DISEÑO DE MEZCLA PARA CONCRETO PERMEABLE CON …

DISEÑO DE MEZCLA PARA CONCRETO PERMEABLE

CON FIBRA DE VIDRIO

ANGIE MICHELL BELTRÁN MARTINEZ

SUSANA STEFANIA VILLALBA ZAMUDIO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES POR CICLOS

PROPEDÉUTICOS

BOGOTÁ

2020

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA

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DISEÑO DE MEZCLA PARA CONCRETO PERMEABLE CON

FIBRA DE VIDRIO


20162379180


20171379037

Proyecto de grado en la modalidad de monografía, para optar por el título de Tecnóloga en

construcciones civiles

Tutor Ing. Milton Mena Serna


FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN CONSTRUCCIONES CIVILES POR

CICLOS PROPEDÉUTICOS

BOGOTÁ

2020


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DISEÑO DE MEZCLA PARA CONCRETO PERMEABLE CON

FIBRA DE VIDRIO

MONOGRAFÍA

PRESENTADA POR:



PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE:

TECNÓLOGO EN CONSTRUCCIONES CIVILES

APROBADA POR:

TUTOR DE LA MONOGRAFÍA

ING. MILTON MENA

JURADO CALIFICADOR

ING. VICTOR HUGO DIAZ ORTIZ

TEMA: INNOVACIÓN EN EL CONCRETO


4

AGRADECIMIENTOS

A nuestra institución, Universidad Distrital Francisco José de Caldas por habernos dado la

oportunidad de escalar un peldaño más, en el campo del conocimiento de las construcciones

civiles.

A nuestro Tutor de Tesis, el Ing. Milton Mena, a nuestro jurado calificador el Ing. Víctor Hugo

Diaz Ortiz y al Lic. Carlos Humberto, por el apoyo en la elaboración y concepción del este

proyecto.

Al laboratorio de Estructuras y laboratorio de Mecánica de Suelos, de nuestra facultad, así como

también a los laboratoristas e ingenieros Wilson y Carolina, por su apoyo y colaboración en la

realización de este trabajo experimental.

A nuestros amigos más cercanos y queridos, por compartir sus conocimientos, su tiempo,

experiencias y anécdotas con nosotros para poder realizar los ensayos de una manera más

sencilla y divertida.

A nuestros padres que nos apoyaron para lograr la terminación del proyecto y a todos los demás

colaboradores que de forma directa e indirecta ayudaron en el desarrollo del presente trabajo

de investigación.


5

CONTENIDO

1. LISTA DE TABLAS ............................................................................................................. 8

2. LISTAS DE GRAFICAS ................................................................................................... 11

3. LISTAS DE IMÁGENES .................................................................................................. 12

4. RESUMEN ...................................................................................................................... 13

5. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 14

6. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................................. 15

6.1 DESCRIPCIÓN .......................................................................................................... 15

6.2 VARIABLES DEPENDIENTES .................................................................................. 15

6.3 VARIABLES INDEPENDIENTES ............................................................................... 15

7. OBJETIVOS ..................................................................................................................... 16

7.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................... 16

7.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................... 16

8. JUSTIFICACIÓN .............................................................................................................. 17

9. METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN ............................................................................ 18

9.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ........................................................................................ 18

9.2 NIVEL DE INVESTIGACIÓN ...................................................................................... 18

9.2.1 Características de la investigación explicativa .................................................... 18

9.3 MÉTODO DE INVESTIGACIÓN ................................................................................ 18

9.4 DISEÑO EXPERIMENTAL ......................................................................................... 19

9.4.1 Recopilación de información............................................................................... 19

9.4.2 ANÁLISIS INFORMACIÓN RECOPILADA ......................................................... 19

9.5 MUESTRAS DE ESTUDIO ........................................................................................ 21

10. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 23

10.1 ANTECEDENTES DEL CONCRETO PERMEABLE ................................................ 23

10.2 CONCRETO PERMEABLE ...................................................................................... 24

10.2.1 Propiedades del Concreto Permeable .............................................................. 24

10.2.2 Aplicaciones ..................................................................................................... 26

10.2.3 Ventajas ........................................................................................................... 26

10.2.4 Desventajas ..................................................................................................... 27

10.3 CEMENTO ............................................................................................................... 27

10.3.1 Cemento tipo UG .............................................................................................. 28

10.4 AGREGADO GRUESO ............................................................................................ 28

10.4.1 Clasificación por tamaño de partícula ............................................................... 28


6

10.4.2 La importancia de los agregados en el concreto ............................................... 28

10.5 AGUA ...................................................................................................................... 29

10.5.1 Agua para elaboración del concreto ................................................................. 29

10.6 FIBRA DE VIDRIO ................................................................................................... 29

10.6.1 Especificaciones técnicas de la fibra de vidrio tipo AR ..................................... 30

11. MARCO METODOLÓGICO ........................................................................................... 31

11.1 ENSAYOS DE MATERIALES .................................................................................. 31

11.2 DISEÑOS DE MEZCLA ........................................................................................... 33

11.2.1 Materiales ......................................................................................................... 33

11.2.2 Diseño de mezcla según Asocreto. .................................................................. 34

11.2.3 Diseño de mezcla ACI 211.3r-02 ...................................................................... 37

11.3 EJECUCIÓN DE ENSAYO RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO. .............................................................................................................. 41

11.4 EJECUCIÓN ............................................................................................................ 42

11.4.1 Ensayo a compresión ....................................................................................... 42

11.4.2 Equipos para la elaboración ............................................................................. 42

11.4.3 Preparación de las muestras ............................................................................ 42

11.4.4 Ejecución de placa de muestreo ....................................................................... 47

12. RESULTADOS ............................................................................................................... 48

12.1 CANTIDAD DE CILINDROS FABRICADOS SEGÚN SU DOSIFICACIÓN. .............. 48

12.2 CILINDROS PRUEBA Y ERROR ............................................................................. 48

12.3 CILINDROS MEZCLA IDEAL ................................................................................... 48

12.4 CILINDROS A ESTUDIAR ....................................................................................... 49

12.5 DENSIDAD DE LA MEZCLA SEGÚN TIPO DE CILINDRO ..................................... 49

13. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................ 50

13.1 RESISTENCIA DE LOS TESTIGOS DE CONCRETO PERMEABLE ....................... 50

13.2 MODULO DE ROTURA ........................................................................................... 57

13.3 PERMEABILIDAD EN LAS MUESTRAS DE CONCRETO ....................................... 58

13.4 TIPOS DE FALLA .................................................................................................... 60

13.5 FALLAS EN LOS CILINDROS PRUEBA Y ERROR. ................................................ 61

13.6 FALLAS EN LOS CILINDROS MEZCLA IDEAL. ...................................................... 64

13.7 FALLAS CILINDROS A ESTUDIAR. ........................................................................ 67

13.8 FALLAS EN LOS CILINDROS (sin fibra). ................................................................ 71

14. ANÁLISIS ESTADÍSTICO .............................................................................................. 73

14.1 CÁLCULO DE LA RESISTENCIA SEGÚN LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR (SS). ..... 73


7

14.1.1 Dosificación basada en la experiencia en obra o en mezcla de prueba o ambas.

.................................................................................................................................... 73

14.1.2 Desviación estándar (Ss).................................................................................. 73

14.2 MÉTODO DE MÍNIMOS CUADRADOS. .................................................................. 75

14.3 RESULTADOS ........................................................................................................ 78

15. CONCLUSIONES .......................................................................................................... 80

16. RECOMENDACIONES ................................................................................................. 82

17. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 83

18. ANEXOS ....................................................................................................................... 85


8

1. LISTA DE TABLAS

Tabla N°1 Ensayos realizados a agregado grueso. Fuente: propia. ...................................................... 31

Tabla N° 2 Datos obtenidos de los ensayos de humedad, absorción y densidad del agregado

de ½”. Fuente: propia...................................................................................................................................................... 31

Tabla N° 3 Datos obtenidos de los ensayos de humedad y absorción del agregado de

⅜”.Fuente: propia. ............................................................................................................................................................. 32

Tabla N°4 Datos obtenidos de los ensayos de humedad y absorción del agregado de

¼”.Fuente: propia. ............................................................................................................................................................. 32

Tabla N° 5 Especificaciones del cemento tipo UG de Argos...................................................................... 33

Tabla N°6 Dosificación A-1 para agregado de ½” con un 1% de fibra de vidrio. Fuente: propia.

.................................................................................................................................................................................................... 35

Tabla N° 7 Dosificación A-2 para agregado de ½” con un 2% de fibra de vidrio. Fuente: propia.

.................................................................................................................................................................................................... 36


.................................................................................................................................................................................................... 36

Tabla N° 9 Dosificación B-1 para agregado de ⅜” con un 1% de fibra de vidrio. Fuente: propia.

.................................................................................................................................................................................................... 38

Tabla N°10 Dosificación B-2 para agregado de ⅜” con un 2% de fibra de vidrio. Fuente:

propia. ..................................................................................................................................................................................... 39

Tabla N°11 Dosificación B-3 para agregado de ⅜” con un 3% de fibra de vidrio. Fuente:

propia. ..................................................................................................................................................................................... 39

Tabla N°12 Dosificación C-2 para agregado de ¼” con un 2% de fibra de vidrio. Fuente:

propia. ..................................................................................................................................................................................... 40

Tabla N° 13 Dosificación S para agregado de ¼” con una relación a/c de 0.30. Fuente: propia

.................................................................................................................................................................................................... 40

Tabla N° 14 Clasificación de las dosificaciones según las variables planteadas en la

monografía. Fuente: propia. ........................................................................................................................................ 41

Tabla N° 15 Distribución del muestreo según a/c y su % de fibra.Fuente: propia. ......................... 41

Tabla N° 16 Combinaciones con granulometría de ¾” a ½”. Fuente: propia. .................................... 44

Tabla N° 17 Combinaciones con granulometría de ⅜”. Fuente: propia. ............................................... 45

Tabla N° 18 Combinaciones con granulometría de ¼”. Fuente: propia. ............................................... 45

Tabla N°19 Combinaciones con granulometría de ¼” según él % de fibra.Fuente: propia. ....... 46

Tabla N° 20 Dosificación de materiales para la ejecución de la placa de muestra. Fuente:

propia. ..................................................................................................................................................................................... 47

Tabla N°21 Clasificación de los cilindros según las variables planteadas en la monografía.

Fuente: propia..................................................................................................................................................................... 48


9

Tabla N°22 Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S1,S2,S3, con una

granulometría de ½ ” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia. 48

Tabla N°23 Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S4,S5,S6, con una

granulometría de ⅜” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia. . 48

Tabla N°24 Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S7, con una granulometría

de ¼” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia. ................................ 49


de ¼” según el porcentaje de fibra de vidrio del 2% y su tiempo de curado. Fuente: propia. ... 49


de ¼” sin porcentaje de fibra de vidrio y según su tiempo de curado. Fuente: propia. ................. 49

Tabla N°27 Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S10, con una

granulometría de ¼” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia. . 49

Tabla N°28 Densidad promedio del concreto sin fibra ................................................................................... 49

Tabla N°29 Densidad promedio del concreto con fibra ................................................................................. 49

Tabla N° 30. Tomada de (Diseño de mezclas para evaluar su resistencia a la compresión

uniaxial y su permeabilidad, Fernández y Navas,2008, pág. 47) Variación de la resistencia a la

compresión uniaxial, según la relación w/c. ........................................................................................................ 56

Tabla N° 31 Variación de la resistencia a la compresión uniaxial a los 28 días con el diseño de

mezcla ideal. Fuente: propia. ...................................................................................................................................... 57

Tabla N° 32. Calculo del Modulo de rotura promediado para las muestras de concreto con 28

dias de curado. Fuente propia. ................................................................................................................................... 57

Tabla N° 33 Analisis de la fallas a compresion. Fuente propia ................................................................. 61


Tabla N° 35 Analisis de la fallas a compresion. Fuente propia. ................................................................ 63


Tabla N° 37. Analisis de la fallas a compresion. Fuente propia ................................................................ 65








Tabla N° 45 NSR-10 Titulo 5 Pág.83 ...................................................................................................................... 74

Tabla N°46. Resistencia promedio según modificación en la desviación estándar. Fuente:

propia. ..................................................................................................................................................................................... 74


10

Tabla N° 47. Método de mínimos cuadrados para hallar la mejor aproximación en la

resistencia con el menor error. Fuente: propia. ................................................................................................. 76

Tabla N° 48. Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S1, S2, S3, con una

granulometría de ½” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente para cada uno de

los testigos. Fuente: propia. ......................................................................................................................................... 85

Tabla N°49. Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S4, S2, S3, con una

granulometría de ⅜” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia. . 86

Tabla N°50. Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S7, con una

granulometría de ⅜” a ¼”. Fuente: propia. .......................................................................................................... 86

Tabla N°51. Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S8, S9, S10, con una

granulometría de ¼” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia. . 86

Tabla N° 52. Resistencia en Mpa para la dosificación S8 según el tiempo de curado. Fuente:

propia. ..................................................................................................................................................................................... 87

Tabla N° 53. Resistencia en Mpa para la dosificación S9 según el tiempo de curado. Fuente:

propia ....................................................................................................................................................................................... 87

Tabla N° 54. Cálculo de la Resistencia promedio en Mpa según la desviación estándar (Ss). 88

Tabla N° 55. Referencia bibliografica utilizada en la Monografia. Fuente: Propia.. ........................ 89


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2. LISTAS DE GRAFICAS

Gráfica N°1 tomada de: ACI 211.3R-02. ............................................................................................................... 37

Gráfica N° 2 Comportamiento de la resistencia para una granulometría de ½” según el

porcentaje de fibra de vidrio. Fuente: propia. ..................................................................................................... 50

Gráfica N° 3 Resistencia promedio para una granulometría de ½” según su % de fibra.

Fuente: propia..................................................................................................................................................................... 51

Gráfica N° 4. Comportamiento de la resistencia para una granulometría de ⅜” según su % de

fibra. Fuente: propia. ....................................................................................................................................................... 52

Gráfica N° 5 Resistencia promedio para una granulometría de ⅜” según su % de fibra.

Fuente: propia..................................................................................................................................................................... 53

Gráfica N°6 Resistencia promedio a los 28 días con 2% de fibra para cada tipo de

granulometría utilizada en el proyecto. Fuente: propia. ................................................................................ 53

Gráfica N° 7 Resistencia promedio para una granulometría de ¼” según el 2% de fibra.

Fuente: propia..................................................................................................................................................................... 54

Gráfica N° 8 Comportamiento de la resistencia en Mpa para los cilindros S8 según el tiempo

de curado. Fuente: propia. ........................................................................................................................................... 55

Gráfica N° 9 Comportamiento de la resistencia en Mpa para la dosificación S9 según el

tiempo de curado. Fuente: propia. ............................................................................................................................ 55

Gráfica N° 10 Comparación de la resistencia promedio para las dosificaciones S8 y S9.

Fuente: propia..................................................................................................................................................................... 56

Gráfica N° 11 Resistencia promedio según el tiempo de curado por el método de la NSR 10

Titulo C según la desviación estándar. Fuente: propia. ................................................................................ 75

Gráfica N° 12 Resistencia según el tiempo de curado por el método de mínimos cuadrado

para la dosificación S8. Fuente: propia. ................................................................................................................ 78

Gráfica N° 13 Resistencia según el tiempo de curado por cada uno de los métodos realizados

para la muestra de cilindros S8. Fuente: propia. .............................................................................................. 79


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3. LISTAS DE IMÁGENES

Imagen N° 1 Variables aplicadas a cada uno de los cilindros testigos. Fuente: propia. .......... 22

Imagen N° 2 Fuente Asocreto, página 198, tomo 1. ............................................................... 34

Imagen N° 3 Proceso para incluir la fibra de vidrio de la mezcla. Fuente: propia. ................... 42

Imagen N° 4 Mezcla antes de adicionar el agua correspondiente. Fuente: propia. ................. 42

Imagen N° 5 Ensayo de asentamiento. Fuente: propia. .......................................................... 43

Imagen N°6 Camisas para el curado del concreto. Fuente: propia. ........................................ 43

Imagen N° 7 curado de los cilindros Fuente: propia. .............................................................. 43

Imagen N° 8 Mezcla de concreto permeable en el trompo. Fuente: propia. ............................ 44

Imagen N° 9 Mezcla de concreto S1. Fuente: propia. ............................................................. 44

Imagen N° 10 Cilindro testigo de las dosificaciones A. Fuente: propia. .................................. 44

Imagen N° 11 Muestras de cilindros testigos de las dosificaciones tipo A. Fuente: propia...... 44

Imagen N° 12 Mezcla de concreto permeable para la dosificación B. Fuente: propia. ............ 45

Imagen N° 13 Mezclado de concreto permeable para la dosificación B Fuente: propia. ......... 45

Imagen N°14 Testigos de concreto permeable. Fuente: propia. ............................................. 46

Imagen N°15 Mezcla de concreto con fibra de vidrio. Fuente: propia. .................................... 46

Imagen N°16 Humedad que presenta la dosificación Tipo B. Fuente: propia. ........................ 46

Imagen N°17 Muestra de cilindro de concreto permeable. Fuente: propia. ............................. 46

Imagen N° 18 Procedimiento de curado de los cilindros Fuente: propia. ................................ 47

Imagen N°19 Muestra de cilindros de concreto para la dosificación C. Fuente: propia. .......... 47

Imagen N°20 Dosificación de concreto permeable con fibra al momento de mezclarse. Fuente:

propia. .................................................................................................................................... 51

Imagen N° 21 Cambio en la humedad presentada al cambiar la dosificación en la mezcla de

concreto permeable Fuente: propia. ....................................................................................... 52

Imagen N° 22. Secuencia de permeabilidad de cilindros. Fuente: propia. .............................. 59

Imagen N° 23. Secuencia de permeabilidad de cilindros. Fuente: propia ............................... 59



Imagen N° 26 tomada de: Norma NTC 673 pág. 13. .............................................................. 60

Imagen N° 27. Fórmula para hallar las variables en el método de mínimos cuadrados. ......... 77

Imagen N° 28. Sistema de ecuaciones de 3x3 para hallar las variables en el método de

mínimos cuadrados. ............................................................................................................... 77


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4. RESUMEN

La investigación expuesta en el presente documento, está dirigida a encontrar y demostrar una dosificación adecuada para implementarla en un concreto permeable, el cual será adicionado con fibra de vidrio, en tres porcentajes donde se verificará cual proporcionará la mayor resistencia, según la normativa colombiana.

La principal característica de este concreto, es su elevado porcentaje de permeabilidad, dado por el alto contenido de vacíos, lo que genera una naturaleza ligera, pero de menor resistencia comparándolo con un concreto hidráulico convencional. (Aire y col., 2013).

Por consiguiente, el objetivo central de la monografía será hallar la dosificación óptima para un concreto permeable adicionado con fibra de vidrio.

En esta investigación, se analizarán los efectos que pueden ser generados por la relación agua/cemento, relación agregado grueso/cemento, tipo de agregado grueso utilizado (procedencia y tamaño máximo), compactación admisible (sin afectar el contenido mínimo en el volumen de vacíos) y finalmente la implementación de la fibra de vidrio como adición, variando su cantidad entre diferentes porcentajes en 10 mezclas de concreto permeable. Los resultados obtenidos permitirán observar tendencias de comportamiento entre las distintas propiedades de este concreto y su resistencia a la compresión.

PALABRAS CLAVE: FIBRA DE VIDRIO, DOSIFICACIÓN, PERMEABLE, RESISTENCIA.


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5. INTRODUCCIÓN

El concreto permeable, es un material de construcción compuesto por cemento, agua y agregado grueso, lo cual hace que su resistencia y permeabilidad sean sus características más importantes y debido a esto, el equilibrio de las dos propiedades mencionadas es fundamental para lograr un apropiado desempeño del material.

Dentro de las características más importantes de este tipo de hormigón, se pueden resaltar las texturas superficiales porosas, las cuales tienen la capacidad de absorber las emisiones ruidosas de los vehículos y minimizar la película de agua que se forma durante las lluvias, dando como resultado, unas condiciones óptimas para una conducción más segura. Se puede denotar un elevado contenido de poros en la superficie del concreto, lo cual ayuda a reducir la generación de salpicaduras de agua y la reflexión de brillos. (Vorobieff y col., 2009).

Para este estudio, se ha realizado un análisis con base a documentos de carácter innovador extraídos de países avanzados en la construcción e implementando este en la definición de parámetros en la dosificación del concreto. Esta mezcla permeable, comprende la definición de concreto poroso, el cual tiene como componentes principales el cemento, agregado grueso, agua y fibra de vidrio, para así poder generar un mínimo de vacíos sin afectar la permeabilidad el cual se encarga de dar paso a un drenaje pluvial.

Desarrollando el proyecto, se analizarán los datos obtenidos, con las variables que afectan las características mecánicas y físicas del concreto permeable, este con relación a la resistencia, permeabilidad, estética y manejabilidad. Esto se justificará según el porcentaje de fibra de vidrio, preparación de la mezcla, relación agua cemento, granulometría además de morfología y compactación manual de la mezcla.


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6. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

6.1 DESCRIPCIÓN

Una de las principales problemáticas en un sistema de drenaje de aguas lluvia, se denota en la facilidad de obstrucción, esta se genera por parte de diferentes objetos como lo es la basura o cualquier otro tipo de elemento que pueda originar atasco y así interrumpir el flujo constante de agua, ocasionando inundaciones y/o desbordamientos en terrazas, parques, canchas, espacios públicos, etc. Uno de los factores que produce este problema se debe al tamaño de los filtros por donde el fluido realiza su trayecto hasta un destino viable para su posible reutilización. Teniendo en cuenta lo anterior, se establece un interrogante: ¿Es posible realizar un tipo de concreto que cumpla con las características requeridas, el cual podría ser implementado aprovechando su porosidad para el drenaje de aguas lluvias? Una posible respuesta, será evaluada en el desarrollo de esta monografía. En la actualidad se tiene poca información confiable sobre concreto permeable ya que no es implementado por que presenta resistencias entre 5 y 13 Mpa, debido a esto carece de estudios a un concreto hidráulico.

6.2 VARIABLES DEPENDIENTES

Las variables dependientes para la presente investigación corresponden a la resistencia y la estética de este tipo de concreto.

6.3 VARIABLES INDEPENDIENTES

Las variables independientes para la presente investigación corresponden a: el tamaño del agregado, el porcentaje de fibra, relación agua cemento, diseño de mezcla y la compactación manual.


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7. OBJETIVOS

7.1 OBJETIVO GENERAL

● Hallar la dosificación óptima para un concreto permeable adicionado con fibra de vidrio.

7.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

● Comparar las cuatro variables independientes (el tamaño del agregado, el porcentaje de fibra, relación agua cemento, diseño de mezcla y la compactación manual) y cómo estas afectan el concreto permeable.

● Determinar la resistencia del concreto por medio del ensayo de resistencia a compresión de cilindros, para graficar su comportamiento usual, además se calculará con estos datos un estimado para el el módulo de rotura.

● Demostrar las cualidades que proporciona el uso de la fibra de vidrio en el comportamiento del concreto permeable.


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8. JUSTIFICACIÓN

En el desarrollo del campo de la ingeniería civil se busca solucionar este tipo de problemas implementando nuevos materiales que cumplan con los requisitos mínimos, en este caso se solicita un material que permita el paso de agua lluvia, que sea perdurable, elástico y manejable.

El objetivo central de la monografía será hallar una dosificación óptima para un concreto permeable adicionado con fibra de vidrio. Para realizar lo planteado se deberá ensayar diversas muestras de cilindros testigos, estos deben tener dos tipos de dosificación, ya que este tipo de concreto requiere una relación agua-cemento baja de aproximadamente (0,27 a 0,4) las dosificaciones se implementan con el fin de realizar un comparativo entre las dos y así identificar la más adecuada que proporcione una resistencia similar a 13 Mpa según las especificaciones de la NSR-10 Titulo E Casas de uno y dos pisos.

Aunque la resistencia del concreto permeable es menor que en el concreto hidráulico y en función de la relación agregado: cemento, la relación agua/cemento, y el grado de compactación, se incorporara la fibra de vidrio a una dosificación ideal para lograr una resistencia óptima.

Adicionalmente se realizarán los pertinentes ensayos a los materiales utilizados en este tipo de concreto; para la correcta ejecución de dichos ensayos se tendrá en cuenta la reglamentación y normatividad apta para cada material.


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9. METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN

9.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

La presente investigación es del tipo: Experimental puesto que tiene como propósito relacionar y vincular entre sí las características del concreto permeable con la resistencia a la compresión, la compactación manual sin afectar la permeabilidad y el tamaño del agregado según la aplicación de porcentajes de fibra de vidrio en su diseño.

9.2 NIVEL DE INVESTIGACIÓN

El nivel de esta investigación es EXPLICATIVO, ya que se estudian las causas que originan la variación de resultados al manipular la variable independiente.

“La investigación Explicativa pretende establecer las causas de los eventos, sucesos o fenómenos que se estudian”. (Hernández, 2006). Esta se llevaba a cabo para investigar de forma puntual un fenómeno que no se había estudiado antes, o que no se había explicado bien con anterioridad. Su intención es proporcionar detalles donde existe una pequeña cantidad de información.

El investigador obtiene una idea general y utiliza la investigación como una herramienta para que lo guíe a temas que podrían abordarse en el futuro. Su objetivo es encontrar el por qué y

para qué de un objeto de estudio.

9.2.1 Características de la investigación explicativa

Entre las características más importantes de la investigación explicativa se encuentran las siguientes:

● Permite aumentar la comprensión sobre un tema en específico. Aunque no ofrece resultados concluyentes, el investigador puede encontrar las razones por las cuales sucede un fenómeno.

● Utiliza la recolección de datos secundarios como fuente de información, como la literatura o artículos publicados que se eligen cuidadosamente para tener una comprensión amplia y equilibrada del tema.

● Permite que el investigador tenga una amplia comprensión del tema y pueda perfeccionar las preguntas de investigación posteriores para aumentar las conclusiones del estudio.

● Los investigadores pueden distinguir las causas por las que surgen los fenómenos durante el proceso de investigación, y anticiparse a los cambios.

● La investigación explicativa permite que puedan replicar los estudios para darles mayor profundidad y obtener nuevos puntos de vistas sobre el fenómeno.

9.3 MÉTODO DE INVESTIGACIÓN

El método de investigación es Cuantitativo y Cualitativo, puesto el medio de prueba, de la problemática se basa en mediciones numéricas, el análisis estadístico y las cualidades


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estéticas, para establecer una dosificación ideal y probar teorías acerca del concreto permeable.

La recopilación de datos es uno de los aspectos más importantes del proceso de investigación cuantitativa. La recopilación de datos implica que el investigador estudie y adquiera la información requerida para el análisis del proyecto.

La preparación de los datos incluye, el determinar el objetivo de la recopilación de datos, métodos de obtención de información, y secuencia de acciones de la recopilación de datos. Uno de los aspectos más importantes de este asunto es seleccionar la muestra idónea para recabar los datos. Luego, los datos se recopilan cuidadosamente, sólo siendo implementados los estudios más relevantes para los objetivos del proyecto.

9.4 DISEÑO EXPERIMENTAL

El objeto del presente proyecto será la determinación de los parámetros, como la cantidad de muestras, porosidad y la cantidad de combinaciones para estimar el comportamiento de la resistencia en base al adicionar la fibra de vidrio, la cual es nuestra variable dependiente. La permeabilidad y la relación agua-cemento serán nuestras variables independientes las cuales cambiarán y serán controladas para estudiar sus efectos en la variable dependiente con una confiabilidad determinada.

9.4.1 Recopilación de información

Para el desarrollo y alcance de los objetivos propuestos será necesario realizar una recopilación de información primaria que permita establecer los procedimientos necesarios para la toma de muestras, el desarrollo de ensayos, procesamiento de datos obtenidos y el análisis de los mismos, para ello se hará uso extensivo de toda la bibliografía, legislación e investigación nacional e internacional disponible. Se realizarán todos los ensayos y pruebas de laboratorio mínimas a las que dé lugar para el cumplimiento de los objetivos, según cronograma planteado.

9.4.2 Análisis Información Recopilada

Se deberá verificar que cada dato de la información recopilada, y la cual será utilizada para la elaboración de la presente monografía, está relacionada con los objetivos planteados. La misma debe encontrarse sustentada metodológicamente y debe permitir desarrollar la toma de muestras y los ensayos de laboratorio de manera exitosa. De la misma se conocerá las ventajas y falencias de la ejecución de la presente monografía, con la intención de promulgar la viabilidad que podrá tener la propuesta planteada.

9.4.3 Fundamentos para escoger las variables

❖ Permeabilidad según el tamaño de los agregados:

Según los antecedentes de esta investigación y la literatura existente, se estudió la siguiente información:

El rango de contenido de vacíos de un concreto permeable varía entre un 15% a 35%, y éste depende principalmente del tamaño de la grava gruesa utilizada, la norma ACI 211.3R-02 recomienda el uso de agregados de tamaños estándar, para este proyecto fue utilizado un tamaño de agregado de ¾”, ½”, ¼” según la gradación de los tamices para agregado grueso que se podían implementar en el laboratorio de suelos de nuestra universidad. Los primeros cilindros testigos se realizaron con el agregado de tamaño mayor a los


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recomendados para la elaboración de mezclas de concreto permeable, ya que se consideró utilizar tres tamaños de gradación del agregado.

Las mezclas del concreto permeable que desarrollan mayores valores de resistencia a la compresión deben tener como mínimo un 15% de vacíos para garantizar una adecuada permeabilidad. Por lo tanto, se consideró en el presente trabajo el valor de 15% de contenido de vacíos para los diez grupos de prueba.

❖ Fibra de vidrio.

El tamaño y la cantidad de fibra de vidrio que se consideraron en la presente investigación fueron de tres, dos y uno por ciento, determinados de acuerdo a las conclusiones, recomendaciones y antecedentes de la investigación y normativas colombianas como:

● En la NTC 1299, donde se utiliza una clasificación específica para los aditivos en el concreto, los cuales brindan versatilidad en obra y así mitigar problemas presentados, en donde se especifica que se debe aplicar en porcentajes menores al 5% del peso del cemento.

● Fredy Reyes en su tesis “Pavimentos drenantes en concreto con adiciones de tiras plásticas” de la Universidad Javeriana de Colombia; en donde se concluye que la adición de tiras de desechos plásticos de 4mm x 20 mm en un 0.10% respecto al peso, permite que el concreto poroso mejore sus características en cuanto al comportamiento ante los esfuerzos de compresión y flexión. Donde recomienda el uso de tiras con el mismo espesor, pero con un largo mayor, ya que de esta manera se garantiza una mayor resistencia debida al mayor envolvimiento de la tira sobre el perímetro del agregado.

● Azañedo, Chávez y Muñoz en su tesis “Diseño de mezcla de concreto poroso con agregados de la cantera la Victoria, cemento portland tipo I con adición de tiras de plástico, y su aplicación en pavimentos rígidos, en la ciudad de Cajamarca” de la Universidad Nacional de Cajamarca; en donde concluyen que el tamaño de tira óptima es de 4mm x 20 mm en un porcentaje de 0.10% del peso total de la mezcla, el cual produce un incremento de resistencia, respecto a la mezcla sin adiciones.

❖ Relación agua/ cemento (a/c)

El rango de los valores de la relación agua-cemento a/c varía entre 0.27 a 0.45. La variable A/C se estableció en 0.35 y 0.30 en la presente investigación, determinada de acuerdo al director de la tesis. Adicionalmente se tuvieron en cuenta las conclusiones y recomendaciones de los antecedentes de la investigación como:

Roberto J. Fernández Arrieta y Alejandro Navas Carro en su tesis: “Diseño de mezclas para evaluar su resistencia a la compresión uniaxial y su permeabilidad”, realizada en la Universidad de Costa Rica, facultad de ingeniería civil, Universidad de Costa Rica; en donde en los resultados obtenidos se resume, que relaciones a/c de 0,28 y 0,31 presentaron resistencias adecuadas sin afectar de forma grave a la permeabilidad.


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9.5 MUESTRAS DE ESTUDIO

Para calcular la cantidad de muestras necesarias para un 97% de confiabilidad se tomará referencia de la NSR-10 Título C.5 y la ASTM 122.

𝑛 =𝑁𝜎2𝑍2

(𝑁 − 1)𝑒2 + 𝜎2𝑍2

𝑛: Muestra

𝜎 : desviación estándar

𝑒: Límite de error muestral.

𝑍: Valor obtenido por el nivel de confianza.

𝑁: Tamaño de la población

𝑛 =68𝑥0,521,96²

(68−1) 𝑥 0,052+0,52𝑥1,96²= 54 muestras

Se realizarán 54 muestras confiables. La cantidad de 27 muestras fueron destinadas para la constitución de una relación agua-cemento con un coeficiente de 0.35 con 9 muestras por porcentaje de fibra, estas muestras no entraran en el análisis estadístico ya que se realizaron para mejorar la resistencia en función de la granulometría. Las 40 muestras restantes de realizaron de la siguiente manera: 12 muestras restantes no constituirán parte del muestreo, pero se realizarán para comprobar la hipótesis planteada sobre el aumento de la resistencia en el concreto permeable al ser adicionado con fibra de vidrio y tendrán el objetivo de buscar la dosificación con mayor resistencia para hacer el muestreo de 28 muestras que se regirán según la normativa de la NSR-10 Titulo C para el muestreo de cilindros y el análisis estadístico. Para la dosificación ideal que proporcione una resistencia más alta en comparación de las demás mezclas, se realizará un análisis según la desviación estándar y el método de mínimos cuadrados, con el fin de obtener una mayor precisión en resistencia promedio de esta dosificación según lo indica la NSR 10 C-5.3.

Número de Testigos para la determinación de la resistencia a la compresión simple y su cantidad de muestras según cada variable escogida para este proyecto, está explicado en el siguiente organigrama


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Imagen N° 1 Variables aplicadas a cada uno de los cilindros testigos. Fuente: propia.


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10. MARCO TEÓRICO

10.1 ANTECEDENTES DEL CONCRETO PERMEABLE

Para minimizar los efectos relacionados a los problemas en la evacuación de aguas pluviales y los ambientes de escurrimiento, en los últimos años se ha desarrollado a nivel mundial un novedoso tipo de concreto, construyendo estructuras que permitan el paso del agua a través de la capa superficial, hacia el interior de la estructura del hormigón, evitando así el depósito de agua en su superficie y el escurrimiento superficial aguas abajo, condiciones que generan los dos problemas asociados a pavimentos impermeables. (EPA, 1999). El concreto permeable fue inicialmente implementado en el siglo XIX en la utilización de casas en el Reino Unido, pero hasta el siglo XX se expandió su uso a gran parte de Europa como solución a las consecuencias que se presentaron por la segunda guerra mundial. La primera aplicación en construcción del concreto permeable, data del año 1852 (ACI 522R-10, 2010) en la construcción de dos casas en el Reino Unido. En 1930, el uso del material para la construcción de casas fue adoptado por la Asociación de Vivienda Especial de Escocia. En Estados Unidos, el concreto permeable surgió en la década del 70 como una solución ante el aumento en los niveles de escorrentía superficial, producto de un aumento en áreas urbanizadas con coeficientes de escorrentía altos. Con el tiempo, se dio paso al uso de un material poroso que permitiera transformar la escorrentía superficial en infiltración y además cumpliera una función práctica dentro del desarrollo urbano. (Fernández et al., 2008). Durante los últimos 30 años las investigaciones del concreto permeable vienen en crecimiento, principalmente en países como Estados Unidos, Japón y Australia. Este material ha tomado fuerza en la industria de la construcción, siendo cada vez más común su aparición en especificaciones potenciado por la conciencia de protección y preservación medioambiental.

En 1994 iniciaron estudios en Latinoamérica de este tipo de concreto y desde entonces las investigaciones han crecido por las innovaciones que se han realizado para las falencias que aún tiene el concreto como su baja resistencia a la compresión. Sin embargo, ahora es más común en aplicaciones para pavimentos de tráfico liviano como andenes, parqueaderos, ciclo rutas, parques entre otros. Por su capacidad de drenaje, evitando inundaciones en las zonas donde se implemente.

Roberto J. Fernández Arrieta y Alejandro Navas Carro en su tesis: “Diseño de mezclas para evaluar su resistencia a la compresión uniaxial y su permeabilidad”, realizada en la Universidad de Costa Rica, facultad de ingeniería civil, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica, 2008. Los autores en la investigación analizaron el efecto que tienen, sobre 19 mezclas de concreto permeable, la relación agua/cemento, la relación agregado grueso/cemento y el tipo de agregado grueso utilizado (procedencia y tamaño máximo). Los resultados obtenidos permitieron observar tendencias de comportamiento entre las distintas propiedades, la resistencia en un rango de 5 a 10 Mpa y permeabilidad del material.

En la guía del IMCYC, (Instituto mexicano del cemento y del concreto) en Ël concreto en la obra problemas, causas y soluciones 2007¨, página 3 son indican que, por su parte, las resistencias típicas están en el rango de 5 a 13 MPa. Una mezcla con una relación de agregado: cemento de 8:1; una relación de agua/cemento de 0.4, y una densidad de 1850 kg/m3, tiene una resistencia de aproximadamente 7.5 MPa.


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10.2 CONCRETO PERMEABLE

El concreto poroso o permeable es un concreto fabricado a partir de cantidades controladas de cemento, agregado grueso, aditivos, agua y poco o nada de finos. La combinación de estos materiales produce un material endurecido con poros interconectados, cuyo tamaño varía de 2 a 8 mm, lo cual permite el paso del agua. El contenido de vacíos puede variar de un 15 a un 35 por ciento, con resistencias a compresión típicas de 5 Mpa en adelante según su dosificación.

Su uso más común es en aplicaciones como:

• Andenes, senderos peatonales, canchas deportivas y parques.

• Parqueaderos, vías vehiculares, comerciales y residenciales.

• Áreas de drenaje.

Los concretos sin finos transmiten las cargas en forma heterogénea a diferencia de los concretos convencionales que lo hacen en forma homogénea. En los concretos sin finos la transmisión de cargas se realiza por puntos de contacto, originando que las cargas sean repartidas en forma aleatoria, dando como resultado que éstas sean distribuidas en una superficie mucho mayor. La transmisión heterogénea de las cargas provoca que la superficie sobre la cual éstas se reparten, sea varias veces mayor al producto de la repartición de cargas en un piso hecho con un concreto hidráulico. Adicional a esto, las bases diseñadas para pisos permeables son más económicas y más eficientes, además dada la repartición heterogénea de las cargas, casi nunca hace falta mejorar el terreno natural donde será implementado este tipo de concreto.

10.2.1 Propiedades del Concreto Permeable

Las propiedades del concreto permeable dependen de sus materiales, diseño de mezclas y proceso constructivo; generalmente de su contenido de material cementante (c), la relación agua-cemento (a/c), el nivel de compactación, la gradación del agregado y su calidad.

10.2.1.1 Propiedades en estado fresco

a) Peso Unitario

El peso unitario del concreto permeable en estado fresco en general varía entre el 70% y 85% de una mezcla fresca de concreto convencional, oscilando entre 1,600 a 2,000 kg/m3, dependiendo del volumen de vacíos de diseño del mismo.

b) Revenimiento

Generalmente es usado para medir la consistencia de una mezcla de concreto fresco. Cuanto mayor sea este, implica que más húmeda es la mezcla, el procedimiento de la realización de este ensayo está descrito en la norma ASTM C143. Sin embargo, la mezcla del concreto permeable se caracteriza por ser de “cero slump” y al ser medido generalmente se obtienen valores de 0 a 2 cm, en este caso para el diseño según Asocreto será calculado con un revenimiento de 2 cm.

c) Contenido de vacíos

El contenido de vacíos se calcula como porcentaje de aire, y está directamente relacionado con el peso unitario de una mezcla dada de concreto permeable. El contenido de vacíos es altamente dependiente de varios factores: gradación del agregado, el contenido de cemento, la relación agua-cemento (a/c) y el nivel de compactación.


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La compactación aplicada en la elaboración de un concreto permeable influye de sobremanera en el porcentaje de aire y por consiguiente en su peso volumétrico. En una serie de pruebas de laboratorio (Meininger, 1988), para una sola mezcla de concreto permeable, compactado con ocho niveles diferentes de esfuerzo, los valores de peso de unidades producidas, variaba desde 1680-1920 kg/m³. Conforme la magnitud de la permeabilidad incrementa, la resistencia a la compresión que desarrolla un concreto permeable disminuye, en cambio si la porosidad disminuye la resistencia aumenta. Estudios han demostrado que el porcentaje de vacíos para concretos permeables se encuentran entre 15% a 30%. Utilizándose en general un porcentaje de vacíos entre 15% a 25% para obtener resistencias mayores a 140 kg/cm2.

10.2.1.2 Propiedades en estado endurecido

a) Resistencia a la compresión

La resistencia a la compresión puede ser definida como la máxima medida de resistencia que ofrece un espécimen de concreto a una carga axial. Esta se determina de acuerdo a lo estipulado en la norma NTC 673.

La resistencia a la compresión de las mezclas de concreto se puede diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad, que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura.

Este ensayo se mide tronando probetas cilíndricas de concreto en una máquina de ensayos de compresión, en tanto la resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de ruptura dividida entre el área de la sección que resiste a la carga y se reporta en megapascales (MPa) en unidades SI.

b) Permeabilidad

Es su capacidad para filtrar agua a través de su matriz, y su magnitud es medida por la tasa de filtración. La tasa de filtración del concreto permeable está directamente relacionada con el contenido de vacíos de aire. Debido a que las tasas de filtración aumentan a medida que el contenido de vacíos aumenta, y, en consecuencia, la resistencia a la compresión disminuye, el reto en la dosificación de mezcla de concreto permeable es lograr un equilibrio entre una tasa de percolación y una resistencia a la compresión aceptables.

c) Absorción acústica

Debido a la presencia de un gran volumen de poros interconectados de tamaños considerables en el material, el concreto permeable es altamente eficaz en la absorción acústica. El material puede ser empleado como un medio para reducir el ruido generado por interacción neumático- pavimento en pavimentos de concreto asfaltico y/o hidráulico. La reducción del ruido se produce debido a la combinación de la menor generación de este y una mayor absorción de sonido.

d) Durabilidad

Se refiere a la vida útil bajo las condiciones ambientales dadas. Los efectos físicos que influyen negativamente en la durabilidad del concreto incluyen la exposición a temperaturas extremas y los productos químicos, tales como sulfatos y ácidos. No se han realizado investigaciones. sobre la resistencia de concreto permeable al ataque agresivo por los sulfatos o agua ácida; la


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durabilidad del concreto permeable bajo condiciones de congelación – descongelación, tampoco está bien documentada. (ACI 522R-10, 2010).

10.2.2 Aplicaciones

El concreto permeable es utilizado principalmente para pavimentar superficies de uso vehicular y peatonal y donde se requiera tener áreas permeables permitiendo así que el agua de lluvia infiltre libremente al subsuelo, como resultado obtenemos la reducción o eliminación de escorrentía superficial proveniente de las aguas pluviales. Entre la amplia gama de aplicaciones para el concreto permeable se tienen:

● Vialidades de tráfico ligero. ● Áreas de estacionamiento. ● Andadores, banquetas y ciclovías. ● Patios y jardines. ● Capas rígidas de drenaje bajo áreas exteriores. ● Aplicaciones en muros estructurales en donde se requieren características de peso

ligero o de mejor aislamiento térmico, o ambos. ● Pavimentos, muros y pisos en donde se desean mejores características de absorción

acústica. ● Capas de base para las calles urbanas, carreteras municipales, caminos particulares y

aeropuertos. ● Zonas de lavado de autos. ● Lechos de sedimentos en plantas para el tratamiento de aguas negras. ● Estructuras de playas y muros marinos (escolleras, rompeolas, etc.). ● Terraplenes de puentes. ● Capas de superficie de losas deportivas.

La norma ACI 522R-10 “Reporte en concreto permeable” recomienda la colocación del concreto permeable en áreas de alta permeabilidad, suelo natural con una gran conductividad hidráulica. Además, las áreas no deberán tener pendientes mayores al 5%. En general, en todas estas aplicaciones se utiliza concreto permeable sin refuerzo, por el alto riesgo de corrosión del acero de refuerzo debido a la estructura porosa de este material.

10.2.3 Ventajas

El concreto permeable que es utilizado en pisos y pavimentos, además de las diversas aplicaciones ya mencionadas anteriormente, presenta grandes ventajas sobre el concreto convencional, sus beneficios no solo son económicos y estructurales ya que también ayuda al medio ambiente. El concreto permeable tiene muchas ventajas a diferencia de otros materiales permeables que actualmente son utilizados para cubrir el área permeable en la construcción, por ejemplo, el adopasto; se deforma por tener bases con arenas, su uso para el tránsito vehicular es limitado. En andadores, resulta incómodo ya que en el caso de calzado con tacones éstos tienden a incrustarse dañándose o rompiéndose, además que en una tormenta moderada alcanza a formarse una capa de agua. Los adoquines y adocretos por su sistema de bases con arena se deforman al contacto con el agua conjuntamente con las cargas que recibe. Las ventajas que presenta el concreto permeable sobre el concreto convencional incluyen:

● Por su función permeable en los pavimentos, no interrumpe el Ciclo Hidráulico del Agua en las ciudades, permitiendo inyectar agua pluvial a los mantos acuíferos.


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● El control de la contaminación de las aguas pluviales, impidiendo que ésta se vaya por el drenaje y se mezcle con aguas negras.

● Filtra los agentes contaminadores que pueden contaminar las aguas subterráneas y dañar ecosistemas.

● Eliminación o reducción de las dimensiones de las alcantarillas de aguas pluviales. ● Control del escurrimiento de aguas pluviales. ● Por utilizar un sistema de bases con material pétreo no existen deformaciones o baches. ● Por ser un material poroso es autodrenante y autoventilado. ● Por ser una estructura con el 15% al 30% de vacíos, no genera islas de calor como el

asfalto y el concreto hidráulico. ● Creación de un impulso adicional de elevación a los aviones durante el despegue por el

efecto de enfriamiento. ● Evita encharcamientos y ayuda a evitar saturación en los drenajes en época de lluvias. ● Disminuye las distancias de frenado de los vehículos, especialmente en condiciones de

lluvia, evita el acuaplaneo. ● Mayores facilidades para estacionamientos al eliminar la necesidad de áreas de

contención de agua.

El concreto permeable tiene la capacidad de manejar las aguas pluviales al mismo tiempo que provee una infraestructura durable necesaria para el desarrollo. El concreto permeable también es una solución económica a un problema costoso.

10.2.4 Desventajas

El concreto permeable presenta algunas desventajas, como lo son:

● Puede perder permeabilidad con el paso del tiempo, al taparse los espacios vacíos con material fino, pigmentos y por la caída de las hojas de los árboles, por lo que se requiere de un mantenimiento a base de agua a presión y el uso de una aspiradora.

● Tiene una menor resistencia al desgaste que el concreto convencional, por lo que solo debe colocarse en zonas de tránsito ligero.

● No puede ser empleado sobre superficies expuestas a aguas negras, debido a que puede contaminar las aguas subterráneas.

● No se recomienda su uso cuando el suelo tenga una pendiente superior al 20% ● En climas gélidos se presentan múltiples inconvenientes, tales como la prohibición de

esparcir sal o arena ya que taponan los poros y trasladan residuos hacia aguas subterráneas.

10.3 CEMENTO

El cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas que posteriormente son molidas, el cual tiene la propiedad de endurecerse después de entrar en contacto con el agua. El producto resultante de la molienda de estas rocas es llamado Clinker y se convierte en cemento cuando se le agrega una pequeña cantidad de yeso para evitar la contracción de la mezcla al fraguar cuando se le añade agua y al endurecerse posteriormente. Mezclado con agregados pétreos (grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominada concreto u hormigón. Su uso está muy generalizado en la construcción y la ingeniería civil.


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10.3.1 Cemento tipo UG

El cemento fabricado en el país se rige por la Norma Técnica Colombiana NTC 121 Especificación de desempeño para cemento hidráulico, actualizada en el año 2014. Esta norma describe seis tipos de cemento los cuales se clasifican por desempeño y donde el objetivo primordial es garantizar la durabilidad del concreto y la versatilidad de utilización en las obras, además de ser mucho más amigable con el medio ambiente. El cemento Tipo UG o de uso general es utilizado en cualquier tipo de construcción, cuando uno o más de los tipos especiales no son requeridos y cuando los elementos no van a estar expuestos al contacto con agentes agresivos, como por ejemplo sulfatos presentes en el suelo o en el agua, o a concretos que tengan un aumento considerable de su temperatura debido al calor generado durante la hidratación. Entre sus usos frecuentes se encuentran: pavimentos, pisos, edificios de concreto reforzado, puentes, estructuras para vías férreas, tanques y depósitos, tuberías, mampostería y otros productos de concreto reforzado.

10.4 AGREGADO GRUESO

En Colombia, se tiene la Norma Técnica Colombiana NTC 174 “Especificaciones de los Agregados para Concretos”, que establece los requisitos de gradación y calidad para los agregados finos y gruesos (excepto los agregados livianos y pesados), para uso en concreto; además, presenta información que puede ser utilizada por el contratista, el proveedor o el

comprador de agregados para concreto.

10.4.1 Clasificación por tamaño de partícula

Esta identificación de los agregados se deriva de dividirlos de acuerdo con aquel que pasa o no la frontera nominal de 4,75 mm (Tamiz N°4), de acuerdo a lo estipulado en la Norma Técnica Colombiana NTC 32, Tejido de alambre y tamices para propósito de ensayo. De acuerdo al tamaño de la partícula se tienen dos clases de agregados:

● Agregado fino: material que pasa 100% el tamiz 3/8” y queda retenido en la malla N° 200. Generalmente es clasificado como arena gruesa o fina.

● Agregado grueso: es aquel que es retenido 100% en el tamiz N° 4 o superior.

10.4.2 La importancia de los agregados en el concreto

El uso de agregados en el concreto tiene como objetivo reducir los costos en la producción de la mezcla (relleno adecuado para la mezcla, ya que reduce el contenido de pasta de cemento por metro cúbico), ayudar a controlar los cambios volumétricos (cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado, de curado y secado de la mezcla de concreto) y aportar a la resistencia final del material. Es un material que tiene una participación entre el 65% y el 70% del total de la mezcla de concreto. La forma y textura superficial de las partículas individuales de cualquier tipo de agregado tienen una influencia importante en la manejabilidad del concreto en su estado fresco y en otras características físicas de su estado sólido.


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Aunque la forma y textura de los agregados gruesos también influye en dicha relación, se afecta en mayor medida la resistencia a través de la relación adherencia agregado/pasta de cemento. Existe un límite en el contenido de agregados gruesos dado por la trabajabilidad del concreto. Si la cantidad de agregados gruesos es excesiva, ocurrirá el fenómeno de segregación el cual se controlará ya que el tipo de concreto que manejaremos solo consta de agregado grueso y de una única granulometría.

10.5 AGUA

El agua en el concreto es fundamental porque al relacionarla con la cantidad de cemento contenido en la mezcla (relación agua/cemento), es la que determina la resistencia del mismo y en condiciones normales su durabilidad. Concretos con altos contenidos de agua (relaciones agua/cemento por encima de 0,5) pueden proporcionar resistencias bajas y ser susceptibles de ser atacados fácilmente por los agentes externos. Por el contrario, relaciones agua/cemento bajas (menores de 0,45) contribuyen de forma significativa a la resistencia de los elementos, tanto a la compresión y mejor desempeño de la estructura, como al ataque de agentes que se encuentran en el medio ambiente, y en consecuencia a la durabilidad. Por ello, es fundamental el control de adición de agua a la mezcla durante su preparación o colocación ya que al alterar la condición inicial de esta (aumentar la relación agua/cemento para conseguir mayor facilidad en la acomodación y el acabado, puede afectar de forma apreciable el desempeño del mismo consiguiendo menores resistencias a la compresión o desgastes prematuros de los elementos construidos.

10.5.1 Agua para elaboración del concreto

El agua debe ser clara y de apariencia limpia, libre de cantidades perjudiciales de aceites, ácidos, sales, materiales orgánicos y otras sustancias que puedan ser dañinas para el concreto o el refuerzo. Si contiene sustancias que le produzcan color, olor o sabor inusuales, objetables o que causen sospecha, el agua no se debe usar a menos que existan registros de concretos elaborados con ésta, o información que indique que no perjudica la calidad del concreto. El agua para elaborar el concreto puede tomarse de fuentes naturales y, por lo tanto, puede contener elementos orgánicos indeseables o contenidos inaceptables de sales inorgánicas. Las Aguas superficiales, en particular, a menudo contienen materia en suspensión, como aceite, arcilla, sedimentos, hojas y otros desechos vegetales, y puede ser inadecuado emplearlas sin tratamiento físico preliminar, como filtración o sedimentación para que dicha materia en suspensión se elimine. (NTC 3459).

10.6 FIBRA DE VIDRIO

Es un material que consiste en numerosos y extremadamente finos ligamentos de fibras de vidrio. La fibra de vidrio tipo AR es una fibra de alto contenido en óxido de zirconio. Este tipo de fibra posee muy buenas propiedades de resistencia a compuestos alcalinos. Tiene una densidad de 2.7g/cm3.


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Se utiliza comúnmente como fibra de refuerzo en morteros a base de cemento, sustitución de amianto en tejados, paneles de fachadas, piezas de recubrimiento, de decoración. La fibra de vidrio tiene numerosas aplicaciones, desde automóviles hasta aislamiento del hogar.

La fibra de vidrio se refiere a un grupo de productos hechos de hebras extremadamente finas de vidrio tejidas (entrelazadas) en varias configuraciones o formas diferentes para formar una tela o malla dando lugar a un material flexible, muy resistente al calor, ligero, resistente a muchos productos químicos, buen aislante eléctrico y barato. Sin olvidar que el vidrio es una mezcla de arena de cuarzo, sosa y cal, el cual es muy resistente a cambios por químicos por sulfatos, además de ser un material duradero.

Entre las características más notables de la fibra de vidrio, esta su resistencia al calor extremo. No sólo disipa el calor radiante con notable eficacia, sino que algunos tipos de telas pueden resistir temperaturas de hasta 1648ºC durante algo más de un minuto, por lo que se utiliza para aislante tanto térmico como sonoro.

La fibra de vidrio es muy versátil y es considerada fundamental en la industria de los componentes, como material de refuerzo para plásticos moldeados y laminados, como aislante y para cables de fibra óptica. Podemos encontrarla en aviones, barcos, coches, piscinas, tanques de almacenamiento, techos, tuberías, revestimientos, yesos, etc.

10.6.1 Especificaciones técnicas de la fibra de vidrio tipo AR

Mecánicas:

● Fuerza a la tracción (MPa): 3.000 – 3.500. ● Elongación hasta rotura (%): 4.3.

Químicas:

● Absorción de humedad a 20 ºC y 60% de humedad relativa (%): 0.1. ● Resistencia a los disolventes: alta. ● Resistencia a la intemperie y los rayos UV: alta. ● Resistencia a microorganismos: alta.


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11. MARCO METODOLÓGICO

Se explicará detalladamente el paso a paso que se realizó durante el proyecto mencionando y los imprevistos que llevaron a cambiar el procedimiento que se había planteado inicialmente para cumplir con el diseño experimental.

El concreto permeable, a diferencia del concreto convencional, carece de agregado fino en su totalidad, por lo cual los únicos materiales que se implementaron en el proyecto son: agua, cemento, agregado grueso y fibra de vidrio AR que tuvo como objetivo afectar directamente la resistencia.

11.1 ENSAYOS DE MATERIALES

Los ensayos realizados permiten conocer las propiedades físicas del agregado y diseñar un concreto permeable aceptable, las condiciones de los ensayos ponen a prueba a los agregados, su respuesta condiciona y pronostica su comportamiento durante el vaciado y en el concreto terminado. Los ensayos normalizados por las NTC.

ENSAYO NORMA

Peso Unitario de los agregados NTC 174

Densidad y Absorción del agregado grueso NTC 176

Contenido Total de Humedad de los Agregados NTC 1776

Tabla N°1 Ensayos realizados a agregado grueso. Fuente: propia.

Ensayo de humedad, absorción y densidad para la granulometría ½”

Lata 863,4 gr

Material + lata 1745,7 gr

Material seco + lata 1715,1 gr

Humedad 3,59%

Lata 1348,4 gr

Peso sss + lata 2559,8 gr

Peso seco + lata 2488,8 gr

Absorción 6,23%

Peso molde 4,039 kg

Peso molde + material 14,220 kg

Peso material 10,181 kg

Altura promedio 0,284 m

Diámetro promedio 0,203 m

Volumen 0,009 m³

Densidad 1131,1 kg/m³

Tabla N° 2 Datos obtenidos de los ensayos de humedad, absorción y densidad del agregado de ½”. Fuente: propia.


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Ensayo de humedad, absorción y densidad para la granulometría ⅜”.

Lata 895 gr

Material + lata 2043 gr

Material seco + lata 1992 gr

Humedad 4,65%

Lata 1540 gr

Peso sss + lata 2622 gr

Peso seco + lata 2550 gr

Absorción 7,13%

Peso molde 4,038 kg





Volumen 0,009 m³

Densidad 1408,6 kg/m³

Tabla N° 3 Datos obtenidos de los ensayos de humedad y absorción del agregado de ⅜”.Fuente: propia.

Ensayo de humedad, absorción y densidad para la granulometría ¼”.

Lata 895 gr

Material + lata 2320 gr

Material seco + lata 2262 gr

Humedad 4,24%

Lata 1540 gr

Peso sss + lata 2863 gr

Peso seco + lata 2766 gr

Absorción 7,91%

Peso molde 4,039 kg





Volumen 0,009 m³

Densidad 1397 kg/m³

Tabla N°4 Datos obtenidos de los ensayos de humedad y absorción del agregado de ¼”.Fuente: propia.


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11.2 DISEÑOS DE MEZCLA

11.2.1 Materiales

• Cemento

Las especificaciones del Cemento Gris Uso General de Argos cumplen con los valores de la Norma Técnica Colombiana NTC 121 (Tipo UG).

Tabla N° 5 Especificaciones del cemento tipo UG de Argos.

• Agregado

Según la NTC 174; El agregado tiene como fin en un concreto, reducir costos al aportar el mayor porcentaje de volumen en el concreto y contribuir en la resistencia del material. En el caso del concreto permeable, este carece totalmente del agregado fino, debido a que este tipo de agregado en un concreto convencional brinda una mayor cohesión para evitar la porosidad en el concreto; por lo tanto, solo se usa agregado grueso, ya que no tendrá un acomodamiento total de las partículas y dejará una relación de vacíos mayor, asegurando así el paso del agua.

Según anteriores estudios realizados para este tipo de concreto se utilizan agregados de ⅜”, ½” y ¼”.

• Agua

Según la NTC 3459 Es el componente necesario para hidratar la mezcla. Ocupa aproximadamente el 15% del volumen total del concreto, de este volumen, dos terceras partes se utilizan para lubricar la mezcla y la otra tercera parte para hidratar el cemento. Por esto es importante que el agua esté libre de cualquier agente que puede afectar e influir en la resistencia del concreto.

• Fibra

Para aditivos en el concreto usamos la NTC 1299, que indica contenidos entre el 0.1 y el 4% al Para este caso utilizaremos fibra de vidrio, la cual debe ser deshilachada asegurando así una mezcla más homogénea en el concreto.


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11.2.2 Diseño de mezcla según Asocreto.

Se implementó este diseño de mezcla en la monografía, para comprobar si las implicaciones de este diseño, que es utilizado para la dosificación de concreto hidráulico, puede influir y ser utilizado de manera positiva en el aumento de la resistencia del concreto permeable.

El agregado de este tipo de concreto es particular, ya que solo se utiliza grava desde 1” hasta ⅜” y carece totalmente de finos, para este diseño de mezcla se decidió hacer 1 dosificación de granulometría de ½” así se garantiza una mayor relación de vacíos.

Se establece el asentamiento, para este caso es de 2 centímetros debido a que la mezcla debe ser seca por la baja relación de agua cemento del concreto permeable. Con el dato del asentamiento se calcula la cantidad de agua en masa para un metro cúbico de concreto usando la siguiente imagen:

Imagen N° 2 Fuente Asocreto, página 198, tomo 1.


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Se observa que con un asentamiento de 2 centímetro y un tamaño máximo de agregado de 19 mm se necesita 185 Kg de agua para un metro cubico de concreto.

En el planteamiento inicial de la tesis se proponen dos tipos de relación agua-cemento, pero dadas las condiciones y el muestreo inicial de las dosificaciones A y B, se determina que para un concreto poroso, una relación de 0.35 es consideradamente alta y genera una mezcla húmeda que disminuye la resistencia a compresión, por lo cual se decide probar con una relación de 0,3 en la dosificación C.

La fibra picada de vidrio álcali resistente, de alta integridad diseñada para utilizar en el refuerzo del concreto se dosifica como un aditivo convencional, con un porcentaje proporcional al peso del cemento utilizado en la mezcla.

Teniendo en cuenta los parámetros anteriormente mencionados y las correcciones de humedad y absorción de agregados, las dosificaciones realizadas para un metro cúbico, fueron A-1 para 1% de fibra, A-2 para 2% de fibra y A-3 para 3% de fibra.

Los cálculos para cada dosificación fueron los siguientes:

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑖 =185 𝑘𝑔

0,35= 528,57 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 = 1𝑚3 − 0,168𝑚3 − 0,15𝑚3 − 0,185𝑚3 = 0,497𝑚3

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑊 = 185 𝑘𝑔 + 562,38 𝑘𝑔 (0,063 − 0,036) = 200,17𝑘𝑔

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑊 =200,17 𝑘𝑔

0,35= 571,93 𝑘𝑔

𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 = 571,93 𝑘𝑔 ∗ 0,01 = 5,72 𝑘𝑔

Dosificación A-1

MATERIAL PESO Kg DENSIDAD

Kg/m³ VOLUMEN m³

PESO CORREGIDO POR DESPERDICIÓ Kg

CEMENTO 528,6 3150,00 0,168 800.702

AIRE 0,00 0,00 0,150 0

AGUA 185,00 1000,00 0,185 280.238

GRAVA 562,38 1131,10 0,497 787.33

FIBRA 1% 5,72 2700,00 0,002 8.008

RELACIÓN A/C 0,35

AGREGADO ½”

Tabla N°6 Dosificación A-1 para agregado de ½” con un 1% de fibra de vidrio. Fuente: propia.


0,35= 528,57 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 = 1𝑚3 − 0,168𝑚3 − 0,15𝑚3 − 0,185𝑚3 = 0,497𝑚3



0,35= 571,93 𝑘𝑔


36

𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 = 571,93 𝑘𝑔 ∗ 0,02 = 11,44 𝑘𝑔

Dosificación A-2


Kg/m³ VOLUMEN m³

PESO CORREGIDO POR DESPERDICIÓ

Kg

CEMENTO 528,6 3150,00 0,168 743.51

AIRE 0,00 0,00 0,150 0000

AGUA 185,00 1000,00 0,185 260.22

GRAVA 562,38 1131,10 0,497 731.094

FIBRA 2% 11,44 2700,00 0,004 14.87

RELACIÓN A/C 0,35

AGREGADO ½”



0,35= 528,57 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 = 1𝑚3 − 0,168𝑚3 − 0,15𝑚3 − 0,185𝑚3 = 0,497𝑚3



0,35= 571,93 𝑘𝑔

𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 = 571,93 𝑘𝑔 ∗ 0,03 = 17,16 𝑘𝑔

Dosificación A-3


Kg/m³ VOLUMEN m³

PESO CORREGIDO POR DESPERDICIÓ

Kg

CEMENTO 528,6 3150,00 0,168 743.509

AIRE 0,00 0,00 0,150

AGUA 185,00 1000,00 0,185 260.221

GRAVA 562,38 1131,10 0,497 731.094

FIBRA 3% 17,16 2700,00 0,006 22.308

RELACIÓN A/C 0,35

AGREGADO ½”



37

11.2.3 Diseño de mezcla ACI 211.3r-02

Para calcular el porcentaje en volumen de pasta cementante, se continuó el proceso de dosificación como indica la norma ACI 211 debido a que la norma está en función de la relación de vacíos.

Según estudios realizados anteriormente un concreto permeable debe tener una relación de vacíos mínima de 15%, para esta relación el volumen de pasta cementante debe ser del 20 % para un concreto bien compactado, como lo muestra la gráfica:

Gráfica N°1 tomada de: ACI 211.3R-02.

La relación agua-cemento para un concreto permeable debe ser baja en comparación a un concreto normal, debido a que se necesita una consistencia más seca para lograr una porosidad mayor, esta varía entre un 0,27 y 0,4. Para el desarrollo del proyecto se tomaron 2 valores de esta relación para realizar un comparativo de cómo afecta esta relación a la resistencia del concreto, sus valores serán 0,3 y 0,35. La fibra cortada de vidrio álcali resistente, de alta integridad diseñada para utilizar en el refuerzo del concreto se dosifica como un aditivo convencional, con un porcentaje proporcional al peso del cemento utilizado en la mezcla. El agregado de este tipo de concreto es particular, solo se utiliza grava desde 1” hasta ⅜” y carece totalmente de finos, para este diseño de mezcla se decidió hacer 2 dosificaciones de granulometría de un solo tamaño así se garantiza una mayor relación de vacíos. Los grupos son los siguientes:

1. ⅜ " 2. ¼"

Teniendo en cuenta los parámetros anteriormente mencionados y las correcciones de humedad y absorción de agregados, las dosificaciones realizadas para un metro cúbico, fueron las siguientes:

Como la pasta cementante debe tener un volumen de 0,2 𝑚3 para un metro cubico de concreto se usa la siguiente fórmula para calcular el peso del agua y del cemento:


38

𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

3150+

𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎 𝑐

1000= 0,2

Teniendo en cuenta los parámetros anteriormente mencionados y las correcciones de humedad y absorción de agregados, las dosificaciones realizadas para un metro cúbico, fueron para agregado de ⅜”: B-1 para 1% de fibra, B-2 para 2% de fibra, B-3 para 3% de fibra y para agregado de ¼”: C-2 para 2% de fibra y S para 0% de fibra.

Los cálculos para cada dosificación fueron los siguientes:

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =0,2

13150

+0,351000

= 299,6 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑢𝑎 = 299,6 𝑘𝑔 ∗ 0,35 = 104,86 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 = 1𝑚3 − 0,095𝑚3 − 0,105𝑚3 − 0,15𝑚3 = 0,65 𝑚3

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑊 = 104,86 𝑘𝑔 + 896,39 𝑘𝑔 (0,071 − 0,047) = 126,37𝑘𝑔

𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐶𝑜𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑊 =126,37 𝑘𝑔

0,35= 361,07 𝑘𝑔

𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 = 361,07 𝑘𝑔 ∗ 0,01 = 3,61 𝑘𝑔

Dosificación B-1


Kg/m³ VOLUMEN m³


CEMENTO 299,6 3150,00 0,095 433.28

AIRE 0,00 0,00 0,150 0.00

AGUA 104,86 1000,00 0,105 151.64

GRAVA 896,39 1379,00 0,650 1075.67

FIBRA 1% 3,61 2700,00 0,001 4.33

RELACIÓN A/C 0,35

AGREGADO ⅜”

Tabla N° 9 Dosificación B-1 para agregado de ⅜” con un 1% de fibra de vidrio. Fuente: propia.


13150

+0,351000

= 299,6 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑢𝑎 = 299,6 𝑘𝑔 ∗ 0,35 = 104,86 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 = 1𝑚3 − 0,095𝑚3 − 0,105𝑚3 − 0,15𝑚3 = 0,65 𝑚3

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑜𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑊 = 104,86 𝑘𝑔 + 896,39 𝑘𝑔 (0,071 − 0,047) = 126,37𝑘𝑔


0,35= 361,07 𝑘𝑔

𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 = 361,07 𝑘𝑔 ∗ 0,02 = 7,22 𝑘𝑔


39

Dosificación B-2


Kg/m³ VOLUMEN m³


CEMENTO 299,6 3150,00 0,095 433.28

AIRE 0,00 0,00 0,150 0

AGUA 104,86 1000,00 0,105 151.64

GRAVA 896,39 1379,00 0,650 1075.67

FIBRA 2% 7,22 2700,00 0,002 8.66

RELACIÓN A/C 0,35

AGREGADO ⅜

Tabla N°10 Dosificación B-2 para agregado de ⅜” con un 2% de fibra de vidrio. Fuente: propia.


13150

+0,351000

= 299,6 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑢𝑎 = 299,6 𝑘𝑔 ∗ 0,35 = 104,86 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 = 1𝑚3 − 0,095𝑚3 − 0,105𝑚3 − 0,15𝑚3 = 0,65 𝑚3

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑜𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑊 = 104,86 𝑘𝑔 + 896,39 𝑘𝑔 (0,071 − 0,047) = 126,37𝑘𝑔


0,35= 361,07 𝑘𝑔

𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 = 361,07 𝑘𝑔 ∗ 0,03 = 10,83 𝑘𝑔

Dosificación B-3


Kg/m³ VOLUMEN m³


CEMENTO 299,6 3150,00 0,095 433.28

AIRE 0,00 0,00 0,150 0

AGUA INICIAL 104,86 1000,00 0,105 151.64

GRAVA 896,39 1379,00 0,650 1075.67

FIBRA 3% 10,83 2700,00 0,004 12.99

RELACIÓN A/C 0,35

AGREGADO ⅜

Tabla N°11 Dosificación B-3 para agregado de ⅜” con un 3% de fibra de vidrio. Fuente: propia.


13150

+0,3

1000

= 323,9 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑢𝑎 = 323,9 𝑘𝑔 ∗ 0,3 = 97,17 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 = 1𝑚3 − 0,097𝑚3 − 0,103𝑚3 − 0,15𝑚3 = 0,65 𝑚3


40

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑜𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑊 = 97,17 𝑘𝑔 + 893,04 𝑘𝑔 (0,079 − 0,042) = 130,21 𝑘𝑔


0,3= 434,04 𝑘𝑔

𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 = 434,04 𝑘𝑔 ∗ 0,02 = 8,68 𝑘𝑔

Dosificación C-2


Kg/m³ VOLUMEN m³


CEMENTO 323,9 3150,00 0,103 520.85

AIRE 0,00 0,00 0,150 0

AGUA 97,17 1000,00 0,097 156.25

GRAVA 893,04 1379,00 0,650 1071.65

FIBRA 2% 8,68 2700,00 0,002 10.42

RELACIÓN A/C 0,30

AGREGADO ¼”

Tabla N°12 Dosificación C-2 para agregado de ¼” con un 2% de fibra de vidrio. Fuente: propia.


13150

+0,3

1000

= 323,9 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑢𝑎 = 323,9 𝑘𝑔 ∗ 0,3 = 97,17 𝑘𝑔

𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 = 1𝑚3 − 0,097𝑚3 − 0,103𝑚3 − 0,15𝑚3 = 0,65 𝑚3

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑜𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑊 = 97,17 𝑘𝑔 + 893,04 𝑘𝑔 (0,079 − 0,042) = 130,21 𝑘𝑔


0,3= 434,04 𝑘𝑔

Dosificación S


Kg/m³ VOLUMEN m³


CEMENTO 323,9 3150,00 0,103 520.85

AIRE 0,00 0,00 0,150 156.25

AGUA INICIAL 97,17 1000,00 0,097 1071.65

GRAVA 896,36 1379,00 0,650 10.42

RELACIÓN A/C 0,30

AGREGADO ¼”

Tabla N° 13 Dosificación S para agregado de ¼” con una relación a/c de 0.30. Fuente: propia


41

En tabla N° 14 se resumen las diferencias entre las dosificaciones planteadas:

Diseño de mezcla

(según pág. 33-39) % Fibra A/C

Tamaño del

Agregado

Proporción en

volumen C:A

(según pág. 33-39)

A-1 1% 0,35 ½" 1:3

A-2 2% 0,35 ½" 1:3

A-3 3% 0,35 ½" 1:3

B-1 1% 0,35 3/8" 1:7

B-2 2% 0,35 3/8" 1:7

B-3 3% 0,35 3/8" 1:7

C-2 2% 0,3 1/4" 1:6

S 0% 0,3 1/4" 1:6

Tabla N°14 Clasificación de las dosificaciones según las variables planteadas en la monografía. Fuente: propia.

11.3 EJECUCIÓN DE ENSAYO RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO.

Muestreo

El objeto del presente fue determinar parámetros como la cantidad de muestras y combinaciones de variables para estimar un comportamiento de la resistencia a la compresión, en base a la adición de la fibra de vidrio, la cual es una de las variables dependientes.

En principio se calculó hacer un muestreo de 54 cilindros con diámetro de 4” y altura de 8” para una confiabilidad del 92% y un margen de error del 6%, según la NSR-10 Titulo C.5 y la ASTM 122. Se tomarían dos grupos con 3 combinaciones de la siguiente manera:

Tabla N° 15 Distribución del muestreo según a/c y su % de fibra.Fuente: propia.

Por imprevistos durante el proyecto explicados más adelante no se siguió el muestreo planteado inicialmente, si no se dividió el nuevo muestreo en 3 categorías principales de la siguiente manera:

A. Cilindros prueba y error B. Cilindros mezcla ideal C. Cilindros a estudiar


42

11.4 EJECUCIÓN

11.4.1 Ensayo a compresión

Este ensayo fue el elegido para escoger una dosificación ideal en base a la resistencia que se genera a ciertos días y se realizó según las especificaciones de la norma NTC 673 "Ensayo de

resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos de concreto".

Las pruebas para determinar la resistencia a la compresión del concreto se realizaron en la máquina de compresión simple, que está compuesta por un equipo principal, una fuente hidráulica, un controlador y un sistema de control computarizado. Su placa móvil es accionada por energía eléctrica, hasta lograr ajustar la zona con la compresión deseada, la prueba se realizó a cilindros de 4” de diámetro y 8” de alto, estos fueron ensayados con diferentes dosificaciones, tamaño de agregado grueso y la relación agua cemento, con el propósito de analizar el comportamiento de la resistencia y la calidad de los materiales utilizados, específicamente la fibra de vidrio.

11.4.2 Equipos para la elaboración

A. Trompo. B. Moldes cilíndricos en PVC con las siguientes dimensiones: 4” de diámetro y 8” de

largo. C. Tamices, ⅜”, ½”, ¾” y ¼”. D. Probeta. E. Balanza. F. Cono de Abrams. G. Varilla para compactación.

11.4.3 Preparación de las muestras

Como primer paso se mezcla de forma homogénea la grava, cemento y la fibra de vidrio deshilachada, luego se le añade el agua y se mezcla durante 10 minutos aproximadamente. Después se procede a hacer el ensayo del cono de Abrams asentamiento para verificar los 2 centímetros de asentamiento.

Imagen N° 3 Proceso para incluir la fibra de vidrio de la mezcla. Fuente: propia.

Imagen N° 4 Mezcla antes de adicionar el agua correspondiente. Fuente: propia.


43

Imagen N° 5 Ensayo de asentamiento. Fuente: propia.

Se utilizaron moldes cilíndricos de 4 pulgadas de diámetro con 8 pulgadas de longitud, manteniendo una relación 1:2 de acuerdo a las normas establecidas, con respecto a su diámetro y longitud.

Imagen N°6 Camisas para el curado del concreto. Fuente: propia.

El curado las primeras 24 horas se realizó tapando los cilindros con un plástico transparente para evitar la pérdida humedad del concreto.

Imagen N° 7 curado de los cilindros Fuente: propia.


44

Al transcurrir 24 horas de fundir se procede a desencofrar.

A. Cilindros prueba y error

Se elaboraron 27 muestras con las siguientes especificaciones:

Código de cilindro

Cantidad de muestras

% Fibra Diseño de mezcla Compactación

S1 9 1% A-1 No

S2 9 2% A-2 No

S3 9 3% A-3 No

Tabla N°16 Combinaciones con granulometría de ¾” a ½”. Fuente: propia.

Imagen N° 8 Mezcla de concreto permeable en el trompo. Fuente: propia.

Imagen N° 9 Mezcla de concreto S1. Fuente: propia.

Imagen N° 10 Cilindro testigo de las dosificaciones A. Fuente: propia.

Imagen N° 11 Muestras de cilindros testigos de las dosificaciones tipo A. Fuente: propia.


45

B. Cilindros para mezcla ideal

Se elaboraron 16 muestras con los siguientes 2 tipos de granulometrías, la primera de ½” a ⅜” y de ⅜” a ¼”.

Código de cilindro


% Fibra Diseño de

mezcla Compactación

S4 3 1% B-1 No

S5 3 2% B-2 No

S6 3 3% B-3 No

Tabla N°17 Combinaciones con granulometría de ⅜”. Fuente: propia.

Imagen N° 12 Mezcla de concreto permeable para la dosificación B. Fuente: propia.

Imagen N° 13 Mezclado de concreto permeable para la dosificación B Fuente: propia.

Código de cilindro


% Fibra Diseño de mezcla Compactación

S7 4 2% C-2 No

S8 1 2% C-2 Si

S9 1 0% S Si

S10 1 0% S No

Tabla N° 18 Combinaciones con granulometría de ¼”. Fuente: propia.


46

Imagen N°14 Testigos de concreto permeable. Fuente: propia.

Imagen N°15 Mezcla de concreto con fibra de vidrio. Fuente: propia.

Imagen N°16 Humedad que presenta la dosificación Tipo B. Fuente: propia.

Imagen N°17 Muestra de cilindro de concreto permeable. Fuente: propia.

C. Cilindros a estudiar

Código de cilindro


% Fibra Diseño de

mezcla Compactación

S8 18 2% C-2 Si

S9 9 0% S Si

Tabla N°19 Combinaciones con granulometría de ¼” según él % de fibra.Fuente: propia.


47

Imagen N° 18 Procedimiento de curado de los cilindros Fuente: propia.

Imagen N°19 Muestra de cilindros de concreto para la dosificación C. Fuente: propia.

11.4.4 Ejecución de placa de muestreo

Se realizó una placa de 30x15x11 cm, que fue compactada como un concreto hidráulico convencional, con la dosificación que dio mayor resistencia que fue C-2 (explicada en la pág. 39) la siguiente:


Kg/m³ VOLUMEN m³


CEMENTO 323,9 3150,00 0,103 520.85

AIRE 0,00 0,00 0,150 0

AGUA 97,17 1000,00 0,097 156.25

GRAVA 893,04 1379,00 0,650 1071.65

FIBRA 2% 8,68 2700,00 0,002 10.42

RELACIÓN A/C 0,30

VOLUMEN 0.009

Tabla N° 20 Dosificación de materiales para la ejecución de la placa de muestra. Fuente: propia.

Esta placa tiene como el fin demostrar en la sustentación de la monografía la permeabilidad, estética del concreto y su resistencia al soportar el peso de una persona.


48

12. RESULTADOS

12.1 CANTIDAD DE CILINDROS FABRICADOS SEGÚN SU DOSIFICACIÓN.

Código de

cilindro

Cantidad

de

muestras

(und)

%

Fibra A/C

Tamaño

del

Agregado

Diseño de

mezcla

(según pág

32-40)

Proporción

en volumen

C:A (según

pág 32-40)

Compactación

Manual

S1 9 1% 0,35 ½" A-1 1:3 Para esta muestra

no se realizó


no se realizó


no se realizó

S4 3 1% 0,35 ⅜" B-1 1:7 Para esta muestra

no se realizó


no se realizó


no se realizó

S7 4 2% 0,3 ¼" C-2 1:6 Para esta muestra

no se realizó

S8 28 2% 0,3 ¼" C-2 1:6 Para esta muestra

si se realizó

S9 10 0% 0,3 ¼" S 1:6 Para esta muestra

si se realizó

S10 1 0% 0,3 ¼" S 1:6 Para esta muestra

no se realizó

Total, de

muestras (und) 79

Tabla N°21 Clasificación de los cilindros según las variables planteadas en la monografía. Fuente: propia.

12.2 CILINDROS PRUEBA Y ERROR

Código de

cilindro

Cantidad de

muestras Granulometría

Promedio de la

resistencia en Mpa Días % Fibra

S1 9 ½ " 4,04 28 1%

S2 9 ½ " 4,68 28 2%

S3 9 ½ " 3,08 28 3%

Tabla N°22 Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S1,S2,S3, con una granulometría de ½ ” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia.

12.3 CILINDROS MEZCLA IDEAL

Código de cilindro


Granulometría Promedio de la


S4 3 ⅜ " 3,917 28 1%

S5 3 ⅜ " 3,957 28 2%

S6 3 ⅜ " 3,5 28 3%

Tabla N°23 Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S4,S5,S6, con una granulometría de ⅜” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia.


49

12.4 CILINDROS A ESTUDIAR

Código de

cilindro

Cantidad de


Promedio de la


S7 4 ¼" 5.41 28 2%

Tabla N°24 Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S7, con una granulometría de ¼” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia.

Código de

cilindro

Cantidad de


Promedio de la


S8 10 ¼" 3.3 7 2%

S8 9 ¼" 6.9 14 2%

S8 9 ¼" 14.1 28 2%

Tabla N°25 Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S8, con una granulometría de ¼” según el porcentaje de fibra de vidrio del 2% y su tiempo de curado. Fuente: propia.

Código de

cilindro

Cantidad de


Promedio de la


S9 4 ¼" 2.5 7 0%

S9 3 ¼" 6.4 14 0%

S9 3 ¼" 17.3 28 0%

Tabla N°26 Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S9, con una granulometría de ¼” sin porcentaje de fibra de vidrio y según su tiempo de curado. Fuente: propia.

Código de

cilindro

Cantidad de


Promedio de la


S10 1 ¼" 2.66 7 0%

Tabla N°27 Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S10, con una granulometría de ¼” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia.

12.5 DENSIDAD DE LA MEZCLA SEGÚN TIPO DE CILINDRO

Código de cilindros

(según tabla 21)

Densidad

promedio (Kg/m³)

S4 1645.45

S5 1504.75

S6 1610.42

S7 1695.31

S8 1702.32

Tabla N°28 Densidad promedio del concreto con fibra

Código de cilindros

(según tabla 21)

Densidad

promedio (Kg/m³)

S9 1782.85

S10 1575.63

Tabla N°29 Densidad promedio del concreto sin fibra


50

13. ANÁLISIS DE RESULTADOS

13.1 RESISTENCIA DE LOS TESTIGOS DE CONCRETO PERMEABLE

En los cilindros de prueba y error se denoto que la teoría que se encontraba de este tipo de concreto no se acercaba a la práctica, por lo cual sería necesario averiguar más al respecto, especialmente en el tema de mejoramiento en la manejabilidad y la estética del concreto. Pasados los 28 días de tiempo de curado, los resultados de la resistencia a compresión no fueron los esperados para la primera tanta de cilindros, principalmente para que el diseño del concreto permeable cumpliera con la resistencia de un concreto convencional según la normativa de la NSR-10 título E.

Hipótesis errónea que se confirmó con los datos obtenidos mostrados en las gráficas N°2 y N°3, además en base a otras tesis y artículos encontrados se logró analizar que sería complejo llegar a obtener la resistencia similar a la de un concreto hidráulico, ya que un concreto permeable se posee un comportamiento distinto debido al alto contenido de vacíos.

Por lo cual se conseguirá hallar una dosificación ideal con la cual podamos aumentar la resistencia, además de lograr una mejor manejabilidad y estética.

La resistencia más alta obtenida en el primer grupo S1, S2 y S3 fue de 5,84 Mpa y el de la menor resistencia fue de 2,1 Mpa, debido a estos datos se decidió no seguir con el planteamiento propuesto de realizar los 27 cilindros que faltaban siguiendo las variables propuestas, debido a esto se decidió con el tutor de la monografía cambiar la metodología y fundir un grupo de cilindros con diferentes combinaciones los cuales fueron: S4, S5, S6, S7, S8, S9 y S10. Con el fin de estudiar cuál diseño presenta una mejora en su resistencia, manejabilidad y estética, para con ello encontrar una mezcla ideal con el fin de terminar el muestreo con 36 cilindros más.

Gráfica N° 2 Comportamiento de la resistencia para una granulometría de ½” según el porcentaje de fibra de vidrio. Fuente: propia.


51

Gráfica N° 3 Resistencia promedio para una granulometría de ½” según su % de fibra. Fuente: propia.

Al observar los datos de las resistencias obtenidos en la graficas N°2 y N°3, se decide modificar las primeras variables, las cuales se aplicaron en los cilindros S4, S5 y S6. Estas fueron modificar el tamaño del agregado y el diseño de mezcla, manejando el mismo porcentaje de fibra de vidrio.

El agregado disminuyó su tamaño de ½” a ⅜” para que se lograra un mejor acomodamiento y

con ello obtener más puntos de contacto entre el agregado debido a su forma, ya que se utilizó un material angular.

El diseño de mezcla paso de ser una Dosificación tipo A (pág. 34-36) a una Dosificación tipo B (pág. 36-38), los cuales se diferencian principalmente por el tipo de cálculos realizados ya que la Dosificación A es diseñada según Asocreto y la Dosificación B según la norma ACI-522, con el cual se disminuyó el volumen de pasta cementante para mejorar su manejabilidad y una mejor presentación estéticamente.

Los datos obtenidos en el ensayo de resistencia a compresión para los cilindros testigos de estas dosificaciones se pueden apreciar en la gráfica N° 4.

Imagen N°20 Dosificación de concreto permeable con fibra al momento de mezclarse. Fuente: propia.


52

Gráfica N° 4. Comportamiento de la resistencia para una granulometría de ⅜” según su % de fibra. Fuente: propia.

Con esta grafica podemos comprobar como la resistencia a compresión aumento, aunque no de forma significativa, así que se optó por disminuir la relación agua/ cemento, disminuir el tamaño del agregado, además se propone en manejar un único porcentaje de fibra de vidrio.

Para la siguiente muestra de cilindros testigos "S7" se decidió reducir, la relación A/C de 0.35

a 0,3 para que con ello el concreto proporcione una apariencia más seca, adicionalmente se disminuyó por segunda vez el tamaño del agregado de ⅜” a ¼”.

Imagen N° 21 Cambio en la humedad presentada al cambiar la dosificación en la mezcla de concreto permeable Fuente: propia.


53

Según los datos de la resistencia obtenida en dosificaciones anteriores, se decide en implementar para las siguientes muestras de concreto permeable un único porcentaje de fibra de vidrio, el cual será del 2%, ya que este aporta la mayor resistencia en comparación a los demás porcentajes utilizados, como lo indica la gráfica N° 3, N°4 y N°5 en dónde para cada granulometría utilizada este porcentaje brinda la más alta resistencia.

Gráfica N° 5 Resistencia promedio para una granulometría de ⅜” según su % de fibra. Fuente: propia.

Para los cilindros S7 se empezó a observar una mejora en la manejabilidad, también se pudo observar que la granulometría de ¼” da la resistencia más alta como lo demuestra la gráfica N°6 además de una estética más adecuada y presentable. Pero a pesar de estas mejoras, la resistencia seguía siendo baja, su promedio fue de 5,41 Mpa, debido a esto se decidió dejar la granulometría ¼” pero se decide optar por variar la compactación sin afectar la permeabilidad de los cilindros jugando con la relación de vacíos entre el 15% y 20%.

Gráfica N°6 Resistencia promedio a los 28 días con 2% de fibra para cada tipo de granulometría utilizada en el proyecto. Fuente: propia.


54

Se realizaron unas muestras de cilindros con una Dosificación tipo S (pág. 39) los cuales son "S9" y "S10" con características similares a la S7, la cual es una Dosificación tipo C (pág. 39),

exceptuando que en estas no se contemplaba un aditivo como la fibra de vidrio, otro cambio realizado fue que a la muestra S9 fue compactada con el mismo proceso que un concreto hidráulico normal. Se realizó el mismo experimento de compactar manualmente los cilindros faltantes de la muestra con fibra y se comprobó que así el concreto sea compactado con 25 golpes en 3 capas proporcionales a la altura, el concreto sigue siendo permeable. Este factor en el cambio de la compactación, aumentó la resistencia como lo indica la gráfica N° 7.

Gráfica N° 7 Resistencia promedio para una granulometría de ¼” según el 2% de fibra. Fuente: propia.

En esta grafica podemos apreciar como la compactación es un factor fundamental en términos de la resistencia, ya que, gracias a este se logra aumentar de 5.41 Mpa a 14.06 Mpa, un aumento del 277,86% prácticamente hubo un aumento al triple de la resistencia, por lo cual se decide compactar los cilindros faltantes como un concreto hidráulico, sin afectar la permeabilidad.

La mezcla adicionada con fibra de vidrio que dio el valor más alto en términos de la resistencia se denominó Mezcla ideal "S8", la cual fue realizada con una Dosificación tipo C (pág. 39).

Estos cilindros presentaban una estética más presentable a comparación de los cilindros anteriores y una mejor manejabilidad. Por lo cual se realizó un muestreo con una confiabilidad del 92%.

Según los tiempos de curado del concreto convencional, se decidió realizar una gráfica para demostrar la curva de comportamiento de nuestra Dosificación C-2, donde se puede observar que un concreto permeable se comporta de la misma manera que un concreto hidráulico basados en los datos de la resistencia a compresión, según los tiempos de curado de 7,14 y 28 días. Los cuales observaremos en la gráfica N° 8.


55

Gráfica N° 8 Comportamiento de la resistencia en Mpa para los cilindros S8 según el tiempo de curado. Fuente: propia.

Se decidió realizar un pequeño muestreo al concreto permeable sin fibra para realizar una comparación directa sobre cómo afecta la fibra a este tipo de hormigón y se obtiene que este es un poco más resistente al concreto con fibra, como lo muestra la gráfica N° 8.

Gráfica N° 9 Comportamiento de la resistencia en Mpa para la dosificación S9 según el tiempo de curado. Fuente: propia.


56

Sin embargo, se debe tener en cuenta que, al momento de realizar el ensayo de resistencia a compresión, el tipo de falla presentada es diferente al poseer o no fibra en su estructura, y el muestreo de concreto dosificado sin fibra fue menor a los cilindros que poseían fibra en su interior. El cual no da una confiabilidad aceptable según la norma NSR-10 Titulo C, para tomar un muestreo confiable con los datos de los cilindros S9, pero aun asi se realizará la comparación entre este tipo de muestras con el fin de tener un punto de correlación entre el uso o no uso de la fibra de vidrio en el concreto permeable en base a la resistencia.

Según lo hablado anteriormente obtenemos la gráfica N° 9.

Gráfica N° 10 Comparación de la resistencia promedio para las dosificaciones S8 y S9. Fuente: propia.

Roberto J. Fernández Arrieta y Alejandro Navas Carro en su tesis: “Diseño de mezclas para evaluar su resistencia a la compresión uniaxial y su permeabilidad”, realizada en la Universidad de Costa Rica, facultad de ingeniería civil, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica 2008. Realizaron una investigación en la que analizaron 19 mezclas de concreto permeable. Los resultados obtenidos se resumen en la siguiente figura, en la que se observa que las relaciones w/c entre 0,28 y 0,31 presentaron resistencias adecuadas, demostradas en la siguiente tabla:

PROCEDENCIA

RIO CANTERA

RESISTENCIA

(Mpa)

PROMEDIO 10.5 5

MÍNIMA 3.33 4.12

MÁXIMA 17.8 7.16

Tabla N° 30. Tomada de (Diseño de mezclas para evaluar su resistencia a la compresión uniaxial y su permeabilidad, Fernández y Navas,2008, pág. 47) Variación de la resistencia a la compresión uniaxial, según la

relación w/c.

Adicionalmente en la guía del IMCYC, (Instituto mexicano del cemento y del concreto) en Ël concreto permeable en la obra problemas, causas y soluciones, página 3. Indican que, por su parte, las resistencias típicas de un concreto permeable están en el rango de 5 a 13 MPa. Una


57

mezcla con una relación de agregado: cemento de 8:1; una relación de agua/cemento de 0.4, y una densidad de 1850 kg/m3, tiene una resistencia de aproximadamente 7.5 MPa.

Dados los datos anteriores de antecedentes y estudios al concreto permeable, en donde la resistencia para el tipo de concreto estudiado no es mayor de 13 Mpa, y según los datos que obtuvimos en nuestra investigación presentamos los siguientes resultados:

Dosificación C-2 y S PROCEDENCIA

CANTERA

CON FIBRA SIN FIBRA

RESISTENCIA

(Mpa)

PROMEDIO 14.6 17.33

MÍNIMA 11.22 20.5

MÁXIMA 16.64 13.5

Tabla N° 31 Variación de la resistencia a la compresión uniaxial a los 28 días con el diseño de mezcla ideal. Fuente: propia.

En la Tabla anterior y los datos presentados en este capítulo podemos demostrar como la Dosificación C-2 y S presenta una mayor resistencia, que los concretos permeables estudiados en los antecedentes encontrados, ya sea que posean fibra o no en su estructura.

13.2 MODULO DE ROTURA

El módulo de ruptura se define como la tensión máxima que un espécimen de prueba rectangular puede soportar en una prueba de flexión de 3 puntos hasta que se rompe, expresado en N/mm2 o MPa.

En este caso se estimó el módulo de Rotura por medio de la siguiente ecuación:

𝑀𝑅 = 0.392√𝐹ˈ𝑐2823

Muestras Resistencia a compresión a 28

días (Mpa) Módulo de Rotura

(Mpa)

S1 4.04 0.9944

S2 4.68 1.0968

S3 3.08 0.8298

S4 3.92 0.9741

S5 3.96 0.9807

S6 3.50 0.9036

S7 5.41 1.2080

S8 14.10 2.2879

S9 17.30 2.6221

Tabla N° 32. Calculo del Modulo de rotura promediado para las muestras de concreto con 28 dias de curado. Fuente propia.


58

13.3 PERMEABILIDAD EN LAS MUESTRAS DE CONCRETO

La permeabilidad es la capacidad para filtrar agua a través de su interior, y su magnitud es medida por la tasa de filtración. Debido a que las tasas de filtración aumentan proporcionalmente al contenido de vacíos, en consecuencia, la resistencia a la compresión disminuye, el reto en la dosificación de mezcla de concreto permeable es lograr un equilibrio entre una tasa de filtración y una resistencia a la compresión aceptable.

13.3.1 Permeabilidad según el tamaño de los agregados

Según los antecedentes de esta investigación y la literatura existente:

El rango de contenido de vacíos de un concreto permeable varía entre 15% a 35%, y éste depende principalmente del tamaño de los agregados, la norma ACI 211.3R-02 recomienda el uso de agregados de tamaños estándar, en el presente proyecto se usaron los tamaños de ¾”, ½”, ¼”. Los testigos iniciaron con el agregado de tamaño mayor a los recomendados para la elaboración de mezclas de concreto permeable, ya que se consideró utilizar tres tamaños de gradación del agregado.

Las mezclas permeables que desarrollan mayores valores de resistencia a la compresión deben tener como mínimo un 15% de vacíos para garantizar una adecuada permeabilidad. Por lo tanto, se consideró en el presente trabajo el valor de 15% de contenido de vacíos para todos los diez grupos de prueba.

En las imágenes N°22, N°23, N°24 y N°25, se logra identificar la secuencia del movimiento del agua dentro el cilindro verificando su permeabilidad.

13.3.2 Cálculo de la permeabilidad

La permeabilidad en el concreto a estudiar se refiere a la cantidad de agua que atraviesa por los poros del material en un determinado tiempo, para calcular la permeabilidad utilizaremos el siguiente método:

Este método consiste en considerar la Ley de Darcy en el hormigón, donde hallaremos K, como la permeabilidad de nuestro concreto permeable.

𝑄 = 𝐾 ∗ 𝑖 ∗ 𝐴 = 𝐾 =𝑄

𝑖∗𝐴= 2.439024 cm/seg.

Donde:

Q: es el caudal de agua en cm³ que fluye en un tiempo t = 191.5605 cm³/seg

i: es el gradiente = 130 𝑐𝑚−110 𝑐𝑚

20 𝑐𝑚 = 1

A: es el área de la sección en cm²: π*5cm² =78.539816 cm²

t: es el tiempo en segundos = 8.2 seg

l: es la longitud del elemento en cm = 0.20 cm

https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_%CF%80


59

Imagen N° 22. Secuencia de permeabilidad de cilindros. Fuente: propia.

Imagen N° 23. Secuencia de permeabilidad de cilindros. Fuente: propia



60


13.4 TIPOS DE FALLA

Se toma como referencia la imagen N°22 tomada de la NTC 673, para clasificar y analizar los tipos de fallas obtenidos en cada grupo de cilindros.

Imagen N° 26 tomada de: Norma NTC 673 pág. 13.


61

13.5 FALLAS EN LOS CILINDROS PRUEBA Y ERROR.

Código del cilindro

S1 (Referencia tabla 21), cilindros prueba y error.

Tipo de falla Tipo 4 y 6 (Imagen N° 22).

Implicación

En la imagen A se puede evidenciar que, al comprimir el cilindro, falló el agregado y no solo la pasta cementante.

Por el contrario, la pasta cementante con fibra logra mantener los agregados en su lugar, como se puede

observar mayormente en la imagen B. De acuerdo con su baja resistencia de 4.0 Mpa que presentan los

cilindros por su tamaño de agregado y su exceso de pasta cementante se estima que este tipo mezcla no es

apta para el uso constructivo.

Análisis

Esta falla se presenta mayoritariamente por el acomodo de la mordaza, pero en este caso se pudo presentar

principalmente dada la superficie del cilindro la cual no era totalmente plana, por lo tanto, se ejerce una presión un área

menor implicando así, una menor resistencia.

A B

Tabla N° 33 Analisis de la fallas a compresion. Fuente propia


62

Código del cilindro S2 (Referencia tabla 21), cilindros prueba y error.

Tipo de falla Tipo 3 y 4 (Imagen N° 22) – Falla por cortante.

Implicación

En la imagen A y B se evidencia que el cilindro falla y se

separa una gran parte del mismo, dejando ver grandes vacíos

dentro del cilindro. De acuerdo con su baja resistencia de 4.68

Mpa que presentan los cilindros por su tamaño de agregado y

su exceso de pasta cementante se estima que este tipo

mezcla no es apta para el uso constructivo.

Análisis

La falla ideal de un cilindro es cuando se genera un plano de

falla totalmente vertical. Otro tipo de falla se puede generar

por cortante, ya que existe una combinación de esfuerzos

ejercidos en el cilindro. Teniendo en cuenta lo anterior, en este

caso se presentó principalmente una falla a cortante dada la

superficie del cilindro, la cual, no era totalmente plana y por

consiguiente se ejerce presión en un área menor o un punto

especifico, denotando así, una fractura en gran parte del

cilindro como se puede observar en las imágenes A, B.

A B



63

Código del cilindro: S3 (Referencia tabla 21), cilindros prueba y error.

Tipo de falla Tipo 5 (Imagen N° 22).

Implicación

En la imagen A se muestra que el cilindro falla en la parte inferior y lo que se desprende (imagen B), tiene en su mayoría pasta cementante y poco agregado. De acuerdo con su baja resistencia de 3.08 Mpa que presentan los cilindros por su tamaño de agregado y su exceso de pasta cementante se

estima que este tipo mezcla no es apta para el uso constructivo.

Análisis

Esta falla se presenta comúnmente por mala acomodación en la máquina.

A

B

Tabla N° 35 Analisis de la fallas a compresion. Fuente propia.


64

13.6 FALLAS EN LOS CILINDROS MEZCLA IDEAL.

Código del cilindro:

S4 (Referencia tabla 21), cilindros mezcla ideal.

Tipo de falla Tipo 5 y 4 respectivamente (Imagen N° 22) – Falla por cortante.

Implicación

En las imágenes A, B, se muestra que los cilindros fallan en

la parte inferior y central por cortante. De acuerdo con su baja

resistencia de 3.92 Mpa que presentan los cilindros por su

tamaño de agregado se estima que este tipo mezcla no es

apta para el uso constructivo.

Análisis

Este tipo de falla se da por cortante ya que existe una

combinación de esfuerzos, en este caso se pudo presentar

principalmente porque la superficie del cilindro no era plana,

por lo tanto, había puntos de la superficie a los cuales se les

aplicaba o ejercía presión y a otros no.

A B



65

Código del cilindro: S5 (Referencia tabla 21), cilindros mezcla ideal.

Tipo de falla Tipo 4 imagen A – Falla cortante y desconocida imagen B –

Falla por aplastamiento. (Imagen N° 22).

Implicación

En las imágenes A, B, se muestran que los cilindros fallaron, pero no se desplomaron. De acuerdo con su baja resistencia

de 3.96 Mpa que presentan los cilindros por su tamaño de agregado se estima que este tipo mezcla no es apta para el

uso constructivo.

Análisis

Estas fallas se presentan debido a las propiedades físicas del concreto permeable, ya que a la hora de realizar el ensayo de

resistencia a la compresión, el contenido de vacíos disminuye y genera que el agregado se acople hasta desplomarse, sin

embargo, el estudio determino una propiedad conjunta entre la fibra de vidrio y la pasta cementante, dicha propiedad es la

adherencia, la cual, permite que a la hora de la generación de la falla tenga un lapso de tiempo en el cual la fibra y la pasta cementante no deje desplomar las partículas del agregado.

A

B

Tabla N° 37. Analisis de la fallas a compresion. Fuente propia


66

Código del cilindro: S6 (Referencia tabla 21), cilindros mezcla ideal.

Tipo de falla Tipo 5 (Imagen N° 22) – Falla por aplastamiento.

Implicación

En las imágenes A y B, no se puede evidenciar bien la falla del cilindro, pero si se evidencia que no se desplomaron. De acuerdo con su baja resistencia de 3.5 Mpa que presentan los cilindros por su tamaño de agregado se estima que este

tipo mezcla no es apta para el uso constructivo.

Análisis Estas fallan ocurren comúnmente con cabezales no adheridos

al espécimen.

A

B



67

13.7 FALLAS CILINDROS A ESTUDIAR.

Código del cilindro: S7 (Referencia tabla 21), cilindros a estudiar.

Tipo de falla Tipo 4 (Imagen N° 22) – Falla por aplastamiento.

Implicación

En la imagen A, se muestra que los cilindros fallaron diagonalmente, mientras que, en la imagen B además de fallar

diagonalmente se fractura de manera vertical, teniendo en cuenta esto no se desplomaron debido a que la fibra de vidrio,

adherida a la pasta cementante, mantiene unidos los agregados. De acuerdo con su baja resistencia de 5.4 Mpa que presentan los cilindros por su tamaño de agregado se estima

que este tipo mezcla no es apta para el uso constructivo.

Análisis





A

B



68


Tipo de falla Tipo 5 y 4 respectivamente. (Imagen N° 22) – Falla por cortante.

Implicación

En la imagen A, se muestra que en los cilindros ocurre un desprendimiento en las esquinas, mientras que, en la imagen

B se fractura, teniendo en cuenta esto no se desplomaron debido a que la fibra de vidrio, adherida a la pasta

cementante, mantiene unidos los agregados. De acuerdo con su baja resistencia de 5.4 Mpa que presentan los

cilindros por su tamaño de agregado se estima que este tipo mezcla no es apta para el uso constructivo.

Análisis






A

B



69


Tipo de falla Desconocido, (presunto aplastamiento).

Implicación

En las imágenes se muestran que los cilindros fallaron, pero no se desplomaron, debido a que la fibra de vidrio, adherida a la

pasta cementante, mantiene unidos los agregados. De acuerdo con la resistencia de 14.1 Mpa y la estética que presentan los cilindros por su tamaño de agregado se estima que este tipo

mezcla si es apta para el uso en construcción, preferiblemente en losas de contrapiso debido a que este concreto no se

desploma porque está adicionado con fibra de vidrio.

Análisis





A

B



70


Tipo de falla Tipo 2 de imagen A – Falla aplastamiento y tipo 5 de imagen B – Falla cortante. (Imagen N° 22).

Implicación

En las imágenes se muestran que los cilindros fallaron, pero no se desplomaron debido a que la fibra de vidrio adherida a la

pasta cementante mantiene unidos los agregados. De acuerdo con la resistencia de 14.1 Mpa y la estética que presentan los cilindros por su tamaño de agregado se estima que este tipo

mezcla si es apta para el uso en construcción, preferiblemente en losas de contrapiso debido a que este concreto no se

desploma porque está adicionado con fibra de vidrio.

Análisis






A

B



71

13.8 FALLAS EN LOS CILINDROS (SIN FIBRA).

Código del cilindro: S9 y S10 (Referencia tabla 21), cilindros a estudiar.

Tipo de falla Tipo 3 – Falla columnar. (Imagen N° 22).

Implicación

En las imágenes Ay B, se muestra que los cilindros fallaron y se desplomaron. De acuerdo con la resistencia de 17.3 Mpa y 2.6

la estética que presentan los cilindros por su tamaño de agregado se estima que este tipo mezcla si es apta para el uso

en construcción, pero tiene mayor riesgo dado que esta se desplomada inmediatamente que falla.

Análisis

La falla ideal de un cilindro es cuando se genera un plano de

falla totalmente vertical. Es este caso no fue ideal, debido a que

al fallar a través de todo el cilindro se desplomo en varias

partes, ya que, al ser un concreto permeable no contiene

agregado fino y de esta manera las partículas no se adhieren

adecuadamente.

A

B



72

Código del cilindro: S9 y S10 (Referencia tabla 21), cilindros a estudiar.

Tipo de falla Tipo 4 – Falla por cortante. (Imagen N° 22).

Implicación

En las imágenes se muestran que los cilindros fallaron y se desplomaron. De acuerdo con la resistencia de 17.3 Mpa y 2.6

la estética que presentan los cilindros por su tamaño de agregado se estima que este tipo mezcla si es apta para el uso

en construcción, pero tiene mayor riesgo dado que esta se desplomada inmediatamente que falla.

Análisis

Este tipo de fallas se dan por cortante ya que existe una

combinación de esfuerzos, debido a que el espécimen no tiene

sección homogénea.

A

B



73

14. ANÁLISIS ESTADÍSTICO

Con el fin de explicar y analizar la metodología de nuestro diseño experimental, en base a el método de investigación CUANTITATIVO, puesto que el medio de prueba de la problemática se basa en mediciones numéricas para establecer una dosificación ideal en base a la resistencia para comprobar la teoría planteada. En este caso explicaremos dos métodos, los cuales son ayudaran a obtener una resistencia promedio para los testigos de concreto permeable en la dosificación ideal, los cuales son: desviación estándar según la NSR-10 Titulo C5 y el método de mínimos cuadrados. Con estos dos métodos y con la resistencia promedio directa dada al fallar los cilindros realizaremos una comparación de las resistencias.

14.1 CÁLCULO DE LA RESISTENCIA SEGÚN LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR (SS).

14.1.1 Dosificación basada en la experiencia en obra o en mezcla de prueba o ambas.

Para seleccionar una mezcla adecuada de concreto, hay que seguir 3 pasos básicos: 1. Determinar la desviación estándar de la muestra. 2. Determinar la resistencia promedio a la compresión. 3. Determinar la dosificación de la mezcla requerida para producir esa resistencia

promedio.

En nuestro proyecto ya obtenemos que la dosificación ideal, por lo cual iniciamos con el paso 3, ya que esta mezcla C-2 la cual se caracteriza en los siguientes materiales para un m³ de

concreto sin desperdicio:


Kg/m³ VOLUMEN m³


CEMENTO 323,9 3150,00 0,103 520.85

AIRE 0,00 0,00 0,150 0

AGUA 97,17 1000,00 0,097 156.25

GRAVA 893,04 1379,00 0,650 1071.65

FIBRA 2% 8,68 2700,00 0,002 10.42

RELACIÓN A/C 0,30

AGREGADO ¼”

Tabla N°12 Dosificación C-2 para agregado de ¼” con un 2% de fibra de vidrio. Fuente: propia.

14.1.2 Desviación estándar (Ss).

La indicación según la NSR-10 Titulo C.5.3.1. página 82, explica que: Los registros de los ensayos a partir de los cuales se calcula Ss deben cumplir las siguientes condiciones:


74

(a) Representar materiales, procedimiento de control de calidad y condiciones similares a las esperadas, y a las variaciones de los materiales y de las proporciones dentro de la muestra no deben haber sido más restrictivas que las de la obra propuesta.

(b) Representar un concreto producido para que cumpla con la resistencia o resistencias a compresión especificadas dentro de +/- 7 Mpa.

(c) Consistir al menos de 30 ensayos consecutivos o de dos grupos de ensayos consecutivos totalizando al menos 30 ensayos.

Condiciones que cumplimos al momento de realizar cada mezcla, con la única que excepción de que realizamos menos de 30 ensayos consecutivos, pero para ello la norma nos indica que para cumplir con el primer paso debemos utilizar los valores de la siguiente tabla para el cálculo de la Ss:

Tabla N° 45 NSR-10 Titulo 5 Pág.83

Para proseguir con el segundo paso ¨Determinar la resistencia promedio, interpolamos los valores de la tabla anterior y obtenemos el valor de 1.018 como factor de modificación, con el cual calcularemos los valores de la resistencia promedio según los datos iniciales de la resistencia a compresión de la dosificación C-2, los cuales encuentran en la tabla 39 en la parte de anexos en la página 72 de este documento. Con ellos obtenemos la siguiente tabla para las resistencias según la Ss:

Código de

cilindro

Cantidad de


Resistencia promedio

según Ss (Mpa) Días % Fibra

S8 10 ¼" 3.40 7 2%

S8 9 ¼" 6.98 14 2%

S8 9 ¼" 14.31 28 2%

Tabla N°46. Resistencia promedio según modificación en la desviación estándar. Fuente: propia.


75

Con los datos obtenidos por tabla de la resistencia según la Ss para la dosificación Ss realizaremos la gráfica:

Gráfica N° 11 Resistencia promedio según el tiempo de curado por el método de la NSR 10 Titulo C según la desviación estándar. Fuente: propia.

En conclusión, con este método obtenemos que para la dosificación ideal C-2, a los 28 días la resistencia promedio es de 14.31 Mpa.

14.2 MÉTODO DE MÍNIMOS CUADRADOS.

Es una técnica de análisis numérico, en la que, dados un conjunto de pares ordenados variable independiente, variable dependiente y una familia de funciones, se intenta encontrar la función continua, dentro de dicha familia, que mejor se aproxime a los datos (un "mejor ajuste"), de acuerdo con el criterio de mínimo error cuadrático. Para este cálculo usaremos los datos de la mezcla ideal con la variable independiente "X" la

cual será el tiempo de curado y la variable dependiente "Y" la cual será la resistencia en Mpa.

El método que utilizaremos será el de polinomio de segundo grado el cual también es llamado regresión polinomial por mínimos cuadrados. Para este método debemos calcular la siguiente tabla:

https://es.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lisis_num%C3%A9rico

https://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_continua

https://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_continua


76

Î Xî Yî Xî² Xî³ Xî⁴ XîYî Xî²Yî (Yî-P(Xî))²

1 7 2.40 49 343 2401 16.78 117.49 0.939

2 7 2.82 49 343 2401 19.72 138.07 0.301

3 7 2.85 49 343 2401 19.93 139.54 0.269

4 7 3.15 49 343 2401 22.03 154.24 0.048

5 7 3.38 49 343 2401 23.66 165.62 0.000

6 7 4.02 49 343 2401 28.14 196.98 0.427

7 7 4.37 49 343 2401 30.59 214.13 1.007

8 7 3.45 49 343 2401 24.15 169.05 0.007

9 7 3.41 49 343 2401 23.87 167.09 0.002

10 7 3.59 49 343 2401 25.13 175.91 0.050

11 14 6.63 196 2744 38416 92.87 1300.18 0.040

12 14 8.03 196 2744 38416 112.48 1574.69 1.444

13 14 8.31 196 2744 38416 116.40 1629.59 2.196

14 14 5.58 196 2744 38416 78.15 1094.05 1.564

15 14 6.04 196 2744 38416 84.49 1182.89 0.636

16 14 6.19 196 2744 38416 86.63 1212.83 0.415

17 14 6.33 196 2744 38416 88.59 1240.29 0.254

18 14 7.00 196 2744 38416 98.04 1372.55 0.029

19 14 7.55 196 2744 38416 105.70 1479.86 0.515

20 28 13.47 784 21952 614656 377.16 10560.48 0.349

21 28 16.40 784 21952 614656 459.18 12857.04 5.470

22 28 16.64 784 21952 614656 465.95 13046.70 6.660

23 28 12.71 784 21952 614656 355.88 9964.64 1.824

24 28 13.59 784 21952 614656 380.52 10654.56 0.221

25 28 11.22 784 21952 614656 314.16 8796.48 8.069

26 28 14.55 784 21952 614656 407.40 11407.20 0.240

27 28 14.07 784 21952 614656 393.94 11030.30 0.000

28 28 13.87 784 21952 614656 388.24 10870.59 0.038

406 448 221.615 9310 225694 5901658 4639.8 112913.05

Tabla N°47. Método de mínimos cuadrados para hallar la mejor aproximación en la resistencia con el menor error. Fuente: propia.

Interpretación: Los valores en la columna (Yî-P(Xî))² es el error en % en la aproximación para

cada uno de los datos de la resistencia que se localicen en la misma fila.


77

Con los datos de la tabla procedemos a aplicar la fórmula en la imagen 47 y su aplicación se demuestra en la imagen 48, con un sistema de ecuaciones de 3x3.

Imagen N° 27. Fórmula para hallar las variables en el método de mínimos cuadrados.

Imagen N° 28. Sistema de ecuaciones de 3x3 para hallar las variables en el método de mínimos cuadrados.

Con este método obtenemos 3 variables las cuales permitirán hallar el valor de resistencia según el tiempo, las cuales son:

a0= -0.0002330806 a1= 0.47392104053 a2= 0.00100888341

Las cuales aplicamos en la siguiente fórmula para P(x)= a3x² +a2x + a1. Para obtener la

resistencia los 7, 14, 21 y 28 días aplicamos las siguientes fórmulas:

• P(7)= a2(7)² + a1(7) + a0

P(7)= 3.366

• P(14)= a2(14)² + a1(14) + a0

P(14)= 6.832

• P(21)= a2(21)² + a1(21) + a0

P(21)= 10.397

• P(28)= a2(28)² + a1(28) + a0

P(28)= 14.061


78

Con estos datos podemos realizar una gráfica de resistencia más precisa de la dosificación C-2 presentadas en la muestra S8.

Gráfica N° 12 Resistencia según el tiempo de curado por el método de mínimos cuadrado para la dosificación S8. Fuente: propia.

En conclusión, con este método obtenemos que para la dosificación ideal C-2, a los 28 días la resistencia promedio es de 14.06 Mpa.

14.3 RESULTADOS

Después de analizar el valor de la resistencia por cada método, podemos realizar la siguiente gráfica donde comparamos cada valor.


79

Gráfica N° 13 Resistencia según el tiempo de curado por cada uno de los métodos realizados para la muestra de cilindros S8. Fuente: propia.

Con esta gráfica podemos concluir en cada uno de los métodos la resistencia es muy similar, sin picos altos y con una ascendencia lineal según los días en los que fallamos las muestras. Realizar este análisis es de vital importancia ya que estos son necesarias para describir en forma adecuada un conjunto de datos. En resumen, podemos afirmar que la resistencia promedio inicial dada en el laboratorio a los 28 días es la más acertada ya que es un punto medio entre ambos métodos y se puede confiar en los datos obtenidos al momento de realizar el ensayo de compresión uniaxial.


80

15. CONCLUSIONES

1. Según el estudio realizado, se determinó una dosificación apta para un concreto

permeable, el cual, cuenta con una implementación porcentual de fibra de vidrio del 2% y por ende una mejor resistencia a compresión, demostrada en los cilindros S8 con una dosificación C2 (Referencia tabla 12), la cual es de 14.1 Mpa en promedio. Teniendo en cuenta los documentos de investigación en los cuales se basó el estudio, se finiquita que la dosificación C2, proyecta una mayor resistencia que en dichas investigaciones anteriores a este tipo de concreto, las cuales, proveían unos datos de la resistencia alcanzada con otro tipo de aditivos, dando como promedio una resistencia desde 7 Mpa a 10 Mpa.

2. En esta investigación fueron utilizados 3 tamaños para el agregado grueso: 1/2", 3/8" y 1/4" para determinar cual le aporta al concreto permeable una mejor resistencia y permeabilidad, siendo el tamaño de 1/4" el agregado ideal que presentó una mayor

resistencia al interactuar con los demás materiales.

3. El 2% de fibra, fue el porcentaje que más aportó a la resistencia de la mezcla en comparación con el 1% y 3%, estos estuvieron por debajo en un 2% y 11% respectivamente, concluyendo así que este porcentaje logra una mejor interacción con el agregado y la pasta cementante.

4. El rango de relación agua-cemento para el concreto permeable es de 0.27 a 0.40, en el presente proyecto se tomaron 2 valores: 0.3 y 0.35. Comparando directamente los resultados de alta resistencia, mejor manejabilidad y humedad ideal, se destacó a la relación agua-cemento de 0.3 implementada en la dosificación C-2 y S.

5. El concreto permeable reforzado con fibra de vidrio representa una alternativa de construcción, dada que su resistencia promedio con la dosificación C-2 está en el rango de implementación según la Norma NSR-10 título E Casa de uno y dos pisos, por lo cual podría ser una solución frente al problema de inundaciones en terrazas, dando paso a la ejecución de un sistema de drenaje para aguas lluvia, que a su vez brinda ventajas adicionales como absorción de la emisión de ruido.

6. La compactación manual en el concreto permeable fue vital en el este estudio debido a que en las primeras muestras no se logró la resistencia esperada por carencia de este factor. Caso contrario a los cilindros S8 y S9 donde se evidenció un aumento en la resistencia en aproximadamente 200% al compactar estos cilindros testigos. Se evidencio que los vacíos se redujeron, pero sin afectar la permeabilidad en estas muestras.

7. El diseño de mezcla según Asocreto, no llegó a un resultado satisfactorio para el concreto permeable, dado a que este se genera en base a una relación agregado-asentamiento, en el cual, la cantidad de agua es mayor conforme a el tamaño del agregado, sin mencionar el enfoque primordial de Asocreto cuyo fin es el de dosificar concreto hidráulico. Por otra parte, el diseño de mezcla ACI se enfatiza en el volumen de vacíos y en una única granulometría, la cual, es necesaria para un concreto poroso. En este sentido, el diseño ACI indica que el concreto estudiado necesita menos pasta cementante en la mezcla en comparación con un concreto convencional, para con ello, obtener una mejor manejabilidad y estética.


81

8. Al momento de comprimir los cilindros, se observó un comportamiento diferente en los que

contienen fibra, estos fallaron por aplastamiento a diferencia de los que no poseen fibra, ya que en estos fallaba el agregado y partes de la pasta cementante, sus partículas se despedazaban fácilmente a comparación del concreto con fibra que simplemente se aplastaba conservando su integridad. Con ellos concluimos que la implementación de un concreto sin fibra tendría cierto peligro al momento de un sismo, ya que este se desestabiliza rápidamente, cuestión que no sucedería con el concreto adicionado con fibra teniendo en cuenta que este da un mayor tiempo para reaccionar.

9. En los resultados obtenidos de esta investigación se puede observar que conforme aumenta el tamaño máximo del agregado, disminuye la resistencia del concreto permeable. Situación contraria a la ocurrida en términos de la permeabilidad, donde a mayor tamaño máximo del agregado grueso, se obtiene también una mayor permeabilidad del concreto.

10. El concreto permeable sin adicciones de fibra es más resistente en un 17% que el concreto permeable con fibra, debido a su diferencia en la densidad; el porcentaje que ocupaba la fibra (volumen) en una dosificación tipo S8, lo ocupa el agregado en una dosificación S9 ya que el porcentaje de vacíos no varía entre mezclas. Dando como resultado que el concreto con fibra da una resistencia menor a uno sin fibra, como en comparación al concreto hidráulico.

11. Al principio del proyecto se estudió y analizó toda la información representativa acerca del

concreto permeable, para hacer un plan de actividades y con ello un muestreo certero que diera una alta confiabilidad, pero a medida que se llevó a cabo este plan, los resultados no eran cercanos a los esperados.

Con muchos imprevistos y suposiciones se logró obtener un comportamiento del concreto permeable reforzado con fibra de vidrio y una dosificación que permita aumentar su resistencia ya sea que contenga o no fibra de vidrio. Por más información que se logre obtener acerca de un tema siempre se podrá investigar e innovar más allá de lo que se puede encontrar ya escrito.


82

16. RECOMENDACIONES

1. Se recomienda un cuidado después de la ejecución de este tipo de concreto para cualquier fin, ya que los poros del concreto se podrían obstruir con partículas que puedan ingresar al interior del mismo.

2. Se recomienda utilizar el concreto permeable con fibra para losas de entrepiso ya que la resistencia del concreto es apropiada para un diafragma que transporte las cargas a las vigas y columnas de una de máximo.

3. Se recomienda para futuros estudios del concreto permeable utilizar el diseño de mezcla ACI debido a que este diseño mejora el concreto en cuanto a resistencia, estética y manejabilidad.

4. Para el proceso de preparación y manipulación de la fibra de vidrio es necesario utilizar los implementos adecuados de seguridad como guantes de caucho, bata y gafas de protección, debido a que la fibra al ser deshilachada vuelve sus hilos más finos y estos pueden penetrar la piel afectando brevemente.

5. El método más efectivo de mezclado para que el concreto sea más homogéneo es en primera instancia mezclar el agregado, el cemento y la fibra haciendo que esta última quede bien distribuida; luego se procede a añadir el agua gradualmente y por último se mezclan todos los materiales ya mencionados.

6. El trabajar la fibra de vidrio picada para aumentar la resistencia a compresión del concreto permeable se varió ampliamente el planteamiento inicial, para un próximo estudio se podría utilizar y aumentar los ensayos para obtener un mejor uso en la fibra de vidrio, como por ejemplo en su implementación como malla, o como un geotextil, ya que la fibra de vidrio tipo AR posee una gran resistencia al estar enlazada.

7. Se recomienda investigar el origen y forma de los agregados a utilizar en cualquier estudio experimental ya que este influye de manera directa a la resistencia. Por lo tanto, se recomienda utilizar un agregado aluvial ya que este es más resistente que el de cantera.

8. El desperdicio de fibra recomendado para un mezclado en trompo debe ser del 30% porque esta tiende a adherirse a las aspas del trompo y no permite una mezcla apropiadamente del concreto.

9. Se recomienda capinar los cilindros de concreto permeable al momento de fallarlos debido a la superficie del concreto permeable, este probablemente tendrá puntos de contacto sobresalientes debido al tamaño del agregado, los cuales harán contacto con la máquina a compresión. Como este ensayo no se realizará sobre una superficie plana se presentarán inconsistencias en la resistencia reduciendo el valor real de esta y dando resultados más bajos a los esperados.


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17. BIBLIOGRAFÍA

• RANGO, Samuel. “Concreto permeable: Desarrollo urbano de bajo impacto. {En línea}.

{19/05/20}. Disponible en: https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/concreto-

permeable-desarrollo-urbano-de-bajo-impacto

• Mariano. Fibra de vidrio. {En línea}. 06/12/11. {19/05/20}. Disponible en:

https://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/12/fibra-de-vidrio.html

• ASOCRETO, Tecnología del concreto, Materiales, Propiedades y Diseño de mezclas. Tercera edición. Bogotá: Nomos impresores,2010. 92.

• Toxement. Concreto poroso o concreto permeable. {En línea}. 2017. {19/05/20}. Disponible

en: http://www.toxement.com.co/media/3812/concreto_poroso.pdf

• Flores Quispe Cesar Eddy, Pacompia Calcina Ivan Alexander, “Diseño de mezcla de

concreto permeable con adición de tiras de plástico para pavimentos f’c 175 kg/cm2 en la

ciudad de puno”, Puno, 2015. Universidad nacional del altiplano, Facultad de ingeniería

civil y arquitectura, Escuela profesional de ingeniería civil.

• FERNÁNDEZ ARRIETA Roberto J. y Navas Carro Alejandro, “Diseño de mezclas para

evaluar su resistencia a la compresión uniaxial y su permeabilidad”, Universidad de Costa

Rica, facultad de ingeniería civil, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica 2008.

• TORRES FLORES Luis Enrique, “Tecnología del concreto permeable o ecológico en la

construcción”, Ciudad de México, 2010, 26-29 pág. Universidad Nacional Autónoma de

México, Facultad De Ingeniería, Programa único de especializaciones de Ingeniería.

• PEREZ RAMOS, Daniel. “Estudio experimental de concretos permeables con agregados

andesíticos”. Ciudad de México, 2009, 157 pág. Universidad Nacional Autónoma de

México. Facultad de ingeniería.

• CANDELAS RAMIREZ, Luis. “Tecnología del concreto permeable o ecológico en la

construcción”. Ciudad de México, 2010, 57 pág. Universidad Nacional Autónoma de

México. Facultad de ingeniería.

• Sandra Cabello, Paola Zapata, Andrei Pardo, Andrea Romo, Luisana Campuzano, Jesús

Espinoza y Carlos Sánchez, “Concreto poroso: constitución, variables influyentes y

protocolos para su caracterización”. {En línea}. 2015. {19/05/20}. Disponible en:

http://repositorio.utmachala.edu.ec/bitstream/48000/4996/1/0041-

%20I%20Congreso%20Internacional%20de%20Ciencia%20y%20Tecnolog%c3%ada

%20UTMACH

• Camila Mendoza, Dublán Torres, Ricardo Campo, Julián Jiménez, Ángel Contreras,

Camilo Ballesteros. “Compresión de probetas de concreto”. {En línea}. 2019. {19/05/20}.

Disponible en:

https://www.researchgate.net/publication/331473896_Ensayo_compresion_de_cilin

dros_de_concreto.

• Question Pro. "¿Qué es la investigación explicativa?”. {En línea}.2017. Disponible en:

https://www.questionpro.com/blog/es/investigacion-explicativa/.

https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/concreto-permeable-desarrollo-urbano-de-bajo-impacto


https://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/12/fibra-de-vidrio.html

http://www.toxement.com.co/media/3812/concreto_poroso.pdf

http://repositorio.utmachala.edu.ec/bitstream/48000/4996/1/0041-%20I%20Congreso%20Internacional%20de%20Ciencia%20y%20Tecnolog%c3%ada%20UTMACH



https://www.researchgate.net/publication/331473896_Ensayo_compresion_de_cilindros_de_concreto

https://www.researchgate.net/publication/331473896_Ensayo_compresion_de_cilindros_de_concreto

https://www.questionpro.com/blog/es/investigacion-explicativa/


84

• International Research, "¿Qué es la investigación cuantitativa? ", 2020. {En línea}.

Disponible en: https://www.sisinternational.com/investigacion-cuantitativa/.

• Silva Omar Javier, Argos, Generalidades y tipos de aditivos para el concreto según la NTC

1299, 2020. Disponible en:

https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/generalidades-tipos-de-aditivos- para-

el-concreto.

• Argos, ¿Para qué se utiliza el agua en el concreto?, 2020. {En línea}. Disponible en:

https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/191para-qu233-se-utiliza-el-agua- en-

el-concreto.

• Arango Samuel, Argos, Concreto permeable: desarrollo urbano de bajo impacto, 2020.

{En línea}. Disponible en: https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/concreto-

permeable-desarrollo- urbano-de-bajo-impacto

• IMCYC, (Instituto mexicano del cemento y del concreto) en Ël concreto en la obra

problemas, causas y soluciones, octubre 2007. página 3.

• Silva Omar Javier, Argos, Tipos de agregados y su influencia en el diseño de mezcla del

concreto, 2020. Disponible en: https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/tipos-de-

agregados-y-su- influencia-en-mezcla-de-concreto.

• Osorio Jesus David, Argos, Agregados finos y gruesos: ¿cómo inciden en la manejabilidad

del concreto?, 2020. Disponible en:

https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/tipos-de-agregados-y-su- influencia-

en-mezcla-de-concreto.

• Cementos Tequendama, Tipos de cementos y características según NTC 121, {En línea}.

2017. Disponible en: http://www.cetesa.com.co/tipos-de-cementos-y- caracteristicas-

segun-ntc-121/.

• José Luis García Rivero. Manual técnico de construcción. 3ª. ed., México,

APASCO/Holcim, 2006, pág. 83.

• Norma Sismo-Resistente NSR 10 Titulo C.

• Norma Técnica Colombiana 174. Especificaciones agregados para concreto. 2000. Quinta

actualización.

• Norma Técnica Colombiana 5541. Concretos reforzados con fibra. 2007. Segunda

actualización.

• Norma Técnica Colombiana 2275. Ingeniería civil y arquitectura procedimiento

recomendado para la evaluación de los resultados de los ensayos de resistencia del

concreto. 1997. Primera actualización.

• Norma Técnica Colombiana 673. Ensayo de resistencia a la compresión de especímenes

cilíndricos de concreto. 2010. Tercera actualización.

https://www.sisinternational.com/investigacion-cuantitativa/

https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/generalidades-tipos-de-aditivos-para-el-concreto



https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/191para-qu233-se-utiliza-el-agua-en-el-concreto






https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/tipos-de-agregados-y-su-influencia-en-mezcla-de-concreto






http://www.cetesa.com.co/tipos-de-cementos-y-caracteristicas-segun-ntc-121/




85

18. ANEXOS

Estos son las tablas que debido a su gran tamaño no fueron representadas en capítulos anteriores, pero en ellas se encuentra uno a uno los datos arrojados en el ensayo de compresión para cada una de las muestras realizadas en esta investigación. En estas se encuentra toda la información de los 79 cilindros fallados, de los cuales se realizó un promedio para los cilindros prueba y error, adicionalmente cilindros mezcla ideal ya que estos no son significativos para el estudio estadístico. La resistencia de estos cilindros esta especificada en las tablas N°47 a N°52. 18.1 CILINDROS PRUEBA Y ERROR

Código de cilindro

# Cilindros

Granulometría Resistencia

en Mpa Resistencia promedio

Días % Fibra

S1 1 ½" 2.19 3.70

28

1%

S1 2 ½” 4.8 28

S1 3 ½” 4.11 28

S1 4 ½” 3.03 3.63

28

S1 5 ½” 5.35 28

S1 6 ½” 2.52 28

S1 7 ½” 5.41 4.80

28

S1 8 ½” 4.84 28

S1 9 ½” 4.15 28

S2 10 ½” 3.46 4.85

28

2%

S2 11 ½” 5.25 28

S2 12 ½” 5.84 28

S2 13 ½” 4.07 5.04

28

S2 14 ½” 5.77 28

2S 15 ½” 5.27 28

S2 16 ½” 4.29 4.13

28

S2 17 ½” 3.53 28

S2 18 ½” 4.58 28

S3 19 ½” 3.92 3.67

28

3%

S3 20 ½” 3.51 28

S3 21 ½" 3.57 28

S3 22 ½" 4.06 3.03

28

S3 23 ½" 2.93 28

S3 24 ½" 2.1 28

S3 25 ½" 2.23 2.53

28

S3 26 ½" 2.34 28

S3 27 ½" 3.03 28

Tabla N° 48. Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S1, S2, S3, con una granulometría de ½” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente para cada uno de los testigos. Fuente: propia.


86

18.2 CILINDROS MEZCLA IDEAL

Código de

cilindro

# Cilindros



Días %

Fibra

S4 28 ⅜" 3.95 3.969

28 1%

S4 29 ⅜" 3.78 28

S4 30 ⅜" 4.18 28

S5 31 ⅜" 3.81 3.957

28 2%

S5 32 ⅜" 3.57 28

S5 33 ⅜" 4.49 28

S6 34 ⅜" 3.81 3.50

28 3%

S6 35 ⅜" 4.14 28

S6 36 ⅜" 2.55 28

Tabla N°49. Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S4, S2, S3, con una granulometría de ⅜” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia.

Código de cilindro

# Cilindros Granulometría Resistencia en

Mpa Resistencia promedio

Días

S7 37 ¼" 4.51 5.41

S7 38 ¼" 4.67 28

S7 39 ¼" 7.05

Tabla N°50. Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S7, con una granulometría de ⅜” a ¼”. Fuente: propia.

Código de cilindro

# Cilindros Granulometría Resistencia

en Mpa Días % Fibra

S7 40 ¼" sincompac fib 1.81 7 2%

S8 41 ¼" compac fib 4.02 7 2%

S9 42 ¼" compac sinfib 3.45 7 0%

S10 43 ¼" sincompac sinfíb 2.66 7 0%

Tabla N°51. Resistencia en Mpa para el muestreo de la dosificación S8, S9, S10, con una granulometría de ¼” según el porcentaje de fibra de vidrio correspondiente. Fuente: propia.


87

18.3 CILINDROS A ESTUDIAR

Código de cilindro

# Cilindros Granulometría Resistencia en

Mpa Resistencia promedio

Días % Fibra

S8 44 ¼" 2.40 2.7

7 2%

S8 45 ¼" 2.82 7 2%

S8 46 ¼" 2.85 7 2%

S8 47 ¼" 3.15 3.63

7 2%

S8 48 ¼" 3.38 7 2%

S8 49 ¼" 4.37 7 2%

S8 50 ¼" 3.45 3.5

7 2%

S8 51 ¼" 3.41 7 2%

S8 52 ¼" 3.59 7 2%

S8 53 ¼" 6.63 7.7

14 2%

S8 54 ¼" 8.03 14 2%

S8 55 ¼" 8.31 14 2%

S8 56 ¼" 5.58 5.9

14 2%

S8 57 ¼" 6.40 14 2%

S8 58 ¼" 6.19 14 2%

S8 59 ¼" 6.33 7.0

14 2%

S8 60 ¼" 7.00 14 2%

S8 61 ¼" 7.55 14 2%

S8 62 ¼" 13.47 15.5

28 2%

S8 63 ¼" 16.40 28 2%

S8 64 ¼" 16.64 28 2%

S8 65 ¼" 12.71 12.5

28 2%

S8 66 ¼" 13.59 28 2%

S8 67 ¼" 11.22 28 2%

S8 68 ¼" 14.55 14.2

28 2%

S8 69 ¼" 14.07 28 2%

S8 70 ¼" 13.87 28 2%

Tabla N° 52. Resistencia en Mpa para la dosificación S8 según el tiempo de curado. Fuente: propia.

Código de cilindro

# Cilindros



Días

S9 71 ¼" sinfib 2,1 2.5

7

S9 72 ¼" sinfib 2,3 7

S9 73 ¼" sinfib 2,9 7

S9 74 ¼" sinfib 5.4 6.4

14

S9 75 ¼" sinfib 6.6 14

S9 76 ¼" sinfib 7.2 14

S9 77 ¼" sinfib 13.5 17.3

28

S9 78 ¼" sinfib 18.3 28

S9 79 ¼" sinfib 20.2 28

Tabla N° 53. Resistencia en Mpa para la dosificación S9 según el tiempo de curado. Fuente: propia


88

18.4. TABLA PARA CÁLCULOS DE LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR. En esta tabla donde se muestran los valores obtenidos para en el cálculo de la desviación estándar según la NSR-10 Titulo C-5, con los cuales se obtuvo la gráfica N°11 en el capítulo de Análisis estadístico.

# Cilindros Granulometría

Resistencia

en Mpa

Resistencia

según Ss

Resistencia

promedio Días

53 ¼¨ 2.40 2.43

3.3

7

54 ¼¨ 2.82 2.86 7

55 ¼¨ 2.85 2.89 7

56 ¼¨ 3.15 3.20 7

57 ¼¨ 3.38 3.43 7

58 ¼¨ 4.37 4.44 7

59 ¼¨ 3.45 3.50 7

60 ¼¨ 3.41 3.46 7

61 ¼¨ 3.59 3.64 7

62 ¼¨ 6.63 6.73

7.0

14

63 ¼¨ 08.03 8.15 14

64 ¼¨ 8.31 8.44 14

65 ¼¨ 5.58 5.67 14

66 ¼¨ 06.04 6.13 14

67 ¼¨ 6.19 6.28 14

68 ¼¨ 6.33 6.42 14

69 ¼¨ 7.00 7.11 14

70 ¼¨ 7.55 7.66 14

71 ¼¨ 13.47 13.67

14.3

28

72 ¼¨ 16.40 16.65 28

73 ¼¨ 16.64 16.89 28

74 ¼¨ 12.71 12.90 28

75 ¼¨ 13.59 13.79 28

76 ¼¨ 11.22 11.39 28

77 ¼¨ 14.55 14.77 28

78 ¼¨ 14.07 14.28 28

79 ¼¨ 13.87 14.07 28

Tabla N° 54. Cálculo de la Resistencia promedio en Mpa según la desviación estándar (Ss).


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18.5 BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA. En esta tabla se confirma cada uno de los documentos que fueron base, para realizar esta investigación, donde se especifica la razón por la cual se implementó cada uno de los materiales utilizados, las dosificaciones iniciales y los antecedentes respecto a la permeabilidad y a la resistencia del concreto estudiado.

Relación A/C -Estudio experimental de concretos permeables con agregados andesíticos.

-Diseño de mezclas para evaluar su resistencia a la compresión uniaxial y su permeabilidad, mayo 2011.

Tamaño de agregado -NTC 174 -Tecnología del concreto permeable o ecológico en la construcción ING. Luis Enrique Torres Flores septiembre 2010. -Diseño de mezclas para evaluar su resistencia a la compresión uniaxial y su permeabilidad, mayo 2011.

Diseño de mezcla ACI 211 y ASTM

Muestreo NSR titulo c 5.3 Cálculo de tamaño de muestras según la población

Usos aditivos -NTC 5541 -Ficha técnica línea de pavimentos grupo puma -Concreto poroso o concreto permeable Guía de Toxement. 2017

Ensayos de resistencia NTC 2275

Tabla N° 55. Referencia bibliografica utilizada en la Monografia. Fuente: Propia..

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DISEÑO DE MEZCLA PARA CONCRETO PERMEABLE CON …