INFLUENCIA DEL INCREMENTO DE VOLUMEN DE FIBRA DE POLIPROPILENO EN LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN, TRACCIÓN Y TRABAJABILIDAD EN UN CONCRETO REFORZADO

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1 INFLUENCIA DEL INCREMENTO DE VOLUMEN DE FIBRA DE POLIPROPILENO EN LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN, TRACCIÓN Y TRABAJABILIDAD EN UN CONCRETO REFORZADO Influence of the Increase in Volume of Polypropylene in the Flexural Fibre, Traction and Workability in a Reinforced Concrete Iván Vásquez-Alfaro 1 1 Universidad Privada del Norte Recibido may. 2014; aceptado jul. 2014; versión final nov Correo de correspondencia: ivan.vasquez@upn.edu.pe. Resumen Este estudio describe la influencia del incremento de volumen de fibra de polipropileno en la resistencia a la flexión, tracción y trabajabilidad en un concreto reforzado con cemento TIPO 1, manteniendo constante la adición de un plastificante. Se obtuvo un resultado óptimo a 800 gr de fibra, con una resistencia de 84.6 Kg/cm2, habiéndose trabajado con una relación a/c de Palabra Clave: Fibra de Polipropileno, resistencia, adición. Abstract This study details the influence of the increase in volume of polypropylene fiber on the flexural, tensile and workability of a reinforced concrete with cement Type 1, keeping constant the addition of a plasticizer. It was obtained a result having 800 gr optimal fiber and with a resistance of 84.6Kg/cm2, with a/c ratio of Keyword: Polypropylene Fiber, resistance, addition. 26

2 I. INTRODUCCIÓN En los últimos años las empresas del sector de construcción en la ciudad de Trujillo han alcanzado un mayor auge, surgiendo la necesidad de la creación de estructuras más resistentes, más durables y que proporcionen mayor seguridad tanto a los encargados de realizar las obras y a los mismos ocupantes (Mendoza, 2011). Sin embargo, debido a la falta de conocimientos y experiencias sobre el tema, no se aplican nuevos materiales que proporcionen lo antes mencionado. Para proporcionar estas características al concreto, un elemento importante es la aplicación de fibras de polipropileno a la hora de realizar la mezcla del concreto. Estas fibras son capaces de brindar al concreto un comportamiento isotrópico (Fernández, 1982), ya que al ser adicionadas actúan en diferentes direcciones y como consecuencia aportan mayor resistencia y durabilidad (González, 2010). Por otro lado un problema que sucede muy a menudo en las edificaciones es la formación de cangrejeras y la aparición de segregación en muros y columnas; la fibra de acero según investigaciones realizadas sirve como un elemento neutralizante, que puede disminuir en altos porcentajes este problema. Estos no son los únicos factores que afectan a las estructuras, sino también el medio ambiente y los fenómenos naturales; estos últimos han sido una preocupación para los ingenieros civiles, puesto que son inciertos y no sabe exactamente cómo afectarán a las estructuras, ante esto la adición de fibras de polipropileno al concreto brinda mayor ventaja, reduciendo el daño que causaría estos fenómenos y brindado mayor resistencia. Las construcciones tienen como constituyente esencial el concreto. El concreto en general es un material rígido en estado endurecido, con altas resistencia a compresión, pero un poco bajas a flexión, por eso es importante la adición de fibras de polipropileno, como un elemento reforzante. Inicialmente el concreto reforzado con fibras de polipropileno, debido a su tenacidad y resistencia a la flexo-tracción se empleaba en pavimentos y suelos industriales (para soportar grandes cargas e impactos). Actualmente el campo de aplicación es más 27

3 amplio, incluyendo puentes, túneles, represas y canales, tuberías, estructuras resistentes a explosiones, muros y bóvedas de seguridad, concretos compactados con rodillo, en el revestimiento de obras subterráneas mediante la técnica del hormigón proyectado. Hoy en día la demanda de materiales de construcción con añadidos de polipropileno ha ido aumentando; esto es debido a la muy rápida tasa de crecimiento de sus aplicaciones. Entre estos añadidos tenemos a la fibra de vidrio corta con reforzado de polipropileno, que es uno de los materiales de ingeniería más importantes. Sus enormes aplicaciones en automoción y otras industrias han sido abordados en múltiples estudios (Homayonifar, 2007). El uso de aditivos en el cemento, como la cal es un método muy conocido para mejorar las características geotécnicas de los suelos arcillosos (Solminihac et al., 1989). También se usan las cenizas que se producen como desechos de plantas de energía térmica, esto impide tanto la contaminación ambiental y contribuye a la economía. Sin embargo, estas mezclas presentan un comportamiento frágil y producen deformación. Además, la alta temperatura de hidratación causada por el cemento conduce a microgrietas en el suelo, que reducen su aumento de la resistencia a la tracción y su rendimiento a largo plazo. Estos defectos se pueden reducir utilizando fibras de polipropileno, que son también un material de desecho. Las fibras de polipropileno en general pueden soportar tensiones relativamente altas de tracción ya que se dispersan al azar en el suelo y dan como resultado la fuerza de fricción entre el suelo y las fibras, aumentando así la resistencia a la cizalladura (Olgun, 2013). II. MATERIALES Y MÉTODO 2.1. Caracterización de agregados Se tomó muestras representativas del agregado grueso y fino mediante el método del cuarteo para cada ensayo de caracterización. El procedimiento para el análisis 28

4 granulométrico de ambos agregados se llevó a cabo según la norma NTP La determinación del peso específico y absorción se realizó según la norma NTP para el agregado grueso y según la norma NTP para el agregado fino. Se determinó el peso unitario basado en el procedimiento descrito en la norma NTP y como ensayo final de la caracterización se realizó la determinación del contenido de humedad en los agregados según la norma NTP Diseño de Mezcla El diseño de mezcla se obtuvo siguiendo los criterios proporcionados por el grupo. Las proporciones necesarias de los componentes en que se basó la preparación de las mezclas se muestran en la tabla 1. Tabla 1: Diseño de mezcla para un m³ de concreto con relación a/c de 0.51 Constituyente Peso Kg % Cemento Agua Grava Arena 34 2 Plastificante (Z fluidizante) Total Dosificación del plastificante y la fibra Se trabajó con una dosificación de 0.04% de plastificante (Z fluidizante) respecto al contenido de cemento y el contenido de fibra se dosificó en base al volumen de la mezcla total a requerir. III. RESULTADOS 3.1. Ensayo de Flexión Vemos que la viga que obtuvo más resistencia a la flexión fue de 800 g con una resistencia de 84.6 Kg/cm2 y la que obtuvo menos resistencia fue la de 0 g con una carga de 56.7 Kg/cm2 ya que a esta no se le agrego fibra de polipropileno (Figura 1). 29

5 Resistencia Kg/cm Gramos/m³ Figura 1: Peso de fibra y el promedio de carga de flexión de cada viga IV. DISCUSIÓN Se encontró que al añadir mayores cantidades del polímero se tenía una mayor resistencia por lo que se recomienda realizar mayores ensayos para determinar cuáles son las cantidades ideales que se deban añadir al cemento para tener una mezcla óptima; además sería importante realizar el ensayo de flexión de cuatro puntos. Esto significaría una reducción de costos en la construcción de edificaciones de todo tipo y significaría una disminución en el precio de compra de los compradores finales. V. CONCLUSIONES Las micro-grietas pueden reducirse utilizando fibras de polipropileno, que son también un material de desecho. Las fibras de polipropileno en general pueden soportar tensiones relativamente altas de tracción pero se deben realizar mayores estudios para determinar las cantidades exactas de la mezcla. 30

6 BIBLIOGRAFÍA Fernández, M. (1982). Hormigones reforzados con fibras de acero. Informes de la Construcción, 34(342), González, L. (2010). Generalidades sobre las fibras artificiales. Recuperado a partir de Homayonifar, M. y Zebarjad, S. (2007). Investigation of the effect of matrix volume fraction on fiber stress distribution in polypropylene fiber composite using a simulation method. Materials and Design, 28(4), Mendoza, C. (2011). Influencia de las fibras de polipropileno en las propiedades del concreto en estados plástico y endurecido (tesis de grado). Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto. Recuperado el 11 de mayo de 2014, desde Olgun, M. (2013). Effects of polypropylene fiber inclusion on the strength and volume change characteristics of cement-fly ash stabilized clay soil. Geosynthetics International, 20 (4), Solminihac, H., Echevarría, G., Thenoux, G. (1989). Estabilización química de suelos: aplicaciones en la construcción de estructura de pavimentos. Revista de Ingeniería de Construcción, 6,