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UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL MORTERO SOBRE LA RESISTENCIA
DEL CONCRETO A COMPRESION AL SOMETERLO AL FUEGO
Bárbula, junio de 2012
Tutor Académico: Autores:
Ing. Nelson Hernández Tovar Flores Paola C.I.: 18.433.124
Reyes Marian C.I.: 17.316.646
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL MORTERO SOBRE LA RESISTENCIA
DEL CONCRETO A COMPRESION AL SOMETERLO AL FUEGO
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA PRESENTAR ANTE LA
ILUSTRE UNIVERSIDAD DE CARABOBO PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
Bárbula, junio de 2012
Tutor Académico: Autores:
Ing. Nelson Hernández Tovar Flores Paola C.I.: 18.433.124
Reyes Marian C.I.: 17.316.646
iii
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
CERTIFICADO DE APROBACIÓN
Los abajo firmantes, Miembros del Jurado designado para estudiar el Trabajo
Especial de Grado titulado: “EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL MORTERO
SOBRE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO A COMPRESIÓN AL
SOMETERLO AL FUEGO”, realizado por las Bachilleres Flores Paola, C.I.
18.433.124 y Reyes Marian, C.I. 17.316.646, hacemos constar que hemos
revisado y aprobado dicho trabajo.
________________________
Prof. Nelson Hernández Tovar Presidente del Jurado
____________________ ______________________ Prof. Ana María Morales Prof. Sandra Lugo Miembro del Jurado Miembro del Jurado
iv
AGRADECIMIENTOS
Principalmente le agradezco a Dios, el ser más grande, que entre tantas
lágrimas me ayudó a conseguir esta alegría, gracias por darme las fuerzas y
la valentía para hacer este sueño realidad.
A la Universidad de Carabobo por ser mi casa de estudio.
A mis Padres José y Marina, por haberme dado la vida, gracias por todo el
apoyo que me brindaron en cada etapa de mi vida, no tengo palabras para
agradecer lo mucho que me han dado, los quiero mucho. Gracias por ser los
mejores padres del mundo.
A Junior Tovar, mi vida estoy inmensamente agradecida por tu apoyo
incondicional durante toda mi carrera, por siempre estar ahí para darme una
palabra de aliento y ayudarme en todo momento. Gracias mi amor. Te Amo
A mi familia por apoyarme en todo momento.
A todos los profesores que dieron todo su tiempo y conocimiento para
formarme como profesional, en especial al Profesor Nelson Hernández, por
su paciencia, tolerancia y todos los conocimientos brindados.
A todos mis amigos y compañeros, que me ayudaron a lograr esta meta, en
especial a: Paola, Génesis, Diana, Jacobo, Osmary, Alcibíades, Johana,
Andrea, leydi, Yoily, Alfredo, Juan, Héctor, Ricardo.
A mi eterno agradecimiento a todas las personas que sin lugar contribuyeron
a este logro.
Marian A. Reyes M.
v
AGRADECIMIENTOS
Doy infinitamente las gracias a Nuestro Amoroso Padre Celestial
Jehová por tener VIDA y SALUD y por darme una bella Familia que me ha
dado amor, felicidad, cariño y valores espirituales. Los mejores regalos que
ser humano alguno podría desear. Te Doy las gracias también por haber
vigilado mis pasos, por siempre cuidarme y por haberme dado la oportunidad
de haber terminado satisfactoriamente mi carrera.
Mamá, Papá, hermanos y Abuelos, Gracias por Ser Mi Familia.
Agradezco profundamente y de corazón a todas estas apreciadas
familias, por estar siempre ahí y por bridarnos su sincera amistad, tanto a mí
como a mi Familia, Gracias: Familia Verna, Familia Martínez, Familia Ojeda,
Familia Barrios, Familia Urritazo, Familia Galea y Familia Castillo.
Gracias amigos: Marian, Johana, Alcibíades, Jacobo, Juan, Hayari,
Diana, Andrea, Ariana, Angel y Pedro, por haber compartido conmigo, por
brindarme su amistad, compañerismo y ayuda.
Agradecida de haber pertenecido a la Universidad de Carabobo y
realizado mi formación profesional, en esta Ilustre Casa de Estudios.
Gracias Profesor Nelson Hernández Tovar, por haber sido el tutor de
la investigación, por haber brindado su experiencia y conocimientos.
También por la excelente guía prestada para el feliz término de esta
investigación.
También quiero dar especialmente las gracias, a las siguientes
personas que brindaron su ayuda, colaboración y cooperación para que esta
investigación lograra culminarse satisfactoriamente: Sr Elías, Prof Genifer
Aparicio, Yosmari Pérez, Alfredo.
¡Muchas Gracias a Todos!
Paola Michelle Flores Maldonado
vi
DEDICATORIA
Mi tesis la dedico con todo mi amor y cariño.
A ti DIOS que me diste la oportunidad de vivir y de regalarme una familia
maravillosa.
Con mucho cariño principalmente a mis padres José y Marina, que me dieron
la vida y han estado conmigo en todo momento. Gracias por darme una
carrera para mi futuro y por creer en mí. Los quiero con todo mi corazón.
A mi Novio Junior Tovar, por ayudarme infinitas veces, por su amor, apoyo,
comprensión, por tantos momentos que hemos vivido juntos. Estoy segura
de que siempre estarás hay cuando te necesite. Gracias por ser parte de mi
vida. Te amo
A mis sobrinos, Hermanos, Abuelos, tios y Cuñados, por creer en mí y ser
personas especiales que estuvieron siempre bridando todo su apoyo y
aconsejándome en todo momento.
A mi “Hija” Génesis, por estar apoyándome en todo momento, por ser una
amiga incondicional y una persona tan especial, por creer en mí y estar
siempre hay para brindarme su apoyo.
A Katheryn Alemán por ser una excelente amiga y estar siempre presente,
hasta en los momentos difíciles, gracias por tus consejos.
A mi Familia, que siempre me apoyó, creyó en mí y por tantos momentos a
mi lado.
A todos los que creyeron en mi, todos los que me brindaron apoyo, a mis
amigos y compañeros.
Marian A. Reyes M
vii
DEDICATORIA
En primer lugar le doy las gracias a Nuestro Amoroso Padre Celestial
Jehová Dios por darme la vida, ese hermoso regalo que me permite realizar,
mis metas, propósitos y sueños. Estas pequeñas palabras no son suficientes
para demostrar mi Agradecimiento hacia Él, pero con mucha humildad se las
escribo y dedico.
A mis Padres José Miguel y Vestalia por ser hermosos seres
humanos, con bellas cualidades y virtudes, amorosos, comprensivos,
genuinos, sinceros, ejemplares, dedicados, pacientes, abnegados, valientes;
por ser mis maestros, por dirigirme, cuidarme, por darme valores espirituales
y sobre todo por darme la VIDA. Ustedes tienen el mayor mérito de que yo
haya culminado satisfactoriamente mi carrera por confiar ante todo en mí, por
ayudarme, aconsejarme, consolarme y darme ánimos cuando las fuerzas me
faltaban y sentía muchos obstáculos en el camino. Mami y Papi los AMO,
Quiero y Valoro muchísimo. ¡Gracias!
A mis Abuelos Ana, Rosa, Miguel y Juan. Por ser los mejores abuelos
y por darme una familia tan maravillosa. Abue Ana te quiero muchísimo, por
siempre estar ahí conmigo aconsejarme, quererme y cuidarme. ¡Gracias!.
Abuelos Rosa y Miguel siempre estarán presentes en mi corazón.
A mis hermanos Nathalie y Samuel, por ser los mejores hermanos del
mundo, por ser mis mejores amigos, son mis padres postizos, los quiero,
valoro y aprecio muchísimo. Gracias por sus consejos, amor. Sami eres mi
mejor amigo. Gracias por confiar en mí, por ayudarme, por estudiar conmigo
y por escucharme. Naty eres mi mejor amiga, Gracias por apoyarme,
cuidarme y quererme. Los quiero de igual manera a los dos.
A mis Tíos, Tías y Primos por ser parte de mi familia.
Paola Michelle Flores Maldonado
viii
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................... xii
ÍNDICE DE GRÁFICOS ................................................................................ xiii
RESUMEN ..................................................................................................... xv
INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 1
CAPITULO I .................................................................................................... 3
EL PROBLEMA ............................................................................................... 3
I.1 Planteamiento del Problema ...................................................................... 3
I.2 Objetivos de la Investigación ..................................................................... 5
I.2.1 Objetivo General .................................................................................. 5
I.2.2 Objetivos Específicos .......................................................................... 5
I.3 Alcances y Limitaciones ............................................................................. 5
I.3 Justificación ............................................................................................... 7
CAPITULO II ................................................................................................... 8
MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 8
II.1 Antecedentes ............................................................................................ 8
II.2 Bases Teóricas ......................................................................................... 9
II.2.1 Cemento Portland ............................................................................. 11
II.2.2. Mortero ............................................................................................ 13
II.2.2.1. Preparación de los morteros ..................................................... 13
II.2.2.2 Morteros de Cemento ................................................................ 14
II.2.2.3 Morteros de Cemento: Mixtos ................................................... 14
II.2.2.4 Morteros Especiales ................................................................... 14
II.2.2.5 Mortero de Cementos- Cola ....................................................... 14
II.2.2.6 Morteros según Aplicación: ........................................................ 15
ix
II.2.2.7 Morteros hechos in situ .............................................................. 16
II.2.2.8 Morteros industriales .................................................................. 16
II.2.2.9 Morteros Húmedos: .................................................................... 16
II.2.2.10 Morteros Secos: ....................................................................... 17
II.2.3 Diseño de Mezcla ............................................................................. 17
II.2.3.1 Método de Diseño de Mezcla del C.C.C.A. (Comité Conjunto del
Concreto Armado). ................................................................................. 17
II.2.3.2 Data de entrada para el Diseño de Mezcla. ............................... 17
II.2.3.3 Resistencia Promedio Requerida (Fcr). ...................................... 18
II.2.3.4 Parámetro (Z). ............................................................................ 18
II.2.3.5 Desviación Estándar σ, Conocida. ............................................. 18
II.2.3.6 Desviación Estándar, σ cuando no hay antecedentes................ 19
II.2.3.7 Ley de Abrams ........................................................................... 22
II.2.3.8 Correcciones de α ...................................................................... 23
II.2.3.9 Relación Triangular .................................................................... 23
II.2.3.10 Correcciones del Cemento ....................................................... 23
II.2.3.11 Volumen de Aire Atrapado ....................................................... 24
II.2.3.12 Volumen de la pasta de cemento: ............................................ 25
II.2.4 Definición de Fuego .......................................................................... 26
II.2.5 Definición de Incendio ...................................................................... 26
II.2.6 Fases del Incendio ............................................................................ 27
II.2.7 Resistencia al Fuego del Concreto ................................................... 28
II.2.7.1 Capacidad Portante .................................................................... 30
II.2.7.2 Integridad .................................................................................... 30
II.2.7.3 Aislamiento ................................................................................. 30
II.2.8 Proceso de Calentamiento del Concreto........................................... 31
II.2.9 Pérdida de Resistencia a Compresión .............................................. 31
II.2.10 Resistencia al Fuego. (Definición según el ASTM E176) ................ 32
II.2.11 Resistividad al Fuego. (Definición según el ASTM E176) ............... 32
x
II.2.12 Capacidad de Soportar Fuego. (ASTM designación E119, ASTM
E176) ......................................................................................................... 32
II.2.13 Clasificación de la Resistencia al Fuego ......................................... 33
II.2.14 Comportamiento de los Elementos Estructurales al Fuego ............ 36
II.2.15 Estabilidad al Fuego ........................................................................ 37
II.2.16 Estanqueidad a la Llama ................................................................. 38
II.2.17 Fuego Normalizado ......................................................................... 38
II.2.18 Comportamiento del Acero Estructural Frente a La Acción del Fuego
.................................................................................................................. 39
II.2.19 Comportamiento del Concreto Armado Frente a La Acción del
Fuego ........................................................................................................ 41
II.3 Definición de términos ............................................................................ 45
CAPITULO III ................................................................................................ 47
MARCO METODOLÓGICO .......................................................................... 47
III.1 Tipo de Investigación ............................................................................. 47
III.2 Diseño de Investigación ......................................................................... 47
III. 3 Nivel de Investigación ........................................................................... 48
III.4 Población y Muestra .............................................................................. 48
III.5 Descripción de la Metodología .............................................................. 49
Desarrollo Experimental ................................................................................ 54
IV.1 Materiales Utilizados ............................................................................. 54
IV.2 Diseño de Mezcla .................................................................................. 76
IV.2.1 Resistencia media ........................................................................... 76
IV.2.2 Ley de Abrams ................................................................................ 78
IV.2.3 Relación triangular .......................................................................... 79
IV.2.4 Proporción entre agregados finos y gruesos ................................... 80
IV.2.5 Contenido de agua .......................................................................... 81
IV.2.6 Aire atrapado en la mezcla .............................................................. 81
IV.2.7 Dosificación de los agregados......................................................... 82
xi
IV.3.-Proceso Estadístico Iterativo para el Cálculo del Número de Muestras:
...................................................................................................................... 84
IV.4.-Proceso Estadístico Iterativo para el Cálculo del Número de Cilindros
por Muestra. .................................................................................................. 87
IV.5. Equipo utilizado. ................................................................................... 89
IV.6.- Mezclado. ............................................................................................ 90
IV.7.- Medición del asentamiento con el cono de abrams. ............................ 91
IV.8.- Toma de cilindros. ............................................................................... 91
IV.9.- Curado................................................................................................. 92
IV.10.- Medición de cilindros. ........................................................................ 92
IV.11. Diseño y elaboración de mezcla de mortero y la fabricación de
probetas cubicas normalizadas..................................................................... 93
IV.12.-Ensayo al fuego de probetas .............................................................. 94
IV.13.-Medición de temperatura de probetas ................................................ 95
IV.14.-Enfriamiento de probetas ................................................................... 95
IV.15.- Ensayo a compresión. ....................................................................... 95
IV.16.Ensayo de probetas cúbicas de mortero en condiciones normales. .... 96
IV.17. Resultados de los ensayos ................................................................. 97
IV.18. Análisis de los Resultados ................................................................ 117
CAPITULO V............................................................................................... 120
Conclusiones y Recomendaciones ............................................................. 120
Conclusiones .............................................................................................. 120
Recomendaciones ...................................................................................... 121
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 122
ANEXOS ..................................................................................................... 125
xii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla N° II.1 Desviación Estándar, σ, de esperar en el concreto según el
grado de control ............................................................................................ 21
Tabla N° II.2 Valores Normativos de C1. ...................................................... 24
Tabla N° II.3 Valores Normativos de C2. ...................................................... 24
Tabla N° II.4 Requerimientos de las Medidas Típicas de Resistividad al
Fuego según los Códigos Modelos de Edificación ........................................ 34
Tabla III.1. Resistencia de los Morteros. ....................................................... 52
Tabla N° IV.1. Datos Y Cálculos .................................................................. 56
Tabla N° IV.2. Limite de valores normativos para agregado fino. ................. 56
Tabla N° IV.3. Datos y cálculos.................................................................... 58
Tabla N° IV.4. Limite de valores normativos para agregado grueso. ............ 58
Tabla N° IV.5. Limites de valores normativos para agregado fino. ............... 60
Tabla N° IV.6. Resultados de la Calibración ................................................. 69
Tabla N° IV.7. Agregado fino. ....................................................................... 70
Tabla N° IV.8. Agregado Grueso. ................................................................. 71
Tabla N° IV.9. Peso de Agregado Grueso. ................................................... 72
Tabla N° IV.10.Carga Abrasiva. .................................................................... 72
Tabla N° IV.11.Valores Normativos de Kr. .................................................... 78
Tabla N° IV.12. Valores Normativos de Ka. .................................................. 79
Tabla N° IV.13.Dosificación obtenida para 1 m3 de concreto. ...................... 84
Tabla N° IV.14.Fracciones defectivas y valores correspondientes de la
variable tipificada Z. ...................................................................................... 84
Tabla N° IV.15.Normas de control para la resistencia a compresión en el
concreto. ....................................................................................................... 85
Tabla N° IV.16.Valores de la t student para varios niveles de probabilidad y
fracciones defectuosas. ................................................................................ 86
Tabla N° IV.17. Resultados resistencia a compresión a los 28 días, Rc= 210
kg/cm2 en condiciones normales. ................................................................. 97
Tabla N° IV.18. Resistencia al fuego de Probetas ........................................ 99
Tabla N° IV.19. Resumen de resultados para concreto Rc= 210 Kg/cm2 ... 101
Tabla N° IV.20. Resistencia de Probetas Cúbicas de mortero de 100 kg/cm2
.................................................................................................................... 102
Tabla N° IV.21. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 1 cm. ... 104
Tabla N° IV.22. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 0,5 cm. 106
xiii
Tabla IV.23. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas frisadas
con 1 cm de Mortero. .................................................................................. 108
Tabla N° IV.24. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas
frisadas con 0.5 cm de Mortero. .................................................................. 111
Tabla N° IV. 25. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas
Sometidas al Fuego .................................................................................... 114
Tabla N° IV.26. Grado de control obtenido en las probetas de concreto .... 117
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico N° II.1 Curva Temperatura – Tiempo ISO 834 ................................. 39
Gráfico N° II.2 Estructuras metálicas: Comportamiento frente al fuego.
Evolución del módulo de elasticidad al variar la temperatura en un perfil de
acero. ............................................................................................................ 41
Gráfico N° IV.1. Curva granulométrica para agregado fino. ......................... 57
Gráfico N° IV.2. Curva granulométrica para agregado grueso ...................... 59
Gráfico N° IV.3. Procedimiento gráfico para encontrar las proporciones en
que deben mezclarse los agregados. ........................................................... 61
Gráfico N° IV.4. Resistencia del concreto a los 28 días, Rc= 210 kg/cm2 en
condiciones normales. .................................................................................. 98
Gráfico N° IV.5. Resistencia del Concreto a los 28 días Rc = 210 kg/ cm2
sometido al fuego. ....................................................................................... 100
Gráfico N° IV.6. Comparación de Resistencias. ........................................ 101
Gráfico N° IV.7.Resistencia de Probetas Cúbicas de mortero de 100 kg/ cm2
.................................................................................................................... 103
Gráfico N° IV.8. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 1 cm. ... 105
Gráfico N° IV.9.Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 0,5 cm. . 107
Gráfico N° IV.10. Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de las
Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de Mortero. .................................... 109
Gráfico N° IV.11. Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de las
Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de Mortero. .................................... 110
Gráfico N° IV.12. Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de las
Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de Mortero. ................................. 112
Gráfico N° IV.13. Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de las
Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de Mortero. ................................. 113
xiv
Gráfico N° IV.13. Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de las
Probetas Cilíndricas .................................................................................... 115
Gráfico N° IV.14. Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de las
Probetas Cilíndricas .................................................................................... 116
xv
UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS
EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL MORTERO SOBRE LA RESISTENCIA
DEL CONCRETO A COMPRESION AL SOMETERLO AL FUEGO
Autores: Flores, Paola Reyes, Marian
Tutor: Ing. Hernández, Nelson Año: 2012
RESUMEN El propósito de esta investigación fue evaluar el efecto del mortero sobre la resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego. La naturaleza del estudio fue descriptiva, la investigación estuvo enmarcada en un diseño de tipo experimental. Este estudio comprendió: diseño y elaboración de mezclas de concreto y fabricación de probetas cilíndricas normalizadas, ensayos de las probetas cilíndricas de concreto en condiciones normales, diseño y elaboración de mezclas de mortero y fabricación de probetas cúbicas normalizadas y exposición de las probetas cilíndricas al fuego.
El análisis e interpretación de los datos, permitió concluir que la resistencia de las probetas cilíndricas frisadas con mortero de espesor 1 cm que estuvieron expuestas a las acción del fuego se incrementó en un 2.93% con respecto a las probetas cilíndricas normalizadas sometidas al fuego y para las probetas cilíndricas frisadas con mortero de espesor 0.5 cm que fueron sometidas al fuego, la resistencia de estas, se incrementó en un 1.58% con respecto a las probetas cilíndricas normalizadas sometidas al fuego.
Se demostró que el espesor del mortero influye en la protección al fuego. También se comprobó que el concreto tiene baja conductividad térmica. Palabra Clave: Mortero, concreto, resistencia, fuego.
1
INTRODUCCIÓN
A principios del siglo XX se produce un gran auge en la industria del
concreto, lo que trae como consecuencia el inicio de las innovaciones del
concreto armado a la Arquitectura e Ingeniería; y es a partir de este momento
cuando se alcanza un gran desarrollo en la sistematización de técnicas,
métodos constructivos y cálculos. Este crecimiento tecnológico permitió el
nacimiento de industrias relacionadas o derivadas del cemento, con el objeto
de controlar, mejorar su uso y emplearlo de una manera más eficiente.
Algunas de las industrias que se crearon fueron: la del concreto
premezclado, de la prefabricación, del preesfuerzo, tubos, blocks, entre
otros.
En la actualidad en Venezuela, el concreto continúa siendo un
elemento imprescindible a nivel constructivo, es por ello que es de vital
importancia continuar estudiando sus propiedades tales como resistencia a la
compresión, la cual puede sufrir variaciones al ser sometida bajo la acción de
agentes externos como el fuego
Por las consideraciones antes expuestas surge la inquietud en la
presente investigación de evaluar el efecto que presenta un mortero de
cemento sobre la resistencia a compresión del concreto al someterlo al
fuego. En función de sus objetivos, la presentación de la investigación se
estructuró en cinco (5) capítulos: El Capítulo I, comprende el planteamiento
del problema, se presenta el objetivo general así como los objetivos
específicos, justificación, limitaciones y alcances del estudio.
El Capítulo II, que incluye el marco teórico de la investigación, está
conformado por los antecedentes, bases teóricas y definición de términos
básicos.
2
El Capítulo III, está conformada por el marco metodológico, donde se
presenta el tipo de investigación, el diseño y la descripción de la metodología
utilizada en la investigación.
En el Capítulo IV, se presenta el desarrollo experimental, los
resultados de la investigación con sus respectivos análisis e interpretación.
En el capítulo V, se formulan las conclusiones y recomendaciones.
Finalmente las referencias bibliográficas y anexos.
El Problema
Capítulo I. El Problema
3
CAPITULO I
EL PROBLEMA
I.1 Planteamiento del Problema
La elección de materiales de edificación y los detalles constructivos
tiene un rol estratégico y protagónico en la seguridad contra incendios en
edificaciones de cualquier país. Los aspectos estructurales que están
relacionados a la resistencia contra el fuego, tienen la finalidad que las
estructuras tengan la capacidad de impedir la ignición, la propagación de las
llamas en los espacios adyacentes y evitar el colapso de la edificación.
La protección contra incendios ha sido un factor de estudio dentro del
campo de la seguridad en los edificios e instalaciones en los últimos siglos.
En el siglo XIX muchos avances en la ingeniería de protección se deben a la
influencia de la industria de seguros; un gran número de organizaciones
fueron fundadas en gran medida para reducir la pérdida de vidas y bienes,
producto del fuego destructivo.
Estas organizaciones se encargaron de dar origen y establecer el
concepto de ingeniería de protección contra incendios, entre las cuales se
pueden mencionar la Factory Mutual (1835), la Junta Nacional de Seguros
contra incendios (1866), la Asociación de Seguros de Fábrica (1890),
Underwriters Laboratories (1893) y la National Fire Protection Association
(1896).
Durante la primera mitad del siglo XX, el desarrollo de normativa se
convirtió en el principal medio de aplicación para la ingeniería de protección
contra incendios; en Estados Unidos de América, el Departamento de
Capítulo I. El Problema
4
Ingeniería Civil de la Universidad de Columbia, presentó por primera vez las
bases técnicas para predecir el comportamiento del fuego en los edificios, la
curva de tiempo- temperatura. Posteriormente se desarrollaron métodos
estandarizados de ensayo a fuego para los elementos de construcción y las
normas ASTM Y NFPA.
En el siglo XXI, los métodos de cálculo para la evaluación cuantitativa
de la protección contra incendios, siguen mejorando e incluyen la severidad y
resistencia del fuego, para determinar las necesidades estructurales de la
edificación en la protección contra incendio.
Este nuevo marco exige desarrollar técnicas y materiales de
construcción innovadores destinados a prevenir los riesgos de un incendio o
si se presenta evitar que adquiera mayores dimensiones.
En el caso de Venezuela según Hernández (2007) se cuentan con
normas muy estrictas para la prevención, detección y extinción de incendios
en edificaciones, adicionalmente existen una serie de disposiciones para
proteger a las estructuras y que estas sean resistentes al fuego antes de su
colapso. Este riesgo se ha incrementado en la actualidad, por el uso
generalizado de plantas eléctricas en las industrias, locales comerciales y
zonas residenciales. Esto trae como consecuencia que existan mayores
riesgos de incendios en estas edificaciones, tal como señalan las
estadísticas de División de Administración de Emergencias del Cuerpo de
Bomberos de Valencia, en el año 2010 se presentaron 642 incendios en
estructuras y 338 en el año 2011.
Por lo tanto en el presente estudio surge el interés de realizar una
investigación con la finalidad de evaluar las propiedades del mortero,
compuesto por cemento portland, agregado fino y agua. En atención a lo
antes expuesto, surgen algunas interrogantes ¿Cuál es el efecto del mortero
Capítulo I. El Problema
5
sobre la resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego? ¿Qué
características y propiedades presenta? , ¿Cuáles son las dosificaciones que
deben emplearse? ¿Hasta qué punto varían los resultados en los ensayos de
compresión según el espesor del mortero al someterlo al fuego?
I.2 Objetivos de la Investigación
I.2.1 Objetivo General
Evaluar el efecto del mortero sobre la resistencia del concreto a
compresión al someterlo al fuego.
I.2.2 Objetivos Específicos
Describir las características y propiedades del mortero.
Determinar las dosificaciones del mortero a emplear.
Realizar ensayos variando el espesor del mortero a temperatura
constante.
Comparar los resultados obtenidos en los diferentes ensayos de
compresión.
I.3 Alcances y Limitaciones
Con este proyecto de investigación se espera evaluar el efecto del
mortero sobre la resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego.
La resistencia cilíndrica del concreto con la que se trabajó fue de 210kg/cm2.
El estudio estará limitado a los Ensayos realizados en el Laboratorio de
Materiales y Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de
Carabobo en el período 2-2011.
Capítulo I. El Problema
6
Entre las limitaciones se tiene que, debido a que el Laboratorio de
Materiales y Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de
Carabobo no dispone de un horno industrial en cual se logre exponer toda la
superficie de la probeta cilíndrica al fuego, se tuvo que emplear un reverbero
a gas el cual solo permitía exponer una cara de la probeta cilíndrica al fuego.
Debido a la forma cilíndrica de la probeta de concreto se dificultó la
colocación del mortero lo que trajo como consecuencia que el espesor del
mortero no fuera uniforme en su totalidad. Además el mortero sufrió diversas
alteraciones en sus propiedades y características cuando fue sometido a la
acción del fuego, en los ensayos realizados se observo que durante la
exposición al fuego el mortero se desprendía de las probetas, se fisuraba y
se notaba una modificación con respecto a su color (se tornaba de color
rojizo). Estas alteraciones aumentaban con espesores menores.
También el método de diseño de mezclas estuvo limitado a materiales
debidamente ensayados que llenen los requisitos de aceptación establecidos
en las normas COVENIN 268:1998; COVENIN 270:1998.
“Los agregados deberán ser naturales o procedentes de la
trituración de estos, de granulometría conocida, con tamaños máximos
entre ½” y 2”, cemento Portland y trabajabilidad medida en el cono de
Abrams entre 1” y 7”.
• Se mantendrá el Asentamiento constante de 10 cm (4”) en las
mezclas.
• Serán realizados los ensayos correspondientes a cada agregado para
conocer su granulometría y todas sus características.
• Las probetas de Concreto patrón, serán ensayadas para obtener la
Resistencia a Compresión, en Atmósfera Común.
Capítulo I. El Problema
7
• Las probetas de concreto patrón después de secadas serán
sometidas a fuego directo, enfriadas con choque térmico y por último
se ensayaran.
• Las probetas de concreto patrón con mortero, después de secadas
serán sometidas a fuego directo, enfriadas con choque térmico y por
último se ensayaran.
I.3 Justificación
En la actualidad es vital garantizar que las edificaciones sean seguras
y que no representen una amenaza para la integridad de las personas y las
estructuras adyacentes. Para esto se requiere desarrollar nuevos estudios de
materiales de construcción, que permitan asegurar que la estructura tenga
mayor resistencia al fuego y responda a la necesidad de prevenir incendios,
en el caso de que ocurra ,evitar la propagación de las llamas, contenerlo y
preservar la estabilidad estructural de la edificación. Con el objetivo
primordial de resguardar las vidas humanas y proteger los ocupantes.
Con el estudio propuesto; se evalúa el efecto del mortero sobre la
resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego, con la finalidad
de establecer nuevos criterios para el uso de los materiales empleados
actualmente en las obras de construcción.
Marco Teórico
Capítulo II. Marco Teórico
8
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
El propósito de este capítulo es establecer los aspectos teóricos que
sustentan la presente investigación. El primer apartado comprende el análisis
de algunas investigaciones realizadas en torno al objeto de estudio y el
segundo apartado presenta las bases teóricas y la definición de términos
básicos.
II.1 Antecedentes
Giliberti Gabriele y Ruiz Ana (2007) en su trabajo titulado
Metodología para el Análisis y Diseño de Estructuras de Concreto Armado
Sometidas a la Acción Del Fuego realizado en la Universidad de Carabobo.
Demuestran que la protección que brinda el recubrimiento de concreto,
genera una barrera que impide la penetración de gases calientes a sus
inmediaciones, la baja conductividad del concreto retarda el calentamiento
del acero, por lo tanto es necesario diseñar los elementos de concreto
armado con recubrimiento de calidad y espesor adecuado. La relación
existente entre la estructura y material, tiene especial importancia a los fines
de predecir el comportamiento de un edificio expuesto a una determinada
condición de carga y ante las acciones de temperatura.
Hernández Nelson (2007) presentó un trabajo de ascenso en la
Universidad de Carabobo titulado Análisis de la Variable Resistencia a
Compresión de un Elemento de Concreto Sometido a Fuego. La razón de
esta investigación es determinar el comportamiento de la resistencia de un
elemento de concreto luego de ser sometido a fuego, como influye en su
resistencia a la compresión. Concluye que el concreto sufre diversas
Capítulo II. Marco Teórico
9
alteraciones en sus propiedades y características cuando es sometido a la
acción del fuego. Estas alteraciones van en detrimento de la capacidad
resistente y por ende de la estructura, siendo estas: disminución de la
resistencia a compresión, cambios de color, agrietamientos.
Por su parte, Flores Frederick y Hernández Lolimar (2000), ante la
ilustre Universidad Central de Venezuela, y con el trabajo de grado
denominado Efecto de Altas Temperaturas en la Resistencia Mecánica de
Concretos Elaborados por Cemento Portland, concluyeron que el
comportamiento del concreto afectado por altas temperaturas, sufre cambios
considerables en todas sus propiedades y determinaron la degradación de la
resistencia mecánica de la masa del concreto con el propósito de conocer el
comportamiento de un concreto elaborado con cemento portland tipo I,
agregado fino silicio y agregado grueso calizo, sin presencia de aditivo, con
una resistencia media a la compresión de 250 kg/cm2, algo bien típico de los
concretos que generalmente se emplean en el cálculo estructural del país.
II.2 Bases Teóricas
El concreto es un material durable y resistente, que según la Norma
COVENIN 337-78, es considerado como “una mezcla que está constituida
por el cemento, agregados inertes (finos y gruesos) y agua en proporciones
adecuadas para que se obtengan las resistencias prefijadas”.
Ahora bien, los agregados generalmente se dividen en dos grupos:
finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o
manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm;
los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla
No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que
se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm.
Capítulo II. Marco Teórico
10
La arena está constituida por granos sueltos y de estructura cristalina
que provienen de la disgregación de las rocas naturales, por procesos
mecánicos o químicos que son arrastrados por corrientes aéreas o fluviales
que se acumulan en diferentes lugares. Se pueden clasificar por su
procedencia o localización según el Manual del arquitecto de la Universidad
de La Salle como:
a) De río.
b) De mina.
c) De playa o duna.
d) Artificiales.
a) Las arenas de río, generalmente son de partículas redondas,
pueden contener arcillas y otras posibles impurezas, o bien pueden
ser blandas, dependiendo de su localización.
b) Las arenas de minas se encuentran en el interior de la tierra; están
generalmente formadas por granos más angulosos, contienen
arcillas y materias orgánicas.
c) Las arenas de playa o duna solamente se pueden utilizar mediante
un proceso de lavado ( en agua dulce) siempre que tengan un
tamaño adecuado, porque contienen sales alcalinas que absorben
y retienen la humedad, dando origen a eflorescencias que son
perjudiciales para los acabados interiores (por esta razón deben
usarse granos muy pequeños).
d) Las arenas artificiales son de granos angulosos y superficie
rugosa; no contienen polvo suelto por el proceso de cribado y
selección a los que son sometidos después de ser trituradas y
Capítulo II. Marco Teórico
11
molidas. Estas son aptas para los morteros y concreto siempre y
cuando provengan de rocas duras y no tengan aristas y ángulos
muy agudos que puedan disminuir la resistencia.
II.2.1 Cemento Portland
Las Normas COVENIN 28: 2003 designan que es el producto
obtenido de la pulverización del clinker portland que contiene silicatos de
calcio hidráulicos, con la adicción de agua y sulfato de calcio. Se clasifican
en 5 categorías según su uso:
Tipo I
Para usarse en la construcciones en general, cuando no requieran las
propiedades especiales de otros tipos.
Tipo II
Para usarse en obras expuestas a la acción moderada de los sulfatos,
o donde se requiera un calor de hidratación moderado.
Tipo III
Para usarse en construcciones que requieran altas resistencias
iniciales.
Tipo IV
Para usarse en obras donde sea necesario un bajo calor de
hidratación.
Capítulo II. Marco Teórico
12
Tipo V
Para usarse en construcciones que requieran alta resistencia a los
sulfatos.
El Instituto Costarricense del cemento y del concreto (ICCYC), indica
que los cementos son conglomerantes hidráulicos mezclados con agua que
forman pastas que fraguan y endurecen, dando lugar a productos hidratados
mecánicamente resistentes y estables, tanto en el aire, como bajo agua.
Adicionalmente, añaden que el cemento portland: (también
denominado como cemento tipo 1-RTCR, y que cumple con las
especificaciones físicas de la norma ASTM C150 para el cemento tipo 1)
cemento hidráulico producido al pulverizar clinker y una o más formas de
sulfato de calcio como adición de molienda.
También es cierto que el agua es necesaria para que el proceso de
hidratación del cemento se lleve a cabo es fundamental que la pasta
contenga una adecuada cantidad de agua de calidad aceptable. Esta debe
ser limpia y suave, no debe contener cloruros y sulfatos en cantidades
perjudiciales. Tampoco debe tener grandes porcentajes de aceites, ácidos,
álcalis, materia orgánica.
Por otro lado, la pasta está compuesta de Cemento Portland, agua y
aire atrapado o aire incluido intencionalmente. Por lo general, la pasta
constituye el 25 al 40 % del volumen total del concreto. El volumen absoluto
del Cemento está comprendido usualmente entre el 7 y el 15 % y el agua
entre el 14 y el 21 %. El contenido de aire y concretos con aire incluido
puede llegar hasta el 8% del volumen del concreto, dependiendo del tamaño
máximo del agregado grueso.
Capítulo II. Marco Teórico
13
La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la
pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de
agregado está completamente cubierta con pasta y también todos los
espacios entre partículas de agregado.
II.2.2. Mortero
La Asociación Nacional de Fabricantes de Mortero (2003) lo definen
como la mezcla de uno o más conglomerantes inorgánicos, áridos, agua y a
veces adicciones y/o aditivos. Esta mezcla da lugar a una pasta más o
menos plástica que después fragua. El mortero se adhiere a las superficies
dando al conjunto cierta compacidad y resistencia de comprensión. Contrario
a otros materiales constructivos, los morteros tienen la particularidad de ser
empleado en distintas aplicaciones en la edificación. La Nueva Enciclopedia
del Encargado de Obras explica que es una mezcla de un árido fino (arena),
conglomerante (yeso, cal o cemento) y agua.
II.2.2.1. Preparación de los morteros
Un mortero puede prepararse con una mezcladora o a mano. En la
actualidad se realiza preferiblemente con una mezcladora, durante un
minuto, para conseguir un producto uniforme. Primero se coloca una aparte
de agua en la mezcladora y después se va incorporando el conglomerante y
la arena, añadiendo al final el resto de agua.
Si el amasado se realiza de forma manual, es preciso hacerlo sobre
una plataforma limpia e impermeable. El conglomerante en polvo se mezcla
en seco con la arena y se apila, con un agujero en medio, sobre el que se
añade el agua.
Capítulo II. Marco Teórico
14
Dosificación de los Componentes
Es preciso dosificar los componentes para preparar un mortero, es
decir, establecer la cantidad de peso o el volumen, que interviene cada
componente de la mezcla.
II.2.2.2 Morteros de Cemento
Lechada de cemento: consiste en una pasta, mezcla de cemento y
agua sin ningún tipo de árido.
II.2.2.3 Morteros de Cemento: Mixtos
Están elaborados con dos conglomerantes (cal y cemento). Tienen la
ventaja de ser mucho más plásticos que el de cemento, pero pierden parte
de su resistencia. En función de la proporción de cemento o de cal que se
que se mezclen, un mortero mixto tiene propiedades más parecidas a un
mortero de cemento o a un mortero de cal. La incorporación de una pequeña
cantidad de cal en un mortero permite que se obtenga un producto más
trabajable, con menos problemas de fisuras de retracción y con cierto retardo
de su endurecimiento.
II.2.2.4 Morteros Especiales
Por sus características especiales tienen propiedades específicas en
función de las aplicaciones a las que van destinadas. Entre los más
importantes se destacan.
II.2.2.5 Mortero de Cementos- Cola
Es un mortero elaborado a partir de cemento portland y resinas
artificiales, mezclado con arena muy fina. Es de gran adherencia y fragua
con gran rapidez. Se utiliza para colocar pavimentos.
Capítulo II. Marco Teórico
15
- Morteros refractarios. Son compuestos de cemento aluminoso y
arena refractaria y resultan muy útiles para resistir elevadas
temperaturas. Se utilizan como mortero de unión de ladrillos
refractarios con lo que se realiza hornos y chimeneas.
- Morteros aislantes. Se obtienen con áridos ligeros, normalmente
de rocas volcánicas y están destinados a mejorar las condiciones
de aislamiento de diferentes elementos constructivos.
- Morteros ignífugos. Se utilizan para proteger del fuego diferentes
materiales, en especial los elementos metálicos.
II.2.2.5.1 Adaptabilidad formal:
El mortero se puede adaptar a cualquier superficie y volumen.
II.2.2.5.2 Facilidad de aplicación:
Pueden ser aplicados directamente o por proyección.
II.2.2.5.3 Prestaciones diseñables:
El mortero ofrece la posibilidad de adaptar sus propiedades a las exigencias
que se desee conforme a la composición y dosificaciones precisas.
II.2.2.6 Morteros según Aplicación:
Todas estas posibilidades dan origen a una diversa gama de
productos diseñados bajo la acepción de morteros especiales. Se puede
establecer una clasificación de acuerdo con su aplicación constructiva en la
que se diferencian:
• Morteros para formación de fábricas.
• Morteros de revestimiento.
Capítulo II. Marco Teórico
16
• Morteros para solados.
• Morteros cola.
• Morteros de reparación.
• Morteros impermeabilizantes.
Esta clasificación puede diversificarse pero la clase de morteros
señalada cubre la mayor parte de las aplicaciones en las edificaciones. La
tecnología de fabricación de los morteros ha evolucionado desde los
tradicionales morteros in situ a los actuales morteros industriales
suministrados por fábrica.
Por eso según su fabricación pueden clasificarse en:
II.2.2.7 Morteros hechos in situ
Estos morteros están compuestos por los componentes primarios
dosificados, mezclados y amasados con agua en la obra.
II.2.2.8 Morteros industriales
Son aquellos que se han dosificado, mezclado, y en su caso, amasado
con agua en una fábrica y suministrados en el lugar de la construcción. Estos
morteros pueden ser húmedos o secos:
II.2.2.9 Morteros Húmedos:
Son mezclas ponderales de sus componentes primarios
conglomerante, o conglomerantes, áridos y aditivos. Además, pueden tener
adicciones en proporciones adecuadas. Se amasan en una fábrica con el
agua necesaria hasta conseguir una mezcla homogénea para su utilización.
Los morteros húmedos precisan añadir retardadores para prolongar su
trabajabilidad.
Capítulo II. Marco Teórico
17
II.2.2.10 Morteros Secos:
Se definen como mezclas ponderales de sus componentes primarios
conglomerante, o conglomerantes y áridos secos. Además pueden tener
aditivos y/o adicciones en proporciones adecuadas preparadas en una
fábrica. Se suministran en silos o en sacos y se amasan en la obra, con el
agua precisa, hasta obtener una mezcla homogénea para su utilización.
En la actualidad los morteros secos industriales han desarrollado una
alta tecnología que permite satisfacer las exigencias del proyectista y
constructor tanto en puesta en obra como en requerimientos constructivos.
II.2.3 Diseño de Mezcla
II.2.3.1 Método de Diseño de Mezcla del C.C.C.A. (Comité Conjunto
del Concreto Armado).
Este Método es enunciado en el Manual de Concreto Estructural, de
acuerdo a la Norma venezolana COVENIN 1753-2003 “Proyecto y Diseño de
Obras en Concreto Estructural”, por los autores Joaquín Porrero, Carlos
Ramos, José Grases y Gilberto Velazco. El método está sustentado en dos
leyes fundamentales, la Ley Triangular y la Ley de Abrams.
II.2.3.2 Data de entrada para el Diseño de Mezcla.
Según el Manual del Concreto Estructural, los datos de entrada
constituyen la información básica a partir de la cual, siguiendo el
procedimiento que señala el método, puede llegarse a la dosificación de la
mezcla deseada. Los datos de entrada básicos son:
- Condiciones ambientales y, particularmente, del lugar de la obra.
Capítulo II. Marco Teórico
18
- Tipo de obra, o parte de la estructura y sus dimensiones.
- Tipo de agregado y tipo de cemento.
- Resistencia del diseño de mezcla o algún dato relacionado.
II.2.3.3 Resistencia Promedio Requerida (Fcr).
Es la resistencia media esperada para el material a ser elaborado. Ese
valor se representa como Fcr. Como medida de seguridad, esa resistencia
siempre debe superar la resistencia considerada por el proyectista, f’c,
denominada resistencia de cálculo ó resistencia de compresión especificada
en el proyecto. La diferencia entre Fcr y fc es función de la desviación
estándar (σ) y el parámetro Z. (Porrero, Ramos, Grases y Velazco, 2009).
La expresión que define la resistencia promedio requerida o
resistencia de diseño es:
II.2.3.4 Parámetro (Z).
El valor de la variable Z, tipificada de la distribución normal, se
selecciona con arreglo al cuantil deseado, respetando el signo
correspondiente. (Porrero, Ramos, Grases y Velazco, 2009).
II.2.3.5 Desviación Estándar σ, Conocida.
En conformidad con la Norma COVENIN 1753, Cuando la planta de
producción del concreto tenga un registro aceptable de ensayos, podrá
determinarse la desviación estándar. El registro de ensayos con los cuales
se calcula la desviación estándar se considerará aceptable cuando sea
representativa de los siguientes parámetros:
Fcr ≤ f’c + Zσ
Capítulo II. Marco Teórico
19
- Los materiales, los procedimientos de control de calidad y
condiciones similares a las que se esperan en obra, con cambios en
los materiales y las dosificaciones en los registros de ensayo, tan
amplios como aquellos que se esperan en la obra a construir.
- De un concreto cuya resistencia f′c esté dentro del límite de ± 70
kgf/cm2 de la que se especifique para la obra a construirse.
- De por lo menos 30 ensayos consecutivos o dos grupos de ensayos
consecutivos que totalicen por lo menos 30 ensayos.
Y la resistencia promedio requerida Fcr a utilizar como base para
seleccionar la dosificación del concreto, será la mayor de las calculadas, de
acuerdo a los siguientes casos:
Si f’c ≤ 350 kgf/cm2, entonces se determinará por:
Fcr= f’c + 1.34σ
Fcr=f’c + 2.34 σ – 35 kgf/cm2
Y si f’c >350 kgf/cm2
Fcr= f’c + 1.34σ
Fcr=0.9 f’c+ 2.34 σ
Donde, f’c es la resistencia a compresión y σ es la desviación estándar en el
proyecto.
II.2.3.6 Desviación Estándar, σ cuando no hay antecedentes.
Según la Norma COVENIN 1976-2003, “Cuando no hay antecedentes
de ensayos hechos a mezclas preparadas con los mismos materiales, equipo
Capítulo II. Marco Teórico
20
y tecnología que se van a usar para producir el concreto, σ resulta en
principio desconocida y debe ser estimada en base a los antecedentes de
que se dispone sobre la variabilidad general que es usual en los concretos” .
En el caso de que la desviación estándar no sea conocida, por no
disponer de un registro de ensayos que permita determinarla, se podrá
realizar la estimación de σ en función del grado de control que se tenga
previsto realizar en obra, mediante la siguiente tabla:
Capítulo II. Marco Teórico
21
Tabla N° II.1 Desviación Estándar, σ, de esperar en el concreto según el grado
de control
Kg/cm2
- Sin ningún control. 70
- Control visual de los agregados y rechazo de aquellos que
aparentan muy mala calidad o que son muy diferentes de los
que se están usando. Control visual de las mezclas por la
trabajabilidad aparente.
50
- Como el anterior pero se conocen las granulometrías de los
agregados que se están usando, por ensayos que se hicieron
una vez, se es riguroso en el rechazo de agregados y se
comprueba de vez en cuando el asentamiento de las mezclas
en el cono de Abrams.
40
- A cada lote de agregados se le determina algún índice
granulométrico y de calidad y sólo se aceptan lo que están
dentro de ciertos límites preestablecidos. Se controla la
humedad de los agregados. Se tienen en cuenta la marca y lote
de cemento. La dosificación es exclusivamente por peso; los
sistemas de pesaje son automáticos y se calibran de vez en
cuando. El asentamiento en el cono se mide sistemáticamente y
se rechazan las mezclas que no estén dentro de ciertos límites.
No se permite la adición de agua posterior al mezclado ni el
espesamiento de las mezclas por tiempos de espera.
35
- Al igual que el anterior, pero con márgenes de aceptación muy
estrictos. Uso de no menos de tres agregados de
granulometrías complementarias. Limitación de la humedad de
los agregados en el momento de su uso y correcciones por
humedad, lote y marca de cemento y aditivo, en base a la
modificación del diseño. Revisión y calibración de los equipos de
forma periódica sistemática.
25
FUENTE: Norma COVENIN 1976-2003
Capítulo II. Marco Teórico
22
II.2.3.7 Ley de Abrams
Esta ley establece la correspondencia entre la resistencia del concreto
y la relación agua/ cemento. Una manera de expresarla es:
= resistencia media esperada
M, N: constantes que dependen de las características de los
materiales componentes de la mezcla y de la edad de ensayo, así
como la forma de ejecutarlos. Tomando logaritmos en la formula
anterior, se obtiene:
Los valores de (log M) y (- log N) dependen de la características
granulométricas de los agregados. De un amplio conjunto de ensayos,
hechos sobre mezclas con agregado grueso triturado, de 25.4 mm de
tamaño máximo, arena natural (ambos agregado en la condición de
saturados con superficie seca) y cemento portland tipo I, se obtiene buenos
ajustes con las siguientes expresiones, (Porrero, Ramos, Grases y Velazco,
2004):
Capítulo II. Marco Teórico
23
Los subíndices de la resistencia indican la edad del ensayo (7, 28)
días y la resistencia media de compresión, determinada en probeta
cilíndricas de 15 cm x 30 cm, expresada en kgf/ cm2.
II.2.3.8 Correcciones de α
Para agregados de distintos tamaños a los señalados anteriormente,
los valores de de las constantes de las fórmulas pueden cambiar
sustancialmente. Para una mayor facilidad operativa, se corrige el valor α
mediante factores que ya toman en cuenta estos efectos.
II.2.3.9 Relación Triangular
Es una expresión que relaciona la trabajabilidad (T) medida como
asentamiento en el Cono de Abrams (y que puede considerarse como la
propiedad de mayor representatividad del concreto en estado fresco) con dos
parámetros claves del diseño de mezclas, como son: la relación agua/
cemento (α) y la dosis de cemento (C).
II.2.3.10 Correcciones del Cemento
Es importante realizar la corrección de la dosis de cemento (C) por
medio de las constantes C1 Y C2, la primera está relacionada con el tamaño
máximo del agregado y el tipo de agregado. En función del tamaño máximo
del agregado se estandarizo el valor de C1 y C2 como se observa en las
tablas siguientes:
Capítulo II. Marco Teórico
24
Tabla N° II.2 Valores Normativos de C1.
Tamaño
Máximo
(mm)
6.35
(1/4)
9.53
(3/8)
12.7
(1/2)
19.1
(3/4)
25.4
(1)
38.1
(11/2)
50.8
(2)
63.5
(21/2)
76.2
(3)
Factor
C1 1.33 1.20 1.14 1.05 1.00 0.93 0.88 0.85 0.82
FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos
Tabla N° II.3 Valores Normativos de C2.
Gruesos
Finos Triturados Semitriturados
Canto rodado
(Grava natural)
Arena natural 1.00 0.93 0.90
Arena triturada 1.28 1.23 0.96
FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos
II.2.3.11 Volumen de Aire Atrapado
Aún con una adecuada compactación del concreto, por vibración, en la
mezcla siempre queda una pequeña cantidad de aire, y que se denomina
“aire atrapado”, simbolizado por Vp. En la masa puede haber presencia de
otro tipo de aire, de origen y funciones diferentes, y se denomina “aire
incorporado”.
El aire atrapado depende de diversas variables y su cálculo preciso no
es posible. Pero basta una buena aproximación, ya que su proporción
siempre es pequeña, y su influencia en el volumen absoluto de la mezcla no
es decisiva.
Capítulo II. Marco Teórico
25
A los efectos prácticos, la siguiente fórmula es suficientemente
precisa:
Donde C la dosis de cemento en Kg/m3; Vp es Volumen de aire
atrapado, TM tamaño máximo del agregado en mm.
II.2.3.12 Volumen de la pasta de cemento:
Además se sabe que el volumen de la pasta de cemento es algo
menor que la suma de los volúmenes de cemento y del agua. Esta influencia
se puede cuantificar efectuando una reducción en el volumen de cemento,
para lo cual su peso por metro cúbico no es multiplicado por (1/γc) (para
cemento Portland normal γc es igual y 1/ γc = 0.317), sino por un factor
constante e igual a 0.3.
Ecuación de Volumen de concreto:
La condición de volumen se puede expresar de un modo general, de
la siguiente manera:
Donde:
a= Peso de agua por metro cúbico de mezcla.
γa =Peso específico del agua (1Kg/dm3).
( )
∑(
)
Capítulo II. Marco Teórico
26
C = Peso del cemento por metro cúbico de mezcla.
C * 0.3 = Volumen final del cemento incluida la corrección
correspondiente a la Reducción del volumen de la pasta.
A = Peso de la Arena por m3 de mezcla.
γA = Peso específico de la arena empleada.
= Volumen absoluto de los agregados finos.
Gi = Peso del agregado grueso por m3 de mezcla: cuando solo haya
un Agregado grueso, sea piedra picada o canto rodado; Gi = G.
∑(
)= Volumen absoluto de los agregados gruesos. Cuando se esté
empleando para la mezcla un solo agregado grueso esta sumatoria
queda reducida a
.
Vp = Volumen de aire atrapado en 1m3.
II.2.4 Definición de Fuego
El fuego o combustión es una rápida reacción química de oxidación de
carácter exotérmico (y de luz), autoalimentada, con presencia de un
combustible en fase sólida, líquida o gaseosa.
Según las Normas UNE: El fuego es una combustión caracterizada por
una emisión de calor acompañada de humo, llamas o ambos.
II.2.5 Definición de Incendio
“El incendio es un fuego en condiciones prácticamente incontroladas y
en el que la duración de su acción sobre un edificio, depende entre otras cosas
Capítulo II. Marco Teórico
27
de la presencia de material combustible, la existencia de una temperatura
suficientemente alta y de un suministro de oxígeno adecuado”.
II.2.6 Fases del Incendio
Cada incendio mantiene un patrón de comportamiento diferente, pero la
mayoría pasa a través de tres fases o períodos principales, las cuales se
describen a continuación:
Fase 1: En esta etapa, se inicia el fuego con una elevación gradual y
rápida de temperatura, la cual depende esencialmente de la fuente de
encendido y del material por arder, esta fase dura entre 3 y 50 minutos. Aunque
no se presentan demasiados humos, en la práctica representa más aún conato
de incendio que a un incendio propiamente dicho; siendo el fuego, fácilmente
extinguible con los medios más sencillos (extintores, rociadores, etc.).
Fase 2: Al persistir el conato de incendio, el fuego comienza a avanzar
por contacto físico, luego inflama la distancia por elevación de la temperatura
ambiente y finalmente traspasa barreras por la acción de la radiación. El fuego
crece rápidamente y tiende a ser progresivo, logrando alcanzar en breve
tiempo la característica de un incendio plenamente declarado y con suficientes
temperaturas altas. El fuego bajo esta condición, suele extinguirse con ayuda
profesional (bomberos).
Se alcanza el pleno desarrollo del incendio, logrando alcanzar la
temperatura máxima de incendio, la cual oscila entre valores de 600 y 1300
°C.
Fase 3: Al conseguir el equilibrio térmico en la fase 2, el incendio deja de
propagarse, va decayendo hasta que logra que se extinga por sí solo, ya para
Capítulo II. Marco Teórico
28
que ese instante los gases volátiles del material combustible se han agotado.
Esta fase de extinción puede durar entre 1 hasta 4 horas.
II.2.7 Resistencia al Fuego del Concreto
El concepto de resistencia al fuego del concreto se aplica a un
elemento cuya función parte de satisfacer las necesidades estructurales
normales, es la de controlar la propagación de un incendio plenamente
desarrollado, contenerlo en el compartimiento de origen y preservar la
estabilidad estructural del edificio. Un elemento con resistencia al fuego
puede considerarse como capaz de desempeñar su función normal bajo las
condiciones creadas por un incendio en pleno desarrollo.
Los concretos de agregados silicios saltan superficialmente bajo la
acción del fuego y esto se traduce en una reducción de la sección transversal
en el caso de una columna y pérdida del recubrimiento de las armaduras de
acero en el caso de vigas y losas. La consecuencia es que el tiempo hasta
que sobreviene el fallo estructural se reduce.
En cuanto a los concretos elaborados con agregados áridos
calcáreos, estos no saltan, pero los cambios químicos que se producen
durante el calentamiento y enfriamiento subsiguiente con absorción de
humedad de la atmósfera, puede llevar a una ulterior pérdida de la resistencia
que ocasione el fallo del elemento.
Para concretos hechos con agregados livianos como arcilla
expandida, esquistos o pizarras, espuma porosa de horno (piedra pómez),
cenizas de carbón pulverizado, su comportamiento es muy estable ya que los
agregados se producen a elevadas temperaturas. No saltan fragmentos
superficiales, siendo la densidad inferior a los concretos de agregados
silicios, resisten mejor las temperaturas elevadas, conservando mayor
Capítulo II. Marco Teórico
29
resistencia en situaciones de incendio y tiene un coeficiente de conductividad
térmica más baja.
Las estructuras de concreto armado constituyen el tipo de
construcción más resistente al fuego por su baja conductividad y la capacidad
para absorber calor de la humedad contenida en la estructura. La resistencia
al fuego se supone proporcional al cubrimiento del concreto. Esto es
generalmente cierto en un miembro simplemente apoyado otros parámetros
entran en juego como el tipo de agregado, cemento, tamaño, contenido de
humedad, condiciones de borde o límite de los elementos, estado de tensión.
Las estructuras mencionadas anteriormente, son muy ventajosas por
su construcción monolítica, sin embargo con las reglas y bajo ciertas
condiciones de carga, puede presentarse un fallo prematuro durante un
incendio. Un inconveniente es que en caso de destrucción de un
compartimiento en los pisos inferiores causada por un importante incendio,
puede producirse un derrumbamiento en cadena.
Por lo tanto es esencial considerar que la acción destructora del fuego se
desarrolla en dos ámbitos distintos: las edificaciones y su contenido. El riesgo
de la edificación estriba en la posibilidad que se produzca un daño importante:
la destrucción del inmueble. Depende esencialmente de:
La intensidad y duración del incendio.
La resistencia de la construcción.
El riesgo del contenido está constituido por el daño a las personas
y a los bienes materiales que se encuentran en el interior de la edificación.
Los dos riesgos están a tal punto unido el uno al otro, que por una parte la
destrucción del inmueble lleva consigo también la destrucción de su
contenido.
Capítulo II. Marco Teórico
30
Con base en lo anterior, es esencial considerar los criterios de
comportamiento de la muestra de los ensayos.
II.2.7.1 Capacidad Portante
Es la capacidad del elemento constructivo de soportar, durante un
período de tiempo y sin pérdida de la estabilidad estructural, la exposición
del fuego en una o más caras, bajo acciones mecánicas definidas. Tiempo
en minutos completos en los cuales el elemento constructivo mantiene su
estabilidad estructural, al cual se le aplica una carga definida.
II.2.7.2 Integridad
Es la capacidad que tiene un elemento constructivo con función
separadora, de soportar solamente en una cara, sin que exista trasmisión
del fuego a la cara no expuesta debido al paso de llama o gases calientes
que puedan producir la ignición de la superficie no expuesta o de cualquier
material adyacente a esa superficie. Tiempo en minutos completos en los
cuales el elemento constructivo mantiene su función separadora.
II.2.7.3 Aislamiento
Es la capacidad que tiene un elemento constructivo de soportar la
exposición al fuego en un solo lado, sin que se produzca la trasmisión del
incendio debido a una transferencia de calor significativa desde el lado
expuesto.
Capítulo II. Marco Teórico
31
II.2.8 Proceso de Calentamiento del Concreto
Cuando un elemento de concreto es sometido a la acción del fuego,
sus componentes sufren modificaciones importantes, así, el agua libre o
capilar incluida en el concreto empieza a evaporarse a partir de los 100 °C,
retardando de esta manera el calentamiento del mismo.
Entre los 200 °C y 300°C la pérdida de agua capilar es completada
sin que se aprecie una alteración en la estructura del cemento hidratado y
sin que la resistencia disminuya en forma apreciable. De 300°C a 400 °C
se produce la pérdida de gel del cemento teniendo lugar una sensible
disminución de la resistencia apareciendo las primeras fisuras superficiales
en el concreto. A los 400 °C una parte del hidróxido cálcico procedente de la
hidratación de los silicatos se transforma en cal viva. Hacia los 600 °C, los
agregados que no tienen todos los mismos coeficientes de dilatación
térmica, se expanden fuertemente y con diferente intensidad dando lugar a
tensiones internas que empiezan a disgregar el concreto.
Se ha comprobado que concretos con buena granulometría y gran
proporción agregados/cemento, se comportan mucho mejor frente al fuego
que los pobres en agregados y con deficiente granulometría.
II.2.9 Pérdida de Resistencia a Compresión
(Hernández, 2007) concluye que “el concreto es un material que
presenta buenas características de resistencia frente al ataque del fuego. Sin
embargo, esta cualidad del concreto es limitada y se conserva también en un
tiempo limitado que va a depender de varios factores entre los cuales es
decisivo el grado de exposición al fuego, como son: temperatura, tiempo de
exposición y cambios de temperatura.
Capítulo II. Marco Teórico
32
También el autor menciona que “el concreto sufre diversas
alteraciones en sus propiedades y características cuando es sometido a la
acción del fuego. Estas alteraciones van en detrimento de la capacidad
resistente y por ende de la estructura, siendo estas: disminución de la
resistencia a compresión, cambios de color, agrietamientos.”
II.2.10 Resistencia al Fuego. (Definición según el ASTM E176)
Es la propiedad de un material o Estructura para soportar la acción del
fuego o para dar una protección hacia él. Cuando se aplica a los elementos
de un edificio (columnas, vigas, etc.), se puede decir que la función que debe
realizar es la de confinar el incendio, o la de tener un comportamiento
estructural dado en forma segura o ambas funciones.
II.2.11 Resistividad al Fuego. (Definición según el ASTM E176)
Se aplica al material o estructura que tiene resistencia al fuego.
II.2.12 Capacidad de Soportar Fuego. (ASTM designación E119,
ASTM E176)
Es el período de tiempo durante el cual un material o estructura
continúa exhibiendo resistencia al fuego, bajo las condiciones especificadas
de ensayo y de comportamiento. Cuando se aplica a elementos de
edificaciones, se mide por el método y los criterios definidos en los ensayos.
Capítulo II. Marco Teórico
33
"Métodos de ensayos de fuego de materiales y construcción de
edificaciones".
II.2.13 Clasificación de la Resistencia al Fuego
Es un término legal definido en los códigos de edificación. La
clasificación de la resistencia al fuego es de primero y segundo orden de
resistividad y menor grado de incombustibilidad, y se basa en el tipo de-
elemento estructural y en la capacidad de soportar el fuego.
La tabla N° II.4 resume alguno de los requerimientos para la medida
de la resistencia al fuego que aparece en los códigos.
Capítulo II. Marco Teórico
34
Tabla N° II.4 Requerimientos de las Medidas Típicas de Resistividad al Fuego según los Códigos Modelos de
Edificación
Elemento
Estructural
Tipos de Construcción
Códigos
Modelos * Resistividad al Fuego de 1er
Orden
Resistividad al Fuego de
2do Orden
Menor grado de
incombustibilidad
Columnas que
soportan más de un
piso
4 horas
4 horas
4 horas
3 horas
3 horas
3 horas
3 horas
2 horas
1 hora
2 horas
2 horas
1 hora
National Basic Southern
Uniform
Vigas y Armaduras
4 horas
4 horas
4 horas
3 horas
3 horas
3 horas
3 horas
2 horas
1 hora
2 horas
2 horas
1 hora
National Basic Southern
Uniform
Pisos
3 horas
3 horas
2.5 horas
2 horas
2 horas
2 horas
1.5 horas
2 horas
1 hora
1.5 horas
N.C. **
1 hora
National Basic Southern
Uniform
Techos
2 horas
2 horas
1.5 horas
2 horas
1.5 horas
1.5 horas
1 hora
1 hora
1 hora
3/4 horas
N.C. **
1 hora
National Basic Southern
Uniform
FUENTE:
*National= National Building Code Publicada por la American Insurance Association.
Basic = Basic Building Code publicada por la Building Officials Conference of America, Inc.
Southern= Southern Standard Building Code publicada por la Southern Building Code Congress.
Uniform= Uniform Building Code publicada por la International Conference of Building Officials.
** No Combustib
35
Capítulo II. Marco Teórico
Por ejemplo, una viga y armadura, que soporta 4 horas de exposición
al fuego, es clasificada según la National Building Code como un elemento
estructural que tiene resistividad al fuego de 1er orden.
La medida de la resistencia al fuego mostrada en la tabla II.1 está
basada en el criterio de la ASTM E119. Los cuales se muestran a
continuación:
Punto final estructural, sucede cuando la carga aplicada es mayor
que la capacidad de carga de la muestra.
Cuando se forman huecos, grietas o fisuras que permiten el paso
de las llamas o gases calientes que enciendan desperdicios.
Punto final de transmisión de calor, ocurre cuando la temperatura
de la superficie no expuesta de pisos, techos o paredes se eleva
alrededor de 120°C (250°F) sin superar los160°C (325°F) en
cualquier punto.
Cuando las paredes no soportan un ensayo de chorro de agua
(simulación de una manera específica de combatir el incendio) y no
soporten el doble de la carga impuesta después del ensayo de
incendio (chorro de agua y doble carga).
Punto final de la temperatura del acero, ocurre cuando en un
ensayo alternativo de columnas o vigas (no cargadas durante el
ensayo) la temperatura del acero se eleva alrededor de los 540°C
(1000°F) sin superar los 650°C (1200°F) en cualquier punto.
36
Capítulo II. Marco Teórico
II.2.14 Comportamiento de los Elementos Estructurales al Fuego
Las estructuras se comportan en forma diferente en un fuego
dependiendo del material, del método de diseño y del modo de
construcción adoptado. La rigidez relativa entre las vigas y columnas, y el
grado de fijación entre ellas pueden drásticamente alterar las
características de deformación. Y los efectos adicionales de cargas
impuestas pueden incrementar o en algunos casos disminuir estas
deformaciones.
Unos cuantos de los materiales comúnmente utilizados en
diferentes estructuras se presentan a continuación:
Acero maleable o altamente resistente, aluminio u otros materiales
metálicos dúctiles con o sin material de recubrimiento tal como
concreto.
Acero y concreto en construcción, tomando las ventajas de la alta
resistencia a la tracción del acero y la resistencia a la compresión
del concreto.
Estructuras de concreto vaciadas en sitio con paneles interiores que
no soportan cargas de paredes.
Estructuras de concreto precomprimido donde los miembros de
concreto se precomprimen mediante guayas de acero de alta
tensión.
Vigas y columnas de concreto prefabricadas remachadas, unidas o
mantenidas juntas, de concreto vaciadas en sitio con paneles
interiores que no soporten cargas.
Paneles construidos, que consisten de paredes prefabricadas y
pisos los cuales se mantienen unidos mediante juntas vaciadas en
37
Capítulo II. Marco Teórico
sitio. El material es generalmente un concreto de agregado liviano,
pero otros paneles livianos tales como fibra de vidrio, pueden
utilizarse.
Ladrillos convencionales que soportan cargas con pisos de madera.
Esta última forma de construcción está limitada en el número de
pisos que la construcción puede llevar.
Las piezas de acero estructural sufren la desventaja de un
debilitamiento considerable a temperaturas relativamente bajas y los
miembros unidos mediante espaciadores colapsan si la temperatura del
punto esforzado críticamente en el acero, alcanza los 550°C (1022°F). Sin
embargo con juntas soldadas o con juntas de otra rigidez, los miembros
solamente colapsarán si la temperatura en tres o más puntos esforzados
críticamente, alcanza esta temperatura.
El acero retoma su resistencia en la medida en que se enfría, pero si
un miembro estructural se ha deformado hasta un grado determinado y ha
iniciado una falla bajo las condiciones de las pruebas al fuego, no retornará
de nuevo su resistencia para soportar las cargas impuestas cuando el
calentamiento se termine. Una vez que la deformación crítica se alcanza, el
colapso estructural es inevitable.
II.2.15 Estabilidad al Fuego
Comportamiento de un elemento constructivo sea estructural o no,
que garantiza durante un tiempo determinado su estabilidad mecánica frente
a la acción del fuego.
38
Capítulo II. Marco Teórico
( )
II.2.16 Estanqueidad a la Llama
Capacidad de un elemento separador expuesto al fuego por una cara,
para no permitir el paso de llamas desde la cara expuesta hacia la cara no
expuesta.
II.2.17 Fuego Normalizado
Para realizar estudios de resistencia al fuego en materiales es
necesario utilizar un modelo de incendio único que permita comparar la
respuesta de distintos elementos. Este modelo representa la variación de la
temperatura con respecto al tiempo y condiciones de ensayo.
La utilización de un modelo único de fuego se debe a que cada
incendio es distinto de otro. En esto influyen diversas variables que afectan el
desarrollo de un incendio y de cómo el fuego actúa sobre el material.
El fuego normalizado que se considera para este tipo de estudios es el
establecido en la Especificación estándar ISO 834, en ella se define la curva
de evolución de la temperatura en función del tiempo, con una tolerancia de ±
15% en los primeros 10 minutos, según la siguiente fórmula:
Donde:
t = tiempo expresado en minutos contado desde el comienzo del
ensayo.
T = es la temperatura del horno en el instante t, medida en ºC.
39
Capítulo II. Marco Teórico
To = es la temperatura inicial del horno, medida en ºC, la que está
comprendida entre 0 y 40 ºC.
Las condiciones simuladas representan condiciones de intensa
gravedad del incendio.
Gráfico N° II.1 Curva Temperatura – Tiempo ISO 834
FUENTE: ISO 834
II.2.18 Comportamiento del Acero Estructural Frente a La Acción
del Fuego
El acero es el material más usado en la fabricación de estructuras
metálicas. Es una aleación de hierro y carbono en porcentajes muy precisos
que determinan las propiedades mecánicas del mismo.
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
900,00
1000,00
1100,00
1200,00
1300,00
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Tiempo (Minutos)
Curva Temperatura -Tiempo ISO 834
40
Capítulo II. Marco Teórico
Tiene cualidades muy beneficiosas para la construcción. Posee una
alta resistencia, homogeneidad, facilidad en sus uniones (soldabilidad,
uniones apernadas), permite la construcción de estructuras más livianas, etc.
Sin embargo, entrega una falsa sensación de seguridad debido a que sus
propiedades mecánicas se ven gravemente alteradas por la temperatura.
La resistencia al fuego del acero se ve determinada principalmente por
la temperatura a la cual se presenta el fenómeno de plasticidad en él. El
acero durante un incendio alcanza un comportamiento plástico a baja
temperatura y más aún, este fenómeno se extiende a toda la estructura
debido a su alta conductividad térmica (47 – 58 W/mK), donde W es la
medida del calor transferido por unidad de tiempo (W = joule / seg), m la
unidad de longitud (metros) y K la escala de medición de la temperatura
(Kelvin). A partir de una temperatura de 250 º C, se modifican la resistencia y
el límite elástico del acero. Alcanzando una temperatura de alrededor de 540
ºC (denominada "temperatura crítica") la caída de la resistencia es muy
acusada, con lo que la estructura no puede soportar la carga de diseño. Se
muestra en el siguiente gráfico el comportamiento de las estructuras
metálicas frente al fuego.
41
Capítulo II. Marco Teórico
Gráfico N° II.2 Estructuras metálicas: Comportamiento frente al
fuego. Evolución del módulo de elasticidad al variar la temperatura en
un perfil de acero.
Fuente: España. Ministerio del Trabajo y Asuntos Sociales.
II.2.19 Comportamiento del Concreto Armado Frente a La Acción
del Fuego
El comportamiento frente al fuego del concreto armado es más
complejo que el del acero. Esto se debe a que es un material compuesto y
los distintos materiales que lo componen no reaccionan de la misma manera.
El concreto es un material compuesto, polifásico, formado por mezcla
de áridos aglomerados mediante un conglomerante hidráulico como es el
cemento. Su comportamiento a compresión es bueno, sin embargo es muy
malo a tracción, por esta razón se incorporan en él barras de acero,
42
Capítulo II. Marco Teórico
principalmente en las zonas que se encuentran a tracción, lo que da origen al
concreto armado.
Principales características del concreto armado:
Buen comportamiento mecánico.
Resistente a la corrosión en ambientes húmedos y alcalinos.
Buen comportamiento a la fatiga.
Costo bajo y posibilidad de mejora importante de sus características
mecánicas con costo reducido.
Masivo y rígido (buen comportamiento dinámico).
Prácticamente no necesita mantención.
Baja conductividad térmica.
Coeficiente de dilatación térmica similar entre el concreto y el acero
que forma la armadura. (Coeficientes de dilatación térmica:
Concreto: α = 1 x10-5. Acero: α = 1,1 x10-5.)
Buen comportamiento frente al fuego.
El buen comportamiento del concreto armado frente al fuego se debe
principalmente por su baja conductividad térmica (1,63 W/mK). Gracias a
esto el avance del daño en un elemento de concreto armado expuesto al
fuego se produce más lentamente, conservando sus propiedades mecánicas
durante mayor tiempo que una estructura de acero. La dificultad que tiene el
calor de traspasar el concreto provoca que siempre el interior del elemento
de concreto esté a menor temperatura que la desarrollada por el incendio.
La acción del fuego sobre el concreto y sobre la armadura que él
contiene se traduce en una pérdida de resistencia y un aumento del módulo
de elasticidad.
43
Capítulo II. Marco Teórico
Al estar sometido a temperaturas entre 300º C y 600º C toma una
tonalidad rosácea por alteración de los compuestos de hierro y pierde hasta
un 60 % de su resistencia inicial a la compresión.
Hasta los 900º C, toma un color gris claro, ya que se han comenzado
a degradar los compuestos del conglomerante endurecido. El concreto se
vuelve poroso y friable. Al enfriarse la superficie y mientras el concreto se
mantiene caliente en su interior, se produce una serie de fisuras que se
cortan ortogonalmente (fisuración en piel de cocodrilo) y pierde entre un 60%
y 90% de la resistencia inicial.
Por encima de los 900º C, el concreto adquiere un tono blancuzco a
amarillento y carece de resistencia residual.
El descascaramiento o spalling, es uno de los efectos del fuego sobre
las estructuras de concreto y de éste se distinguen tres tipos:
Descascaramiento del agregado
Descascaramiento explosivo
Desprendimientos
El descascaramiento del agregado se debe al estallido y fractura de
las partículas del agregado como resultado de cambios físicos o químicos
bajo temperaturas elevadas. Por regla general, este descascaramiento es de
poca extensión y se limita sólo a la superficie.
El descascaramiento explosivo por su parte, corresponde a esfuerzos
de tensión provocados por el vapor de agua que se produce por la humedad
interna y por los esfuerzos de restricción debidos a la elevación de
temperatura ocurrida durante el siniestro.
Los esfuerzos de tensiones causados por el movimiento de vapor de
agua dependen en gran parte del contenido de humedad y esto es función de
la edad del hormigón, así los concretos jóvenes que se vean afectados
durante la etapa de construcción mostrarán evidentemente un contenido de
humedad más alta, por ello, es que allí las tensiones inducidas serán
44
Capítulo II. Marco Teórico
mayores comparativamente con aquellos concretos más maduros. En
concreto armados, éste descascaramiento explosivo provoca la exposición
de las armaduras de refuerzo.
El descascaramiento por desprendimiento es el resultado del
desprendimiento de secciones de diversa geometría, ocurridas con ocasión
del siniestro, normalmente son el resultado de siniestros de larga duración y
se asocian a cambios volumétricos.
La capa de recubrimiento constituye una gran protección para las
barras de armadura que se encuentran dentro del elemento de concreto. El
concreto que forma el recubrimiento actúa como aislante térmico, dada su
baja conductividad.
45
Capítulo II. Marco Teórico
II.3 Definición de términos
Agregado: Material inerte que se añade al concreto para dar volumen, el
mismo no influye en las reacciones que suceden entre el agua y el cemento.
Agregado fino: El agregado que pasa casi totalmente el cedazo #4 (4,76mm).
Agregado Grueso: El agregado que es retenido casi totalmente en el cedazo
#4 (4,76mm).
Asentamiento: Es la diferencia de altura entre el molde y el centro de la cara
superior del cono deformado, al realizar el ensayo del cono de Abrams, el cual
va expresado en centímetros o por su equivalente en pulgadas.
Cemento Pórtland: Es el producto obtenido por la pulverización del clinquer
Pórtland con la adición de sulfato de calcio y/o agua, o sin ella. Se admite la
adición de otros productos que no excedan el 1% del peso total, siempre que
su inclusión no afecte la propiedad del cemento resultante.
Clinquer: Es un producto constituido en su mayor parte por Silicatos de Calcio,
obtenido por la cocción hasta fusión parcial de una mezcla convenientemente
proporcionada y homogeneizada de materiales seleccionados.
Compactación: Proceso manual o mecánico, que tiende a reducir el volumen
total de vacíos de una masa de mortero o de concreto fresco.
Cono de Abrams: Es un dispositivo cónico de 30cm. de alto con un diámetro
superior de 10.2cm. Y un diámetro inferior de 20.3cm, el cual se utiliza para
medir el asentamiento del concreto.
Contenido de Aire: Es la diferencia que existe entre el volumen de la mezcla y
el resultante de la suma de los volúmenes absolutos de los componentes.
Contenido de humedad: Es la cantidad de agua del material expresado como
porcentaje de su peso.
Curado: Consiste en propiciar y mantener un ambiente de apropiada
temperatura y contenido de humedad en el concreto recién colocado, de modo
46
Capítulo II. Marco Teórico
que éste desarrolle el potencial de las propiedades que se esperan de él. Un
concreto curado
Mortero: la mezcla de uno o más conglomerantes inorgánicos, áridos, agua y
a veces adicciones y/o aditivos.
Densidad: Masa de un material dividido entre su volumen, expresado en
Kg/dm³.
Desviación estándar: Es la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de
las desviaciones de las resistencias individuales respecto a la resistencia
promedio.
Dosificación: Es la proporción de los distintos elementos, que constituyen la
muestra en peso o en volumen.
Durabilidad del concreto: Se expresa por su resistencia a ciclos de hielos y
deshielos, determinado por el cambio de modulo de elasticidad y por sus
resistencias a las aguas agresivas (Cloruros, Sulfatos y ambientes marinos).
Duración al fuego: Medida del lapso de tiempo durante el cual un material o
conjunto de elementos continúan mostrando resistencia al fuego cuando son
sometidos a pruebas.
Ensayos: Es un conjunto de pruebas de igual índole que se realizan en una
muestra del material, para la obtención de un resultado en particular.
Evaluación Estadística: Permite establecer la calidad de la operación de
elaboración y control del concreto. De acuerdo a un número de ensayos.
Fisuración: Fractura o hendidura en una masa mineral.
Fraguado: Es un proceso de hidratación, por el cual un conglomerante
hidráulico adquiere una mayor consistencia, la que se pone en evidencia por
ensayos tipificados.
Marco Metodológico
47
Capítulo III. Marco Metodológico
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
III.1 Tipo de Investigación
Esta investigación está definida como una investigación de tipo
descriptiva. En este sentido, Hernández, Fernández y Baptista (2004)
plantean la investigación descriptiva como:
La búsqueda de propiedades, características y perfiles importantes de personas, grupos, comunidades y cualquier otro fenómeno que se someta a un análisis. El estudio descriptivo mide o recoge información de manera independiente o conjunta sobre los conceptos o las variables a las que se refieren (p.117).
De este modo se comprende que, el estudio descriptivo es el nivel de
aproximación a un aspecto de la realidad social, la cual es motivo de estudio.
III.2 Diseño de Investigación
De acuerdo a los objetivos planteados este estudio es de tipo
experimental, ya que la metodología utilizada consiste en la realización de
experimentos y ensayos sobre una muestra determinada, ampliando de esta
manera la información que existe del efecto de un mortero sobre la
resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego.
Para que el análisis sea adecuado y confiable se requiere de una
estricta vigilancia de los componentes de las mezclas y un constante
chequeo de la cantidad óptima de los agregados, las cantidades de agua y
48
Capítulo III. Marco Metodológico
cemento, tiempo de mezclado, la apropiada colocación de las mezcla en los
moldes, la adecuada distribución del mortero sobre las probetas, así como
también el tiempo e intensidad de la exposición al fuego sobre el mismo.
III. 3 Nivel de Investigación
Este estudio es una investigación experimental, la metodología que se
utilizó permitió definir el efecto del mortero sobre la resistencia del concreto a
compresión al someterlo al fuego. Para la realización de los ensayos se
procedió a preparar una mezcla de concreto para la elaboración de probetas
cilíndricas de resistencia 210 Kg/cm2, estas fueron frisadas con un mortero
de cemento de 0.5 cm y 1 cm de espesor con una resistencia de 100
Kg/cm2; las probetas se sometieron al fuego, manteniendo constante
variables como: características físicas del resto de los materiales (piedra,
arena y cemento). Y las cantidades de los mismos dependieron del diseño de
la mezcla, para posteriormente realizar los ensayos de compresión en las
probetas cilíndricas.
Cada uno de los ensayos está regido y regulado por las normas
COVENIN 1753-03 referida al diseño de mezclas de concreto y COVENIN
484-93 que trata de la determinación de la resistencia a la compresión de
morteros. Todas las mezclas fueron realizadas y ensayadas en el Laboratorio
de Materiales y Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad
de Carabobo.
III.4 Población y Muestra
El número de cilindros, se determinó por medio del estudio estadístico
y asignando valores específicos a los parámetros relacionados. La población
49
Capítulo III. Marco Metodológico
fue de 80 cilindros, dividido en 4 grupos de 20 cada uno; de los cuales 20 se
usaron para ensayar a los 28 días en condiciones normales, 20 para ensayar
luego de la exposición al fuego y a los últimos 40 se los colocó el mortero
de espesores de 1cm y 0,5 cm para ensayar luego de la exposición al fuego.
III.5 Descripción de la Metodología
El trabajo de campo comprendió las siguientes fases:
Fase I: Fuentes y sistemas de recolección de la literatura.
En esta fase se realiza una búsqueda bibliográfica del material
relacionado al tema a trabajar, entre los materiales utilizados están: libros,
trabajos especiales de grado, páginas Web y la Comisión Venezolana de
Normas Industriales (COVENIN).
Fase II: Selección del material, equipos utilizados.
Materiales
Cemento Portland tipo I, este fue transportado desde el silo hasta el
Laboratorio de Materiales y Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil
de la Universidad de Carabobo, en donde se mantuvo en bolsas
plásticas amarradas para garantizar el contenido de humedad.
Agregado grueso tipo piedra picada con un tamaño nominal máximo
de 1”, proveniente de Minas de Tinaquillo, fue transportado desde el
depósito almacenamiento hasta el Laboratorio de Materiales y
50
Capítulo III. Marco Metodológico
Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de
Carabobo en donde se almacenó con bolsas plásticas, Estos a su vez
fueron sometidos a una serie de ensayos para verificar su control de
calidad.
Agregado fino tipo arena lavada, proveniente de Minas de Tinaquillo,
fue transportado desde el depósito almacenamiento hasta el
Laboratorio de Materiales y Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil
de la Universidad de Carabobo en donde se almaceno con bolsas
plásticas, estos también fueron sometidos a una serie de ensayos
para verificar su control de calidad.
Agregado fino tipo arena cernida para la elaboración del mortero, de
igual forma esta fue transportada desde el depósito almacenamiento
hasta el Laboratorio de Materiales y Ensayos de la Escuela de
Ingeniería Civil de la Universidad de Carabobo en donde se almacenó
con bolsas plásticas.
El agua utilizada fue suministrada por Hidrocentro.
Equipos
Mezcladora de Concreto de Capacidad 35L.
Balanza.
Carretilla.
Pala.
Cuchara.
Cilindro Graduado.
Molde Tronco-cónico.
Barra Compactadora de Acero de 5/8” de diámetro.
Moldes Cilíndricos.
51
Capítulo III. Marco Metodológico
Prensa.
Reverbero.
Termocupla de cromo-aluminio tipo K.
Termómetro Infrarrojo- pirómetro.
Sujetador de cilindros.
Guantes de carnaza.
Fase III: Elaboración de la mezcla de concreto y ejecución de ensayos.
La elaboración de la mezcla de concreto, para luego fabricar las
probetas cilíndricas de dimensiones normalizadas, que serán sometidas a
ensayos de 4 grupos de 20 cada uno; de los cuales 20 se usaron para
ensayar a los 28 días en condiciones normales, 20 para ensayar luego de la
exposición al fuego, a 40 se los colocó el mortero de espesores de 1cm y
0,5 cm para ensayar luego de la exposición al fuego.
Fase IV: Diseño y elaboración de mezclas de concreto y la fabricación
de las probetas cilíndricas normalizadas.
Se fijó una resistencia de diseño a estudiar igual a 210 kg/cm2 y un
grado bueno de control, trabajabilidad igual a 10 cm ó 4”.
Fase V: Curado de probetas cilíndricas normalizadas.
Las probetas son desencofradas a las 24 horas para ser llevadas al
proceso de curado, el cual se realiza llevando las mismas bajo agua saturada
con cal, como se indica en la norma venezolana COVENIN 338-2002.
“Concreto. Método para la Elaboración, Curado y Ensayos a Compresión de
Cilindros de Concreto”.
52
Capítulo III. Marco Metodológico
Fase VI: Ensayos de las probetas cilíndricas de concreto en
condiciones normales.
Se realiza para determinar la resistencia a la compresión a los 28 días
de edad, correspondientes al primer grupo de 20 cilindros.
Fase VII: Diseño y elaboración de mezcla de mortero y la fabricación de
probetas cúbicas normalizadas.
Para la elección del tipo de mortero a utilizar, se empleo la siguiente tabla:
Tabla III.1. Resistencia de los Morteros.
Resistencia de los Morteros
Clase de Mortero
Tipo de Mortero Dosificación Resistencia
(kg/cm2)
Mortero cemento-cal-
arena Pobre
1:1:10 1:1:6
20 50
Mortero cemento-arena
Pobre 1:6 50
Mortero cemento-arena
Ordinario 1:4 100
Mortero cemento-arena
Rico 1:3 150
Fuente: Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real
Se fijó una resistencia de diseño a estudiar igual a 100 kg/cm2 que
corresponde a un mortero de cemento y arena de tipo ordinario.
Fase VIII: Curado de probetas cúbicas normalizadas.
Las probetas son desencofradas a las 24 horas para ser llevadas al
proceso de curado, el cual se realiza llevando las mismas bajo agua saturada
con cal, como se indica en la norma venezolana COVENIN 484-93.
“Cemento Portland. Determinación de la Resistencia a la Compresión de
Morteros en Probetas Cúbicas de 50,8 mm de Lado”.
53
Capítulo III. Marco Metodológico
Fase IX: Ensayo de probetas cúbicas de mortero en condiciones
normales.
Se realiza para determinar la resistencia a la compresión a los 28 días
de edad.
Fase X: Exposición de las probetas cilíndricas al fuego.
Luego de eliminar la humedad por el curado, se procedió a someter a
las probetas del segundo, tercero y cuarto grupo a la exposición al fuego.
Este proceso se hizo a fuego directo, durante un tiempo de exposición de 30
minutos. Las probetas fueron colocadas sobre un reverbero. Durante este
procedimiento se procedió a medir la temperatura final alcanzada por las
probetas, mediante una termocupla de cromo y aluminio tipo K y un
termómetro infrarrojo- pirómetro. Luego de la exposición fueron enfriados por
choque térmico, el cual consiste en un enfriamiento violento, introduciendo la
probeta en un tanque a temperatura ambiente de 27 °C. Se dejo enfriar
durante 30 minutos luego se sacaba y se dejaba reposar, posteriormente se
ensayaban a compresión.
Fase X: Análisis de los resultados obtenidos.
Una vez concluidos los ensayos de las probetas, con los resultados
correspondientes a la resistencia a compresión obtenida para cada uno de
los grupos, se procedió a su estudio para inferir algunas hipótesis sobre el
efecto del mortero sobre la resistencia del concreto a compresión al
someterlo al fuego.
Desarrollo Experimental
54
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
DESARROLLO EXPERIMENTAL
IV.1 Materiales Utilizados
Agregados
Los agregados utilizados en la elaboración del diseño de mezcla,
fueron: Agregado fino tipo arena lavada, Agregado grueso tipo piedra picada
con un tamaño nominal máximo de 1”, ambos provenientes de Minas de
Tinaquillo. Estos fueron sometidos a una serie de ensayos para verificar su
control de calidad.
Ensayos realizados:
a)
b)
.
c)
Agregado Fino.
Agregado Grueso.
Granulometría
Peso Específico y Absorción
Agregado Grueso.
Agregado Fino.
Agregado Fino.
Agregado Grueso.
Peso Unitario
55
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
d)
e)
Ensayo para determinar la composición granulométrica de agregados
finos y gruesos (C.C.C.A Ag2)
Inicialmente se realizó la granulometría, la cual tiene como objetivo
determinar la distribución de tamaños de las partículas que los conforman a
fin de obtener una buena granulometría para garantizar la durabilidad del
concreto, así como una mejor trabajabilidad y reducir costos sin menos
preciar la calidad del mismo.
Agregado Fino
Equipos:
Balanza
Cedazos
Tamizadora
Horno
Se tomó una muestra de 500g de material, antes de colocar el material
en el juego de cedazos (#4, #8, #16, #30, #50, #100), ordenados de abertura
decreciente desde arriba hacia abajo, estos fueron pesados cada uno
incluyendo la base.
Humedad Superficial Agregado Fino.
Resistencia al Desgaste Agregado Grueso.
56
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Después de colocar el agregado en el tamiz superior, el juego de cedazos se
colocó en la tamizadora por 15 minutos en funcionamiento. Pasados los 15
minutos, se pesaron los cedazos con el material retenido y se obtuvieron los
siguientes resultados:
Tabla N° IV.1. Datos Y Cálculos
Tamiz
N°
Peso Retenido
(kg) % Retenido
% Retenido
Acumulado % Pasa
4 68 13.6 13.6 86.4
8 106 21.2 34.8 65.2
16 83 16.6 51.4 48.6
30 113 22.6 74 26
50 41 8.2 82.2 17.8
100 48 9.6 91.8 8.2
Fondo 41 8.2 100 0
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
Tabla N° IV.2. Limite de valores normativos para agregado fino.
Limite de Valores Normativos
#4 #8 #16 #30 #50 #100
85 a 100 60 a 95 40 a 80 20 a 60 8 a 30 2 a 10
FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos
57
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.1. Curva granulométrica para agregado fino.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
Debido a que la curva granulométrica se encuentra entre los límites
normativos establecidos por las normas COVENIN, el agregado fino es
aceptable.
Agregado Grueso
Equipos:
Balanza
Cedazos
Tamizadora
Horno
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120
Granulometria
Limite Inferior
Limite Superior
58
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Se tomó una muestra de 10 kg de material, antes de colocar el
material en el juego de cedazos (11/2",1”,3/4”,1/2”,3/8”,1/4”), ordenados de
abertura decreciente desde arriba hacia abajo, estos fueron pesados cada
uno.
Después de colocar el agregado en el tamiz superior, el juego de
cedazos se coloco en la tamizadora por 15 minutos en funcionamiento.
Pasados los 15 minutos, se pesaron los cedazos con el material retenido y
se obtuvieron los siguientes resultados:
Tabla N° IV.3. Datos y cálculos.
Tamiz N° Peso Retenido
(kg) % Retenido
% Retenido Acumulado
% Pasa
1 1/2" 0 0 0 100
1" 0.37 3.7 3.7 96.3
3/4" 3.25 32.5 36.2 63.8
1/2" 4.68 46.8 83 17
3/8" 0.54 5.4 88.4 11.6
1/4" 1.16 11.6 100 0 FUENTE: Flores y Reyes (2012)
Tabla N° IV.4. Limite de valores normativos para agregado grueso.
Piedra Picada
Limites de los % en peso que pasan los tamices de abertura cuadrada igual a :
1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4"
N° 1 100 a 90 90 a 50 45 a 15 20 a 0 7 a 0
FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos
59
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.2. Curva granulométrica para agregado grueso
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
Debido a que la curva granulometrica se encuentra entre los limites
normativos establecidos por las normas COVENIN, el agregado grueso es
aceptable.
La metodología utilizada en este ensayo es regida por las normas
COVENIN 255:1998; COVENIN 277:92.
Después de lo anterior expuesto, se calculó el tamaño nominal, dando
como resultado TM = 1”.
Entrando a la siguiente tabla con el tamaño nominal, se obtuvieron los
limites de los porcentajes mas finos para los sigientes tamaños maximos de
agregados.
-20
0
20
40
60
80
100
120
0 0,5 1 1,5 2
Granulometría
Límite Inferior
Límite Superior
60
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV.5. Limites de valores normativos para agregado fino.
tamiz limites de los porcentajes más finos para los
siguientes tamaños máximos de agregados
1" 100 a 90
3/4" 90 a 70
1/2" 75 a 55
3/8" 68 a 45
1/4" 60 a 35
#4 55 a 30
#8 45 a 20
#16 35 a 15
#30 35 a 10
#50 16 a 15
#100 8 a 2
FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos
En base a los resultados obtenidos de la granulometría, con los
valores de los % que pasa, tanto para el agregado fino como grueso y los
límites de los porcentajes más finos para los siguientes tamaños máximos de
agregados, se obtuvo la siguiente la grafica.
61
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
Dando como resultado un rango de (47-60), tomando un valor promedio β= 0.55.
Gráfico N° IV.3. Procedimiento gráfico para encontrar las
proporciones en que deben mezclarse los agregados.
62
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Inmediatamente se realizó el ensayo de peso específico y absorción
de los agregados gruesos el cual tiene como objetivo calcular el peso
específico y ademas proporcionar una idea cualitativa de la compacidad de la
roca madre, si este es bajo, el material tiende a ser poroso y proviene de
rocas blandas.
Ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado
(C.C.C.A Ag 15)
Equipos:
Balanza.
Balanza Hidrostatica.
Horno de Secado.
Muestra: 5kg.
Para comenzar se procedió a lavar la muestra del agregado hasta
eliminar el polvo y otras impurezas, y posteriormente, sumergirlas en agua
por un período de 24±4 horas. Preparar la balanza hidrostática y obtener su
peso. Sacar la muestra del agua y hacerla rodar por un paño hasta eliminar
el agua. Colocar la muestra sobre un recipiente tarado y obtener su peso,
colocarla en la cesta de la balanza, recoger y equilibrar la balanza, anotar el
peso. La diferencia de este peso con el obtenido anteriormente representa el
peso del agregado en agua. Medir el volumen del agua desalojada por el
agregado y compare este volumen con la diferencia entre el peso saturado y
el peso de la muestra en agua. Sacar el agregado de la balanza y colocarlo
en un recipiente dejándolo secar al horno a 110±5ºC por 24 horas. Dejar
reposar y calcular su peso específico aparente, peso especifico y peso
especifico saturado.
63
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Se obtuvieron los siguientes resultados:
Peso del Agregado Saturado con Superficie Seca:
Donde:
W1: Peso del agregado seco en aire.
Va* a: Volumen de Agua absorbida.
W2: Peso del agregado saturado con superficie seca.
Porcentaje de Absorcion:
Donde:
%A : Porcentaje de Absorcion.
W2 = W1 + Va* a
W2 = 4,9684 + 0,0286 = 4,997 Kg
* 100
* 100 = 0,5756
64
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Peso del Agregado en Agua:
Donde:
W3: Peso del Agregado en Agua.
E: Es el empuje y representa el peso del agua desalojada por la piedra
(Principio de Arquimedes).
Peso Especifico Aparente:
Peso Específico:
Donde:
G: Peso Especifico.
W3 = W1 – E
W3 = 4,9684 – 0.8184 = 4,150
Kg
= 6,07
65
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Peso Específico Saturado con Superficie Seca:
Donde:
Gs: Peso Específico Saturado con Superficie Seca.
Posteriormente se realizó el ensayo de peso específico y absorción de
los agregados finos el cual tiene como objetivo obtener el peso específico, ya
que este constituye una propiedad natural que debe conocerse para los
efectos de la utilización de algunos métodos de diseño de mezclas. Mientras
que la medición de la absorción del agua es una manera de medir las
diversas porosidades que pueden presentarse en un agregado.
Equipos:
Balón aforado.
Balanza.
Molde metálico de forma tronco cónica.
Compactador.
Secador de pelo.
Horno.
Muestra: 500g
= 5,866
= 5,89964
66
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Inicialmente se llena el picnómetro con agua y se obtiene su peso. Por
el método de cuarteo se selecciona 1 KG de Agregado fino el cual después
de secar al horno una Temperatura de 110 ±5 ºC, al enfriar se coloca en un
recipiente de agua y se deja 24 horas, luego la muestra es esparcida sobre
una superficie plana expuesta a una corriente de aire caliente y es agitada
frecuentemente para asegurar el secado uniforme, se continua con esta
operación hasta que el agregado fino se aproxima a una condición de libre
escurrimiento. Luego el agregado fino se coloca en el molde cónico se
apisona ligeramente la superficie 25 veces con el apisonador de metal y se
levanta el molde verticalmente. Si hay humedad superficial el cono del
agregado retendrá su forma de lo contrario el cono se derrumbara
ligeramente. Se toma una muestra de aproximadamente 500gramos e
introducirla en el picnómetro y agitarlo. Pesarlo con el agua y la arena, verter
el contenido en un recipiente y colocarlo en el horno a 110±5ºC dejar reposar
y calcular el peso aparente, peso especifico y porcentaje de absorción.
Se obtuvieron los siguientes resultados:
Peso Especifico Aparente de la Arena:
Donde:
: Peso de la arena seca.
: Peso del balón aforado con agua hasta la marca de enrase.
: Peso del balón aforado con arena y agua hasta la marca de enrase.
67
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Peso Específico de la Arena:
Donde:
W4: Peso de la arena saturada con superficie seca.
Peso Específico Saturado con Superficie Seca:
= 2,688
= 2.63
= 2,652
68
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Es evidente entonces que la absorción de estos agregados es muy
importante para el momento en que se realiza el diseño de la mezcla, para
así poder corregir la cantidad de agua añadida a la mezcla.
La absorción y el peso específico de los agregados son valores
necesarios para elaborar el diseño de la mezcla de concreto.
Ensayo para determinar el peso unitario del agregado (C.C.C.A Ag 10)
Equipos:
Balanza.
Barra compactadora de 5/8” de diametro, aproximadamente y con
punta semi-esferica.
Recipiente cilindrico de metal.
Agregado Fino y Agregado Grueso
Para realizar la calibración del recipiente, inicialmente se pesó el
recipiente vacío. Luego se llenó el recipiente, colocándolo previamente sobre
una balanza, seguidamente se colocaron pequeñas cuñas en su base para
nivelar y se utilizó la superficie libre del agua dentro del recipiente como
indicador de nivel; finalmente se completó con agua hasta que estuviese a
punto de derramarse. Se anotó el peso. Determinando así el peso neto del
agua en el recipiente, luego se midió la temperatura con la cual se pudo
determinar el peso unitario de las tablas.
En cuanto, a la determinación del peso unitario compacto, se llenó la
tercera parte del recipiente con el agregado y se compactó aplicando 25
69
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
golpes con la barra compactadora, distribuyendolos de manera uniforme.
Completando asi las dos terceras partes, se repete el proceso de
compactacion. Finalmete se llena el recipiente hasta rebosar y se enrasa con
una regla, luego se obtiene peso del recipiente mas el agregado y con este
calculamos el peso unitario, dividiendo el peso neto del agregado entre el
volumen del recipiente.
Para la determinacion del peso unitario suelto, se llena el recipiente
con la pala hasta rebosar y se descarga el agregado desde una altura no
mayor de 5 cm por encima de la parte superior del recipiente. Se desecha el
agregado sobrante, enrasando con una reglilla , finalmente se obtiene el
peso del recipiente con el agregado y se calcula el peso unitario.
Se obtuvieron los siguientes resultados:
Tabla N° IV.6. Resultados de la Calibración
Resultados de Calibración
Peso envase 3659 gr
Peso Agua+ envase 8585 gr
Temperatura 26°C
Peso Unitario H2O 0.9968 gr/cm3
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
70
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV.7. Agregado fino.
Agregado Fino
Peso Suelto + envase 11765 gr
Peso Compacto + envase 12030 gr
Peso Neto Suelto 8106 gr
Peso Neto Compacto 8371 gr
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
71
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV.8. Agregado Grueso.
Agregado Grueso
Peso Suelto + envase 10635 gr
Peso Compacto + envase 11300 gr
Peso Neto Suelto 6976 gr
Peso Neto Compacto 7641 gr
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
72
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Ensayo para determinar la resistencia al desgaste en agregados
gruesos por medio de la máquina de los ángeles (C.C.C.A Ag 13 y Ag
14)
Equipos:
Máquina de los Ángeles: Cilindro hueco de acero cerrado en ambos
extremos y con una apertura para introducir la muestra y la carga
abrasiva que consiste de esferas de acero de aproximadamente 4.7
cm de diámetro y con peso entre 390 y 445 gr.
Cedazos de 1",3/4",1/2”, 3/8", #8 y # 12.
Balanza.
Muestra de ensayo: 5000 gr, con las siguientes gradaciones indicadas
en la tabla a continuación:
Tabla N° IV.9. Peso de Agregado Grueso.
Tamiz Peso
1" 1250 gr
3/4" 1250 gr
1/2" 1250 gr
3/8" 1250 gr FUENTE: Flores y Reyes (2012)
Con una carga abrasiva de:
Tabla N° IV.10.Carga Abrasiva.
Gradación N° de
Esferas Peso
Carga (g)
A 12 5000 ±25
B 11 4584 ±25
C 8 3330 ±20
D 6 2500 ±15
FUENTE: Jaime Font. Materiales y Ensayos
73
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Se Introduce la carga abrasiva y la muestra de ensayo en la máquina
de los ángeles, cerrando la tapa herméticamente, luego se coloca el contador
de la máquina para 500 revoluciones pulsando el botón de arranque de la
máquina. Cuando se detenga la máquina, se quita tapa y se gira el tambor,
manualmente, para descargar el material sobre la bandeja que se encuentra
debajo de la máquina, con la ayuda de un cepillo se saca todo el polvo del
interior. Ensamblando un cedazo #8 sobre un cedazo #12, luego se procede
al cernido del material. Finalmente se pesa el material que paso por el tamiz
#12; este es el porcentaje de desgaste.
Se obtuvieron los siguientes resultados:
Ensayo para determinar la humedad superficial en el agregado fino y
ensayo para determinar los vacios en agregados para concreto.
(C.C.C.A Ag 19 y 20)
Luego se realizó el ensayo de la humedad superficial en el agregado
fino. La humedad superficial es una característica de los agregados que
puede ser controlada, ya que pueden realizarse las correspondientes
correcciones de los pesos de los agregados y del agua que precisa su
diversidad.
Peso Retenido en el tamiz N° 12 = 3950 gr
%desgaste = %5000
39505000
%desgaste =21%
74
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Equipos:
Balanza.
Picnometro o frasco volumétrico graduado.
Muestra: 500 gr.
Se Llena el envase con agua hasta la marca y se obtiene su peso.
Luego se Vacía parcialmente el envase, colocando la muestra previamente
pesada, se agita para eliminar el aire atrapado. Se completa con agua hasta
la marca y se pesa de nuevo. Finalmente se determina el peso del agua
desplazada por la muestra. Se Calcula el porcentaje de humedad superficial
referido al agregado saturado con superficie seca y los vacios presentes en
el agregado.
Se obtuvieron los siguientes resultados:
Donde:
W2 = Peso del picnómetro lleno de agua en gramos.
W= Peso de la muestra en gramos.
W1= Peso del picnómetro con la muestra y el agua en gramos.
Luego calculamos en porcentaje de humedad superficial referido al agregado
con superficie seca.
75
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Posteriormente calculamos los vacios en el agregado con la siguiente
ecuación:
Donde:
P: Porcentaje de vacios.
G: Peso específico del agregado.
Peso unitario del agua.
W4: Peso unitario del agregado suelto.
γ
γ
76
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Cemento.
El Cemento utilizado para la elaboración del diseño fue cemento
Portland Tipo I.
Agua
El agua utilizada es la proporcionada por Hidrócentro, obtenida del
laboratorio de Ensayos de Materiales, lugar donde se realizaron las mezclas
y por consiguiente los cilindros de prueba y el mortero de cemento. La misma
es apta para el consumo humano y elaboración de concreto.
IV.2 Diseño de Mezcla
El diseño de mezcla empleado está basado en la metodología
expuesta en el “Manual del Concreto Estructural” conforme a las normas
COVENIN 1753-2003 de Porrero, Ramos, Grases y Velazco. El mismo
expresa tener un carácter general, lo cual nos sirve de punto de partida para
alcanzar con mayor facilidad la combinación adecuada de las cantidades de
los componentes del concreto. Las variables fundamentales consideradas
por el método son: dosis de cemento, trabajabilidad, relación agua/cemento y
resistencia.
IV.2.1 Resistencia media
Para la realización de este trabajo se decidió tomar 210Kg/cm2 como
resistencia media. Para la resistencia de cálculo la obtenemos de la siguiente
expresión:
f’c = Rdiseño- Z.σ
Rdiseño ≥ Rcalculada + Zσ
77
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Donde: Z depende de la fracción defectuosa, como no se dispone de
una información estadística previa, y asumiendo agregados de buena calidad
y se emplea una mezcladora se elige una fracción defectuosa del 10%.
f’c = Resistencia de calculo
Z = Fracción defectiva
σ = Desviación estándar
Para una fracción defectuosa del 10%, tenemos que Z= 1,282
La desviación estándar según el control de laboratorio, en este caso
es σ = 35Kg/cm² (grado de control bueno), debido a que:
Se toma algún lote de agregado y se le determina el índice
granulométrico, se le fijan los límites de aceptación.
Se controla la humedad de los agregados.
Se dosifica en peso con sistemas automáticos.
Se rechazan las mezclas que no estén dentro de los límites
establecidos.
No se permite añadir agua posteriormente al mezclado.
Para una resistencia calculada de 210 Kg/Cm²
Este valor de resistencia media para el diseño de mezcla de concreto,
se realiza de manera que en la obra no sean superadas las fracciones
defectivas asumidas.
Rdiseño = Rcalculada + Zσ
Rdiseño =210 Kg/cm² + (1,282 * 35 Kg/cm²) = 254,87
Kg/cm²
78
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
IV.2.2 Ley de Abrams
Esta ley experimental establece que la resistencia de una mezcla de
concreto, viene determinada por la proporción de la cantidad de agua y de
cemento que se añade a dicha mezcla y esta resulta ser inversamente
proporcional.
Para la determinación de α teórico utilizamos la siguiente ecuación:
Para una resistencia calculada de 210 Kg/Cm²
R28D = 254,87Kg/cm2
Se Obtuvo:
Se tiene que αt= 0,58
El valor de α debe ser ajustado con factores de corrección que
dependen del tipo de agregado y tamaño máximo.
Para una resistencia calculada de 210 Kg/Cm²
Tabla N° IV.11.Valores Normativos de Kr.
Tamaño Máximo Nom. 1/2” a 1” 1 1/2”. 2” 3”
Kr. 1.00. 0.91 0.82 0.74
FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos
(
)
( )
(a/c) corregida = (αt)*Kr*Ka
79
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV.12. Valores Normativos de Ka.
Tabla de
Corrección A/C por
tipo Agregados.
Valores de Ka.
Piedra
Picada.
Canto Triturado. Canto
Rodado.
• Arena
Natural.
• Arena
Triturada.
• 1.00.
• 1.14.
• 0.97.
• 1.10.
• 0.74.
• 0.93
FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos
Tamaño máximo de agregado= 1”, obtenemos un Kr = 1
Ka según tipo de agregado: Piedra Picada y arena natural, se tiene un Ka=1
IV.2.3 Relación triangular
Esta relación asocia la trabajabilidad (T) determinada mediante el
cono de Abrams, con dos parámetros importantes en el diseño de mezcla
como lo son las dosis de cemento “C” y la relación agua cemento “α” a través
de la expresión:
En donde K, m y n son constantes que dependen de las
características de los componentes de la mezcla, para los materiales
(a/c) corregida = (0,58)*1*1 = 0,58 Lt/Kg
x
80
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
utilizados: Piedra picada, Tamaño máximo 1”, Arena Natural y Cemento
Pórtland tipo I.
Con T y a/c se haya el contenido de Cemento con la ecuación:
El valor de la trabajabilidad fue prefijado en 10 cm conocidos los
valores de α y T, la dosis de cemento calculada es:
Para una resistencia calculada de 210 Kg/Cm²
Análogamente en la relación agua cemento, el cemento debe ser
ajustado por factores de corrección.
Para una resistencia calculada de 210 Kg/Cm²
C1= 1 debido al tamaño máximo de los agregados = 1”.
C2= 1 debido al tipo de agregado= arena natural y piedra picada.
C corregida = (343,93 Kg /m³)*(1)*(1) = 343,93 Kg /m³
IV.2.4 Proporción entre agregados finos y gruesos
La relación β es el cociente entre la arena y el agregado total,
expresado generalmente en porcentaje y definido por:
Kg /m³
C corregida = C*C1*C2
β = A/(A+P)
81
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
El valor de β empleado en esta investigación es de 0,55, valor que
cumple con los límites granulométricos recomendados por la Norma
COVENIN 255 según el tamaño máximo del agregado.
Donde:
A = arena
P = piedra y están expresados en Kg /m³
Se obtiene la ecuación:
IV.2.5 Contenido de agua
Para garantizar la relación agua/cemento establecida, el volumen del
agua se obtiene a través de la siguiente fórmula:
a = C*α
Para una resistencia calculada de 210 Kg/Cm²
acorregida= C corregida*(a/c)corregida = (343,93 Kg /m³)*(0,58 Lt/Kg)
acorregida= 199,48 Lt/m³ de Agua.
IV.2.6 Aire atrapado en la mezcla
Debido a la compactación del concreto, siempre queda volumen de
aire atrapado, el cual se puede estimar sobre la base del tamaño máximo del
agregado y el contenido de cemento en la mezcla, según se expresa:
Donde:
P = 0,818A
V = C / P
82
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
V = Aire atrapado en l/m³
C = Dosis de cemento
P = Tamaño máximo del agregado expresado en mm.
Para una resistencia calculada de 210 Kg/Cm²
IV.2.7 Dosificación de los agregados
La condición de volumen para un metro cúbico de muestra se define
mediante la expresión:
Donde por retracción
Ecuación de condición de volumen Σvi = 1m³ = 1000 Lt
Para una resistencia calculada de 210 Kg/Cm²
γA = Peso especifico de la arena = 2, 6Kg/dm³.
γP = Peso especifico de la piedra = 2, 54Kg/dm³.
Va+Vc+Vp+Vaire+Vaire atrapado = 1000
Va = a/γa = a
Vc = C/γc
Vc= 0,29C
a + 0,29C + A/γA + P/ γP + 4,2*10^(-2)*(C/TM) = 1000
83
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
C = Cantidad de cemento = 343,93 Kg /m³
TM = Tamaño máximo en pulgadas = 1”
a = Proporción de agua = 199,48 Lt/m³
Se tiene que:
(199, 48/1) + (343, 93 x 0, 29) + (A/2, 6) + (P/2, 54) + (10 x 1, 44) = 1000
Se tiene que:
La ecuación de condición de volumen para un metro cúbico, junto con
la ecuación obtenida con beta, forma un sistema de dos ecuaciones con dos
incógnitas, con ellas se puede determinar las dosis de piedra y de arena.
Dosificación de Arena
Para su determinación nos valemos de la siguiente expresión:
Sustituyo II en I
0,385A + 0,394(0,87A) = 700,78
0,385A + 0,34A = 700,78
0,73A =700,78
A = 959,97 Kg de arena por m³ de concreto.
0,385A + 0,394P = 700, 78
A= (P+A)* β
P = 0,818A
I
II
84
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Sustituyo A = 959,97 en II
P = 0,87(959,97)
P = 835,12 Kg de piedra por m³ de concreto
Tabla N° IV.13.Dosificación obtenida para 1 m3 de concreto.
Material Rc= 210 Kg/cm2
Cemento 343,93
Agua 199,48
Piedra 835,12
Arena 959,97 FUENTE: Flores y Reyes (2012)
IV.3.-Proceso Estadístico Iterativo para el Cálculo del Número de
Muestras:
Asumiendo un número infinito de muestras y una fracción defectuosa
del 10%, se obtiene el valor de t Student.
Tabla N° IV.14.Fracciones defectivas y valores correspondientes de la
variable tipificada Z.
Fracción Defectuosa % Z
20 0,842
16 1,000
10 1,282
9 1,341
5 1,645 FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos
85
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
(n – 1) = ∞, FD = 10% t = 1,282
Se obtiene una desviación estándar de las Normas de control para
resistencias a compresión del concreto, el cual se asumió con un buen
control de campo.
Tabla N° IV.15.Normas de control para la resistencia a compresión en el
concreto.
Clase de
Operación
Grado de Control para el Concreto
Excelente Muy
Bueno Bueno Regular Pobre
Variaciones Totales. Desviación Estándar, en Kgf/cm2
Control de Campo Menor de 25 25 - 35 35 - 40 40 - 50 Mayor
de 50
Control de
Laboratorio Menor de 15 15 - 17 17 - 20 20 - 25
Mayor
de 25
Variaciones entre Ensayos. Coeficiente de Variación, en Porcentaje
Control de Campo Menor de 3 3 - 4 4 – 5 5 - 6 Mayor
de 6
Control de
Laboratorio Menor de 2 2 - 3 3 – 4 4 - 5
Mayor
de 5
FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos
Obteniendo como resultado
σ = 35
(
)
86
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV.16.Valores de la t student para varios niveles de
probabilidad y fracciones defectuosas.
Numero de
muestras menos
uno (n-1)*
Porcentaje de ensayos en el rango X
60 80 90 95 98
Probabilidad de caer bajo el límite inferior (FD)
20% 10% 5% 2,50% 1%
1 1,376 3,078 6,314 12,706 31,821
2 1,061 1,886 2,920 4,303 6,965
3 0,978 1,638 2,353 3,182 4,541
4 0,941 1,533 2,132 2,776 3,747
5 0,920 1,476 2,015 2,571 3,365
6 0,906 1,440 1,943 2,447 3,143
7 0,896 1,415 1,895 2,365 2,998
8 0,889 1,397 1,860 2,306 2,896
9 0,883 1,383 1,833 2,262 2,821
10 0,879 1,372 1,812 2,228 2,764
15 0,866 1,341 1,753 2,131 2,602
20 0,860 1,325 1,725 2,086 2,528
25 0,856 1,316 1,708 2,060 2,485
30 0,854 1,310 1,697 2,042 2,457
∞ 0,842 1,282 1,645 1,960 2,326
FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos
E = se asume E = 15
n ≈ 9 Grupos
Para (n-1) = (9-1) = 8
(
) = 8,948
87
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Α = 80% se obtuvo que t = 1,397
n ≈ 11 Grupos
Para (n-1) = (11-1) = 10
Α = 80% se obtuvo que t = 1,372
n ≈ 10 Grupos
Para (n-1) = (10-1) = 9
Α = 80% se obtuvo que t = 1,383
n ≈ 10 Grupos
Luego de la iteración, se toma un número de 10 grupos de muestras
para la investigación.
IV.4.-Proceso Estadístico Iterativo para el Cálculo del Número de
Cilindros por Muestra.
De igual manera se asume un número infinito de muestras y una
fracción defectuosa de 10%, se obtiene el valor de t Student
(n – 1) = ∞, FD = 10% t = 1,282
Se obtiene un coeficiente de variación de las Normas de control para
resistencias a compresión del concreto, el cual se asumió con un buen
control de campo V = 4.
(
) = 10,625
(
) = 10,24
(
) = 10,41
88
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
e = Error, comprendido entre 5 y 10, se asume como 9
n ≈ 1 Cilindro
Para (n-1) = (1-1) = 0 ≈ 1
α = 80% se obtuvo que t = 3,078
n = 2 Cilindros
Para (n-1) = (2-1) = 1
α = 80% se obtuvo que t = 3,078
n = 2 Cilindros
Se tomara una muestra de 2 cilindros, con un error de:
Esto da como resultado 10 muestras de 2 cilindros cada una.
Concluyendo que se tiene un espacio muestral definido de la siguiente
manera:
(
)
(
) = 0,32
(
) = 1,8714
(
) = 1,8714
√
√ = % 7058,8
89
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
80 Cilindros de resistencia de diseño 210 Kg/cm².
Los cuales comprenden:
20 cilindros para resistencia de diseño de 210 Kg/cm² curados para
ensayar en condiciones normales a los 28 días.
20 cilindros para resistencia de diseño de 210 Kg/cm² mas mortero de
un espesor de 1cm y una resistencia 100 Kg/cm².
20 cilindros para resistencia de diseño de 210 Kg/cm², curados,
secados y sometidos a fuego para ensayar a los 28 días.
20 cilindros para resistencia de diseño de 210 Kg/cm² mas mortero de
un espesor de 0,5 cm y una resistencia 100 Kg/cm². Curados,
secados y sometidos a fuego para ensayar a los 28 días.
IV.5. Equipo utilizado.
1. Mezcladora de Concreto de Capacidad 35L.
2. Balanza.
3. Carretilla.
4. Pala.
5. Cuchara.
6. Cilindro Graduado.
7. Molde Tronco-cónico.
8. Barra Compactadora de Acero de 5/8” de diámetro.
9. Moldes Cilíndricos.
10. Prensa.
11. Reverbero.
12. Termocupla de cromo-aluminio tipo K.
13. Termómetro infrarrojo- pirómetro.
14. Sujetador de cilindros.
90
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
15. Guantes de carnaza.
IV.6.- Mezclado.
Se define como mezclado, al conjunto de operaciones que se deben
ejecutar sobre los materiales como la arena, piedra, agua y cemento para así
garantizar la homogeneidad de la mezcla, tratando que los mismos se
distribuyan uniformemente. Este conjunto de operaciones puede ser
realizado de forma manual o mecánica, siendo esta última la que brinda
mejor resultado. En este caso se utilizó una mezcladora de eje de inclinación
variable con capacidad efectiva de 35 L.
Teniendo en cuenta la capacidad de la mezcladora se trató que los
materiales se combinaran lo más uniforme posible. Para ello se agregaron
primero la piedra y la mitad de la dosificación del agua, luego la arena, el
cemento y por último lo que restaba de agua, la cual se fue agregando poco
a poco para así garantizar que la misma se mezclara correctamente con los
otros componentes y a su vez garantizar, que el asentamiento fuese el
requerido.
La ejecución del mezclado se realizó de acuerdo a lo descrito en el
método referente al mezclado del concreto en el laboratorio COVENIN
354:2001, el cual recomienda, mezclar los materiales durante tres (3)
minutos, seguidos de tres minutos de reposo, tiempo que se aprovecha para
realizar el ensayo del cono de Abrams según lo establecido en la norma
COVENIN 339:1994, para verificar, el asentamiento requerido y si es
necesario un ajuste final en la cantidad de agua y, finalmente, dos (2)
minutos más de mezclado.
91
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
IV.7.- Medición del asentamiento con el cono de abrams.
Se colocó en el molde cónico sobre una superficie plana no
absorbente, lisa, húmeda y nivelada; parado con cada pie en la aletas
inferiores del cono para sostenerlo firme en su sitio; colocamos mezcla de
concreto en el cono a 1/3 de su volumen, compactamos golpeando 25 veces
en forma espiral de afuera hacia adentro con una barra de acero de 5/8” de
extremo redondeado, añadimos más muestra hasta alcanzar 2/3 del volumen
del cono y repetimos el procedimiento.
Llenamos el cono hasta rebosar su extremo superior y de nuevo
compactamos con 25 golpes; quitamos el exceso de concreto del tope del
cono con una cuchara de albañil de tal forma que el cono queda
completamente lleno y a ras del borde, limpiamos el exceso de la parte
inferior del recipiente.
Una vez terminada la etapa anterior, se levantó cuidadosamente en dirección
vertical, realizando esta operación en aproximadamente 5 segundos,
evitando los movimientos laterales sin hacer interrupción.
Colocamos la barra de acero horizontalmente sobre el cono en posición
invertida en tal forma que la extensión de la barra sobresalga del diámetro
del cono y quede por encima de la muestra de concreto. Inmediatamente
medimos la distancia entre la cara inferior de la barra y el centro tope original
de la muestra. Esta distancia representa el asentamiento del concreto.
IV.8.- Toma de cilindros.
La finalidad de este procedimiento es preparar las probetas cilíndricas
de concreto endurecido para su posterior ensayo .Para la toma de cilindros
se utilizaron moldes de acero de 15 cm de diámetro por 30 cm de alto, con
plataforma o base fija; se procedió a llenar los moldes en grupos de cuatro,
92
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
correspondiente a la mezcla y en tres capas iguales cada uno, compactando
cada capa 25 veces con una barra de acero de 5/8” de extremo redondeado,
distribuyendo los golpes uniformemente sin llegar a la capa inferior. A la
última capa se le agregó un pequeño exceso de concreto con el fin de poder
enrasar y conseguir una superficie lisa y nivelada; para evitar posibles vacíos
internos golpeamos ligeramente los lados del molde, para de esta manera
liberar algunas burbujas de aire atrapado.
Después de transcurrir 24 horas de haber sido tomadas las muestras, se
procedió a sacar del molde los respectivos cilindros, realizando esta
operación con sumo cuidado.
Este procedimiento fue desarrollado bajo las normas de COVENIN
338:2002, las cuales son normas confiables, aprobadas que darán valores
indicativos de uniformidad y calidad potencial.
IV.9.- Curado.
El proceso de curado se realizó retirando de las muestras, los moldes
cilíndricos. Luego las mismas fueron llevadas hasta un tanque de curado,
donde permanecieron hasta el momento de ser ensayadas. Hay que
destacar que las probetas deben permanecer totalmente sumergidas con el
fin de protegerlas de las pérdidas de agua por efecto de la temperatura.
Según COVENIN 338:2002.
IV.10.- Medición de cilindros.
El día que son realizados los ensayos a compresión de los cilindros,
estos son sometidos a procedimientos de medición en el cual se determina el
93
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
diámetro de los cilindros y la altura de los mismos, siendo el diámetro del
cálculo el promedio de los diámetros ortogonales.
Todo este procedimiento de efectúa antes de realizar el ensayo a
compresión a cada uno de los cilindros ya que, estas medidas generalmente
varían con respecto a los moldes donde se elaboran los cilindros.
IV.11. Diseño y elaboración de mezcla de mortero y la fabricación
de probetas cubicas normalizadas.
Según la Cátedra de Ingeniería Rural de la Escuela Universitaria de
Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real, la mezcla de cemento, arena y
agua es uno de los aglomerados más resistentes en albañilería, ya que
proporciona gran sujeción; en el siguiente trabajo Se fijo una resistencia de
diseño a estudiar igual a 100 kg/m2, para la cual se usaron porciones en
volumen igual a 1:4 (1: cemento , 4: arena).
Se coloco la arena cernida en forma de montaña y se le añadió
cemento portland; luego se removió la mezcla con una pala haciendo como
mínimo tres batidas. Cuando la mezcla tomo un color gris uniforme, se abrió
en el centro del montón un hueco en el que se vertió el agua poco a poco;
además se controlo la humedad de la masa añadiendo el agua necesaria
hasta que el mortero quedo untuoso y listo para su empleo.
Antes de comenzar a trabajar, se dejo reposar la pasta unos minutos.
Después se procedió a la colocación del mortero sobre la superficie de los
cilindros de concreto, inicialmente se le coloco una capa de salpicaduras; la
cual ayudaría a la adherencia del mismo sobre la superficie del cilindro, luego
que esta se seco, se le coloco la capa de mortero de cemento, distribuida lo
más uniforme posible.
94
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Se obtuvieron finalmente, 20 cilindros de 1cm de espesor de mortero y
los otros 20 de 0.5cm. Estos se dejaron secar por 7 días para luego ser
sometidos al fuego.
Por otra parte, se sometieron a compresión 20 cubos de mortero de 5
cm de lado, de acuerdo al siguiente procedimiento enunciado en la Norma
COVENIN 484-93. “Cemento Portland. Determinación de la Resistencia a la
Compresión de Morteros en Probetas Cúbicas de 50,8 mm de Lado:
Se limpió el molde metálico y se aplicó una capa de aceite en las
superficies de contacto.
Se colocó en cada compartimiento del molde una capa de mortero de
2.5 cm de espesor, aproximadamente, y se compactó con un pisón de
plástico 16 veces. Esta compactación se efectúa en 2 ciclos de 8 golpes
adyacentes repartidos en la superficie del mortero, aplicando cada ciclo en
dirección perpendicular con respecto a la anterior.
Luego se colocó otra capa de mortero hasta llenar el molde,
compactándola en la forma descrita anteriormente. Una vez completados los
32 golpes a un compartimiento se continúa con el siguiente.
Finalmente se enrasó la superficie con respecto al borde superior del
molde. Después de 24 horas se retiraron los cubos del molde y se
sumergieron en agua limpia.
IV.12.-Ensayo al fuego de probetas
Las probetas luego de ser secadas, fueron sometidas a fuego directo,
durante 30 minutos. Para este procedimiento de utilizo un reverbero a gas,
colocando en forma horizontal a las probetas, exponiéndolas directamente al
fuego.
95
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
IV.13.-Medición de temperatura de probetas
Inmediatamente después de la exposición al fuego, se procedió
mediante una termocupla de aluminio y cromo tipo K y termómetro infrarrojo-
pirómetro a medir la temperatura alcanzada por las probetas. Este proceso
se realizo con muchísimo cuidado, dadas las temperaturas alcanzadas, con
un promedio de 190°C y un máximo 220°C, utilizando guantes de carnaza.
IV.14.-Enfriamiento de probetas
Luego de la medición de temperatura, se procedió a enfriar las
probetas utilizando el sistema de choque térmico, que consiste en sumergir
en un tanque de agua a temperatura ambiente de 27 °C a las probetas,
utilizando un sujetador de probetas. Este proceso se realizó con mucha
seguridad y cuidado. Este enfriamiento se realizo durante 30 minutos. Luego
se sacaba del tanque y se dejaba reposar durante otros 30 minutos más.
Para luego ser sometidas al ensayo de compresión.
IV.15.- Ensayo a compresión.
Para la realización del ensayo a compresión se utilizó una maquina de
tipo mecánico, accionada manualmente. El procedimiento para la realización
del ensayo consiste en colocar los cilindros en la máquina tratando que el
mismo quede centrado con respecto al pistón que comprime al cilindro. Al
accionar la máquina, el pistón comienza a avanzar y se comienza a registrar
la carga aplicada al cilindro de concreto y se detiene cuando el cilindro falla.
96
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
La resistencia a la compresión de cada cilindro viene dada como el
cociente entre la carga máxima y el área de la sección media del mismo y, se
calcula por la siguiente ecuación:
IV.16.Ensayo de probetas cúbicas de mortero en condiciones
normales.
El ensayo de compresión se realizó a los 28 días, secando los cubos
superficialmente, quitando los granos de arena y las incrustaciones de las
caras que estarán en contacto con los cabezales de la máquina, siendo estas
caras las que estuvieron en contacto con las paredes verticales de los
moldes.
El cubo se colocó centrándolo en el cabezal inferior de la máquina de
compresión. La velocidad de desplazamiento entre los cabezales fue de
1mm/minuto.
Finalmente se registró la carga máxima indicada por la máquina; para
calcular la resistencia a compresión se usó la siguiente fórmula:
Donde:
Pu = Carga máxima registrada.
A = Área de la sección transversal del cubo.
σu = Resistencia a compresión.
97
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
IV.17. Resultados de los ensayos
Tabla N° IV.17. Resultados resistencia a compresión a los 28 días, Rc=
210 kg/cm2 en condiciones normales.
N°
Carga
Máxima
(ton)
L
(cm) D (cm) A (cm
2)
Carga
Máxima
Probeta
(Kg)
Resistencia
Probeta
(kg/cm2)
Resistencia
Muestra
(kg/cm2)
1 40.12 30 15 176.715 40120 227.03
215.63 36.091 30 15 176.715 36091 204.23
2 39.63 30 15 176.715 39630 224.26
238.265 44.58 30 15 176.715 44580 252.27
3 40.215 30.02 15 176.715 40215 227.57
239.895 44.571 30 15 176.715 44571 252.22
4 38.526 30 15 176.715 38526 218.01
216.635 38.04 30 15 176.715 38040 215.26
5 42.423 30 15.2 181.458 42423 233.79
237.19 45.397 30 15.5 188.692 45397 240.59
6 44.05 30.5 14.9 174.366 44050 252.63
234.74 38.321 30 15 176.715 38321 216.85
7 38.86 30.2 15 176.715 38860 219.9
215.345 37.25 31 15 176.715 37250 210.79
8 40.316 30.5 15 176.715 40316 228.14
227.415 40.06 30.2 15 176.715 40060 226.69
9 38.13 29.6 15 176.715 38130 215.77
229.52 41.851 30 14.8 172.034 41851 243.27
10 37.19 30 15 176.715 37190 210.45
213.155 38.146 30.4 15 176.715 38146 215.86
Resistencia
Promedio
(kg/cm2)
226.779
Desviación 14.71252202
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
98
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.4. Resistencia del concreto a los 28 días, Rc= 210
kg/cm2 en condiciones normales.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Rc (
Kg
/cm
²)
Muestra
RESISTENCIA DEL CONCRETO A LOS 28 DIAS ,RC= 210 KG/CM2 EN CONDICIONES NORMALES
RESISTENCIA DEL CONCRETO A LOS 28 DIAS RC= 210 KG/CM2 EN CONDICIONES NORMALES
99
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV.18. Resistencia al fuego de Probetas
Carga Máxima Probeta
(Kg)
Resistencia Probeta (kg/cm2)
Resistencia Muestra (kg/cm2)
26250 144,66 156,59
30580 168,52
34825 191,92 183,64
31820 175,36
32505 179,13 172,64
30150 166,15
32170 177,29 168,485
28975 159,68
35500 195,64 187,76
32640 179,88
33735 185,91 178,815
31160 171,72
36810 202,86 189,535
31975 176,21
32970 181,69 175,065
30565 168,44
31320 172,6 181,39
34510 190,18
35150 193,71 182,935
31240 172,16
Resistencia Promedio (kg/cm2)
177,6855
Desviación 13,53236995
100
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.5. Resistencia del Concreto a los 28 días Rc = 210
kg/ cm2 sometido al fuego.
FUENTES: Flores y Reyes (2012)
0
50
100
150
200
250
300
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Rc
(Kg
/cm
2)
Muestra
RESISTENCIA DEL CONCRETO A LOS 28 DÍAS RC= 210 KG/CM2 SOMETIDOS AL FUEGO
RESISTENCIA DEL CONCRETO A LOS 28 DÍAS RC= 210 KG/CM2
SOMETIDOS AL FUEGO
101
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.6. Comparación de Resistencias.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
Tabla N° IV.19. Resumen de resultados para concreto Rc= 210 Kg/cm2
Resistencia a los 28 días
Condiciones Normales
Sometido a fuego
Rprom (kg/cm2)
σ (kg/cm2)
Rprom (kg/cm2)
Σ (kg/cm2)
Rc=210 Kg/cm2
226.779 14.71252202 177.6855 13.5323
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
0
50
100
150
200
250
300
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
RC
(kg
/cm
2)
Muestra
Comparación de Resistencias
28 días
Sometido al Fuego
102
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV.20. Resistencia de Probetas Cúbicas de mortero de 100
kg/cm2
N° Carga
Máxima (ton)
A (cm2)
Carga Máxima Probeta
(Kg)
Resistencia Probeta (kg/cm2)
Resistencia Muestra (kg/cm2)
1 2.8 24.5 2800 114.29
100.185 2.152 25 2152 86.08
2 2.513 25 2513 100.52
104.26 2.7 25 2700 108
3 2.9 25 2900 116
114.92 2.846 25 2846 113.84
4 2.65 25 2650 106
103 2.45 24.5 2450 100
5 2.456 24 2456 102.33
103.985 2.641 25 2641 105.64
6 2.8 25 2800 112
110 2.7 25 2700 108
7 3.4 25 3400 136
129.305 3.004 24.5 3004 122.61
8 3 25 3000 120
118.98 2.89 24.5 2890 117.96
9 2.8 25 2800 112
108.2 2.61 25 2610 104.4
10 2.584 25 2584 103.36
107.695 2.635 23.52 2635 112.03
Resistencia promedio (kg/cm2) =
110.053
Desviación 8.822426033
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
103
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.7.Resistencia de Probetas Cúbicas de mortero de
100 kg/ cm2
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
0 2 4 6 8 10 12
Rc (K
g/cm
2)
Muestra
Resistencia de Probetas Cúbicas de
mortero de 100 kg/ cm2
Resistencia de Probetas Cúbicas de mortero de 100
kg/cm2
104
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV.21. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 1 cm.
N° Carga
Máxima (ton)
A (cm2) Resistencia
Probeta (kg/cm2)
Resistencia Muestra (kg/cm2)
1 37.67 201.062 187.36
191.91 39.5 201.062 196.46
2 35.49 201.062 176.51
175.715 35.17 201.062 174.92
3 37.725 201.062 187.63
181.735 35.355 201.062 175.84
4 39.53 201.062 196.61
185.17 34.93 201.062 173.73
5 36.005 201.062 179.07
186.295 38.91 201.062 193.52
6 35.075 201.062 174.45
178.14 36.56 201.062 181.83
7 36.525 201.062 181.66
170.235 31.93 201.062 158.81
8 35.11 201.062 174.62
180.715 37.56 201.062 186.81
9 40.556 201.062 201.71
180.805 32.15 201.062 159.9
10 39.55 201.062 196.71
199.765 40.78 201.062 202.82
Resistencia Promedio (kg/cm2)
183.0485
Desviación 12.5407917
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
105
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.8. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de
1 cm.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
0 5 10
Rc
(Kg/
cm²)
Muestra
Resistencia al Fuego de Probetas con Mortero de Cemento de 1 cm
Resistencia al fuego deProbetas con mortero decemento de 1 cm
106
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV.22. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 0,5 cm.
N° Carga
Máxima (ton)
A (cm2) Resistencia
Probeta (kg/cm2)
Resistencia Muestra (kg/cm2)
1 32.025 188.692 169.72
166.42 30.78 188.692 163.12
2 32.37 188.692 171.55
167.855 30.975 188.692 164.16
3 32.505 188.692 172.26
184.57 37.15 188.692 196.88
4 34.925 188.692 185.09
176.86 31.82 188.692 168.63
5 35.5 188.692 188.14
180.56 32.64 188.692 172.98
6 37.735 188.692 199.98
189.82 33.9 188.692 179.66
7 37.81 188.692 200.38
184.92 31.975 188.692 169.46
8 34.97 188.692 185.33
184.255 34.565 188.692 183.18
9 31.32 188.692 165.98
177.085 35.51 188.692 188.19
10 38.15 188.692 202.18
192.945 34.665 188.692 183.71
Resistencia Promedio (kg/cm2)
180.529
Desviación 12.6834276
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
107
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.9.Resistencia al fuego de Probetas con mortero de
0,5 cm.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Rc
(Kg/
cm²)
Muestra
Resistencia al Fuego de Probetas con Mortero de Cemento de 0.5 cm
Resistencia al fuego deProbetas con mortero decemento de 0.5 cm
108
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla IV.23. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas
frisadas con 1 cm de Mortero.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
N° Temperatura Cara inferior
(C°)
Temperatura Cara Superior
(C°)
1 180 63
186 65
2 180 48
184 39
3 185 35
188 36
4 180 37
175 39
5 180 35
182 38
6 175 60
180 38
7 182 40
183 33
8 181 45
187 37
9 180 35
188 37
10 189 36
183 34
Temperatura Promedio
(ºC) 182.4 41.5
Cara Inferior Cara Superior
109
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.10. Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de
las Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de Mortero.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
140
160
180
200
220
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Muestra
Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de las Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de
Mortero
Temperatura en laCara Inferior
110
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.11. Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de
las Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de Mortero.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
10
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Muestra
Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de las Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de
Mortero.
Temperatura en laCara Superior
111
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV.24. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas
frisadas con 0.5 cm de Mortero.
N° Temperatura Cara inferior
(C°)
Temperatura Cara Superior
(C°)
1 198 30
193 35
2 195 33
205 32
3 206 40
200 39
4 200 41
192 35
5 192 34
220 33
6 202 41
192 31
7 198 36
192 34
8 198 29
199 36
9 190 32
201 42
10 207 37
205 31
Temperatura
Promedio
(ºC) 199.25 35.05
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
112
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.12. Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de
las Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de Mortero.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
140
160
180
200
220
240
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Muestra
Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de las Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de
Mortero
Temperatura en laCara Inferior
113
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.13. Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de
las Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de Mortero.
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
10
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Muestra
Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de las Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de
Mortero.
Temperatura en laCara Superior
114
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Tabla N° IV. 25. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas
Sometidas al Fuego
N° Temperatura Cara Inferior
(C°)
Temperatura Cara Superior
(C°)
1 220 44
188 39
2 190 44
210 39
3 195 36
204 50
4 206 41
200 35
5 200 36
192 33
6 192 41
220 38
7 202 36
192 34
8 189 37
192 36
9 194 32
199 42
10 190 38
200 35
Temperatura Promedio
(°C) 198.75 38.3
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
115
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.13. Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de
las Probetas Cilíndricas
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
140
160
180
200
220
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Muestra
Temperaturas en la Cara Inferior por las Probetas Cilíndricas .
Cara Inferior
116
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Gráfico N° IV.14. Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de
las Probetas Cilíndricas
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
10
20
30
40
50
60
70
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Tem
pe
ratu
ra (
°C)
Muestra
Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de las Probetas Cilíndricas.
Cara Superior
117
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
IV.18. Análisis de los Resultados
Basándonos en la observación de las gráficas y tablas obtenidas del
estudio experimental, inferimos que:
Para la dispersión o variabilidad de los datos, es decir, la desviación
estándar asumida para el cálculo, se cumple con todos los casos obtenidos
en los ensayos, ya sea en condiciones normales o sometidos al fuego. Esto
se puede observar en el siguiente cuadro:
Tabla N° IV.26. Grado de control obtenido en las probetas de concreto
Resistencia del concreto (kg/cm
2)
Σasumida
(kg/cm2)
σensayo
(kg/cm2)
Condición
Resistencia Obtenida (kg/cm
2)
Temp. Superior Promedio
(ºC)
Temp. Inferior
Promedio (ºC)
210
35
14.713 Normal 226.78 - -
35
13.53 Sometido al
fuego 177.68 38.3 198.75
35 12.54
Con mortero
de espesor 1
cm sometidos
al fuego
183.04 41.5 182.4
35 12.68
Con mortero
de espesor 0.5
cm sometidos
al fuego
180.53 35.05 199.25
FUENTE: Flores y Reyes (2012)
118
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
Con estos resultados se puede inferir que se obtuvo un control en el
concreto excelente.
De acuerdo a los resultados de las resistencias promedio de los
cilindros, se observa que la exposición al fuego influye de manera
determinante, ya que se obtiene lo siguiente:
Para los cilindros sometidos al fuego con resistencia de diseño de 210
kg/cm2, a los 28 días, disminuye su resistencia 49.09 kg/cm2, es decir un
21.6 % con respecto a los cilindros en condiciones normales.
Para los cilindros con mortero de 1 cm sometidos al fuego con
resistencia de diseño de 210 kg/cm2, a los 28 días, disminuye su resistencia
43.74 kg/cm2, es decir un 19.28 % con respecto a los cilindros en
condiciones normales.
Para los cilindros con mortero de 0.5 cm sometidos al fuego con
resistencia de diseño de 210 kg/cm2, a los 28 días, disminuye su resistencia
46.25 kg/cm2, es decir un 20.39 % con respecto a los cilindros en
condiciones normales.
Se comprueba que el mortero protege contra el fuego, ya que los
cilindros con mortero de 1 cm sometidos al fuego con resistencia de diseño
de 210 kg/cm2, a los 28 días, incrementaron su resistencia 5.3 kg/cm2, es
decir un 2.93 % con respecto a los cilindros sometidos al fuego.
Se evidencia que el mortero protege contra el fuego, ya que los
cilindros con mortero de 0.5 cm sometidos al fuego con resistencia de diseño
de 210 kg/cm2, a los 28 días, incrementaron su resistencia 2.84 kg/cm2, es
decir un 1.58% con respecto a los cilindros sometidos al fuego.
119
Capítulo IV. Desarrollo Experimental
La mayor temperatura alcanzada por las probetas cilíndricas fue de
220 °C, tal como se observa en la tabla IV.25.
En cuanto a las probetas cúbicas de mortero se obtuvo una resistencia
promedio de 110.053 kg/cm2, con lo cual cumple con la resistencia de diseño
de 100kg/cm2.
Los ensayos realizados demostraron que el concreto tiene una baja
conductividad térmica, fundamentado en los siguientes resultados: La
temperatura superior promedio alcanzada por las probetas cilíndricas sin
mortero fue de 38.3 ºC mientras que las probetas cilíndricas expuestas al
fuego con mortero de espesor 0.5 cm fue de 35.05 º C, obteniendo de esta
manera una diferencia porcentual de 0.00325%.
La temperatura inferior promedio alcanzada por las probetas cilíndricas
sin mortero fue de 198.75 ºC mientras que las probetas cilíndricas expuestas
al fuego con mortero de espesor 0.5 cm fue de 199.25 ºC, obteniendo de
esta manera una diferencia porcentual de 0.005%.
La temperatura superior promedio alcanzada por las probetas
cilíndricas sin mortero fue de 38.3 ºC mientras que las probetas cilíndricas
expuestas al fuego con mortero de espesor 1 cm fue de 41.5 ºC, obteniendo
de esta manera una diferencia porcentual de 0.0032%.
La temperatura inferior promedio alcanzada por las probetas
cilíndricas sin mortero fue de 198.75 ºC mientras que las probetas cilíndricas
expuestas al fuego con mortero de espesor 1 cm fue de 182.4 ºC,
obteniendo de esta manera una diferencia porcentual de 0.16%.
Conclusiones y Recomendaciones
120
Capítulo V. Conclusiones y Recomendaciones
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
El concreto presentó buenas características de resistencia frente al
fuego, ya que fue capaz de resistir una temperatura de 220 °C disminuyendo
su resistencia en 49.09 kg/cm2 . Adicionalmente se comprobó el excelente
material que es el concreto, por la baja conductividad térmica que posee.
Se demostró que el mortero protege a la resistencia del concreto y si
este no lo tiene sufre un daño mayor. Los resultados obtenidos indicaron que
la resistencia de las probetas cilíndricas con mortero de 1 cm que estuvieron
expuestas a las acción del fuego, se incrementó en un 2.93% con respecto a
las probetas cilíndricas normalizadas sometidas al fuego. Además para las
probetas cilíndricas con mortero de 0.5 cm que fueron sometidas al fuego, la
resistencia de estas, se incrementó en un 1.58% con respecto a las probetas
cilíndricas normalizadas sometidas al fuego.
Por otra parte, se apreció que la diferencia entre las resistencia de las
probetas con mortero de 1 cm y 0.5 cm fue de 2.5 kg/ cm2, lo que indica que
el espesor de mortero influye en la protección al fuego.
121
Capítulo V. Conclusiones y Recomendaciones
Recomendaciones
La investigación realizada es un aporte al estudio del efecto del
mortero sobre la resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego,
por lo que se recomienda ampliar la investigación, ya que existen muchas
incógnitas todavía por estudiar como por ejemplo: Evaluación de daños a
distintas temperaturas, variando la intensidad y tiempo de exposición,
Propuestas de ensayos para evaluar los daños producidos en sitio, efecto de
otros morteros sobre la resistencia del concreto a compresión al someterlo al
fuego.
También es recomendable que el experimento se realice con un horno
industrial ya que éste puede exponer toda la superficie del cilindro y así se
podría obtener como varían los resultados cuando la probeta cilíndrica con
mortero es sometida en su totalidad al fuego.
122
Bibliografía
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125
Bibliografía
125
Anexos
ANEXOS
Anexos
Equipos
Molde Tronco-cónico carretilla
Mezcladora de Concreto de Capacidad 35L Moldes Cilíndricos
Anexos
Reverbero Sujetador de cilindros
Termómetro Infrarrojo- pirómetro Termocupla de cromo-aluminio tipo K
Anexos
Bombona de Gas Moldes Cúbicos
Balanza Cedazos
Anexos
Materiales
Piedra Arena
Cemento Agua
Anexos
Ensayos
Elaboración de Mezcla de Concreto Asentamiento
Elaboración de Cilindros de Concreto Curado
Anexos
Compresión Colocación de Friso en Probetas Cilíndricas
Elaboración de Probetas Cubicas Cilindros Frisados
Anexos
Exposición de Probetas Cilíndricas Frisadas al Fuego Traslado de Probetas Cilíndricas
Probetas Cilíndricas Después de la Quema Toma de Temperatura de Probetas Cilíndricas
Anexos
Probetas Cubicas Choque Térmico
Curado de Probetas Cubicas Compresión de Probetas Cilíndricas
Anexos
Compresión de Probetas Cubicas Probetas Cilíndricas sin Friso Expuestas al Fuego
Probetas Cilíndricas después de la Exposición al Fuego Compresión de Probetas Cilíndricas sin Friso