. y método de Lechatelier Tabla 3.8.9.2.



ENSAYOS DE DENSIDAD ÓPTIMA DE LOS AGREGADOS

NORMA: NTE INEN 0156:09 2R (ASTM C – 188)

RESULTADOS: DENSIDAD ESPECÍFICA DEL CEMENTO


MUESTRA: CEMENTO HOLCIM GU.

MÉTODO DEL PICNÓMETRO

Masa del picnómetro + Cemento: 416,1

g

Peso del picnómetro vacio: 126,2

g

Masa de la arena en SSS: 294,9

g

Masa del picnómetro calibrado: 493,9

g

Masa del picnómetro + cemento + Gasolina: 709,2

g

Volumen desalojado: 108,240

cm 3


g/cm 3

Tabla 3.8.9.1. Resultados del Ensayo densidad específica del cemento- método

Picnómetro.


75

DENSIDAD ABSOLUTA CON EL FRASCO

DE LECHATELIER

DESCRIPCIÓN CANTIDAD UNIDAD

Lectura inicial del frasco de Lechatellier +

gasolina 0,20 Cm3

Masa del frasco + gasolina 324,7 g

Lectura final del frasco + cemento + gasolina 20,20 Cm3

Masa final del frasco + cemento + gasolina 383,10 g

Densidad del cemento 2,92 g/cm3

Tabla 3.8.9.2 Resultados del Ensayo densidad específica del cemento- método Lechatelier


3.9. Esfuerzo a tracción de la varilla.

El ensayo de tracción es probablemente el tipo de ensayo de mayor importancia de todas las

pruebas mecánicas que se puede realizar en un material. Los ensayos de tracción son simples,

relativamente baratos, y totalmente estandarizados (normalizados).

En este ensayo se somete al material a una fuerza de tracción, es decir, se le aplica una

fuerza o varias fuerzas externas que van a tratar de estirar el material. De hecho, durante el

ensayo se lo estira haciendo se incremente la fuerza sobre él hasta llegar a su rotura.

Estirando el material, podemos determinar rápidamente cómo el material va a reaccionar

ante las fuerzas que se le aplican y que tratan de estirarlo.

A medida que se estira el material, se verá la fuerza que se hace en cada momento y la

cantidad que se estira el material (alargamiento).

Lógicamente los ensayos de tracción se realizan con los materiales dúctiles, con un cierto

grado de plasticidad, tales como los materiales metálicos ferrosos y no ferrosos, plásticos,

gomas y fibras.

Para estos ensayos se utilizarán "probetas" o "muestras". Una probeta es una varilla con

dimensiones normalizadas para realizar ensayos, como el de tracción. Estas dimensiones

normalizadas son la longitud de la probeta y el área de su sección transversal.

76

a) Dúctil. - Es un material que se puede convertir en cables o hilos, por lo que tiene

capacidad para estirarse. Si el material no tuviera plasticidad no se deformaría antes de

romperse.

b) Deformación Unitaria: Es el tanto por uno en que se ha incrementado la longitud de la

probeta, es decir, si la longitud inicial es Lo y en un determinado momento del ensayo

es L, el alargamiento o deformación unitaria sería:

𝑒 =𝐿 − 𝐿𝑜

𝐿𝑜

Ecuación. 3.9: Deformación unitaria

e: Alargamiento o deformación unitaria.

Lo: Longitud inicial de la probeta.

L: Longitud de la probeta en un momento determinado.

c) Zona Elástica: Hay una zona de la gráfica del ensayo de tracción en la que la relación

entre la tensión y la deformación es lineal, es decir hay una proporción entre la tensión

aplicada y la deformación producida en el material.

En esta zona del ensayo se cumple la Ley de Hooke.

σe=E.e

Ecuación. 3.10: Tensión en zona elástica

𝜎e: Tensión en la zona elástica.

E: Módulo de Young.

e: Alargamiento o deformación unitaria.

El módulo de Young o también llamado módulo de elasticidad longitudinal es un valor

constante para cada material y se expresa en Newton/metro cuadrado. Este valor nos da la

proporción entre la fuerza y la deformación del material. Sería el valor de la pendiente de la

77

recta de la zona elástica. Es un dato que solemos saber del material que vamos a ensayar. De

todas formas, podríamos calcularlo con dos puntos de la recta por trigonometría de un

triángulo.

d) Límite elástico: Es la tensión en la cual el material no recupera totalmente su forma

original al ser descargado de la fuerza a la que se le somete, más bien quedándose con

una deformación residual llamada deformación permanente ep o εp. Se puede decir que

es la tensión máxima que un material elástico puede soportar sin sufrir deformaciones

permanentes.

Punto de fluencia: Es el punto del inicio de la zona de fluencia. Es aquel donde aparece un

considerable alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de carga

que, incluso puede disminuir la carga mientras dura la fluencia y aumentar la deformación

como muestra la gráfica.

Cuando la fluencia ha terminado, puede aplicarse más carga a la probeta, resultando una

curva que se eleva continuamente pero que se va aplanando hasta llegar a un punto que se

llama el "esfuerzo ultimo", que es el esfuerzo máximo que el material es capaz de soportar.

La elevación en la curva de esta manera se llama endurecimiento por deformación.

Zona Plástica: En esta zona los alargamientos son permanentes. Si el ensayo se detiene, por

ejemplo, en el punto A de la gráfica, se recupera el alargamiento elástico εe sufrido,

quedando un alargamiento remanente o plástico llamado ep o εp. La curva en la zona plástica

tiene menos pendiente que en la elástica, ya que para conseguir grandes alargamientos no es

necesario un incremento de la carga.

Esta fuerza o carga máxima dividida por la sección inicial de la probeta determina la

resistencia a la tracción del material.

78

e) Zona de Estricción: A partir del punto del "esfuerzo último", la deformación a medida

que la probeta se alarga cada vez más. La tensión disminuye (curva hacia abajo) y la

probeta termina por romperse en esa zona en el punto de fractura.

A continuación, se presenta el Gráfico 3.9.1. En el cual se observa el diagrama de tracción

que el acero presenta al ser sometido a cargas de tracción.

Esfuerzo o Carga de Fractura: Es la fuerza a la que rompe la probeta. (ENSAYO A

TRACCIÓN).

Gráfico 3.9.1. Diagrama de tracción en aceros


79

3.9.1. Resultados de los ensayos a tracción sobre barras de acero – Método ASTM

370, Probetas 1 y 2 - Tabla y Gráfico 3.9.1 y 3.9.2.




RESULTADOS DE LOS ENSAYOS A TRACCIÓN REALIZADOS SOBRE BARRAS DE

ACERO MÉTODO ASTM A 370


ENSAYO: 04/05/2018

SOLICITADO POR:

DIAM NOM: 12,00 Mm MARCA: NOVACERO

DIAMETRO: 12,00 Mm LONG. MED: 20,00 cm

MUESTRA: PROBETA 2 AREA: 113,10 mm2

CARGA DEFORMACIÓN

DEFORMACIÓN

ESPECÍFICA ESFUERZO

KN 10E-4 in mm/mm x 10-4 Mpa

0 0 0 0

200 2 0,000025 1768,39

400 6 0,000076 3536,78

600 12 0,000152 5305,16

800 17 0,000216 7073,55

1000 23 0,000292 8841,94

1200 29 0,000368 10610,33

1400 36 0,000457 12378,72

1600 42 0,000533 14147,11

1800 48 0,000610 15915,49

2000 55 0,000699 17683,88

2200 61 0,000775 19452,27

2400 65 0,000826 21220,66

2600 74 0,000940 22989,05

2800 80 0,001016 24757,44

3000 88 0,001118 26525,82

3200 96 0,001219 28294,21

3400 104 0,001321 30062,60

3600 108 0,001372 31830,99

3800 115 0,001461 33599,38

4000 120 0,001524 35367,77

4200 128 0,001626 37136,15

4400 134 0,001702 38904,54

4600 141 0,001791 40672,93

4800 147 0,001867 42441,32

80

5000 154 0,001956 44209,71

5040 200 0,002540 44563,38

5050 300 0,003810 44651,80

5090 400 0,005080 45005,48

4890 500 0,006350 43237,09

5020 600 0,007620 44386,55

5000 700 0,008890 44209,71

4990 800 0,010160 44121,29

4830 900 0,011430 42706,58

4910 1000 0,012700 43413,93

4980 1200 0,015240 44032,87

4960 1400 0,017780 43856,03

5110 1600 0,020320 45182,32

5350 1800 0,022860 47304,39

5440 2000 0,025400 48100,16

5630 2200 0,027940 49780,13

5750 2400 0,030480 50841,16

5840 2600 0,033020 51636,94

5950 2800 0,035560 52609,55

6030 3000 0,038100 53316,91

6110 3200 0,040640 54024,26

6220 5% 0,050000 54996,87

6650 7,5% 0,075000 58798,91

6840 10% 0,100000 60478,88

6940 12,50% 0,125000 61363,07

6970 15% 0,150000 61628,33

4670 18,50% 0,185000 41291,87

ZONA DE FALLA: Dentro de los puntos de medida

TIPO DE FALLA: FLAUTA

Tabla 3.9.1. Resultados del Ensayo a Tracción en Varillas de 12mm


81

Gráfico 3.9.1. Fluencia de la varilla de 12mm




RESULTADOS DE LOS ENSAYOS A TRACCIÓN REALIZADOS SOBRE BARRAS DE

ACERO MÉTODO ASTM A 370


ENSAYO: 04/05/2018

SOLICITADO POR:

DIAM NOM: 8,00 mm MARCA: NOVACERO

DIAMETRO: 8,00 mm LONG. MED: 20,00 cm

MUESTRA: PROBETA 1 AREA: 50,27 mm2

CARGA DEFORMACIÓN

DEFORMACIÓN

ESPECÍFICA ESFUERZO

KN 10E-4 in mm/mm x 10-4 Mpa

0 0 0 0

100 3 0,0000381 1989,44

200 10 0,0001270 3978,87

300 14 0,0001778 5968,31

400 20 0,0002540 7957,75

500 28 0,0003556 9947,18

600 34 0,0004318 11936,62

700 40 0,0005080 13926,06

800 47 0,0005969 15915,49

900 53 0,0006731 17904,93

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 0,05 0,1 0,15 0,2

TEN

SIO

NES

kg/

mm

2

deformación mm

DIAGRAMA DE TRACCIÓN PROBETA 2

PROBETA 2

Resumen:fy = 42361.09 Kg/mm2

Es = 0.0018415 mm

82

1000 61 0,0007747 19894,37

1100 68 0,0008636 21883,80

1200 74 0,0009398 23873,24

1300 81 0,0010287 25862,68

1400 89 0,0011303 27852,12

1500 96 0,0012192 29841,55

1600 103 0,0013081 31830,99

1700 110 0,0013970 33820,43

1800 117 0,0014859 35809,86

1900 124 0,0015748 37799,30

2000 131 0,0016637 39788,74

2100 139 0,0017653 41778,17

2200 145 0,0018415 43767,61

2300 153 0,0019431 45757,05

2400 160 0,0020320 47746,48

2250 168 0,0021336 44762,33

2310 200 0,0025400 45955,99

2170 300 0,0038100 43170,78

2360 400 0,0050800 46950,71

2250 500 0,0063500 44762,33

2380 600 0,0076200 47348,60

2340 700 0,0088900 46552,82

2260 800 0,0101600 44961,27

2210 900 0,0114300 43966,55

2270 1000 0,0127000 45160,22

2290 1200 0,0152400 45558,10

2550 1400 0,0177800 50730,64

2600 1600 0,0203200 51725,36

2610 1800 0,0228600 51924,30

2840 5% 0,0500000 56500,00

3060 7,50% 0,0750000 60876,77

3140 10% 0,1000000 62468,32

3160 12,5% 0,1250000 62866,20

2210 15,00% 0,1500000 43966,55

ZONA DE FALLA: Dentro de los puntos de medida

TIPO DE FALLA: FLAUTA

Tabla 3.9.2. Resultados del Ensayo a Tracción en Varillas de 8mm


83

Gráfico 3.9.2. Fluencia de la varilla de 18mm


3.10. TEJIDOS DE LOS TEJIDOS DE FIBRA DE CABUYA.

El ensayo de los tejidos de fibra de cabuya se los realizará mediante la aplicación de la norma

ASTM D-3039M. Estos ensayos se realizarán mediante el diseño de las probetas que puedan

acoplarse a la máquina de ensayo a tracción, siendo así, que se ensayarán probetas, en estado

natural de manera estándar y probetas con recubrimiento de material imprimante del

EPOFIX PRIMER 506 L, mismo que sería utilizado para la adherencia al hormigón.

Para el caso de las muestras estándar de tejido de fibra de cabuya, estas fueron aplicadas

material adherente en los extremos para poder crear dobleces los cuales puedan sujetarse a

las mordazas en la máquina de ensayo (Fotografía 3.10.1.)

Fotografía 3.10.1. Dobles para sujeción en las mordazas de máquina de ensayo


0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 0,05 0,1 0,15 0,2

TEN

SIO

NES

kg/

mm

2

deformación mm

DIAGRAMA DE TRACCIÓN PROBETA 1

PROBETA 1

Resumen:fy = 42441.32 Kg/mm2

Es = 0.001867 mm

84

3.10.1. Resultados de los ensayos a tracción en Tejido de fibra de cabuya en estado natural y con aditivo – Método ASTM D-3039M,

Tabla y Gráfico 3.10.1 y 3.10.2. respectivamente.

Tabla 3.10.1. Resultados del Ensayo a Tracción en tejidos de fibra de cabuya - probeta estándar




ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA TRACCIÓN EN FIBRAS

ASTM D-3039M

RESULTADOS:

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN EN

FIBRAS FECHA: 18/5/2018

MATERIAL: Tejido De Fibra de Cabuya

EQUIPO: Maquina Universal de 60 Ton

N°

Probeta

Dimensiones

Carga

Ultima

Longitud

Final Deformación

Tensión

última

Módulo Elas.

Long

Ancho

(mm) Espesor (mm) Longitud inicial (mm) Kg (mm) (mm) Mpa Mpa

1

25 1,00

250 160 255 0,02000 0,025600 1,280 25 1,10

25 1,00

2

25 1,00

250 290 256 0,02400 0,046400 1,933 25 1,00

25 1,00

3

25 1,00

250 270 255 0,02000 0,043200 2,160 25 1,10

25 1,00

85

Gráfico 3.10.1. Diagrama de Tensión en la Fibra de Cabuya


0

160

0

290

0

270

0

50

100

150

200

250

300

350

249 250 251 252 253 254 255 256 257

Ten

sió

n (

Kg/

mm

2)

Deformación (mm)

Diagrama de Tensión de la Fibra de Cabuya - Probetas en estado natural

probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

τ1=160 Kg/mm2

τ2=290 Kg/mm2

τ2=270 Kg/mm2

86



ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA TRACCIÓN EN FIBRAS

ASTM D-3039M

FECHA: 18/5/2018

RESULTADOS:

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN EN

FIBRAS

MATERIAL: Tejido De Fibra de Cabuya - Recubierta con Aditivo Epóxico ( EPOFIX PRIMER 506 S )


N°

Probeta

Dimensiones

Carga

Ultima

Longitud

Final Deformación

Tensión

última

Módulo Elas.

Long

Ancho

(mm) Espesor (mm) Longitud inicial (mm) Kg (mm) (mm) Mpa Mpa

1

25 1,00

250 290 252 0,00800 0,046400 5,800 25 1,10

25 1,00

2

25 1,00

250 180 253 0,01200 0,028800 2,400 25 1,00

25 1,00

3

25 1,00

250 270 252 0,00800 0,043200 5,400 25 1,10

25 1,00

Tabla 3.10.2. Resultados del Ensayo a Tracción en tejidos de fibra de cabuya


87

Gráfico 3.10.2. Diagrama de Tensión en la Fibra de Cabuya recubierta con aditivo Epóxico


0

290

0

180

0

270

0

50

100

150

200

250

300

350

249,5 250 250,5 251 251,5 252 252,5 253 253,5

Ten

sió

n (

Kg/

mm

2)

Deformación (mm)

Diagrama de Tensión de la Fibra de Cabuya con Aditivo Epóxico

probeta 1

Probeta 2

Probeta 3

τ1=290 Kg/mm2

τ2=180 Kg/mm2

τ2=270 Kg/mm2

88

3.11. RESUMEN DE PROPIEDADES.

Ensayo de Abrasión:

Porcentaje de pérdida después de 500 revoluciones 45.10 %

Coeficiente de uniformidad 0.262

Ensayo de Colorimetría:

Figura Nº 1, Blanco claro a transparente, arena de muy buena calidad por no contener

materia orgánica, limo o arcillas.

Ensayo de Densidad Real (Peso Específico):

Agregado grueso (ripio) 2,537 g/cm3

Agregado fino (arena) 2.648 g/cm3

Ensayo de Capacidad de Absorción:

Agregado grueso (ripio) 3.80 %

Agregado fino (arena) 1.27 %

Ensayo de Densidad Aparente Suelta y Compactada:

Agregado grueso (ripio)

Densidad Aparente Suelta 1.311 g/cm3

Densidad Aparente Compactada 1.439 g/cm3

Agregado fino (arena)

Densidad Aparente Suelta 1.643 g/cm3

Densidad Aparente Compactada 1.770 g/cm3

Densidad Aparente Compactada de los Agregados:

Densidad máxima 1.863 g/cm3

Densidad óptima 1.837 g/cm3

89

Ensayo de Granulometría:

Agregado grueso (ripio)

La curva granulométrica del ripio tiene presencia de finos

Módulo de Finura: 7.0

Agregado Fino (arena)

La curva de granulometría de la arena se encuentra fuera de los límites aceptables

Módulo de Finura 3.4

Ensayo de Densidad del Cemento:

Usando el Picnómetro 2,858g/cm3

Usando el frasco de Lechatelier 2,920g/cm3

90

3.12. MEZCLAS DE HORMIGÓN

3.12.1. MÉTODO DE LA DENSIDAD ÓPTIMA.

Este método de diseño de mezclas, se lo utiliza en base a la cantidad de pasta mínima

necesaria para adquirir un hormigón de buena calidad, para lo cual se deberá hacer una

combinación de agregados que dejen el menor porcentaje de vacíos.

El Método de Densidad Óptima, para dosificar el hormigón se procede de la siguiente

manera:

a) Determinar la relación agua/cemento de acuerdo a la resistencia a compresión del

hormigón a los 28 días, utilizando la (Tabla Nº 5.1.), proporcionada del laboratorio de ensayo

de materiales. UCE.

b) Cálculo de la densidad real de la mezcla.

Ecuación 3.12.1. Densidad real de la mezcla de los agregados.

Dónde:

D.R.M.= Densidad Real de la Mezcla de los agregados

DAsss= Densidad de la Arena en estado Superficie Saturado Seco.

DRsss= Densidad del Ripio en estado Superficie Saturado Seco.

%OA= Porcentaje aparente de la arena correspondiente a la mezcla optima de los

agregados.

%OR= Porcentaje aparente del ripio correspondiente a la mezcla optima de los agregados.

c) Determinar el porcentaje óptimo de vacíos.

Ecuación 3.12.2 Porcentaje óptimo de Vacíos.

𝐷. 𝑅. 𝑀. =𝐷𝐴𝑆𝑆𝑆 ∗ %𝑂𝐴

100+

𝐷𝑅𝑆𝑆𝑆 ∗ %𝑂𝑅

100

%𝑂. 𝑉. = (𝐷. 𝑅. 𝑀. − 𝐷𝑂𝐴)

𝐷. 𝑅. 𝑀∗ 100%

91

Dónde:

%O.V.= Porcentaje Óptimo de Vacíos.

D.R.M.= Densidad Real de la Mezcla de los agregados.

DOA= Densidad óptima de la mezcla.

d) Calcular la Cantidad de Pasta. (Tabla 3.12.1.)

ASENTAMIENTO (CM) CANTIDAD DE PASTA (%)

0-3 %OV + 2%+3%(%OV)

3-6 %OV + 2%+6%(%OV)

6-9 %OV + 2%+8%(%OV)

9-12 %OV + 2%+11%(%OV)

12-15 %OV + 2%+13%(%OV)

Tabla 3.12.1. Tabla para cantidades de pasta de cemento

Fuente: DOSIFICACIÓN MEZCLAS, ING. MARCO GARZÓN

e) Cálculo de la cantidad de cemento, agua, arena y ripio.

Cemento.

𝐶 =𝐶𝑃

𝑤𝑐 +

1𝐷𝐶

Ecuación 3.12.3 Cantidad de Cemento.

Dónde:

C: Cantidad de cemento requerido

CP: Cantidad de Pasta de cemento

w: Cantidad de agua

Dc: Densidad del cemento

Agua (W).

W= w/c * C

Ecuación 3.12.4. Cantidad de Agua.

92

Arena.

Dónde:

A: Cantidad de Arena requerida.

DAsss: Densidad de la arena en estado S.S.S.

%AA: Porcentaje de humedad de la Arena

Ecuación 3.12.5. Cantidad de Arena.

Ripio.

Dónde:

R: Cantidad de Árido grueso (Ripio) requerido.

DRsss: Densidad del Ripio en estado S.S.S.

%AA: Porcentaje de humedad del Ripio

Ecuación 3.12.6 Cantidad de Ripio.

f) Realizar una tabla de las cantidades calculadas anteriormente para la cantidad de un saco

de cemento y determinar la dosificación tanto al peso como al volumen.

g) Obtener el contenido de humedad tanto del ripio como de la arena para realizar la

corrección de humedad de los agregados.

𝐴 = (1 − 𝐶𝑃) ∗𝐷𝐴𝑆𝑆𝑆 ∗ %𝐴𝐴

100

𝑅 = (1 − 𝐶𝑃) ∗𝐷𝑅𝑆𝑆𝑆 ∗ %𝐴𝑅

100

93

3.12.2. DOSIFICACIÓN DE MEZCLA PARA 21 MPa POR EL MÉTODO DE

DENSIDAD ÓPTIMA.

1. Condiciones de diseño.

Resistencia a la compresión: = 21 MPa.

Asentamiento en el cono de Abrams: 6 - 9 cm.

Tipo de Agua: Potable de Quito sin contenido orgánico.

Condiciones de exposición ambiental: Normales.

Sin adictivo.

2. Con los resultados del estudio de materiales, se procede hacer el diseño del hormigón.

a) Determinación de la relación agua / cemento. - Este valor se tomó de la Tabla siguiente

en base a pruebas de laboratorio con un factor de seguridad para alcanzar la resistencia

deseada. Tabla Nº 5.1 Relación agua cemento: w / c = 0.56. (Tabla 3.12.2.1. y Tabla

3.12.2.2.)

RESISTENCIA

PROBABLE A LOS 28

DIAS (Mpa) RELACION W/ C

45,00 0,37

42,00 0,40

40,00 0,42

35,00 0,47

32,00 0,49

30,00 0,50

28,00 0,52

25,00 0,56

24,00 0,57

21,00 0,58

18,00 0,62

15,00 0,70

Tabla 3.12.2.1. Laboratorio de ensayo de Materiales. UCE.


94

Tabla 3.12.2.2. Dosificación de Mezclas Ing. Raúl Camaniero. Pag 18


b) Cálculo de la densidad real de la mezcla de agregado grueso y fino. - Se realizó el

cálculo con la siguiente ecuación:

D.RM= 2575,71 kg/dm3

c) calculamos el porcentaje óptimo de vacíos de los agregados (%OV). - Se realizó el

cálculo con la siguiente ecuación:

%OV= 29 %

El porcentaje óptimo de vacíos debe ser mayor o igual a 25%

d) Cálculo de la cantidad de pasta (CP). (Tabla 3.12.2.3.)

ASENTAMIENTO (CM) CANTIDAD DE PASTA (%)

0-3 %OV + 2%+3%(%OV)

3-6 %OV + 2%+6%(%OV)

6-9 %OV + 2%+8%(%OV)

9-12 %OV + 2%+11%(%OV)

12-15 %OV + 2%+13%(%OV)

Tabla 3.12.2.3. Dosificación de Mezclas Ing. Raúl Camaniero. Pag 18

Fuente: DOSIFICACIÓN MEZCLAS, ING. MARCO GARZÓN

RESISTENCIA ESPECIFICADA RESISTENCIA REQUERIDA

FĆ Fćr

Menor de 20 Mpa fćr + 7.0

Entre 20 y 35 Mpa fćr + 8,5

Mayor de 35 Mpa fćr + 10,0

𝐷. 𝑅. 𝑀. =𝐷𝐴𝑆𝑆𝑆 ∗ %𝑂𝐴

100+

𝐷𝑅𝑆𝑆𝑆 ∗ %𝑂𝑅

100

%𝑂. 𝑉. = (𝐷. 𝑅. 𝑀. − 𝐷𝑂𝐴)

𝐷. 𝑅. 𝑀∗ 100%

95

La cantidad de pasta se toma en base al asentamiento adoptado en este caso se tomó la

fórmula del asentamiento de 6-9 cm.

CP= %OV + 2%+8%(%OV)

CP= 32,95% cuando es mayor a 30% adoptamos 30% por economía.

CP= 30,00% .

e) Cálculo de la cantidad de materiales para 1m3 de hormigón.

Cemento:

C= 329 kg/dm3

Agua:

W= w/c * C

W= 184 kg/cm3

Arena:

𝐴 = (1 − 0,30) ∗ 2650 ∗ 35%

100

A= 649 g/cm3.

Ripio:

𝑅 = (1 − 0,30) ∗ 2540 ∗ 65%

100

R= 1154 g/cm3.

𝐶 =𝐶𝑃

𝑤𝑐

+1

𝐷𝐶

𝐴 = (1 − 𝐶𝑃) ∗𝐷𝐴𝑆𝑆𝑆 ∗ %𝐴𝐴

100

𝑅 = (1 − 𝐶𝑃) ∗𝐷𝑅𝑆𝑆𝑆 ∗ %𝐴𝑅

100

96

Resumen de Materiales: (Tabla 3.12.2.4.)

MATERIAL D.A. PESO Volumen Aparente DOSIFICACIÓN

g/cm3 Kg/m3 m3 PESO VOLUMEN

Agua 1,00 184 184 0,56 0,56

cemento 1,00 329 329 1,00 1,00

Arena 1,64 649 395 1,97 1,20

Ripio 1,31 1154 880 3,51 2,68

Tabla 3.12.2.4. Cuadro Resumen de materiales


f) Corrección por contenido de humedad. - El valor del contenido de humedad de la arena

y ripio se detalla a continuación con los respectivos cálculos para obtener el agua de

corrección debido a la humedad de los agregados (Tabla 3.12.2.5.).

Tabla 3.12.2.5. Corrección por humedad


CANTIDADES

FINALES

CORRECCIÓN POR HUMEDAD

PESO

HÚMEDO

PESO

SECO

CAPACIDAD

DE

ABSORCIÓN

CONTENIDO

DE

HUMEDAD

CORRECCIÓN CANTIDADES

Kg GR GR % % % Kg Kg

Agua 28,00 1,772 29,77

cemento 50,00 50,00

Arena 98,63 1388,3 1341,6 1,266 3,481 -2,214 -2,184 100,82

Ripio 175,46 2834,2 2791,1 3,799 1,544 2,255 3,956 171,50

97

3.13. DISEÑO DE VIGA A FLEXIÓN Y CORTE DE ACUERDO AL ACI 318-14.

Para el diseño de esta viga se tomará en cuenta las recomendaciones, consideraciones y

exigencias establecidas en el código ACI 318 – 14, tanto para flexión como para corte.

3.13.1. Antecedentes.

Estas vigas son destinadas para estructuras de cuatro pisos con vigas descolgadas. Puesto

que estas viviendas tuvieron daños en su estructura en el pasado sismo, dado en abril del

2016, presentando daños en la parte estructural de las edificaciones, siendo esta la razón para

implementar esta idea y poder estudiar la fibra de cabuya, observando cómo es su desempeño

estructural.

3.13.2. Acero y armadura de refuerzo

El acero de refuerzo es corrugado y se va a utilizar varilla de 12mm y 8 mm de diámetro

respectivamente.

3.13.3. Propiedades mecánicas principales del acero de refuerzo

Las características principales del acero de refuerzo a ser usadas en el diseño de estructuras

en hormigón armado son los siguientes:

Es = Módulo de elasticidad del acero es; Es= 200000 MPa

Resistencia especificada a la fluencia del refuerzo (MPa). [NEC-SE-HM, 3.4.2]

El refuerzo deberá ser colocado a una distancia mínima de la superficie del hormigón, tal

como se indica en el capítulo 25 del ACI 2014. Este recubrimiento evita el pandeo bajo

ciertas condiciones de carga de compresión, evita la oxidación cuando se exponga al clima

y la perdida de resistencia cuando se expone al fuego.

98

3.13.4. Dimensión de elementos

Las vigas son 15 x 25 centímetros para este tipo de ensayo debido a que se considera como

una investigación técnica y por la situación del elevado costo económico que conlleva la

elaboración de más probetas en estas dimensiones, a lo cual se realizarán con dimensiones

mínimas.

3.13.5. Cargas

Las cargas se definirán de la siguiente forma:

La carga viva es la carga de servicio que se le va aplicar a la viga en el momento del ensayo.

La carga muerta únicamente es la del peso propio sin combinación de carga para que en lo

posible se tenga valores reales y poder interpretar nuestros resultados.

3.13.6. Restricciones.

Como se va a ensayar en las probetas (viga) el tejido de refuerzo en cuanto contribuye al

esfuerzo cortante, el diseño de la armadura va a tener un déficit, en el armado induciendo a

que la viga falle a corte.

Como es una viga reducida se colocará un recubrimiento mínimo, no como estipula el

ACI318-14 para la investigación.

Para el diseño de la viga se van a ubicar dos cargas según el modelo al cual se va a realizar

el ensayo y consultando en el laboratorio de ensayo de materiales las posibles pruebas de los

equipos que puedan brindar y la más acertada fue la siguiente: Dos cargas puntuales de 2.24

tn cada una en la parte central separadas una distancia de 40 cm y estas suman una carga

total de 4.48 tn. (Gráfico 3.13.6.)

99

Gráfico 3.13.6. Características de vigas para el ensayo


3.13.7. Cálculo de viga simplemente apoyada para el diseño.

P= 2,24 (Tn) P= 2,24 (Tn) Cargas que Actúan

0,7 0,4 0,7 m

1,8 m

Ra

Rb Reacciones:

en (Tn)

Ra + Rb - 2,24 - 2,24 = 0

Ra + Rb = 4,48 Tn

Ra = 4,48 - Rb

Ra = 2,24 Tn

0,7 * 2,24 + 1,1 * 2,24 + 1,8 * Rb = 0

1,8 * Rb = 4,03

Rb = 2,24 Tn

DIAGRAMA DE CORTE

2,24

V Tn

2,24

∑F = 0

∑𝑀𝑅𝑎 = 0

100

DIAGRAMA DE MOMENTO

Ra * 0,7 = M 0,7 * Rb = M

M = 1,57 Tn-m M = 1,57 Tn-m

+

M Tn-m

1,57 1,57

Con estos cálculos se tiene los resultados del diagrama de corte y momento, y se empieza el

pre diseño de la viga. Los materiales que se emplearán en la estructura son los siguientes:

resistencia del hormigón f’c = 210 kg/cm2, la fluencia del acero fy= 4200 kg/cm2., y con lo

cual se procederá al desarrollo con el código.

3.13.8. Terminología para el cálculo

f’c = Resistencia especifica de la compresión del concreto.

fr = Módulo de ruptura del concreto,

fy= Resistencia especifica de la fluencia del refuerzo no preesforzado.

b = Ancho de la sección transversal.

c = Fuerza de compresión que actúa en una zona nodal

d = Distancia desde la fibra extrema en compresión hasta el centroide del refuerzo

longitudinal en tracción.

d´ = Distancia desde la fibra extrema en compresión al centroide del refuerzo longitudinal

en compresión.

h = Espesor total o altura de un miembro.

l = Luz de la viga o losa en una dirección.

Mu = Momento máximo debido a cargas de servicio presentes.

Mn=Momento nominal resistente

101

V = Fuerza cortante

β1 = factor que relaciona la profundidad de bloque rectangular equivalente de esfuerzos

de compresión con la profundidad del eje neutro.

εt = deformación unitaria neta en tracción en el acero longitudinal extremo en tracción, en

el estado de resistencia nominal, excluyendo las deformaciones unitarias causadas por

preesfuerzo efectivo, flujo plástico, retracción de fraguado, y variación de temperatura

εty = valor de la deformación unitaria neta en tracción en el acero longitudinal extremo en

tracción, usado para definir una sección controlada por compresión

ϴ = ángulo entre el eje de un puntal, diagonal de compresión, o campo de compresión y la

cuerda de tracción de un miembro.

ρ = cuantía del refuerzo As.

ϕ = factor de reducción de resistencia.

K0.5 = coeficiente asociado con el percentil del 5 por ciento

W= Índice de refuerzo.

K= Formula empírica para cálculo.

Z1=distancia desde el centroide comprimido hasta el centroide de la varilla a tracción

Cc= Fuerza resultante en compresión.

Ts = Fuerza resultante en tracción.

(Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural, 2015)

102

3.13.9. Pre diseño de viga simplemente armada.

Datos:

f’c = Resistencia especifica de la compresión del concreto.

F´c= 210 kg/cm2

fy= Resistencia especifica de la fluencia del refuerzo no preesforzado.

fy= 4200 kg/cm2

Mu = Momento máximo debido a cargas de servicio presentes.

Ø: factor de reducción de resistencia.

Ru = Factor de Resistencia.

W= Índice de refuerzo.

ρ = Cuantía de armadura no pretensada en tracción

β1: Factor depende de resistencia del Hormigón

β1: 0.85 – ACI 22.2.2.4.3 – NEC-SE-HM-4.1

𝜀𝑐𝑢: Deformación unitaria a compresión del hormigón

𝜖𝑡: Deformación unitaria neta de tracción en el acero más traccionado.

CONDICIÓN PARA EL CÁLCULO.

ACI 318-14 Comentario R21.2.2

Mu= ∅ ∗ 𝑏 ∗ 𝑑2 ∗ 𝑓`𝑐 ∗ 𝑤(1 − 0.59 ∗ 𝑤)

Ru= 𝑓`𝑐 ∗ 𝑤(1 − 0.59 ∗ 𝑤)

W= 𝜌∗𝑓𝑦

𝑓`𝑐

ρ𝑚𝑎𝑥= 0.85 ∗𝑓`𝑐

𝑓𝑦 ∗ 𝛽1 ∗ (

𝜀𝑐𝑢

𝜀𝑐𝑢+𝜖𝑡)

𝜌 = 𝜌𝑚𝑎𝑥 𝜌 ≤ 𝜌𝑚𝑎𝑥

𝜀𝑡 = 0.005

103

𝜌𝑚𝑎𝑥= 0.013547

w= 0271

Ru= 47.80

b d h h h/b

cm cm cm cm

10 19,1 25,1 25 2,50

15 15,6 21,6 25 1,67 ok

20 13,5 19,5 20 1,00

1,5 <= h/b <= 2,0

Con este pre diseño se conoce las dimensiones que están definidas con un ancho de b=15 cm

y una altura h= 25 cm, con estos valores se procede a hacer el diseño calculando la carga

muerta de la viga y calculando el momento último para el diseño.

Peso propio de la viga= 0.25*0.15*1*2.4= 0.09 tn/m

Calculo del momento= q*l2/8

Mv=0.09*1.82/8= 0.0365 tn-m

Mu= 0.0365+ 1.568= 1.60 tn-m

Para el diseño de la viga se toma las recomendaciones de código ACI 318 – 14 tanto para

flexión como para corte.

ρ𝑚𝑎𝑥= 0.85 ∗210

4200 ∗ 0.85 ∗ (

0.003

0.003+0.005)

𝜌 = 𝜌𝑚𝑎𝑥=0,013547

w= 0,O13547*4200

210

w= 𝜌∗𝑓𝑦

𝑓`𝑐

Ru= 210 ∗ 0,27094(1 − 0.59 ∗ 0,27094)

Ru= 𝑓`𝑐 ∗ 𝑤(1 − 0.59 ∗ 𝑤)

d= √𝑀𝑢∗105

𝜑∗𝑏∗𝑅𝑢

104

3.13.10. Diseño de viga simplemente armada

DISEÑO DE VIGA

DATOS: 1,57

Mu= 1,604 tn-m

solicitación 0,04

b= 15 cm

h= 25 cm Geometría

f`c= 210 kg/cm2

f`y= 4200 kg/cm2 Materiales

CODIGO ACI 318 - 14

k= 28,01

0,05 0,0073112 357 0,31 0,69 0,83 0,17

b= 15 cm

d= 20,6 cm

As= 2,254 cm2 2 𝚽 12mm = 2,26 cm2

K= Formula empírica para el cálculo.

As= Área de la armadura no pretensada a tracción cm2

El acero requerido para flexión es de 2.26 cm2 que equivale a 2 varillas de 12 mm para la

carga que va actuar en nuestra investigación.

𝑘= 𝑀𝑢

∅ ∗ 𝑏 ∗ 𝑑2

𝑘= 1.604 ∗ 100000

0.9 ∗ 15 ∗ 20.62

ρ= 0.85 ∗𝑓´𝑐

𝑓𝑦 ∗ (1 − √1 −

4∗𝑘

1.7∗𝑓´𝑐)

ρ= 0.85 ∗210

4200 ∗ (1 − √1 −

4∗28,01

1.7∗210)

ρ=

As= 𝜌 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑

105

3.13.11. COMPROBACIÓN DEL DISEÑO

Altura de la viga (h)

h=25 cm

Recubrimiento (r)

r = 3 cm

Diámetro de las varillas

𝚽estibo= 8 mm

𝚽var, long. = 12 mm

Deformación unitaria del hormigón

ε= 0.003

Distancia de la parte inferior más traccionada al centroide del refuerzo longitudinal en

tracción.

y´= 4.4 cm

d = Distancia desde la parte extrema en compresión hasta el centroide del refuerzo.

d= h – y´

d= 20.6 cm

calculo de a, c.

a= Es la profundidad del bloque equivalente en compresión del concreto

a= 3.55 cm

c= Distancia desde la fibra extrema en compresión al eje neutro, cm

c= 4.17 cm

𝑎 =𝐴𝑠 ∗ 𝑓𝑦

0,85 ∗ 𝑓´𝑐 ∗ 𝑏

𝑐 =𝑎

𝛽 𝑐 =

3,55

0,85

106

Cálculo de la deformación unitaria del hormigón. ACI R21.2.2(a)

εs= 0.012mm/mm

ACI. 21.2.2.1 Para refuerzo corrugado εy debe ser fy/Ey para refuerzo corrugado

grado 420 Mpa permite tomar εy=0.002.

εy= 0.002mm/mm.

εs vs εy

0,012 > 0,002

Para que se produzca la falla a tensión se debe cumplir que fs=fy, entonces por

equilibrio estático vamos a tener: Cc=TS

Cc= Fuerza interna por compresión.

Cc= 9492 kg

Ts= Fuerza interna por tracción.

Ts= 9492 kg.

𝜀𝑠 =𝜀𝑐𝑢 ∗ (𝑑 − 𝑐)

𝑐

𝜀𝑠 =0,003 ∗ (20,6 − 4,17)

4,17

𝜀𝑦 =𝑓𝑦

𝐸𝑦

𝜀𝑦 =4200

2,1𝑥106

𝐶𝑐 = 0,85 ∗ 𝑓´𝑐 ∗ 𝑎 ∗ 𝑏

𝑇𝑠 = 𝐴𝑠 ∗ 𝑓𝑦

𝐶𝑐 = 0,85 ∗ 210 ∗ 3,55 ∗ 15

𝑇𝑠 = 2,26 ∗ 4200

107

Comparamos la ecuación de equilibro

Cc vs Ts

9492 = 9492

CALCULO DEL MOMENTO NOMINAL

Z1= Es la distancia entre las resultantes internas o brazo de palanca interno.

Mn= 9492 kg*18.8cm

Mn=178710.16 kg-cm

Cálculo del momento último

Mu= Momento ultimo

Mn= Momento Nominal

Φ= factor de reducción de cargas.

Φ= 0,9

Mu= 2,226 tn-m

Mu= 1,61 tn-m

Calculo de la carga actuante

F= 2.3 tn

carga total = 4.6 tn

Mu= 𝜱 ∗ 𝑀𝑛

Z1= (20,6 −3,55

2)

Mn= 𝐶𝑐 ∗ 𝑍1

Z1= 18.8 𝑐𝑚

F=𝑀

𝑑 F=

2.226

0,7

Z1= (𝑑 −𝑎

2)

108

POR EQUILIBRIO ESTATICO TENEMOS (CC+ C´s=TS) PARA VIGA

DOBLEMENTE ARMADA.

Cc+ C´s=TS

Cc= Fuerza interna por compresión.

Cc= 9492 kg

C´s= Refuerzo comprimido

C´s= 4200 kg

Mn= Cálculo del momento nominal

Mn= 1.78 tn-m Mn= 0.69 tn-m

Mnt= Momento nominal total

Mnt= 1.78+0.69=2.47 tn-m

Cálculo de la fuerza actuante.

F= 3,18 tn

P= 6,36 tn

La viga está trabajando doblemente armada porque es casi similar a la carga de falla de la

viga estándar.

𝐶𝑐 = 0,85 ∗ 𝑓´𝑐 ∗ 𝑎 ∗ 𝑏

𝐶𝑐 = 0,85 ∗ 210 ∗ 3,55 ∗ 15

𝐶´𝑠 = 𝐴´𝑠 ∗ 𝑓𝑦

𝐶´𝑠 = 1,0 ∗ 4200

Mn= 𝐶𝑐 ∗ 𝑍1 Mn= 𝐶´𝑠 ∗ 𝑍1

Mn= 9,492 ∗ 18,8 Mn= 4200 ∗ 16,4

M= 𝐹 ∗ 𝑑

F=𝑀

𝑑

F=2.226

0,7

109

Gráfico 3.13.1 Detalle de armado de viga de diseño


3.14. FABRICACIÓN DE PROBETAS (VIGA)

Se realizará la fabricación de 15 probetas (viga), requeridos para el estudio experimental, de

tal forma, que estos al ser ensayados, nos aportarán datos posibles de ser tabulados sin mucho

margen de error.

3.14.1. Elaboración de encofrado para vigas

El encofrado de las vigas se realizará mediante la elaboración de 15 moldes, con las

dimensiones exactas a las del diseño, es decir de 25cm de altura por 15cm de ancho y 2 m

de longitud, en el interior de los moldes.

Estos moldes de encofrado para vigas, se realizaron con tablas de monte lijadas para reducir

las asperezas de su superficie y reducir las rugosidades de las mismas, de esta manera

evitando se produzca rugosidades excesivas en las caras laterales e inferiores de las vigas.

(Fotografía 3.14.1.)

110

Fotografía 3.14.1 Moldes de encofrado para hormigonado de vigas


3.14.2. Armado de vigas

El armado de las vigas se realizará de acuerdo al diseño, cumpliendo con la condición de

que la viga debe fallar evidentemente a corte, para lo cual en el armado se reduce la cantidad

de refuerzo a cortante. (Fotografía 3.14.2.)

Fotografía 3.14.2. Armado de vigas


111

3.14.3. Hormigonado de vigas

Para el hormigonado de las vigas, primero se procederá a realizar la dosificación, para la

preparación del hormigón que alcance los 21 MPa, mismo que se realizará mediante la

dosificación al peso de las cantidades de arena, ripio, agua potable y cemento, esto se

realizará en una concretera a diésel, con capacidad de 1 saco de cemento de 50kg por cada

parada. Lo primero a realizar, es la medición al peso de los materiales, como se indica en la


Fotografía 3.14.3.1. Dosificación de materiales para preparación del hormigón


Una vez realizada la dosificación y puesta en marcha la preparación del hormigón, se

procederá a tomar muestras del hormigón para determinar el asentamiento mediante el cono

de abrams (Fotografía 3.14.3.2), de este modo se verificará la consistencia de la mezcla y

que la dosificación estaba acorde al diseño para las vigas. Este procedimiento se lo realizará

en todas las etapas de mezclado por cada saco de cemento. (Fotografía 3.14.3.2.)

112

Fotografía 3.14.3.2. Verificación del asentamiento mediante el cono de Abrams


Una vez comprobado que el asentamiento cumpla con lo requerido, se procederá con el

vaciado del hormigón en los moldes de encofrado de las vigas, tal como se muestra en la

Fotografía 3.14.3.3., aplicando primero una capa sobre la cual, se procederá a asentar los

refuerzos de acero, y a continuación se realizó el llenado capa tras capa y mediante el uso de

un vibrador, vamos quitando los vacíos que puedan generarse durante el hormigonado.

Fotografía 3.14.3.3 Hormigonado de Vigas


En esta etapa, se procederá a obtener muestras que fueron cilindros testigos (Fotografía

3.14.3.4.), para comprobar que cumple con la dosificación para el hormigón de 21 Mpa al

ser ensayados transcurridos los 28 días.

113

Fotografía 3.14.3.4. Probetas cilíndricas testigo


De la misma manera se realizará el hormigonado de vigas de 50cm x 20cm x 20cm, como

se muestra en la Fotografía 3.14.3.5., para realizar el ensayo del módulo de rotura de las

vigas a flexión, una vez transcurrido los 28 días, mediante las normas ASTM C78 - NTE

INEN 2554, y de esta manera determinar, se haya cumplido con las especificaciones tanto

en el diseño del hormigón de 21 Mpa como en la caracterización de los materiales.

Fotografía 3.14.3.5. Vigas para determinar Modulo de Rotura

Fuente: Ochoa Alfredo, Viracocha Lenin (2018).

3.14.4. Curado

El proceso de curado de las vigas, fue cubierto en su totalidad con plástico una vez

desencofrados y humedeciendo a diario para de esta forma evitar se produzca la pérdida de

humedad y pueda generar una reducción en su capacidad resistente. En esta etapa se realiza

114

de igual forma el curado de los cilindros testigos y de las vigas del módulo de rotura. Todas

las probetas serán ensayadas una vez transcurridos los 28 días cuando hayan alcanzado su

resistencia máxima. (Fotografía 3.14.4.1.)

Fotografía 3.14.4.1. Curado de probetas


3.15. REFORZAMIENTO DE VIGAS CON TEJIDO DE FIBRA DE CABUYA

Para el reforzamiento de las vigas, será necesario que estas estén secas y con la superficie

lisa, para el proceso de adherencia de los tejidos, y se lo realiza una vez haya transcurrido al

menos los 25 días a partir de la fecha de hormigonado.

Para esta etapa se agruparán en 5 grupos de 3 elementos viga cada uno, de acuerdo a las

especificaciones del reforzamiento. (Tabla 3.15.1.)

115

N°

. Espécimen

Dimensiones

Grupo Tipo de reforzamiento Orientación

fibras Altura (m)

Base (m)

Long. (m)

1

VIGA 0.25 0.15 2.00

1 VIGA ESTÁNDAR - SIN

REFORZAMIENTO - 2

3

4

2 Tercio izq. - Der. - parte

inferior. 90° 5

6

7

3 Tercio izq. - Der. - parte

inferior. 45° 8

9

10

4 Caras Laterales (H*) - long.

Total viga 90° 11

12

13

5 Caras Laterales (H*) - long.

Total viga 45° 14

15

H* : altura de las vigas

Tabla 3.15.1. Descripción grupos de vigas a reforzar.


3.15.1. Preparación de vigas para aplicación de aditivos

Preparación de la superficie:

La superficie del elemento de hormigón, en este caso las vigas no deben tener

desniveles, ni rugosidades muy pronunciadas. Puesto que, en el caso de las

rugosidades demasiado pronunciadas, evitarán la adherencia requerida de toda la

superficie de la viga, con el tejido. Para ello, se pule o lija las superficies a adherir y

de la misma manera se redondea los bordes inferiores de las vigas para evitar que al

aplicar cargas sobre las vigas estas produzcan la rotura del tejido de refuerzo.

A continuación, se remueve por medios mecánicos el polvo, residuos de grasa, aceite

y materiales sueltos, para una mejor adherencia entre la fibra de cabuya y el elemento

de hormigón. (Fotografía 3.15.1.1.)

116

Fotografía 3.15.1.1. Eliminación de rugosidades pronunciadas en la viga


3.15.2. Aditivo EPOFIX PRIMER 506 L

Adhesivo epóxico de alta resistencia para pegado estructural, con resina epóxica de

impregnación de alta resistencia. (Fotografía 3.15.2.1.)

Fotografía 3.15.2.1. EPOFIX PRIMER - Aditivo de dos componentes de alta resistencia

para pegado estructural


117

PRODUCTO PRESENTACIÓN RENDIMIENTO / CONSUMO

EPOFIX PRIMER 506 S EPOFIX 30 - A Adhesivo epóxico de alta resistencia para pegado estructural EPOFIX 300 – B Resina epóxica de impregnación de alta resistencia

6.440 KG 3.563 KG

VARIABLE SEGÚN SU USO

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO: EPOFIX PRIMER 506 S es un adhesivo estructural de dos componentes, compuesto por una combinación de resinas epóxicas, diseñado para uso estructural, y modificado para la adhesión de fibras orgánicas.

. Consistencia

. Color

LIQUIDA – VISCOSA Componente A: BLANCO Componente B: CAFÉ Color de la Mezcla: AMBAR

USO: Aditivo para adhesión de elementos para refuerzos estructurales en concreto o madera.

INSTRUCCIONES DE MEZCLADO: El mezclado se lo realiza: Componente A: Componente B = 2: 1 Ya sea en peso o volumen.

MÉTODOS DE APLICACIÓN /HERRAMIENTAS:

Se lo puede aplicar y extender sobre la superficie preparada, ya sea con espátula o liana, de manera uniforme una consistente capa de la mezcla.

TIEMPO DE VIDA ÚTIL DE MEZCLA: AMBIENTE CERRADO Y BAJA HUMEDAD: ± 60 min. Aprox. AMBIENTE ABIERTO Y SIN HUMEDAD: ± 30 min. Aprox. El tiempo de manejabilidad o tiempo de vida útil de la mezcla inicia cuando entra en contacto el componente A y B mezclándose. De esta manera el tiempo de vida útil de la mezcla es más corto a elevadas temperaturas y más largo a bajas temperaturas.

VENTAJA: De Fácil de mezcla y aplicación.

Alta resistencia.

Muy buena adherencia a elementos de concreto o madera.

Adhesivo de alta resistencia.

118

Componentes de diferentes colores, para el control al momento de realizar la mezcla

Altas resistencias mecánicas finales.

TOXICIDAD SENSIBILIZACIÓN:

Por contacto con la piel: Es posible la sensibilización / reacción alérgica. Evitar el contacto directo con la piel. Se recomienda el uso de implementos de seguridad de acuerdo a NFPA.

La mezcla produce vapores leves que pueden generar mareos u otras complicaciones.

OBSERVACIÓN: la empresa proveedora y de las medidas reales obtenidas en la puesta en obra, pero de igual manera estos datos pueden variar debido a circunstancias o parámetros que no se pueden controlar.

Los residuos del material deber ser eliminados de manera que no contamine fuentes de agua potable.

Tabla 3.15.2.1. Descripción de Producto EPOFIX PRIMER


3.15.3. Mezclado de Componentes A-B:

La preparación del aditivo de dos componentes, se lo realiza en proporciones de 2 a 1, el

componente A y B, respectivamente, se vierte en un recipiente y se procede a mezclar hasta

obtener una consistencia de coloración homogénea. (Fotografía 3.15.3.1.)

Fotografía 3.15.3.1. Preparación de aditivo EPOFIX PRIMER


119

3.15.4. Aplicación del aditivo sobre la superficie de la viga

La aplicación de la mezcla se la realizará mediante una brocha o espátula, de manera

uniforme sobre la superficie del elemento de hormigón, hasta que quede completamente

cubierta la zona correspondiente a las caras laterales y parte inferior del tercio izquierdo y

derecho del grupo de vigas 2 y 3 en las cuales se van a adherir el tejido de fibra de cabuya.

De igual manera aplicando la mezcla en las dos caras laterales de la longitud total del grupo

de vigas 4 y 5 (Fotografía 3.15.4.1.)

Fotografía 3.15.4.1. Aplicación del aditivo sobre la superficie de las vigas


3.15.5. Aplicación del aditivo para la saturación sobre el tejido de fibra de cabuya

La aplicación del aditivo sobre la fibra de cabuya se realizará con el fin de que esta se pueda

saturar. Para este proceso, se extiende el tejido sobre una superficie plana protegida con

plástico y se procede a aplicar el aditivo, con una brocha o espátula y aplicarlo en ambas

caras del tejido, hasta que se encuentre completamente saturada. (Fotografía 3.15.5.1.)

120

Fotografía 3.15.5.1. Saturación del tejido de fibra de cabuya


3.15.6. Impregnación del tejido de fibra de cabuya a la viga

Para realizar la impregnación del tejido sobre la viga, ambos deben estar en un estado de

adherencia al tacto, esto se obtiene una vez transcurrido alrededor de 15 a 20 min, después

de aplicada la mezcla, en un ambiente abierto con suficiente ventilación.

Una vez comprobada la adherencia de ambos elementos se procederá a impregnar el tejido

de fibra de cabuya sobre la viga, mediante el uso de la espátula o liana, aplicando presión

constante para extender el tejido de manera uniforme, realizando este proceso en intervalos

de 10 minutos hasta que todo el tejido este completamente adherido a la viga, evitando quede

lugares sin adherirse. (Fotografía 3.15.6.1.)

Este proceso se realizará de igual forma para todas las vigas que van reforzadas con el Tejido

de Fibra de Cabuya según su orientación, tanto para las de 45° como para las de 90° con

respecto al eje de la viga de los grupos 2,3,4,5 respectivamente.

121

Fotografía 3.15.6.1 Impregnación del Tejido de Fibra de Cabuya a la Viga


Adheridos los tejidos de refuerzo a las vigas, permitir el secado del conjunto por un periodo

de tiempo de al menos 2 dias, antes de ser ensayados, para asegurar una mejor adherencia

del tejido de fibra de cabuya hacia la viga.

3.15.7. Recomendaciones para la impregnación de los elementos.

No permitir el secado total de la fibra, puesto que una vez endurecido no podrá ser

utilizada y se desechará.

En caso de secarse por completo la mezcla aplicada sobre la superficie del elemento

de hormigón, volver a realizar el lijado o pulido de la superficie hasta que quedé el

elemento original, libre de la resina epóxica.

3.16. ENSAYOS EN LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES

Reforzadas las vigas con el tejido de fibra de cabuya, y transcurrido un lapso de 3 días,

después de haberse colocado el reforzamiento. Se procede a la preparación de los equipos

necesarios, para el ensayo en el laboratorio. (Fotografía 3.16.1.)

122

Fotografía 3.16.1. Preparación y calibración de equipos para ensayo.


A continuación, se procede a transportar y almacenar las vigas al laboratorio, hasta el

momento de realizar los ensayos, está actividad se lo realiza mediante la utilización de la

cargadora de impulso manual. Y se procede al marcado de cada viga. (Fotografía 3.16.2.)

Fotografía 3.16.2. Transporte de vigas al laboratorio.


Almacenadas las vigas y calibrado los equipos, se procede a transportar las vigas hacia el

Equipo para ensayo de Tubo de 100 ton. (Fotografía 3.16.3.)

Este procedimiento, se lo realiza con la debida precaución, debido al peso que posee cada

viga y al poco espacio para maniobrar al momento de la colocación de la viga en la máquina

de ensayo.

123

Fotografía 3.16.3. Transporte de la viga hacia la máquina de ensayo de 100 ton.


Colocada la viga en la máquina de ensayo, se procede a la colocación de los implementos

para la aplicación de cargas, con los respectivos aditamentos, tales como: Los apoyos, cuñas

de madera en el punto de aplicación de la carga, además de asegurar la máquina para iniciar

el ensayo. (Fotografía 3.16.4.)

Fotografía 3.16.4. Colocación de aditamentos para ensayo de carga.


El primer grupo de vigas a ensayar, son las vigas estándar, y la aplicación de cargas se las

realiza de manera progresiva, hasta poder visualizar la primera fisura y su posterior falla.

(Fotografía 3.16.5.).

124

Fotografía 3.16.5. Ensayo de Vigas estándar.


Y los valores obtenidos, tabularlos para su posterior comparación, con el resto de datos

obtenidos de los ensayos de las vigas reforzadas.

Para los ensayos de las vigas reforzadas con tejido de fibra de cabuya se procede de manera

similar al ensayo con las vigas estándar. De igual manera se procede a la tabulación de todos

los resultados obtenidos en cada grupo de ensayo. (Fotografía 3.16.6.).

Fotografía 3.16.6. Ensayo de Vigas Reforzadas con fibra de Cabuya.


125

Ensayadas todas las vigas, se procede al desalojo para continuar con la inspección de las

fallas, de la adherencia de la fibra con el hormigón, el estado de las fibras. Tomando nota

para los análisis correspondientes. (Fotografía 3.16.7.)

Fotografía 3.16.7. Inspección de vigas ensayadas.


126

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Una vez elaboradas las probetas como; Cilindros de hormigón, Vigas para ensayo de rotura,

y vigas de hormigón armado. Tuvieron que pasar a la etapa de curado, para lo cual, los

cilindros de hormigón, fueron trasportados a la cámara de curado, en cuyo ambiente la

temperatura oscila entre 23°C, mismo que ubicada en el laboratorio de ensayo de materiales,

en donde se procedió a mantenerlo hasta que cumpla la edad de 28 días, luego del cual se

ensayó mediante el uso de la norma NTE INEN 1573, para determinar la resistencia a la

compresión y que esté de acuerdo a lo requerido en los estudios para el diseño de las vigas.

En las probetas para ensayos de rotura y las vigas de hormigón armado, se realizó el curado

en la parte posterior del patio del laboratorio en donde una vez desencofrado se procedió a

humedecerlo y cubrirlo con plástico para evitar la pérdida de la humedad y posterior ensayo

a la edad de 28 días mediante el uso de la norma NTE INEN , para poder determinar su

módulo de rotura, comprobar que se cumplan los diseños del hormigón y análisis de las

características mecánicas de las vigas reforzadas respectivamente.

127

4.1 Resultados de ensayos a cilindros testigo – Tabla 4.1.1. y del ensayo de Módulo de

Rotura – Tabla 4.1.2.

Tabla 4.1.1. Resultados del Ensayo de compresión en cilindros testigo.





Resistencia a la Compresión de Especímenes Cilíndricos de Concreto

ASTM C39/C39M - 18

RESULTADOS:

Ensayo de Cilindros de prueba a los 28

días

CILINDROS OBTENIDOS EN

HORMIGONADO DE VIGAS

MÉTODO:

MÉTODO DE LABORATORIO F´C=

21 Mpa FECHA:

24/5/2018

RESISTENCIA EFECTIVA A OBTENER f´c = 21 Mpa


Cilindros de Prueba obtenidos en Fundición de Vigas

CILINDRO DIÁMETRO FECHA EDAD

CARGA APLICADA

AREA CILINDRO

RESISTENCIA OBTENIDA PROMEDIO

No. cm Elaboración Ensayo Días KG cm2 Kg/cm2 Porcentaje

28 días Kg/cm2

B1-VIGAS

15

26/4/2018 24/5/2018 28 37670 176,71 213,17 102%

212,10

15

15

B2-VIGAS

14,9

26/4/2018 24/5/2018 28 36960 174,37 211,97 101% 14,9

14,9

B3-VIGAS

15

26/4/2018 24/5/2018 28 37315 176,71 211,16 101% 15

15

128

4.2 RESULTADOS DE ENSAYOS A VIGAS PARA DETERMINAR MODULO DE

ROTURA

Tabla 4.1.2. Resultados del Ensayo Modulo de Rotura.





ENSAYOS RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DE VIGAS DE CONCRETO ( carga a los tercios)

ASTM C78 - NTE INEN 2554

FECHA: 24/5/2018

RESULTADOS:

RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DE VIGAS DE CONCRETO ( carga a los

tercios)

MATERIAL: VIGA SIMPLE - ESPECÍMEN MOLDEADO

EDAD: 28 días


N° Probeta

Dimensiones CARGA MÁX. PROMEDIO MÓDULO DE ROTURA Ancho (b) Alto (d) Luz libre

Kg N

Ancho (b) Alto (d)

mm mm mm mm mm Mpa

R - 1

200,00 203,00

450 6310 61879,96 200,67 201,67 3,40 202,00 202,00

200,00 200,00

R - 2

200,00 201,00

450 5840 57270,84 200,33 200,67 3,20 200,00 201,00

201,00 200,00

R - 3

203,00 201,00

450 5770 56584,37 202,67 200,33 3,15 202,00 200,00

203,00 200,00

129

DETALLES:

Cuñas de madera en la superficie de contacto de la probeta para eliminar cualquier

diferencia.

OBSERVACIONES:

Las probetas al aplicar la carga máxima, estas fallaron dentro del tercio medio. Dando por

entendido que la dosificación, y el hormigonado de las vigas tanto de las probetas para

módulo de rotura, como para las vigas que son reforzadas con la fibra de cabuya, cumplen

con las especificaciones establecidas consideradas en los cálculos de diseño.

130

4.3 RESULTADOS DE ENSAYOS DE PROBETAS VIGAS ESTÁNDAR – VIGAS PATRÓN

Tabla 4.3.1 Resultado del Ensayo vigas estándar.


131

4.4 RESULTADOS DE ENSAYOS DE LAS VIGAS REFORZADAS CON TEJIDO DE FIBRA DE CABUYA

a. Encamisado en u en el tercio de la viga (Tejido dirección de fibras a 90° con el eje del elemento)

Tabla 4.3.2 Resultado del Ensayo de vigas con encamisado en u en el tercio de la viga (Tejido dirección de fibras a 90° con el eje del elemento)


132

b. Con encamisado lateral en el tercio de la viga (Tejido dirección de fibras a 45° con el eje del elemento)

Tabla 4.3.3 Resultado del Ensayo de vigas con encamisado lateral en el tercio de la viga (Tejido dirección de fibras a 45° con el eje del elemento)


133

c. Encamisado en caras laterales en la longitud de la viga (Tejido dirección de fibras a 90° con el eje del elemento)

Tabla 4.3.4 Resultado del Ensayo resistencia a flexión vigas con encamisado en caras laterales en la longitud de la viga (Tejido dirección de

fibras a 90° con el eje del elemento)


134

d. Encamisado en caras laterales en la longitud de la viga - dirección de fibras a 45° con el eje del elemento

Tabla 4.3.5 Resultado del Ensayo resistencia a flexión vigas con encamisado en caras laterales en la longitud de la viga (Tejido dirección de

fibras a 45° con el eje del elemento)


135

4.5 ANÁLISIS DE CARGAS EN VIGAS

Tabla 4.5. Análisis de cargas en vigas de ensayo


4.6 CUADROS DE VALORES COMPARATIVOS ENTRE CARGAS DE DISEÑO Y

CARGAS OBTENIDAS EN ENSAYOS

Gráfico 4.6.1. Comparativa carga de diseño vs carga primera fisura


01234567

1

Carga de Diseño 4.48 ton 4,48

Carga grupo 1 4,41

Carga grupo 2 4,62

Carga grupo 3 4,93

Carga grupo 4 6,50

Carga grupo 5 6,57

CA

RG

A (

ton

)

COMPARATIVA CARGA DE DISEÑO VS CARGA 1ERA FISURA

136

Gráfico 4.6.2. Comparativa carga de diseño vs carga de falla


Gráfico 4.6.3. Carga calculada v.d. armada vs carga primera fisura


012345678

1

Carga de Diseño 4.48 ton 4,48

Carga grupo 1 6,44

Carga grupo 2 7,84

Carga grupo 3 7,50

Carga grupo 4 6,67

Carga grupo 5 7,97

CA

RG

A (

ton

)

COMPARATIVA CARGA DE DISEÑO VS CARGA DE FALLA

01234567

1

Carga CALCULADA 6.36 ton 6,36

Carga grupo 1 4,41

Carga grupo 2 4,62

Carga grupo 3 4,93

Carga grupo 4 6,50

Carga grupo 5 6,57

CA

RG

A (

ton

)

CARGA CALCULADA V.D.ARMADA VS CARGA 1ERA FISURA

137

Gráfico 4.6.4. CARGA CALCULADA V.D. ARMADA VS CARGA DE FALLA


012345678

1

Carga CALCULADA 6.36 ton 6,36

Carga grupo 1 6,44

Carga grupo 2 7,84

Carga grupo 3 7,50

Carga grupo 4 6,67

Carga grupo 5 7,97

CA

RG

A (

ton

)

CARGA CALCULADA V.D.ARMADA VS CARGA DE FALLA

138

4.7 ANÁLISIS DE FISURAS

TIPO VIGA GRUPO Carga 1era

Fisura PROMEDIO

Carga de Falla

PROMEDIO Detalle Fisura Imágenes

Qf (Ton)

ESTA

ND

AR

1

1

4,46

4,41

6,39

6,44

Falla a corte - ruptura de la

viga

2 4,40 6,43 Falla a corte - ruptura de la

viga


viga

4.8 Tabla 4.7.1 Análisis de fisuras de vigas estándar


139

Tabla 4.7.2 Análisis de fisuras de vigas con encamisado en u en el tercio de la viga (Tejido dirección de fibras a 90° con el eje del elemento)


140


Fisura PROMEDIO

Carga de Falla


Qf (Ton) C

ON

EN

CA

MIS

AD

O L

ATE

RA

L EN

EL

TER

CIO

DE

LA V

IGA

(Te

jido

dir

ecc

ión

de

fib

ras

a 4

5°

con

el e

je d

el e

lem

en

to)

1

3

4,33

4,93

7,38

7,38

FISURAS PARTE INFERIOR FALLA POR FLEXIÓN - ANCHO 3-4mm

2 5,13 7,15 FISURAS PARTE INFERIOR FALLA POR FLEXIÓN - ANCHO 3-4mm

3 5,33 7,60 FISURAS PARTE INFERIOR FALLA POR FLEXIÓN - ANCHO 3-5mm

Tabla 4.7.3 Análisis de fisuras de vigas con encamisado lateral en el tercio de la viga (Tejido dirección de fibras a 45° con el eje del elemento)


141


Fisura PROMEDIO

Carga de Falla


Qf (Ton) C

ON

EN

CA

MIS

AD

O E

N C

AR

AS

LATE

RA

LES

EN L

A L

ON

GIT

UD

DE

LA V

IGA

(Te

jido

dir

ecc

ión

de

fib

ras

a 9

0°

con

el e

je d

el e

lem

en

to) 1

4

6,50

6,50

6,67

6,67

Falla a corte - ruptura de la viga reforzada


viga reforzada

3 6,35 6,63

FISURAS PARTE INFERIOR FALLA POR APLASTAMIENTO Y FLEXIÓN - ANCHO 3-4mm

Tabla 4.7.4 Análisis de fisuras de vigas con encamisado en caras laterales en la longitud de la viga (Tejido dirección de fibras a 90° con el eje del

elemento)


142

TIPO VIGA GRUPO

Carga 1era

Fisura PROMEDIO

Carga de Falla


Qf (Ton)

CO

N E

NC

AM

ISA

DO

EN

CA

RA

S LA

TER

ALE

S EN

LA

LO

NG

ITU

D D

E LA

VIG

A

(Te

jido

dir

ecc

ión

de

fib

ras

a 4

5°

con

el e

je d

el e

lem

en

to)

1

5

6,49

6,57

7,97

7,97


2 6,71 8,30


3 6,50 7,63


Tabla 4.7.4 Análisis de fisuras de vigas con encamisado en caras laterales en la longitud de la viga (Tejido dirección de fibras a 45° con el eje del

elemento)


143

4.9 COMPARACIÓN DE CARGAS

TIPO GRUPO P. Diseño

(Ton) Carga Real Viga

Doblemente Armada Carga 1era

Fisura

Carga de Falla

Qf (Ton)

ESTANDAR 1 4,48 6,36 4,41 6,39

ENCAMISADO EN U EN EL TERCIO DE LA VIGA 2 4,48 6,36 4,62 7,70

LATERAL EN U EL TERCIO DE LA VIGA 3 4,48 6,36 4,93 7,38

CON ENCAMISADO EN CARAS LATERALES 4 4,48 6,36 6,50 6,67

CON ENCAMISADO EN CARAS LATERALES 5 4,48 6,36 6,57 7,97

Tabla 4.8.1 Cuadro de Cargas


144

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES

El tejido de fibra de cabuya es proveniente de la parroquia de Intag, provincia de

Imbabura, donde: cultivan, cosechan, almacenan y realizan los procesos de

manufactura, mismos que comprenden del hilado, y tejido de manera artesanal.

En el hilado de las fibras los diámetros varían entre 1mm a 1.5 mm, este proceso no

es industrializado, por esta razón no cumple con parámetros de calidad.

Las vigas se diseñaron simplemente armadas, pero por métodos constructivos, se

tuvo que aumentar el refuerzo, quedando la viga doblemente armada, entonces este

incremento logra que la viga no falle con la carga de diseño de 4.48 t y aumente a

6,44 t.

Al hacer la comprobación de diseño como doblemente armada, cumpliendo con el

equilibrio estático (Cc+c`s=Ts), el resultado es de 6.36 t, similar a la falla de ruptura

de la viga ensayada.

El diseño de la mezcla para el hormigón se lo realizó mediante el método de la

densidad óptima, de esta manera se controló todas las propiedades de los agregados,

posterior a esto se procedió a la fabricación de los encofrados, armado de vigas, de

acuerdo a las dimensiones de diseño, para continuar con el hormigonado, luego una

vez pasada la etapa de curado de vigas, se procede al ensayo a los 28 días.

La carga de ruptura promedio de la viga estándar sin fibra es de 6.44 t, mientras que

las vigas reforzadas, las caras laterales con fibra de cabuya, con orientación de las

fibras a 90º, con respecto al eje de la viga, tiene una carga promedio de 6.67 t,

teniendo el mismo estado de falla a corte, que las vigas estándar, es decir se produce

un incremento en la resistencia de la viga.

145

De los ensayos en las vigas se obtiene que las vigas reforzadas con tejido de fibra de

cabuya presentan un incremento de 0.23t con respeto a las vigas estándar donde se

comprueba que el tejido mejora el esfuerzo a corte de las vigas en 3.57%.

Las vigas estándares, fallan a cortante en el tercio de la viga sin refuerzo, como se lo

planificó en el diseño. En cambio, en las vigas con refuerzo tipo U en el tercio de la

misma, con orientación de fibras a 90° y a 45° con respecto al eje longitudinal de la

viga no se producen dicha falla, sino falla a flexión lo cual fue inducido por no haber

encamisado la parte central.

Las vigas reforzadas en los tercios extremos, con tejido de fibra de cabuya con

dirección de las fibras del tejido – 90° respecto al eje de la viga, se produce la falla

por aplastamiento en tercio medio de la viga, mientras que en la parte inferior la falla

es por tracción (gritas – espesor 5 mm), sin producirse la falla por cortante, ni la falla

del tejido de reforzamiento.

Las vigas reforzadas en los tercios extremos con tejido de fibra de cabuya con

dirección de las fibras del tejido – 45° respecto al eje de la viga, se produce la falla

por aplastamiento en tercio medio de la viga, mientras que en la parte inferior la falla

es por tracción (gritas – espesor 5 mm), sin producirse la falla por cortante ni la falla

del tejido de reforzamiento.

Las vigas reforzadas las caras laterales con tejido de fibra de cabuya con dirección

de las fibras del tejido – 45° respecto al eje de la viga, soporta una mayor carga

actuante a la de diseño que , es decir no se produce deflexiones pronunciadas, se

produce la falla por aplastamiento en tercio medio de la viga, mientras que en la

parte inferior la falla es por tracción (gritas – espesor 3 mm), produciéndose en esta

ocasión la ruptura y el desprendimiento del tejido de reforzamiento, en el tercio

medio de las viga, pero al igual que los anteriores ensayos sigue sin producirse la

146

falla por cortante, siendo un indicativo que mejora las propiedades mecánicas el

elemento viga.

Las ventajas de los tejidos de fibra de cabuya, son su costo reducido, que son de bajo

impacto ambiental, es un material de excelentes características mecánicas que

pueden ser usadas en el sector de la construcción, como material ornamental.

El tejido de fibra de cabuya no puede ser utilizado como reforzamiento de elementos

de hormigón armado, puesto que su constitución orgánica hace que este material no

llegue a cumplir de igual forma que la vida útil de la estructura, porque tiene

tendencia a descomponerse en el trascurso del tiempo.

147

RECOMENDACIONES

Implementación de normas que puedan mejorar la calidad de manufactura en los

tejidos de este tipo como son la cabuya, agave, entre otros que para su fabricación no

cuentan con el equipo adecuado.

Estudios con elementos de hormigón armado sometidos a flexión con encamisado

tipo U a lo largo de la viga.

Complementar con otros tipos de reforzamientos considerando que falle a flexión y

a corte cuando esté reforzada toda la viga.

Utilizar diferentes tipos de resinas epóxicas como material adherente.

Estandarizar e industrializar la producción de la fibra de cabuya para obtener mejores

resultados.

Su posible utilización estaría enfocada más a viviendas de condición patrimonial,

puesto que sus elementos conformantes son vigas y columnas de madera, y en estos

tipos de viviendas se pretende que los reforzamientos estructurales realizados no

deben alterar visiblemente la estructura, y he ahí donde los tejidos de fibra de cabuya

pueden ser utilizados ya que aportarían al mejoramiento de las condiciones

estructurales de la vivienda sin alterar el entorno.

Para el análisis de la viga se lo debe hacer doblemente armado para evitar fallos

prematuros logrados con la viga simplemente armada.

La fibra al ser un material orgánico debe estar totalmente saturada con aditivo

EPOFIX PRIMER 506, para que tenga una total adherencia y forme un solo

elemento, al unirse la fibra con el hormigón y evitar posibles desprendimientos o

delaminación a lo largo de la viga.

La superficie del hormigón debe estar limpia de impurezas, y el aditivo debe estar

bien distribuido para no tener falta de adherencia en los elementos.

148

Por el diseño de la fibra tenemos que manipular con precisión y precaución el

adictivo para que se logre saturar en su totalidad la fibra y mejorar la adherencia entre

estos dos elementos.

Para el diseño de especímenes para proyectos de investigación como en el caso de

vigas, se hace indispensable establecer parámetros en el laboratorio que puedan

facilitar el traslado y fabricación de modo que no se altere las propiedades mecánicas

de los especímenes.

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152

ANEXOS

RESUMEN FOTOGRÁFICO:

1. MINA FUCUSUCU V (San Antonio de Pichincha)

Ilustración 1 Visita a la mina y transporte del material.

Ilustración 2 Agregados.

Ilustración 3 Cuarteo mecánico del agregado grueso.

153

Ilustración 4 Densidad Aparente Suelta.

Ilustración 5 Densidad Aparente Compactada.

Ilustración 6 Ensayo de densidad óptima de los agregados.

154

Ilustración 7 Ensayo de abrasión del agregado grueso.

Ilustración 8 Ensayo de colorimetría del agregado fino.

155

Ilustración 9 Ensayo de densidad de volumen en estado SSS del agregado grueso.

Ilustración 10 Ensayo de densidad de volumen en estado SSS del agregado fino.

156

Ilustración 11 Ensayo de granulometría del agregado grueso.

Ilustración 12 Ensayo de granulometría del agregado fino.

157

Ilustración 13 Ensayo de densidad del cemento portland tipo Gu.

Ilustración 14 Mezcla de prueba.

158

Ilustración 15 Asentamiento de la mezcla de prueba.

Ilustración 16 Probetas cilíndricas realizadas en la mezcla de prueba (Método de la Densidad

Óptima de los Agregados).

Ilustración 17 Curado de cilindros.

159

Ilustración 18 Ensayo de Varilla.

Ilustración 19 Ensayo de Fibra.

160

Ilustración 20 Armado de Encofrado.

Ilustración 21 Armado del Acero.

Ilustración 22 Corrección por humedad.

161

Ilustración 23 Mezcla Definitiva.

Ilustración 24 Asentamiento obtenido en la mezcla definitiva.

Ilustración 25 Llenado de vigas.

162

Ilustración 26 Elaboración de probetas cilíndricas de hormigón.

Ilustración 27 Curado de Vigas.

Ilustración 28 Almacenamiento de vigas estándar.

163

Ilustración 29 Ensayo de Vigas Estandar.

Ilustración 30 Falla y superficie producida en la probeta ensayada.

Ilustración 31 Ensayo de compresión en probetas cilíndricas a los 28 días.

164

Ilustración 32 Viga libre de Impurezas.

Ilustración 33 Aplicación del Adictivo (epóxico epofix).

165

Ilustración 34 Saturación de Fibra (epóxico epofix).

Ilustración 35 Pegado de Fibra en la Viga (probeta de Prueba).

166

Ilustración 36 Ensayo de Vigas estándar (probeta de Prueba).

Ilustración 37 Ensayo de Viga Encamisado Lateral Fibra a 90º (probeta de Prueba).

Ilustración 38 Ensayo de Viga Encamisado Tipo U Fibra a 90º (probeta de Prueba).

Ilustración 39 Ensayo de Viga Encamisado Lateral Fibra a 45º (probeta de Prueba).

167

Ilustración 40 Ensayo de Viga Encamisado Tipo U Fibra a 45º (probeta de Prueba).

ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS

OBRA : TESIS DE INVESTIGACIÓN

RUBRO

(CÓDIGO) 1 DESCRIPCIÓN: #N/A UNIDAD:

ESPECIFICACIÓ

N :

CÓDIGO 1,-MATERIALES UNIDAD CANTIDAD COSTO UNIT.

(DÓLARES)

COSTO

TOTAL

(DÓLARES)

100 CEMENTO U 8 8,300 66,40

101 ARENA M3 1 20,000 20,00

102 RIPIO M3 1 20,000 20,00

103 TORNILLOS U 4 2,750 11,00

104 TABLA DURA DE ENCOFRADO

CEPILLADA DE 25 CM KG 33 3,800 125,40

105 TIRA DE EUCALIPTO 4,0X4,0X240CM U 15 1,900 28,50

106 CLAVOS 2" Lb 1 1,800 1,80

107 CLAVOS 21/2" Lb 1 1,800 1,80

200 VARILLA DE 8 mm qq 1 45,750 45,75

201 VARILLA DE 12 mm qq 1 45,750 45,75

202 ALAMBRE DE AMARRE kg 5 2,000 10,00

300 AGUA M3 0,9 0,500 0,45

400 DIESEL GL 1 1,500 1,50

500 EPOFIX 560 KG 11,3 19,600 221,48

600 FIBRA DE CABUYA ML 30 5,000 150,00

168

SUBTOTAL

1 749,830

CÓDIGO 2,-MANO DE OBRA

UNIDAD COSTO

TABLERO

COSTO

TOTAL

(DÓLARES)

1 CARPINTERÍA 9 12,00 108,00

2 FUNDICIÓN 4 20,00 80,00

3 ENSAYOS 4 20,00 80,00

SUBTOTAL

2 268,00

CÓDIGO 3,-EQUIPO UNIDAD

COSTO DÍA

COSTO

TOTAL

(DÓLARES)

5 CORTADORA DOBLADORA DE HIERRO 100 0,15 15,00

6 CONCRETERA UN SACO A DIESEL 1 3,00 3,00

7 VIBRADOR DE HORMIGÓN A GASOLINA 1 35,00 35,00

8 TRANSPORTE 1 120,00 120,00

9 OTROS - - 100,00

10

SUBTOTAL

3 273,00

4,-COSTO UNITARIO DIRECTO (1+2+3) 1290,83

Tabla A-1 Análisis de precios unitarios


169

GLOSARIO DE TÉRMINOS

A

ACI. - American Concrete Institute.

(Instituto Americano del Concreto).

ASTM. - American Society Testing of Materials (Sociedad Americana para Ensayos y

Materiales).

Agregado. - Material de forma granular de origen natural o artificial, tal como grava, arena,

piedra triturada, se emplea para base y sub base de carretas con o sin adición de elementos

activos y para elaborar hormigones.

Agregado fino. - Agregado, cuyas partículas pasan por el tamiz de 4.75 mm

(No. 4) y es retenido en el tamiz de 75 μm (No. 200).

Agregado grueso. - Agregado, cuyas partículas se retienen de manera predominante en el

tamiz de 4.75 mm

(No. 4).

Agua de amasado. - Cantidad de agua que se utiliza para la elaboración de la mezcla de

hormigón, participa en las reacciones de hidratación del cemento y confiere al hormigón la

trabajabilidad necesaria para una correcta puesta en obra.

Aparato de Vicat. - Tiene la función de proporcionar la penetración lograda por una de sus

agujas en una muestra (pasta de cemento), es decir mediante este procedimiento se determina

la consistencia normal del cemento hidráulico.

170

C

Cemento. - Aglomerante hidráulico que amasados con agua, fragua y endurecen sumergidos

en este líquido, adquiriendo consistencia sólida.

Composición granulométrica. - Es la característica que resulta de la distribución de tamaños

de las partículas constituyentes del agregado y además es uno de los factores con más

notoriedad en el comportamiento de las mezclas de hormigón, en estado fresco.

Consistencia. - Es la menor o mayor facilidad que tiene el hormigón para deformarse.

Consistencia normal del cemento. - Es la cantidad de agua necesaria para que la pasta de

cemento alcance una fluidez óptima y una plasticidad ideal.

Curado. - es una operación necesaria para la ejecución de los elementos de hormigón,

posiblemente sea el curado la más importante, por la influencia decisiva que tiene en la

resistencia del hormigón.

Curva granulométrica. - Es la línea que une todos los puntos de la distribución

granulométrica del agregado en estudio, la cual se lo grafica en un sistema de coordenadas,

asignando en el eje de las ordenadas al porcentaje que pasa por un tamiz y en el eje de las

abscisas las aberturas del tamiz.

D

Dosificación de la mezcla. - Significa encontrar las cantidades necesarias de agua, cemento

y agregados, que al combinarse produzca un hormigón que cumpla con las condiciones de

diseño que se le impongan previamente.

Durabilidad. - es el conjunto de propiedades necesarias para conseguir que el hormigón

conserve, durante su vida de servicio prevista y hasta el final de la misma, un coeficiente de

valore aceptable.

171

Dureza. - Se define a la resistencia que presenta el agregado a la abrasión o al desgaste. Es

una propiedad que depende de la constitución mineralógica, la estructura y la procedencia

de los agregados.

E

Ensayo de compresión. - Ensayo con el cual se mide la resistencia a la compresión del

hormigón, está establecido en las normas NTE INEN 1573 y ASTM C-29.

Esfuerzo. - Intensidad de fuerza por unidad de área.

F

Factor de mayoración. - Son valores numéricos que tienen como finalidad otorgar una

adecuada seguridad a un elemento estructural por un eventual incremento de carga más allá

de las especificadas en el diseño y su vez asegurar que no se produzcan fallas y

deformaciones excesivas.

Fisura. - Es la separación longitudinal entre dos o más partes de un elemento a causa de la

rotura o fracturación que produce en el hormigón o en cualquier otrro material.

Flexión. - Es un fenómeno donde simultáneamente se inducen esfuerzo de tracción y

compresión, lo que conduce a que el elemento estructural se falle por completo.

Fluencia. - Es un fenómeno de deformación que se produce por la aplicación de una carga

continua, debido a un reacomodo interno de las partículas que ocurre al mismo tiempo que

la hidratación del cemento.

Fraguado. - Se refiere la perdida de plasticidad que sufre la pasta de cemento.

172

G

Granulometría. - La granulometría es la distribución de los tamaños de las partículas de un

agregado, se determina mediante el análisis granulométrico, el cual consiste en hacer pasar

el agregado a través de una serie de tamices.

H

Hormigón. - Es básicamente una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La pasta,

compuesto de cemento Portland y agua, la cual une a los agregados (arena y grava o piedra

triturada), para formar una masa semejante a una roca ya que la pasta endurece debido a la

reacción química entre el cemento y el agua.

Hormigón de peso normal. - Se elabora con materiales provenientes de rocas superficiales

(arena, grava, piedra triturada). Su peso varía de 2300 a 2500 Kg/m3.

Hormigón liviano. - Se caracteriza por su capacidad aislante y su baja densidad, un hormigón

se considera liviano cuando su densidad no excede los 2000 kg/m3. Las demás

características dependerán del tipo de agregado.

Humedad. - Se define a la cantidad de agua que contienen las partículas del agregado en un

momento determinado.

M

Mezcla de hormigón. - Componentes de un mortero u hormigón combinados y mezclados

íntimamente; o bien cantidades o proporciones que se requieren para su elaboración.

Módulo Estático de elasticidad. - Se refiere a la relación entre el esfuerzo unitario que

experimenta el agregado y la deformación especifica que dicho esfuerzo produce. Además,

se considera como una medida de la resistencia del material a las deformaciones.

173

Módulo de Finura. - es una constante que define el tamaño promedio o ponderado de un

tamiz en el cual se retiene el material, contando los tamices desde el más fino (0.15 o Nº

100), cuyo valor se determina con el valor de los porcentajes retenidos acumulados en los

tamices de la serie estándar (0.15 - 0.30 - 0.60 - 1.18 - 2.36 – 4.75 – 9.5 – mm etc.) hasta el

máximo tamaño presente, pero subiendo la abertura en razón doble y dividiendo la suma

para 100.

Módulo de Rotura. - Es una medida de la resistencia a la falla por momento de una viga, se

expresa en libras por pulgada cuadrada (MPa.) y se determina mediante los métodos de

ensayo ASTM C- 78, aplicando cargas a la viga en los puntos tercios de la luz o mediante el

ensayo ASTM C 293 aplicando una carga a la viga en el punto medio de la luz.

P

Probeta. - Son moldes cilíndricos o prismáticos que se emplean para elaborar cilindros o

vigas de hormigón respectivamente.

R

Relación agua/cemento. - Se refiere a la relación entre el peso del agua y el peso del cemento

utilizado en una mezcla de hormigón. Su valor depende de los requerimientos de resistencia

que exija una obra o una investigación y este también es un parámetro que se fija en el

proceso de diseño de la mezcla de hormigón.

Resistencia a la abrasión. - Se refiere a la capacidad de resistir impactos y fricción, esta

resistencia depende en gran medida del tipo de roca y de su grado de cementación y

consolidación.

Resistencia a la compresión. - Se emplea generalmente como índice de calidad del hormigón

y se determina a los 28 días de fraguado, de acuerdo a los ensayos normalizados.

174

Resistencia a la flexión. - Es una medida de la resistencia a la tracción del hormigón. La

Resistencia a la flexión se expresa como el Módulo de Rotura.

Resistencia de diseño. - Es un valor que se fija como propósito de un estudio o una

investigación.

S

Sección transversal. - Sección de un elemento perpendicular a uno de sus ejes; plano que

ilustra esta sección.

T

Tamiz. - Es una herramienta que se usa para realizar el análisis granulométrico de los

agregados.

Trabajabilidad.- Es una de las cualidades más importantes del hormigón, se refiere a la

facilidad ofrece el hormigón fresco durante el proceso de mezclado, colocación y

compactación, el mismo que debe permanecer homogéneo para evitar que ninguno de sus

componentes se separe (exude o segregue).

V

Viga. - es un miembro estructural, cuya función principal es la de transportar cargas

transversales.

(CORO PAILLACHO, 2014)

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