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COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO HIDRAULICO CON ADICIONES DE FIBRA
ANDRES GUILLERMO PARRA LOPEZ MARCO FIDEL PARRA MEJIA
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
BUCARAMANGA 2007
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omMARCO FIDEL PARRA MEJIA
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COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO HIDRAULICO CON ADICIONES DE FIBRA
ANDRES GUILLERMO PARRA LOPEZ MARCO FIDEL PARRA MEJIA
Tesis para optar al título de Ingeniero Civil
DirectorEDUARDO CASTAÑEDA PINZON
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
BUCARAMANGA 2007
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EDUARDO CASTAÑEDA PINZON
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TITULO: COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO HIDRAULICO CON ADICIONES DE FIBRA. * AUTOR: MARCO FIDEL PARRA MEJIA ANDRES GUILLERMO PARRA. ** PALABRAS CLAVES: Fuerzas de adhesión, fibra, concreto.
RESUMEN
El objetivo de este proyecto es continuar los estudios en materiales de construcción que sean económicos y durables. Las fibras de acero y de vidrio, son alternativas viables pero costosas. Las fibras naturales pueden ser una posibilidad real para los países en desarrollo, ya que están disponibles en grandes cantidades y representan una fuente renovable continua.
El estudio comienza con una caracterización de la fibra de fique, determinando sus propiedades mecánicas tales como la resistencia a la tensión y el modulo de elasticidad, posteriormente se determina la fuerza de adhesión que existe entre la fibra de fique y el mortero, por ultimo se realizan unos modelos de probetas a compresión con mortero normal, tensión con mortero normal y mortero reforzado, flexión con mortero normal y mortero reforzado. Teniendo como resultado una idea mas clara de la interacción entre estos dos materiales y aportando un granito de arena para las próximas investigaciones en este campo, para obtener un artículo completo de este nuevo material, ya que puede ser una posibilidad de desarrollo para poblaciones vulnerables.
Al final de la investigación se hace un análisis detallado del comportamiento del mortero, sin embargo el mayor aporte que puede hacer esta investigación es la determinación de las fuerzas de adhesión entre el mortero y la fibra, para poder mejorar el modelamiento y la confianza de los constructores y diseñadores en este tipo de compuestos.
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* Proyecto de grado. ** Facultad de Ingenierías Físico-Mecánicas. Escuela de Ingeniería Civil Director: Eduardo Castañeda.
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tipo de compuestos.
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TITLE: CONCRETE WITH ADDITIONS OF FIBER AUTHORS: MARCO FIDEL PARRA MEJIA ANDRES GUILLERMO PARRA. ** KEYWORDS: Adhesion strength, concrete, fiber.
ABSTRACT
The objective of this project is to continue the studies in building supplies that are economic and durable. The steel fibers and of glass are alternative viable but expensive. The natural fibers can be a real possibility for the developing countries, since they are available in big quantities and they represent a continuous renewable source.
The study begins with a characterization of the fique fiber, determining its such as mechanical estates the tension resistance and the elasticity module, later on we determine the strength of adhesion that exists between the fique fiber and the mortar, finally some models of test tubes are carried to compression with normal mortar, tension with normal mortar and reinforced mortar, flexion with normal mortar and reinforced mortar. Having an idea as a result with the interaction among these two materials and contributing a grain of sand for the next investigations in this field, to obtain a complete material study of this new one, since it can be a development possibility for vulnerable populations.
In the final of this investigation has got a annalist detailed the comport a mortar, nevertheless the major contribute that this investigation can be done is the determination of the strength of adhesion between the mortar and the fiber, to be able to improve the models and the confidence of the builders and designers in this type of composed.
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* Undergraduate Thesis ** Faculty of physic – Mechanical Engineering. School of Civil Engineering. Director: Civil Eng. Eduardo Castañeda
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AGRADECIEMIENTOS
Los autores de este proyecto queremos agradecer a todos aquellos que creyeron en nuestras capacidades y que a pesar de nuestras decaídas, nos dieron apoyo, principalmente a nuestros padres, quienes con sus consejos nos guiaron en el camino correcto, sin embargo sin la ayuda y guía de nuestro director Eduardo Castañeda no hubiese sido posible esta investigación.
También queremos agradecer a los directivos y técnicos de las empresas, TESICOL y EXTRUCOL, puesto que con su ayuda y colaboración pudimos obtener resultados satisfactorios en sus laboratorios.
Finalmente agradecemos la colaboración de los laboratoristas de la Universidad Industrial de Santander, en especial a Jairo Hernández ya que su colaboración fue muy importante.
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TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION
1. MARCO TEORICO
1.1. MATERIALES COMPUESTOS…
1.1.1 Materiales compuestos reforzados con fibras
1.1.1.1 Influencia de la longitud de la fibra
1.1.1.2 Influencia de la orientación y de la concentración de la fibra.
1.2 FASE MATRIZ
1.3 FASE FIBROSA
1.4 EL FIQUE LA FIBRA DE FIQUE
1.5 LA FIBRA DE FIQUE
1.6 CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS NATURALES
2. CARACTERIZACION MECANICA DE LA FIBRA DE FIQUE
2.1 RESISTENCIA ÚLTIMA DE LA FIBRA DE FIQUE
2.2 MODULO DE ELASTICIDAD DE LA FIBRA DE FIQUE
3. FUERZA DE ADHESION ENTRE EL MORTERO Y LA FIBRA DE FIQUE
4. ENSAYOS EN CONCRETOS REFORZADOS CON FIBRAS
4.1 ENSAYO DE COMPRESION. Norma ICONTEC 220
4.2 ENSAYO DE TENSION. Norma ICONTEC 119
4.3 ENSAYO DE FLEXION. Norma ICONTEC 120
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5. ANALISIS DE LOS RESULTADOS
5.1 CLASIFICACIÓN MECANICA DE LA FIBRA DE FIQUE
5.1.1 Resistencia última a tensión de la fibra de fique
5.1.2 Esfuerzo último a tensión de la fibra de fique
5.1.3 Modulo de elasticidad de la fibra de fique
5.2 FUERZA DE ADHESION ENTRE EL MORTERO Y LA FIBRA DE FIQUE
5.3 PROPIEDADES MECANICAS DEL MORTERO NORMAL Y REFORZADO
5.3.1 Resistencia a la compresión del mortero normal
5.3.2 Resistencia a la tensión del mortero normal y mortero reforzado
5.3.2.1 Mortero normal
5.3.2.2 Mortero reforzado
5.3.2.3 Comparación entre el mortero normal y el mortero reforzado
5.3.3 Resistencia a la flexión del mortero normal y mortero reforzado
5.3.3.1 Mortero normal
5.3.3.2 Mortero reforzado
5.3.3.3 Comparación entre el mortero normal y el mortero reforzado
6. ANÁLISIS DE LA FALLA A TENSIÓN Y FLEXIÓN DE LAS PROBETAS DE MORTERO NORMAL Y MORTEROREFORZADO
6.1 FALLA A TENSIÓN
6.2 FALLA A FLEXIÓN
7. MODELOS PARA CALCULAR EL ESFUERZO A TENSION Y EL ESFUERZO A FLEXION EN EL MORTERO REFORZADO
7.1 MODELO A TENSION DEL MORTERO REFORZADO CON FIBRA DE FIQUE
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7.2 MODELO A FLEXION DEL MORTERO REFORZADO CON LA FIBRA DE FIQUE.
8. CONCLUSIONES
9. RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFIA
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LISTA DE TABLAS
TABLA 1. Resistencia ultima a la tensión de la fibra de fique.
TABLA 2. Esfuerzos últimos a tensión de la fibra de fique
TABLA 3. Variación de la elongación con la carga a tensión.
TABLA 4. Fuerzas de adhesión entre la fibra de fique y el mortero (edad de las probetas 7 días). TABLA 5. Variación de la fuerza de adhesión promedio con la profundidad de anclaje de la fibra.
TABLA 6. Variación del esfuerzo de adhesión promedio con la profundidad de anclaje de la fibra.
TABLA 7. Resistencia a la compresión del mortero normal a los 7 días.
TABLA 8. Resistencia a tensión de mortero normal. Edad 7 días
TABLA 9. Resistencia a tensión de mortero reforzado. Edad 7 días.TABLA 10. Resistencia a flexión del mortero normal a los 7 días.
TABLA 11. Resistencia a flexión del mortero reforzado a los 7 días.TABLA 12. Resistencia teórica de las probetas reforzadas a tensión.
TABLA 13. Comparación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico.
TABLA 14. Resistencia teórica de las probetas reforzadas a Flexión.
TABLA 15. Comparación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico
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Resistencia a tensión de mortero reforzado. Edad 7
Resistencia a flexión del mortero normal a los 7 días. Constr
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Resistencia a flexión del mortero normal a los 7 días.
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1. Clasificación de los materiales compuestos (Callister, 1996).
FIGURA 2. Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de tracción.
FIGURA 3. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras.
FIGURA 4. Algunas ilustraciones del proceso del fique.
FIGURA 5. Detalles sobre la variación del diámetro en la fibra de fique.
FIGURA 6. Instrumentos utilizados para determinar la resistenciaa la tensión de la fibra de fique.
FIGURA 7. Instrumentos utilizados para medir el diámetro de la fibra de fique.
FIGURA 8. Variación de la carga ultima a tensión de la fibra de fique con el diámetro.
FIGURA 9. Variación de la elongación última de la fibra de fique con el diámetro.
FIGURA 10. Variación del esfuerzo ultimo a tensión de la fibra de fique con el diámetro.
FIGURA 11. Algunos detalles del ensayo para determinar el modulo de elasticidad de la fibra de fique.
FIGURA 12. Variación del esfuerzo a tensión con la deformación unitaria (para diámetros promedio de (0.22, 0.19, 0.18) mm).
FIGURA 13. Detallas del montaje del ensayo para las fuerzas de adhesión
FIGURA 14. Variación de la fuerza de adhesión entre la fibra de fique y el mortero con el diámetro de la fibra (para una profundidad de anclaje de (1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5) cm.).
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FIGURA 15. Variación del esfuerzo de adhesión con el diámetro de la fibra (para una profundidad de anclaje de (1.0, 1.5, 2.0, 2.5 cm.).
FIGURA 16. Variación de la fuerza de adhesión con laprofundidad de anclaje de la fibra.
FIGURA 17. Variación del esfuerzo de adhesión promedio con la profundidad de anclaje de la fibra.
FIGURA 18. Detalles del ensayo a compresión del mortero.
FIGURA 19. Probeta para el ensayo a compresión del mortero.
FIGURA 20. Detalles del ensayo a tensión.
FIGURA 21. Detalle geométrico de la probeta reforzada a tensión.
FIGURA 22. Comparación de los esfuerzos últimos a tensión del mortero normal y el mortero reforzado a los 7 días.
FIGURA 23. Detalles del ensayo a flexión.
FIGURA 24. Detalle geométrico de la probeta reforzada con fibra de fique (la fibra tiene una longitud de 140 mm.).
FIGURA 25. Comparación de los esfuerzos últimos a flexión del mortero normal y el mortero reforzado a los 7 días.
FIGURA 26. Falla típica a tensión.
FIGURA 27. Falla típica a flexión.
FIGURA 28. Resistencia total a tensión de un material reforzado con fibra
FIGURA 29. Variación de la Fuerza de adhesión Vs Diámetro promedio a una profundidad de 2.0 cm.
FIGURA 30. Variación de la carga ultima Vs diámetro promedio.
FIGURA 31. Resistencia total a Flexión de un material reforzado con fibra.
FIGURA 32. Relación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico.
FIGURA 33. Comparación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico.
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INTRODUCCION
El desarrollo de nuevos materiales es una tarea de los profesionales del campo de la
construcción, esto requiere de investigación y dedicación, con este proyecto se
espera aportar un granito de arena a esta tarea, este objetivo se logra a través del
tiempo, para el caso del concreto reforzado con fique, el cual es la temática del
proyecto, se requiere de un estudio detallado y secuencial que podrían retomar
nuevos investigadores tomando como base este proyecto donde se consignan los
primeros pasos de lo que muy seguramente será un aporte completo a la ciencia de
los nuevos materiales en un futuro no muy lejano.
La actividad fiquera se encuentra bajo los parámetros típicos de una economía
campesina; alto índice de subempleo, desempleo y bajos ingresos económicos de la
familia productora. En Santander hay cerca de 3.865 familias cultivadoras de fibra de
fique, en municipios como: Mogotes, Onzaga, San Joaquín, Aratoca, Curíti, Cepitá,
San Gil, entre otros, los cuales utilizan el fique para productos artesanales, lo que
quiere decir que el fique como producto para la construcción aumentaría la demanda
y beneficiaria a miles de familias no solo en Santander sino en algunas regiones de
Colombia.
Las adiciones de fibra de fique aumentan la tenacidad del compuesto, además
proporcionan al concreto ductilidad y capacidad de absorber energía (Mehta y
Monteiro, 1998). El propósito de este estudio consiste en determinar las fuerzas
existentes entre la fibra de fique y el mortero, y así determinar las propiedades
mecánicas del mortero normal mediante ensayos de compresión, tensión y flexión,
con el análisis de los resultados se puede asegurar que el mortero reforzado con
fibra de fique aumenta la resistencia a la tensión y flexión.
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1. MARCO TEORICO
1.1 MATERIALES COMPUESTOS Los materiales aglomerantes, en la forma de hormigones o morteros, son atractivos
para su uso como materiales de construcción, dado su bajo costo, su durabilidad y su
resistencia a la compresión para uso estructural. Adicionalmente, en el estado fresco
ellos son fácilmente moldeables a las formas más complejas que sean requeridas.
Su defecto radica en sus características de baja resistencia a la tracción, a los
impactos, y a su susceptibilidad a los cambios de humedad. La adición de fibras
como refuerzo de hormigones, morteros y pasta de cemento pueden incrementar
muchas de las propiedades de éstos, destacando entre ella, la resistencia a la
tensión, resistencia a la flexión, tenacidad, fatiga, impacto, permeabilidad y
resistencia a la abrasión.
Las combinaciones de propiedades de los materiales y la gama de sus valores se
han ampliado, y se siguen ampliando, mediante el desarrollo de materiales
compuestos (composites). En términos generales, se considera que un material
compuesto es un material multifase que conserva una proporción significativa de las
propiedades de las fases constituyentes de manera que presente la mejor
combinación posible. De acuerdo con este principio de acción combinada, las
mejores propiedades se obtienen por la combinación razonada de dos o más
materiales diferentes. El siguiente esquema clasifica los materiales compuestos
según la adición.
FIGURA 1. Clasificación de los materiales compuestos (Callister, 1996).
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compuesto es un material multifase que conserva una proporción
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materiales diferentes. El siguiente esquema clasifica los materiales compuestos Constr
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materiales diferentes. El siguiente esquema clasifica los materiales compuestos
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1.1.1 Materiales compuestos reforzados con fibras. Tecnológicamente, los materiales compuestos con fases dispersas en forma de
fibras son los más importantes. A menudo se diseñan materiales compuestos
reforzados con fibras con la finalidad de conseguir elevada resistencia y rigidez a
baja densidad. Estas características se expresan mediante los parámetros de
resistencia específica y módulo específico, que corresponden, respectivamente, a las
relaciones entre la resistencia a la tracción, el módulo de elasticidad y el peso
especifico. Utilizando materiales de baja densidad, tanto para la matriz como para las
fibras, se fabrican compuestos reforzados con fibras que tienen resistencias y
módulos específicos excepcionalmente elevados.
1.1.1.1 Influencia de la longitud de la fibra. Las características mecánicas de los compuestos reforzados con fibras no sólo
dependen de las propiedades de la fibra, también dependen de la forma en que una
carga se transmite a la fibra por medio de la fase matriz. En este proceso de
transmisión de carga es muy importante que la fuerzas de adhesión entre la interfaz
fase matriz y fibra sea suficiente para soportar los esfuerzos de tracción. Al aplicar un
esfuerzo de tracción, la unión fibra-matriz cesa en los extremos de la fibra y en la
matriz se forma un patrón de deformación, en otras palabras, en los extremos de la
fibra no hay transmisión de carga.
FIGURA 2. Patrón de deformación en una matriz que rodea a una fibra sometida a un esfuerzo de tracción.
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1.1.1.2 Influencia de la orientación y de la concentración de la fibra. La disposición u orientación relativa de las fibras, su concentración y distribución
influyen radicalmente en la resistencia y en otras propiedades de los materiales
compuestos reforzados con fibras. Con respecto a la orientación existen dos
situaciones extremas: (1) alineación paralela de los ejes longitudinales de las fibras y
(2) alineación al azar. Las fibras continuas normalmente se alinean, mientras que las
fibras discontinuas se pueden alinear, orientar al azar o alinearse parcialmente.
FIGURA 3. Representaciones esquemáticas de compuestos reforzados con fibras (a) continuas y alineadas, (b) discontinuas y alineadas y (c) discontinuas y orientadas al azar. Las consideraciones sobre la orientación y la longitud de las fibras de un compuesto
particular dependen del nivel, de la naturaleza del esfuerzo aplicado y del costo de
fabricación. Las velocidades de producción de compuestos con fibras cortas
(alineadas y orientadas al azar) son rápidas y se pueden conformar piezas de formas
intrincadas que no son posibles con refuerzos de fibras continuas. Además, los
costos de fabricación son muchos más bajos que en el caso de compuestos
reforzados con fibras continuas y alineadas.
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1.2 FASE MATRIZ La fase matriz de un material compuesto con fibras ejerce varias funciones. En
primer lugar, une las fibras y actúa como un medio que distribuye y transmite a las
fibras los esfuerzos externos aplicados; sólo una pequeña fracción del esfuerzo
aplicado es resistido por la matriz. Además, la matriz debe ser dúctil y, por otra parte,
el módulo elástico de la fibra debe ser mucho mayor que el de la matriz. En segundo
lugar, la matriz protege las fibras del deterioro superficial que puede resultar de la
abrasión mecánica o de reacciones químicas con el medio ambiente. Estas
interacciones introducen defectos superficiales capaces de originar grietas, que
podrían producir fallos con esfuerzos de tracción relativamente bajos. Finalmente, la
matriz separa las fibras y, en virtud de su relativa blandura y plasticidad, impide la
propagación de grietas de una fibra a otra, que originaría fallos catastróficos; en otras
palabras, la matriz actúa como una barrera que evita la propagación de grietas.
Aunque algunas fibras individuales se rompan, la rotura total del material compuesto
no ocurrirá hasta que se hayan roto gran número de fibras adyacentes.
Es esencial que la adherencia de la unión entre fibra y matriz sea elevada para
minimizar el arrancado de fibras. En efecto, la resistencia de la unión tiene gran
importancia en el momento de seleccionar la combinación matriz-fibra. La resistencia
a la tracción final del compuesto depende, en gran parte, de la magnitud de esta
unión; una unión adecuada es esencial para optimizar la transmisión de esfuerzos
desde la matriz a las fibras.
1.3 FASE FIBROSA.
Una importante característica de muchos materiales, especialmente los frágiles, es
que las fibras con diámetros pequeños son mucho más resistentes que el material
macizo. Por lo tanto, la probabilidad de que se presente una imperfección superficial
crítica que conduzca a la rotura disminuye cuando aumenta el volumen específico.
Este fenómeno se utiliza con ventaja en los compuestos reforzados con fibras. El
material utilizado como fibra de refuerzo debe tener alta resistencia a la tracción.
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1.4 EL FIQUE
El fique es una planta originaria de América Tropical, se cultivo de manera
particular en las zonas andinas de Colombia, Venezuela y Ecuador, en nuestro
país su siembra se realiza en la parte alta de la sierra templada y fría. Su
cultivo es óptimo en climas templados y secos, en temperaturas que oscilan
entre los 19º y 32º centígrados con una humedad relativa entre 70y 90%, y una
pluviosidad de 300 a 1600 mm. anuales, a una altitud entre 1300 y 2800
m.s.n.m. De acuerdo al reporte de las URPAS Y UMATAS, en el año 2002, la
participación departamental de la producción nacional ubico a Cauca, como el
primer productor de fique en el país, al señalar una participación de 39.9 %
sobre el total producido, seguido de los departamentos de Santander, Nariño y
Antioquia, como los más representativos.
En Colombia las especies cultivadas y aprovechadas como textiles son
Furcracea Macrophyla, Furcracea Cabuya, Furcracea Castilla. Desde hace
varios siglos se ha extraído la fibra de fique, con el fin de emplearla en la
elaboración de productos artesanales. Sin embargo la rentabilidad de estos
cultivos sigue siendo poca atractiva para el agricultor; por esta razón se hace
necesario adelantar proyectos de investigación que estén orientados a mejorar
los frentes de producción y aprovechamiento del fique.
FIGURA 4. Algunas ilustraciones del proceso del fique.
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1.5 LA FIBRA DE FIQUE Las fibras vegetales están constituidas por ligamentos fibrosos, que a su vez se
componen de microfibrillas dispuestas en camadas de diferentes espesores y
ángulos de orientación, las cuales son ricas en celulosa. Las diversas células
que componen una fibra se encuentran aglomeradas por la mela intercelular,
compuesta por hemicelulosa, peptina y principalmente lignina. La región central
de la fibra también puede presentar una cavidad denominada lacuna. Las
lacunas y los lúmenes son responsables de la gran incidencia de poros
permeables en las fibras, ya que absorben una elevada cantidad de agua
(Agopyan y Savastano).
Las fibras de fique son duras, pues provienen de los haces vasculares,
principalmente del xilema. Los haces mecánicos del fique están constituidos de
fibras elementales o fibrillas, soldadas entre si como una cera o goma. Las
extremidades de estas fibrillas se sobreponen para formar unos largos
filamentos multicelulares a lo largo de la hoja; dichos filamentos pluricelulares
son las “fibras”.
Las fibras de fique son llamadas fibras “estructurales” por que su principal
función es sostener y dar rigidez a las hojas. Cuando se extraen, se presentan
en forma de ejes más o menos largos (0.50 a 3.0 m) y de espesor variable
(1/10 a 1/3 mm de diámetro), la sección transversal de la fibra en un mismo hilo
es variable y por lo tanto siempre que se trate de señalar un diámetro, debe
hablarse de diámetro promedio. A continuación se muestran imágenes
logradas con un microscopio dispuesto por la escuela de física de la
Universidad Industrial de Santander.
FIGURA 5. Detalles sobre la variación del diámetro en la fibra de fique.
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1.6 CONCRETO REFORZADO CON FIBRAS NATURALES
Desde que las fibras de asbesto fueron relacionadas con potenciales peligros
para la salud (Coutts, 1998), se inició la búsqueda de posibles sustitutos que le
proporcionan al concreto las propiedades tan favorables que el asbesto le
daba, y que además fuesen competitivos en calidad y precio. Las fibras de
acero, de vidrio y mas recientemente las de polipropileno, con alternativas
viables para reforzar el concreto.
Existe otro grupo conocido como las Fibras Naturales o vegetales que han sido
motivo de diversos estudios para su posible aplicación en este propósito.
Materiales reforzados con fibras naturales se pueden obtener a un bajo costo
usando la mano de obra disponible en la localidad y las técnicas adecuadas
para su obtención.
A finales de los años 60, se llevo a cabo en varios países una evaluación
sistemática de las propiedades ingenieriles de las fibras naturales y de los
compuestos formados por estas fibras con el cemento. Los resultados de las
investigaciones indicaron que algunas fibras naturales pueden ser usadas con
éxito para fabricar materiales de construcción.
La capacidad de refuerzo de una fibra depende del grado en que los esfuerzos
pueden transferirse desde la matriz, grado que a su vez está regido por las
características intrínsecas de la fibra, como: resistencia a la tensión mayor que
la resistencia de la matriz; capacidad de resistir deformaciones muy superiores
a la deformación en que la matriz se agrieta; módulo de elasticidad alto para
aumentar el esfuerzo que soporten en un elemento bajo carga, siempre y
cuando las fibras y la matriz se conserven totalmente adheridas; adherencia
adecuada con la pasta de cemento; relación longitud / diámetro adecuada para
que conserve su capacidad de absorción de esfuerzos.
Los refuerzos de fibra mejoran de varias maneras la tenacidad de la matriz, ya
que una grieta que se mueva a través de la matriz encuentra una fibra; si la
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A finales de los años 60, se llevo a cabo en varios países una evaluación
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La capacidad de refuerzo de una fibra depende del grado en que los esfuerzos Constr
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La capacidad de refuerzo de una fibra depende del grado en que los esfuerzos
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unión entre la matriz y la fibra no es buena, la grieta se ve obligada a
propagarse alrededor de la fibra, a fin de continuar con el proceso de fractura.
Además, una mala unión ocasiona que la fibra empiece a separarse de la
matriz. Ambos procesos consumen energía, e incrementan, por lo tanto, la
tenacidad a la fractura. Finalmente, al iniciarse la grieta en la matriz, fibras aun
no rotas pueden formar un puente sobre la grieta, lo cual proporciona un
esfuerzo compresivo que evita que la grieta se abra.
De acuerdo con Delvasto, los materiales cementicios reforzados con fibras
vegetales pueden presentar los siguientes problemas: alta alcalinidad de la
pasta (pH 12 – 13), que deteriora con el tiempo las fibras naturales celulósicas
por lixiviación de los componentes ligantes de las celdas de su microestructura;
mineralización en el interior de las fibras por precipitación de los productos de
hidratación del cemento; deterioro de la fibra por aumento de la densificación
de la interfase, y degradación de las propias cadenas de celulosa con el tiempo
por ataque alcalino.
2. CARACTERIZACIÓN MECANICA DE LA FIBRA DE FIQUE.
Esta caracterización mecánica de la fibra de fique contiene la resistencia última
a tensión, esfuerzos últimos a tensión y el modulo de elasticidad de la fibra de
fique, estos son los parámetros mecánicos mas importantes que se
determinaran a continuación, mediante la recopilación de datos obtenidos
experimentalmente.
2.1 RESISTENCIA ÚLTIMA DE LA FIBRA DE FIQUE.
Estas pruebas se realizaron en el laboratorio de control de calidad de la fábrica
de tejidos de Colombia, TESICOL S.A. con autorización del ingeniero Cristóbal
Reyes, gerente de calidad y la colaboración del laboratorista Cristian Jaimes.
Para la realización de este ensayo se utilizo un Dinamómetro manual con una
precisión de 0.1 Kg., el cual se muestra en la siguiente figura.
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ompor lixiviación de los componentes ligantes de las celdas de su microestructura;
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FIGURA 6. Instrumentos utilizados para determinar la resistencia a la tensión de la fibra de fique. Se tomaron 50 muestras de fibra de fique con una longitud de 90 cm. para
considerar una propiedad de las fibras realizada en la industria de los tejidos el
cual se denomina DENIER, este termino se refiere al peso de la fibra en
gramos multiplicado por 10000, también se considero un diámetro promedio,
producto de tres mediciones realizadas a la fibra instalada en el montaje de la
prueba. El instrumento utilizado para medir el diámetro de la fibra de fique es el
Calibrador digital KANON, facilitado por la escuela de ingeniería civil, el cual
tiene una precisión de 0.01 mm, mostrado a continuación.
FIGURA 7. Instrumentos utilizados para medir el diámetro de la fibra de fique.
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omSe tomaron 50 muestras de fibra de fique con una longitud de 90 cm. para
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MUESTRA DENIER* PESO DIAMETRO (mm) Фpromedio CARGA MAXIMA ELONGACION (gr) Ф1 Ф2 Ф3 (mm) (Newton) (%)
1 264 0.0264 0.15 0.29 0.20 0.21 11.77 6.00 2 309 0.0309 0.17 0.16 0.21 0.18 15.70 6.80 3 366 0.0366 0.15 0.17 0.15 0.16 17.66 6.00 4 299 0.0299 0.17 0.18 0.16 0.17 14.72 6.20 5 266 0.0266 0.20 0.15 0.16 0.17 3.92 6.00 6 270 0.027 0.24 0.16 0.18 0.19 6.87 5.80 7 190 0.019 0.16 0.17 0.19 0.17 5.89 7.40 8 165 0.0165 0.18 0.16 0.10 0.15 5.89 7.00 9 257 0.0257 0.15 0.19 0.17 0.17 13.73 6.40
10 250 0.025 0.24 0.15 0.19 0.19 11.77 6.00 11 256 0.0256 0.15 0.11 0.16 0.14 3.92 4.00 12 285 0.0285 0.15 0.21 0.18 0.18 9.81 5.20 13 243 0.0243 0.22 0.19 0.14 0.18 5.89 5.80 14 199 0.0199 0.18 0.17 0.19 0.18 8.83 7.00 15 274 0.0274 0.18 0.22 0.16 0.19 6.87 6.00 16 208 0.0208 0.16 0.17 0.21 0.18 9.81 6.00 17 186 0.0186 0.10 0.11 0.09 0.10 5.89 5.00 18 151 0.0151 0.09 0.11 0.07 0.09 3.92 3.80 19 173 0.0173 0.08 0.18 0.11 0.12 3.92 4.00 20 257 0.0257 0.19 0.11 0.13 0.14 7.85 5.40 21 290 0.029 0.24 0.12 0.10 0.15 8.83 5.40 22 191 0.0191 0.16 0.22 0.15 0.18 11.77 7.80 23 261 0.0261 0.17 0.19 0.16 0.17 11.77 6.00 24 243 0.0243 0.25 0.08 0.09 0.14 5.89 4.40 25 246 0.0246 0.09 0.10 0.08 0.09 8.83 6.00 26 200 0.02 0.17 0.15 0.10 0.14 11.77 7.20 27 316 0.0316 0.14 0.21 0.22 0.19 7.85 5.80 28 275 0.0275 0.12 0.13 0.09 0.11 7.85 5.00 29 284 0.0284 0.23 0.25 0.10 0.19 12.75 7.00 30 278 0.0278 0.16 0.11 0.10 0.12 5.89 3.60 31 248 0.0248 0.10 0.11 0.09 0.10 7.85 5.20 32 210 0.021 0.10 0.11 0.09 0.10 7.85 5.40 33 258 0.0258 0.11 0.13 0.09 0.11 11.77 6.80 34 429 0.0429 0.17 0.14 0.10 0.14 14.72 4.40 35 289 0.0289 0.21 0.15 0.08 0.15 9.81 4.60 36 282 0.0282 0.13 0.11 0.10 0.11 14.72 6.00 37 263 0.0263 0.19 0.12 0.09 0.13 13.73 7.20 38 287 0.0287 0.20 0.19 0.13 0.17 14.72 6.60 39 268 0.0268 0.12 0.23 0.13 0.16 8.83 5.00 40 181 0.0181 0.13 0.17 0.11 0.14 6.87 8.00 41 289 0.0289 0.23 0.20 0.11 0.18 14.72 7.20 42 239 0.0239 0.10 0.12 0.10 0.11 7.85 4.20 43 385 0.0385 0.14 0.21 0.13 0.16 17.66 5.60 44 260 0.026 0.10 0.10 0.09 0.10 9.81 5.20 45 278 0.0278 0.08 0.18 0.22 0.16 6.87 6.00 46 386 0.0386 0.12 0.13 0.13 0.13 19.62 6.00 47 357 0.0357 0.14 0.13 0.09 0.12 15.70 5.20 48 197 0.0197 0.16 0.17 0.11 0.15 7.85 5.40 49 368 0.0368 0.13 0.12 0.13 0.13 17.66 5.60 50 214 0.0214 0.13 0.07 0.12 0.11 7.85 4.00
TABLA 1. Resistencia ultima a tensión de la fibra de fique. *DENIER: peso de la fibra en gramos multiplicado por 10000
11
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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nde.c
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uApre
nde.c
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uApre
nde.c
om
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uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
www.construaprende.com
A continuación se presenta la gráfica donde se ilustra la variación de la
resistencia última a tensión con el diámetro promedio de la fibra de fique.
DIAMETRO PROMEDIO Vs CARGA ULTIMA
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24
DIAMETRO PROMEDIO [mm]
CARG
A U
LTI
MA [N
]
CARGA MAXIMA NewtonsTENDENCIA DATOS
+
FIGURA 8. Variación de la carga ultima a tensión de la fibra de fique con el diámetro. La elongación también varía con el diámetro promedio de la fibra, como se muestra en la siguiente grafica.
DIAMETRO PROMEDIO Vs ELONGACION
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21 0.23
DIAMETRO PROMEDIO (mm)
ELO
NG
AC
ION
(%)
ELONGACION (%)TENDENCIA DATOS
FIGURA 9. Variación de la elongación última de la fibra de fique con el diámetro.
12
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24
Constr
uApre
nde.c
om0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24
DIAMETRO PROMEDIO [mm]
Constr
uApre
nde.c
omDIAMETRO PROMEDIO [mm]
FIGURA 8. Variación de la carga ultima a tensión de la fibra de fique con el
Constr
uApre
nde.c
omFIGURA 8. Variación de la carga ultima a tensión de la fibra de fique con el
La elongación también varía con el diám
Constr
uApre
nde.c
om
La elongación también varía con el diámetro promedio de la fibra, como se
Constr
uApre
nde.c
om
etro promedio de la fibra, como se
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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nde.c
om
DIAMETRO PROMEDIO Vs ELONGACION
Constr
uApre
nde.c
om
DIAMETRO PROMEDIO Vs ELONGACION
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13
MUESTRA Фpromedio CARGA MAXIMA CARGA MAXIMA AREA ESFUERZO # (mm) (Kg) Newtons mm^2 Mpa 1 0.21 1.20 11.77 0.036 329.34 2 0.18 1.60 15.70 0.025 616.81 3 0.16 1.80 17.66 0.019 916.00 4 0.17 1.50 14.72 0.023 648.29 5 0.17 0.40 3.92 0.023 172.88 6 0.19 0.70 6.87 0.029 233.92 7 0.17 0.60 5.89 0.024 249.44 8 0.15 0.60 5.89 0.017 348.39 9 0.17 1.40 13.73 0.023 605.07
10 0.19 1.20 11.77 0.029 401.00 11 0.14 0.40 3.92 0.015 254.91 12 0.18 1.00 9.81 0.025 385.51 13 0.18 0.60 5.89 0.026 222.97 14 0.18 0.90 8.83 0.025 346.96 15 0.19 0.70 6.87 0.027 250.92 16 0.18 1.00 9.81 0.025 385.51 17 0.10 0.60 5.89 0.008 749.43 18 0.09 0.40 3.92 0.006 616.81 19 0.12 0.40 3.92 0.012 328.46 20 0.14 0.80 7.85 0.016 486.38 21 0.15 0.90 8.83 0.018 478.13 22 0.18 1.20 11.77 0.025 480.23 23 0.17 1.20 11.77 0.024 498.88 24 0.14 0.60 5.89 0.015 382.36 25 0.09 0.90 8.83 0.006 1387.83 26 0.14 1.20 11.77 0.015 764.72 27 0.19 0.80 7.85 0.028 276.80 28 0.11 0.80 7.85 0.010 777.95 29 0.19 1.30 12.75 0.029 434.42 30 0.12 0.60 5.89 0.012 492.68 31 0.10 0.80 7.85 0.008 999.24 32 0.10 0.80 7.85 0.008 999.24 33 0.11 1.20 11.77 0.010 1238.72 34 0.14 1.50 14.72 0.015 1003.10 35 0.15 1.00 9.81 0.017 580.65 36 0.11 1.50 14.72 0.010 1458.66 37 0.13 1.40 13.73 0.014 983.62 38 0.17 1.50 14.72 0.024 623.60 39 0.16 0.90 8.83 0.020 439.12 40 0.14 0.70 6.87 0.015 468.11 41 0.18 1.50 14.72 0.025 578.26 42 0.11 0.80 7.85 0.009 878.23 43 0.16 1.80 17.66 0.020 878.23 44 0.10 1.00 9.81 0.008 1249.05 45 0.16 0.70 6.87 0.020 341.54 46 0.13 2.00 19.62 0.013 1478.16 47 0.12 1.60 15.70 0.011 1387.83 48 0.15 0.80 7.85 0.017 464.52 49 0.13 1.80 17.66 0.013 1330.34 50 0.11 0.80 7.85 0.009 878.23
TABLA 2. Esfuerzos últimos a tensión de la fibra de fique.
Constr
uApre
nde.c
om0.006
Constr
uApre
nde.c
om0.006
Constr
uApre
nde.c
om0.012
Constr
uApre
nde.c
om0.012
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om0.016
Constr
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nde.c
om0.016
Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om11.77
Constr
uApre
nde.c
om11.77
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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nde.c
om11.77
Constr
uApre
nde.c
om11.77
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
5.89
Constr
uApre
nde.c
om
5.89
Constr
uApre
nde.c
om
8.83
Constr
uApre
nde.c
om
8.83
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
11.77
Constr
uApre
nde.c
om
11.77
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.80
Constr
uApre
nde.c
om
0.80
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
1.30
Constr
uApre
nde.c
om
1.30
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.60
Constr
uApre
nde.c
om
0.60
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.80
Constr
uApre
nde.c
om
0.80
Constr
uApre
nde.c
om
0.80
Constr
uApre
nde.c
om
0.80
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.14 Constr
uApre
nde.c
om
0.14 Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
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14
DIAMETRO PROMEDIO Vs ESFUERZO ULTIMO
0.00
200.00
400.00
600.00
800.00
1000.00
1200.00
1400.00
1600.00
0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21 0.23
DIAMETRO PROMEDIO [mm]
ESFU
ERZO
ULT
IMO
[MpA
]
ESFUERZO MpaPotencial (ESFUERZO Mpa)
En la siguiente grafica se muestra la variación del esfuerzo último a tensión con el diámetro de la fibra. FIGURA 10. Variación del esfuerzo ultimo a tensión de la fibra de fique con el diámetro.
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
omESFUERZO Mpa
Constr
uApre
nde.c
omESFUERZO Mpa
Constr
uApre
nde.c
om
Potencial (ESFUERZO Mpa)
Constr
uApre
nde.c
om
Potencial (ESFUERZO Mpa)
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2.2 MODULO DE ELASTICIDAD DE LA FIBRA DE FIQUE
Para determinar el modulo de elasticidad de la fibra de fique se realizaron
algunas pruebas tomando lecturas (carga, elongación) entre el inicio de la
aplicación de la carga y la carga última, este proceso fue un poco dispendioso
ya que la falla de la fibra de fique ocurre en un tiempo muy corto. Estas
pruebas se realizaron en el laboratorio de control de calidad de la empresa
EXTRUCOL S.A., donde se cuenta con una maquina universal de pruebas
TINIUS OLSEN Serie 10000, esta maquina permite realizar algunas medidas
(carga, elongación) antes de que ocurra la falla, pues registra las mediciones
digitalmente. Para este ensayo la longitud de la fibra utilizada en el montaje fue
de 10 cm. A continuación se muestra el montaje.
FIGURA 11. Algunos detalles del ensayo para determinar el modulo de elasticidad de la fibra de fique. El número de fibras ensayadas es reducido ya que esta importante empresa
tiene poca disponibilidad de tiempo para este tipo de pruebas, para las cuales
se contó con la autorización del personal administrativo y la supervisión de
ingenieros y técnicos especialistas en este tipo de pruebas. Las mediciones
tomadas en el laboratorio fueron: diámetro promedio [mm], carga [Kgf],
Elongación [%] los cuales se muestran a continuación:
15
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
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16
MUESTRA # 1
DIAMETROS Dpromedio Carga Elongación
Ф1 Ф2 Ф3
mm mm mm mm Kgf %
0.24 0.21 0.21 0.22 1.2 5
1.7 7
1.9 8
MUESTRA # 2
DIAMETROS Dpromedio Carga Elongación
Ф1 Ф2 Ф3
mm mm mm mm Kgf %
0.18 0.2 0.18 0.19 1.2 4
1.7 6
2.2 8
MUESTRA # 3
DIAMETROS Dpromedio Carga Elongación
Ф1 Ф2 Ф3
mm mm mm mm Kgf %
0.19 0.21 0.13 0.18 0.1 1
0.7 2
1.4 5 TABLA 3. Variación de la elongación con la carga a tensión. Para determinar el modulo de elasticidad se realizaron graficas Esfuerzos Vs Deformación para tres fibras de diámetro promedio diferente, en donde la pendiente de cada grafica representa el modulo de elasticidad para cada fibra. A continuación se muestran la grafica con sus tres rectas.
Constr
uApre
nde.c
ommm Kgf
Constr
uApre
nde.c
ommm Kgf
1.2
Constr
uApre
nde.c
om1.2
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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om
Constr
uApre
nde.c
om
ФConstr
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nde.c
om
Ф3 Constr
uApre
nde.c
om
3 Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
mm mm mm Constr
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nde.c
om
mm mm mm Constr
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nde.c
om
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Deformación Unitaria Vs Esfuerzo Diametro = (0.22, 0.19, 0.18 )mm
y = 12160x - 30.784R2 = 0.945
y = 8961.6x + 71.693R2 = 1
y = 6083x + 7.3734R2 = 0.9973
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
700.00
800.00
900.00
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
Deformación Unitaria
Esfu
erzo
[ M
Pa ] F(0.22)/A(0.22)
F(0.19)/A(0.19)
F(0.18)/A(0.18)
Lineal (F(0.18)/A(0.18))
Lineal (F(0.19)/A(0.19))
Lineal (F(0.22)/A(0.22))
FIGURA 12. Variación del esfuerzo a tensión con la deformación unitaria (Diámetro promedio de 0.22, 0.19, 0.18 mm).
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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om
Constr
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Constr
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nde.c
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Constr
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Constr
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Constr
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Constr
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3. FUERZA DE ADHESION ENTRE EL MORTERO Y LA FIBRA DE FIQUE
Estas pruebas se realizaron en el laboratorio de control de calidad de la fábrica
de tejidos de Colombia, TESICOL S.A. Para conocer la fuerza de adhesión
entre el mortero y la fibra de fique se construyeron moldes de mortero con las
siguientes dimensiones 25.4*25.4*50.8 mm, tomando como referencia la
norma Icontec 220 “METODO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA A LA
COMPRESION DE MORTERO DE CEMENTO HIDRAULICO USANDO
CUBOS DE 50.8 mm. DE LADO”, con base en esta norma se creo un panel de
madera, en los cuales se obtienen probetas de mortero para realizar el montaje
en el dinamómetro manual. Estas fuerzas de adhesión se evaluaron a los 7
días de curado de las probetas.
FIGURA 13. Detallas del montaje del ensayo para las fuerzas de adhesión
Esta prueba no esta estandarizada por una norma, por lo cual fue un poco
dispendioso su montaje, ya que el dinamómetro no esta acondicionado para
este ensayo, sin embargo se elaboró una probeta que se ajustara al
funcionamiento del dinamómetro, haciendo posible la medición de esta fuerza
entre estos dos materiales. Para entender este fenómeno, se tomaron varias
profundidades de anclaje de la fibra de fique que varían entre 1 cm. Y 3.5 cm.,
de acuerdo a las limitaciones de construcción. El esfuerzo de adhesión se
presenta hasta donde la fuerza de adhesión es menor que la resistencia a la
tensión de la fibra, este esfuerzo se presenta a lo largo de la fibra insertada en
el mortero.
LaPu
areaacesfuerzo
**arg
φπ== La= longitud de anclaje.
18
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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nde.c
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Constr
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om
Constr
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om
FIGURA 13. Detallas del montaje del ensayo para las fuerzas de adhesión
Constr
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nde.c
om
FIGURA 13. Detallas del montaje del ensayo para las fuerzas de adhesión
Constr
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om
Esta prueba no esta estandarizada por
Constr
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nde.c
om
Esta prueba no esta estandarizada por
dispendioso su montaje, ya que el Constr
uApre
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om
dispendioso su montaje, ya que el
este ensayo, sin embargo se elaboró Con
struA
prend
e.com
este ensayo, sin embargo se elaboró
www.construaprende.com
19
PROFUNDIDAD MUESTRA DIAMETRO FUERZA FUERZA ESFUERZO OBSERVACION cm mm Kg N Mpa
1 0.19 0.3 2.94 0.49 Fza adhesion <Fza fique 2 0.12 0.2 1.96 0.52 Fza adhesion <Fza fique 3 0.21 0.4 3.92 0.59 Fza adhesion <Fza fique 4 0.14 0.4 3.92 0.89 Fza adhesion <Fza fique 5 0.11 0.2 1.96 0.57 Fza adhesion <Fza fique 6 0.11 0.3 2.94 0.85 Fza adhesion <Fza fique
1.0
7 0.15 0.2 1.96 0.42 Fza adhesion <Fza fique 1 0.12 0.5 4.91 0.87 Fza adhesion <Fza fique 2 0.1 0.4 3.92 0.83 Fza adhesion <Fza fique 3 0.16 0.4 3.92 0.52 Fza adhesion <Fza fique 4 0.15 0.6 5.89 0.83 Fza adhesion <Fza fique 5 0.12 0.4 3.92 0.69 Fza adhesion <Fza fique 6 0.18 0.5 4.91 0.58 Fza adhesion <Fza fique
1.5
7 0.16 0.6 5.89 0.78 Fza adhesion <Fza fique 1 0.1 0.6 5.89 0.94 Fza adhesion <Fza fique 2 0.13 0.6 5.89 0.72 Fza adhesion <Fza fique 3 0.11 0.5 4.91 0.71 Fza adhesion <Fza fique 4 0.1 0.5 4.91 0.78 Fza adhesion <Fza fique 5 0.11 0.6 5.89 0.85 Fza adhesion <Fza fique 6 0.1 0.4 3.92 0.62 Fza adhesion <Fza fique
2.0
7 0.12 0.6 5.89 0.78 Fza adhesion <Fza fique 1 0.19 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique 2 0.18 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 3 0.11 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 4 0.1 0.4 3.92 Fza adhesion >Fza fique 5 0.17 0.5 4.91 Fza adhesion >Fza fique 6 0.13 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique
2.5
7 0.12 0.5 4.91 Fza adhesion >Fza fique 1 0.12 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique 2 0.14 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 3 0.12 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 4 0.21 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique 5 0.18 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 6 0.19 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique
3.0
7 0.13 0.5 4.91 Fza adhesion >Fza fique 1 0.22 0.8 7.85 Fza adhesion >Fza fique 2 0.19 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique 3 0.21 0.8 7.85 Fza adhesion >Fza fique 4 0.16 0.6 5.89 Fza adhesion >Fza fique 5 0.12 0.8 7.85 Fza adhesion >Fza fique 6 0.12 0.7 6.87 Fza adhesion >Fza fique
3.5
7 0.17 0.8 7.85 Fza adhesion >Fza fique TABLA 4. Fuerzas de adhesión entre la fibra de fique y el mortero (edad de las probetas 7 días). Las fuerzas de adhesión varían para una misma profundidad de anclaje, pues esta fuerza depende del diámetro promedio de la fibra anclada, lo mismo ocurre con el esfuerzo de adhesión, del análisis de los resultados se puede asegurar que a una profundidad de 2.0 cm, se encuentra el limite en donde la fuerza de adhesión supera la fuerza de tensión del fique. Esto se representa en las siguientes Graficas.
Constr
uApre
nde.c
omFza adhesion <Fza fique
Constr
uApre
nde.c
omFza adhesion <Fza fique
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om0.85
Constr
uApre
nde.c
om0.85 Fza adhesion <Fza fique
Constr
uApre
nde.c
omFza adhesion <Fza fique
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om0.62
Constr
uApre
nde.c
om0.62 Fza adhesion <Fza fique
Constr
uApre
nde.c
omFza adhesion <Fza fique
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om0.78
Constr
uApre
nde.c
om0.78
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
om5.89
Constr
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nde.c
om5.89
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om5.89
Constr
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nde.c
om5.89
Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
om
3.92
Constr
uApre
nde.c
om
3.92
Constr
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nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.5
Constr
uApre
nde.c
om
0.5 4.91
Constr
uApre
nde.c
om
4.91
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.6
Constr
uApre
nde.c
om
0.6 5.89
Constr
uApre
nde.c
om
5.89
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.5
Constr
uApre
nde.c
om
0.5
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
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Constr
uApre
nde.c
om
0.7
Constr
uApre
nde.c
om
0.7
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.14
Constr
uApre
nde.c
om
0.14 0.6
Constr
uApre
nde.c
om
0.6
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.12
Constr
uApre
nde.c
om
0.12
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.21
Constr
uApre
nde.c
om
0.21
Constr
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nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
0.18
Constr
uApre
nde.c
om
0.18
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
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0.19 Constr
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nde.c
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0.19 Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
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nde.c
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nde.c
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Constr
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nde.c
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Diametro Vs Fuerza Prof (1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5)cm
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24
Diametro Promedio [ mm ]
Fuer
za [
N ]
Prof = 1 cm
Prof = 1.5 cm
Prof = 2 cm
Prof = 2.5 cm
Prof = 3 cm
Prof = 3.5 cm
Lineal (Prof = 1 cm)
Lineal (Prof = 1.5 cm)
Lineal (Prof = 2.5 cm)
Lineal (Prof = 3.5 cm)
Lineal (Prof = 3 cm)
Lineal (Prof = 2 cm)
FIGURA 14. Variación de la fuerza de adhesión entre la fibra de fique y el mortero con el diámetro de la fibra (para profundidades de anclaje de (1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5) cm.).
20
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
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Constr
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Constr
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Constr
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Constr
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Constr
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Diametro Vs Esfuerzo Prof ( 1, 1.5, 2 )cm
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26
Diametro Promedio [ mm ]
Esfu
erzo
[ M
Pa ] Prof = 1 cm
Prof = 1.5 cmProf = 2 cmLineal (Prof = 2 cm)Lineal (Prof = 1 cm)Lineal (Prof = 1.5 cm)
FIGURA 15. Variación del esfuerzo de adhesión con el diámetro de la fibra (Para profundidades de anclaje de (1.0, 1.5, 2.0, 2.5) cm.).
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
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nde.c
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Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
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Constr
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Constr
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nde.c
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La fuerza de adhesión entre los dos materiales mortero-fibra varía con la profundidad de anclaje de la fibra, como se muestra en la siguiente tabla y figura que se presenta a continuación.
PROFUNDIDAD ANCLAJE
FUERZA PROMEDIO
cm. [N] 1 2.80
1.5 4.76 2 5.33
2.5 5.47 3 6.17
3.5 7.29
TABLA 5. Variación de la fuerza de adhesión promedio con la profundidad de anclaje de la fibra.
PROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs FUERZA DE ADHESION PROMEDIO
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
PROFUNDIDAD DE ANCLAJE [cm]
FUER
ZA D
E A
DH
ESIO
N P
RO
MED
IO [N
]
FUERZA PROMEDIO [N]TENDENCIA DATOS
FIGURA 16. Variación de la fuerza de adhesión con la profundidad de anclaje de la fibra.
22
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
omPROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs FUERZA DE ADHESION PROMEDIO
Constr
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nde.c
omPROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs FUERZA DE ADHESION PROMEDIO
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om
FUERZA PROMEDIO [N]
Constr
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nde.c
om
FUERZA PROMEDIO [N]
Constr
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om
TENDENCIA DATOS
Constr
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TENDENCIA DATOS
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También el esfuerzo de adhesión depende de la profundidad de anclaje, como se puede apreciar en la siguiente tabla y figura.
PROFUNDIDAD ANCLAJE
ESFUERZO PROMEDIO
cm Mpa
1 0.62
1.5 0.73
2 0.77 TABLA 6. Variación del esfuerzo de adhesión promedio con la profundidad de anclaje de la fibra.
PROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs ESFUERZO DE ADHESION PROMEDIO
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1
PROFUNDIDAD DE ANCLAJE [cm]
ESFU
ERZO
DE
AD
HES
ION
PR
OM
EDIO
[Mpa
]
ESFUERZO PROMEDIO [Mpa]TENDENCIA DATOS
FIGURA 17. Variación del esfuerzo de adh esión pro medio con la profundidad de anclaje de la fibra.
23
Constr
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nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
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Constr
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nde.c
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Constr
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Constr
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nde.c
omPROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs ESFUERZO DE ADHESION PROMEDIO
Constr
uApre
nde.c
omPROFUNDIDAD DE ANCLAJE Vs ESFUERZO DE ADHESION PROMEDIO
Constr
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nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
omESFUERZO PROMEDIO [Mpa]
Constr
uApre
nde.c
omESFUERZO PROMEDIO [Mpa]
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4. ENSAYOS EN CONCRETOS Y MORTEROS REFORZADOS CON FIBRAS Los diferentes tipos de fibras que son utilizadas como refuerzo son las fibras de
acero, vidrio, plásticas y naturales, proporcionándole al concreto ductilidad y
capacidad de absorber energía. La más importante contribución de las fibras es
la de incrementar la tenacidad del compuesto (Mehta y Monteiro, 1998). Las
propiedades mecánicas del concreto reforzado con fibras naturales, en este
caso reforzadas con fibra de fique son afectadas por muchos factores, algunos
de estos son la geometría, la forma y la superficie de la fibra, las propiedades
de la matriz de cemento, la proporción de la mezcla, el método de mezclado y
curado ( Fördos, 1998).
Para estudiar el moretro reforzado se evaluaron algunas propiedades
mecánicas, las cuales son: compresión, tensión y flexión. Se realizaron
probetas de compresión según la norma ICONTEC 220, probetas para tensión
(ICONTEC 119) y probetas para flexión (ICONTEC 120), las cuales se
ensayaron a los 7 días.
4.1 ENSAYO DE COMPRESION. Norma ICONTEC 220. Se elaboraron cubos de 50.8 mm. de lado, de acuerdo al procedimiento
sugerido por la norma ICONTEC 220, los cuales son de mortero normal, las
proporciones en peso para formar un mortero normal, debe ser 1 parte de
cemento seco por 2.75 partes de arena gradada seca. La cantidad de agua de
amasado, para los cementos portland sin adiciones, debe ser aquella que
produzca una relación mínima de agua/cemento de 0.485 (A/c=0.485). A
continuación se ilustran algunos detalles del ensayo.
FIGURA 18. Detalles del ensayo a compresión del mortero.
24
Constr
uApre
nde.c
omado se evaluaron al
Constr
uApre
nde.c
omado se evaluaron al
tensión y flexión. Se realizaron
Constr
uApre
nde.c
om tensión y flexión. Se realizaron
ICONTEC 220, probetas para tensión
Constr
uApre
nde.c
om ICONTEC 220, probetas para tensión
para flexión (ICONTEC 120), las cuales se
Constr
uApre
nde.c
om para flexión (ICONTEC 120), las cuales se
4.1 ENSAYO DE COMPRESION. Norma ICONTEC 220.
Constr
uApre
nde.c
om
4.1 ENSAYO DE COMPRESION. Norma ICONTEC 220. Se elaboraron cubos de 50.8 mm.
Constr
uApre
nde.c
om
Se elaboraron cubos de 50.8 mm.
sugerido por la norma ICONTEC 220, lo
Constr
uApre
nde.c
om
sugerido por la norma ICONTEC 220, lo
proporciones en peso para formar un mo
Constr
uApre
nde.c
om
proporciones en peso para formar un mo
Constr
uApre
nde.c
om
cemento seco por 2.75 partes de arConstr
uApre
nde.c
om
cemento seco por 2.75 partes de ar
amasado, para los cementos portlConstr
uApre
nde.c
om
amasado, para los cementos portl
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FIGURA 19. Probeta para el ensayo a compresión del mortero. Este ensayo es el que produce los mayores esfuerzos, debido a las
características a compresión que posee el mortero. El esfuerzo será:
2/
81.25cmKgPufc =
MUESTRA CARGA CARGA ESFUERZO ESFUERZO
# (Lb) (Kg) Kg/cm^2 Mpa
1 3200 1451.52 56.24 5.52
2 3400 1542.24 59.75 5.86
3 3300 1496.88 58.00 5.69
4 2700 1224.72 47.45 4.66
5 3800 1723.68 66.78 6.55
6 4100 1859.76 72.06 7.07
7 4000 1814.4 70.30 6.90
8 3300 1496.88 58.00 5.69
9 3300 1496.88 58.00 5.69 TABLA 7. Resistencia a la compresión del mortero normal a los 7 días. 4.2 ENSAYO DE TENSION. Norma ICONTEC 119. Para realizar este ensayo se elaboraron las muestras según el procedimiento
sugerido por la norma ICONTEC 119, 9 probetas de mortero normal y 9
probetas de mortero reforzado. A continuación se muestran algunos detalles
del ensayo. Estos ejemplares se ensayaron a los 7 días.
25
Constr
uApre
nde.c
omESFUERZO
Constr
uApre
nde.c
omESFUERZO
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om
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nde.c
omKg/cm^2
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nde.c
omKg/cm^2
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nde.c
om
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nde.c
om
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nde.c
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nde.c
om56.24
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nde.c
om56.24
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1542.24
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1224.72
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1723.68
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FIGURA 20. Detalles del ensayo a tensión. FIGURA 21. Detalle geométrico de la probeta reforzada a tensión. La probeta de mortero reforzada con fibra de fique cuenta con tres filas de
refuerzo en la zona inferior con una longitud de 4 cm. de refuerzo y un diámetro
previamente obtenido con un calibrador digital.
Como resultado final se calcula el esfuerzo a tensión por medio de la siguiente
expresión, esta ecuación es tomada de la norma ICONTEC 119:
2/
45.6cmKgPufc =
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Constr
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nde.c
om
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27
A continuación se presenta la tabla de resultados a tensión de mortero reforzado mortero normal, las cuales fueron ensayados a los 7 días de curado.
MUESTRA CARGA CARGA CARGA ESFUERZO ESFUERZO # Lb Kg N Kg/cm^2 Mpa 1 355 161.03 1579.68 24.97 2.45 2 320 145.15 1423.94 22.50 2.21 3 375 170.10 1668.68 26.37 2.59 4 370 167.83 1646.43 26.02 2.55 5 340 154.22 1512.94 23.91 2.35 6 310 140.62 1379.44 21.80 2.14 7 300 136.08 1334.94 21.10 2.07 8 305 138.35 1357.19 21.45 2.10 9 300 136.08 1334.94 21.10 2.07
TABLA 8. Resistencia a tensión de mortero normal. Edad 7 días
MUESTRA DIAMETRO DE REFUERZO
(mm) CARGA CARGA CARGA ESFUERZO ESFUERZO
# A B C Lb Kg N Kg/cm^2 Mpa
1 0.09 0.15 0.15 380 172.37 1690.93 26.72 2.62
2 0.18 0.1 0.14 395 179.17 1757.68 27.78 2.73
3 0.17 0.18 0.22 435 197.32 1935.67 30.59 3.00
4 0.14 0.18 0.17 415 188.24 1846.67 29.19 2.86
5 0.11 0.13 0.13 380 172.37 1690.93 26.72 2.62
6 0.15 0.1 0.08 370 167.83 1646.43 26.02 2.55
7 0.09 0.08 0.1 350 158.76 1557.44 24.61 2.41
8 0.12 0.1 0.09 355 161.03 1579.68 24.97 2.45
9 0.1 0.06 0.09 345 156.49 1535.19 24.26 2.38 TABLA 9. Resistencia a tensión de mortero reforzado. Edad 7 días.
La resistencia a la tensión de las probetas de mortero normal y mortero
reforzado difieren en sus valores, esto se debe a que la fibra aporta cierta
resistencia a tensión adicional al mortero, por lo cual la resistencia a la tensión
del mortero reforzado es mayor. Como se muestra en la siguiente grafica la
cual es una comparación entre la resistencia del mortero normal y mortero
reforzado.
Constr
uApre
nde.c
omTABLA 8. Resistencia a tensión de mortero normal. Edad 7 días
Constr
uApre
nde.c
omTABLA 8. Resistencia a tensión de mortero normal. Edad 7 días
CARGA
Constr
uApre
nde.c
omCARGA CARGA
Constr
uApre
nde.c
omCARGA
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omKg
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nde.c
omKg
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om
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Constr
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om
172.37
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172.37
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Constr
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om
395 179.17
Constr
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435
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0.17
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0.17 415
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nde.c
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0.13
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0.13
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0.15 0.1 0.08
Constr
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0.08 0.1
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0.1
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0.12 0.1 0.09 Constr
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COMPARACION RESISTENCIA A TENSION DEL MORTERO NORMAL Y MORTERO REFORZADO
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
1 2 3 4 5 6 7 8 9
MUESTRA #
ESFU
ERZO
ULT
IMO
A T
ENSI
ON
[Mpa
]
MORTERO NORMALMORTERO REFORZADO
FIGURA 22. Comparación de los esfuerzos últimos a tensión del mortero normal y el mortero reforzado a los 7 días.
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4.3 ENSAYO DE F LEXION. Norma ICONTEC 120. Para realizar este ensayo
se realizaron probetas de 40*40*160 mm. Los moldes se construyeron de
acuerdo al procedimiento especificado en la norma ICONTEC 120. Se
elaboraron probetas de mortero normal y mortero reforzado. A continuación se
muestra algunas ilustraciones del ensayo.
FIGURA 23. Detalles del ensayo a flexión. Sección transversal probeta dimensiones 40*40*160. FIGURA 24. Detalle geométrico de la probeta reforzada con fibra de fique (la fibra tiene una longitud de 140 mm.). Para calcular el esfuerzo a flexión se utiliza la siguiente expresión tomada de la norma ICONTEC 120:
2)(*278.0cmKgPufc =
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Constr
uApre
nde.c
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FIGURA 23. Detalles del ensayo a flexión.
Constr
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omFIGURA 23. Detalles del ensayo a flexión.
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A continuación se muestra la resistencia a flexión del mortero normal y mortero reforzado.
MUESTRA FUERZA FUERZA ESFUERZO ESFUERZO
# Kg N Kg/cm^2 Mpa
1 65 637.65 18.07 1.77
2 64 627.84 17.792 1.75
3 66 647.46 18.348 1.80
4 72 706.32 20.016 1.96 TABLA 10. Resistencia a flexión del mortero normal a los 7 días.
MUESTRA DIAMETRO PROMEDIO DE REFUERZO [mm] FUERZA FUERZA ESFUERZO ESFUERZO
# A B C Kg N Kg/cm^2 Mpa
1 0.12 0.11 0.14 69 676.89 19.18 1.88
2 0.15 0.16 0.12 83 814.23 23.07 2.26
3 0.12 0.11 0.11 74 725.94 20.57 2.02
4 0.13 0.12 0.13 78 765.18 21.68 2.13 TABLA 11. Resistencia a flexión del mortero reforzado a los 7 días. La resistencia a la flexión del mortero reforzado es mayor que la del mortero
normal, esto se debe a la presencia del refuerzo que aporta un incremento a la
resistencia a tensión del mortero normal. A continuación se presenta una
grafica la cual es una comparación de la resistencia a la flexión.
Constr
uApre
nde.c
omFUERZA
Constr
uApre
nde.c
omFUERZA FUERZA
Constr
uApre
nde.c
omFUERZA
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uApre
nde.c
omKg
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nde.c
omKg
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om
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om
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nde.c
om
0.12 0.11 0.14
Constr
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nde.c
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0.12 0.11 0.14
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om
0.15 0.16 0.12
Constr
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nde.c
om
0.15 0.16 0.12
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om
Constr
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nde.c
om
0.12 0.11 0.11
Constr
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nde.c
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0.12 0.11 0.11
Constr
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nde.c
om
0.12 0.11 0.11
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0.12 0.11 0.11
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om
0.13 0.12 0.13
Constr
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om
0.13 0.12 0.13
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COMPARACION RESISTENCIA A FLEXION DEL MORTERO NORMAL Y MORTERO REFORZADO
0.00
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1.00
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1 2 3 4
MUESTRA #
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[Mpa
]
MORTERO NORMAL MORTERO REFORZADO
FIGURA 25. Comparación de los esfuerzos últimos a flexión del mortero normal y el mortero reforzado a los 7 días.
Constr
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om
Constr
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nde.c
om
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5. ANALISIS DE LOS RESULTADOS En esta sección se realiza un análisis a los datos encontrados en los diferentes
ensayos realizados a lo largo de esta investigación.
5.1 CLASIFICACIÓN MECANICA DE LA FIBRA DE FIQUE. 5.1.1 Resistencia última a tensión de la fibra de fique. Para determinar la resistencia a la tensión de la fibra de fique se ensayaron 50
muestras en un dinamómetro manual cuya precisión es de 0.1 Kgf (0.981 N),
estos datos se encuentran consignados en la TABLA 1, donde se obtuvo como
resultado unas resistencias entre 0.4 y 2.0 Kgf (3.92 y 19.62 N), con una
resistencia promedio de 1.03 Kgf (10.10 N), el diámetro de estas fibras se
encontró entre 0.09 y 0.21 mm., con un diámetro promedio de 0.15 mm.
Teniendo en cuenta que existe una relación directa entre el diámetro promedio
de la fibra y su resistencia ultima a la tensión, como se muestra en la FIGURA 8, la cual es una representación grafica de la variación de la resistencia a la
tensión con el diámetro; por lo tanto se reafirma que las fibras de mayor
diámetro tienen mayor resistencia a la tensión como se esperaba inicialmente,
en otras palabras a mayor área bruta la fibra soporta mas carga. No obstante
cabe aclarar que en algunos casos varia un poco este comportamiento, debido
a la heterogeneidad de la fibra de fique, principalmente por la variación del
diámetro de la fibra en una misma muestra.
Además de la resistencia a la tensión de la fibra se tomaron lecturas de la
elongación ultima de fibra en el momento de la falla, las cuales se encuentran
en la TABLA 1 , este parámetro indica que tanta deformación soporta este
material, los valores de elongación se encuentran entre 3.6 y 8%, con una
elongación promedio de 5.8%. Obviamente la elongación ultima tiene una
relación directa con el diámetro promedio de la fibra, lo cual se muestra en la
FIGURA 9, mediante esta grafica puede concluir que entre mayor sea el
diámetro de la fibra mayor es su elongación, pues va a soportar mas carga que
una fibra de diámetro inferior. El hecho de que la fibra soporte una mayor
32
Constr
uApre
nde.c
om, donde se obtuvo como
Constr
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om, donde se obtuvo como
4 y 2.0 Kgf (3.92 y 19.62 N), con una
Constr
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nde.c
om4 y 2.0 Kgf (3.92 y 19.62 N), con una
Kgf (10.10 N), el diám
Constr
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nde.c
om Kgf (10.10 N), el diámetro de estas fibras se
Constr
uApre
nde.c
ometro de estas fibras se
diámetro promedio de 0.15 mm.
Constr
uApre
nde.c
omdiámetro promedio de 0.15 mm.
Teniendo en cuenta que existe una relación
Constr
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omTeniendo en cuenta que existe una relación directa entre el diámetro promedio
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om directa entre el diámetro promedio
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Constr
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om
a ultima a la tensión, co
Constr
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om
una representación grafica de la va
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om
una representación grafica de la va
tensión con el diámetro; por lo tant
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om
tensión con el diámetro; por lo tanto se reafirma que las fibras de mayor
Constr
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o se reafirma que las fibras de mayor
diámetro tienen mayor resistencia a la t
Constr
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om
diámetro tienen mayor resistencia a la t
Constr
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en otras palabras a mayor área bruta la
Constr
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nde.c
om
en otras palabras a mayor área bruta la
cabe aclarar que en algunos casos varia Constr
uApre
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om
cabe aclarar que en algunos casos varia
a la heterogeneidad de la fibra de fique, Constr
uApre
nde.c
om
a la heterogeneidad de la fibra de fique,
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deformación indica que beneficia al mortero o el concreto si se utiliza como
adición, se recomienda utilizar las fibras de mayor diámetro y mayor
homogeneidad, pues presentan excelentes propiedades mecánicas.
5.1.2 Esfuerzo último a tensión de la fibra de fique. El esfuerzo último a la tensión de la fibra fue evaluado como la relación entre la
carga de falla y el área promedio bruta, determinada con el diámetro promedio
medido en tres diferentes secciones transversales entre los puntos de sujeción
de la fibra montada en el dinamómetro manual, estos valores están
consignados en la TABLA 2 . Calculando estos esfuerzos se obtuvo valores
entre 172.88 y 1478.16 Mpa, con un esfuerzo promedio de 655.53 Mpa. En la
FIGURA 10 tenemos una representación grafica de la variación de los
esfuerzos últimos a tensión con el diámetro, por lo tanto se concluye que el
esfuerzo último a tensión disminuye en las fibras con áreas brutas mayores, ya
que la carga se distribuye en una mayor área bruta transversal. Los valores de
estos esfuerzos son altos, lo cual indica que esta fibra es un material muy
resistente a la tensión, siendo una excelente solución a la baja resistencia a
tensión del concreto y del mortero, por medio de adiciones de esta fibra.
5.1.3 Modulo de elasticidad de la fibra de fique.
La cantidad de muestras ensayadas fue mínima (3), pues la maquina en la que
se realizó este ensayo es de difícil acceso, además la cantidad de lecturas
(carga, elongación) también es reducida (3), por que la falla de la fibra ocurre
en un tiempo muy corto. Para obtener datos de mayor precisión se recomienda
el uso de una maquina más sofisticada, pero para efectos de esta
investigación, los datos obtenidos son muy valiosos, teniendo en cuenta que
son los primeros en registrarse.
Interpretando estos datos, los cuales se encuentran en la TABLA 3, se puede
decir que entre mayor sea la carga aplicada es mayor la elongación registrada,
esto indica que hay una relación lineal entre los datos. La menor carga
registrada es de 0.1 Kgf (0.981 N) presentando una elongación de 1%, como
33
Constr
uApre
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omtenemos una representación grafica de la variación de los
Constr
uApre
nde.c
omtenemos una representación grafica de la variación de los
ro, por lo tanto se concluye que el
Constr
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omro, por lo tanto se concluye que el
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Constr
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oms fibras con áreas brutas mayores, ya
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dica que esta fibra es un material muy
Constr
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dica que esta fibra es un material muy
endo una excelente solución a la baja resistencia a
Constr
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endo una excelente solución a la baja resistencia a
tensión del concreto y del mortero,
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tensión del concreto y del mortero, por medio de adiciones
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por medio de adiciones
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5.1.3 Modulo de elasticidad de la fibra de fique.
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uApre
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5.1.3 Modulo de elasticidad de la fibra de fique.
La cantidad de muestras ensayadas fue míConstr
uApre
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La cantidad de muestras ensayadas fue mí
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carga mayor se obtuvo 2.2 Kgf (21.58 N) con una elongación de 8%, estas
lecturas no corresponden a una misma muestra, pero si se pueden corroborar
con los datos tomados en los ensayos de resistencia a tensión, llegando a la
conclusión de que estos datos son confiables a pesar de que son pocos.
Realizando la grafica Deformación unitaria Vs Esfuerzo , consignada en la
FIGURA 12, representa una relación lineal entre estos datos, en donde la
pendiente de cada recta constituye el correspondiente modulo de elasticidad
para cada fibra. Con respecto a estos módulos oscilan entre 6083 Mpa y 12160
Mpa, presentando un modulo de elasticidad promedio de 9068 Mpa.
5.2 FUERZA DE ADHESION ENTRE EL MORTERO Y LA FIBRA DE FIQUE Este parámetro es importante pues brinda una idea de la interacción entre el
mortero y la fibra, estos datos se encuentran en la TABLA 4 , interpretando
estos datos se puede observar que las fuerzas existentes entre estos dos
materiales son pequeñas comparadas con la resistencia a la tensión de la fibra,
hasta cierta profundidad de anclaje para ser mas exactos hasta una
profundidad de 2.0 cm., por que para las profundidades de 2.5 hasta 3.5 cm. la
fibra falla por tensión, creando la condición ( fuerza de adhesión > fuerza de la
fibra). Observando la FIGURA 14 se concluye que para una misma profundidad
de anclaje existe una relación directa entre el diámetro de la fibra y la fuerza de
adhesión mortero-fibra, y además que entre mayor sea el diámetro de la fibra
mayor será la fuerza de adhesión. La fuerza de adhesión oscila entre 0.2 y 0.8
Kgf (1.96 y 7.85 N). Por lo tanto se reafirma lo esperado, que entre mayor sea
la profundidad de anclaje de la fibra mayor será la fuerza de adhesión entre los
dos materiales. Como resumen de la anterior afirmación se puede observar en
la TABLA 5 y la FIGURA 16. Con respecto a los esfuerzos de adhesión se presentan entre 1.0 y 2.0 cm. de
profundidad de anclaje de la fibra, dispuestos en la TABLA 4, estos esfuerzos
oscilan entre 0.42 y 0.94 Mpa, los cuales dependen de la longitud de anclaje y
del diámetro de la fibra FIGURA 15. Como conclusión se tiene que a mayor
diámetro se obtiene un menor esfuerzo de adhesión, debido a que la fuerza se
reparte en un área bruta mayor. Con respecto a la profundidad de anclaje se
34
Constr
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nde.c
omante pues brinda una idea de
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omante pues brinda una idea de la interacción entre el
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omla interacción entre el
mortero y la fibra, estos datos se encuentran en la
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ommortero y la fibra, estos datos se encuentran en la TABLA 4
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omTABLA 4uerzas existentes entre estos dos
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omuerzas existentes entre estos dos
materiales son pequeñas comparadas con la resistencia a la tensión de la fibra,
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ommateriales son pequeñas comparadas con la resistencia a la tensión de la fibra,
hasta cierta profundidad de anclaje
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fibra falla por tensión, creando la condición ( fuerza de adhesión > fuerza de la
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de anclaje existe una relación directa entre
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adhesión mortero-fibra, y además que entre
mayor será la fuerza de adhesión. La fConstr
uApre
nde.c
om
mayor será la fuerza de adhesión. La f
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puede afirmar que mientras mayor sea la profundidad de anclaje mayor será el
esfuerzo de adhesión TABLA 6 y FIGURA 17 , pues aumenta el área de
contacto entre los dos materiales.
5.3 PROPIEDADES MECANICAS DEL MORTERO NORMAL Y REFORZADO 5.3.1 Resistencia a la compresión del mortero normal. Para determinar la resistencia a la compresión del mortero se evaluaron 9
probetas cuyos resultados están consignados en la TABLA 7 , los cuales
presentaron valores entre 4.66 y 7.07 Mpa y un esfuerzo promedio de 5.96
Mpa, estos resultados concuerdan con los esperados para probetas de mortero
normal con una edad de 7 días. Los materiales utilizados durante toda la
investigación son de la misma fuente, por esto es importante tener todas sus
propiedades mecánicas.
5.3.2 Resistencia a la tensión del mortero normal y mortero reforzado.
5.3.2.1 Mortero normal: Resulta muy importante tener la resistencia a la
tensión del mortero normal para compararla con la resistencia del mortero
reforzado, la fuerza a tensión que resistieron estas probetas se encuentran en
la TABLA 8 y oscilan entre 300 y 375 Lbf (1334.94 y 1668.68 N), con una
fuerza promedio de 330.56 Lbf (1470.91 N). Con respecto a los esfuerzos
últimos a tensión del mortero normal oscilan entre 2.07 y 2.59 Mpa, con un
esfuerzo promedio de 2.28 Mpa. Estas probetas fallaron por la zona de menor
sección, lo cual es adecuado para este ensayo.
5.3.2.2 Mortero reforzado: Las fuerzas a tensión soportadas por las probetas
reforzadas se encuentran en la TABLA 9 y oscilan entre 345 y 435 Lbf
(1535.19 y 1935.67 N), con una fuerza promedio de 380.6 Lbf (1693.40 N). Con
respecto a los esfuerzos últimos de tensión soportados por las probetas de
mortero reforzado encontramos esfuerzos entre 2.38 y 3.0 Mpa, con un
esfuerzo promedio de 2.63 Mpa. Cada probeta se reforzó con tres fibras de
fique las cuales tienen diámetro diferente y una longitud de 4.0 cm, dispuestas
35
Constr
uApre
nde.c
omlos esperados para probetas de mortero
Constr
uApre
nde.c
omlos esperados para probetas de mortero
teriales utilizados durante toda la
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omteriales utilizados durante toda la
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mortero normal y mortero reforzado.
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mortero normal y mortero reforzado.
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Resulta muy importante t
tensión del mortero normal para comparar
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y oscilan entre 300 y 375 Lbf (1334.94 y 1668.68 N), con una Constr
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y oscilan entre 300 y 375 Lbf (1334.94 y 1668.68 N), con una
fuerza promedio de 330.56 Constr
uApre
nde.c
om
fuerza promedio de 330.56
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en el sentido de aplicación de la carga .Pudiendo observar que entre mayor sea
la cantidad de refuerzo en una probeta mayor será la carga soportada a
tensión, lo mismo sucede con respecto al esfuerzo ultimo a tensión, a mayor
cantidad de fibra de refuerzo mayor es el esfuerzo ultimo soportado por la
probeta.
5.3.2.3 Comparación entre el mortero normal y el mortero reforzado.
Ahora comparando la resistencia a tensión del mortero normal y el mortero
reforzado, se tiene que el mortero reforzado presenta un aumento de
resistencia alrededor de un 13 %, lo cual se puede apreciar en la FIGURA 22.
Mediante la anterior afirmación, se logra concluir que la fibra aporta resistencia
a la tensión con gran efectividad cuando se dispone en sentido de aplicación de
la carga.
5.3.3 Resistencia a la flexión del mortero normal y mortero reforzado. 5.3.3.1 Mortero normal: Los resultados del ensayo a flexión para el mortero
normal se encuentran en la TABLA 1 0, obteniendo como resultado cargas
soportadas por la probeta las cuales oscilan entre 64 y 72 Kgf (627.84 y 706.32
N), y una carga promedio de 66.75 Kgf (654.82 N). Los valores de los
esfuerzos últimos a flexión oscilan entre 1.75 y 1.96 Mpa, con un esfuerzo
promedio de 1.82 Mpa. Estas probetas fallaron exactamente en la zona de
aplicación de la carga, por lo tanto, estos valores son coherentes con la
resistencia a la flexión de un mortero normal típico.
5.3.3.2 Mortero reforzado: Los datos el mortero reforzado se encuentran en
la TABLA 11, donde las cargas soportadas oscilan entre 69 y 83 Kgf (676.89 y
814.23 N) y una fuerza promedio de 76 Kgf (745.56 N). Con respecto a los
esfuerzos se tienen valores que oscilan entre 1.88 y 2.26 Mpa, con un esfuerzo
promedio de 2.07 Mpa. Pudiendo observar, que entre mayor sea la cantidad
de refuerzo (fibras de mayor diámetro promedio) en una probeta, mayor será la
carga soportada a flexión, lo mismo sucede con respecto al esfuerzo ultimo a
36
Constr
uApre
nde.c
omla fibra aporta resistencia
Constr
uApre
nde.c
omla fibra aporta resistencia
tividad cuando se dispone en
Constr
uApre
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omtividad cuando se dispone en sentido de aplicación de
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rtero normal y mortero reforzado.
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omrtero normal y mortero reforzado.
Los resultados del ensayo
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Los resultados del ensayo
TABLA 1 0
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TABLA 1 0las cuales oscilan entre
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esfuerzos últimos a flexión oscilan ent
promedio de 1.82 Mpa. EsConstr
uApre
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promedio de 1.82 Mpa. Es
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flexión, a mayor cantidad de refuerzo mayor es el esfuerzo ultimo soportado
por la probeta.
5.3.3.3 Comparación entre el mortero normal y el mortero reforzado.
Realizando una comparación entre la resistencia a la flexión del mortero normal
y el mortero reforzado FIGURA 25, se concluye que la adición de la fibra de
fique a lo largo del eje longitudinal de la probeta y dispuesta como lo ilustra la
FIGURA 24, le aporta un incremento de un 12%, lo cual nos indica que la fibra
de fique dispuesta de esta manera es muy conveniente para el mortero. 6. ANALISIS DE LA FALLA A TENSIÓN Y FLEXION DE LAS PROBETAS DE MORTERO NORMAL Y MORTERO REFORZADO.
Este análisis se realiza con el fin de facilitar la creación de un modelo que
calcule la resistencia a tensión y flexión en el mortero reforzado.
6.1 FALLA A TENSION.
Tanto las probetas de mortero normal y mortero reforzado presentaron la falla
en la zona de menor sección. Lo cual es coherente con la teoría de un
elemento sometido a tensión. Con respecto a la falla presentada en las
probetas reforzadas con la fibra de fique se presentaron dos situaciones
particulares.
(1) Para las probetas que presentaron la menor resistencia ocurre que las
fibras de refuerzo no alcanzan a fallar, si no que se salen de la matriz, por lo
tanto estos resultados indican que no hay un aporte de la resistencia a tensión,
sino que se presentan fuerzas de adhesión y por lo tanto esa es la causa de
valores menores, cabe anotar que este caso se presento en 2 probetas las
cuales estaban reforzadas con las fibras de menor diámetro, los valores
obtenidos para este caso fueron de 350 y 355 Lbf (1557.44 y 1579.68 N).
37
Constr
uApre
nde.c
om Y FLEXION DE LAS PROBETAS DE
Constr
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om Y FLEXION DE LAS PROBETAS DE
facilitar la creación de un modelo que
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omfacilitar la creación de un modelo que
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Tanto las probetas de mortero normal y mortero reforzado presentaron la falla
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Tanto las probetas de mortero normal y mortero reforzado presentaron la falla
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elemento sometido a tensión. Con res
probetas reforzadas con la fibra de fique se presentaron dos situaciones Constr
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nde.c
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probetas reforzadas con la fibra de fique se presentaron dos situaciones
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(2) Las 7 probetas restantes, presentaron una falla en la cual los dos materiales
soportaron la carga máxima a tensión, dejando como resultado valores
superiores a los que se presentaron en el mortero normal. Lo cual quiere decir
que el refuerzo de fibra de fique dispuesto de la manera indicada en la FIGURA
21, si es efectivo. A continuación se muestra una ilustración de la falla a tensión
que presentaros todas las probetas ensayadas.
FIGURA 26. Falla típica a tensión. 6.2 FALLA A FLEXION
Tanto las probetas de mortero normal como las probetas reforzadas,
presentaron la falla en la zona donde se aplico la carga, lo cual quiere decir que
el montaje para este ensayo fue el adecuado. Con respecto al mortero
reforzado en todos los casos la fibra de fique fallo, sin ningún tipo de
excepción. La única singularidad presentada fue que las probetas que estaban
reforzadas con fibras de mayor diámetro promedio obtuvieron mayor
resistencia a la flexión. A continuación se presenta una ilustración de la falla
típica a flexión, tanto para el mortero normal como para el mortero reforzado.
FIGURA 27. Falla típica a flexión.
38
Constr
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nde.c
om
Tanto las probetas de mortero normal como las probetas reforzadas,
Constr
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Tanto las probetas de mortero normal como las probetas reforzadas,
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el montaje para este ensayo fue el
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reforzadas con fibras de mayor diConstr
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nde.c
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reforzadas con fibras de mayor di
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7. MODELOS PARA CAL CULAR EL ESFUERZ O A TENSION Y E L ESFUERZO A FLEXION EN EL MORTERO REFORZADO Estos modelos se elaboran para determinar que tan predecible es la resistencia
a la tensión y flexión de probetas reforzadas con fibras de fique
respectivamente. Es apenas lógico que se va a presentar cierto porcentaje de
diferencia entre los valores teóricos y los valores reales, pero entre mas
pequeños sean estos porcentajes nos quiere decir que el modelo es adecuado,
si por el contrario las diferencias son muy altas, tenemos que tratar de
averiguar las fallas que nos lleven a un modelo correcto en un futuro.
7.1 MODELO A TE NSION DEL MORT ERO REFORZADO CO N FIBRA DE FIQUE
Para realizar este modelo se tiene como base el análisis de la falla, retomando
el concepto de que la resistencia a tensión en un material compuesto reforzado
es la suma algebraica de la resistencia a tensión que aporta cada material. Lo
cual se ilustra en la siguiente figura.
FIGURA 28. Resistencia total a tensión de un material reforzado con fibra. Existen 2 tipos de falla en las probetas a tensión y de acuerdo a estas se
obtiene la forma adecuada de calcular la resistencia a tensión, como se
muestra a continuación:
39
Constr
uApre
nde.c
ombase el análisis de la falla, retomando
Constr
uApre
nde.c
ombase el análisis de la falla, retomando
ión en un material compuesto reforzado
Constr
uApre
nde.c
omión en un material compuesto reforzado
es la suma algebraica de la resistencia a tensión que aporta cada material. Lo
Constr
uApre
nde.c
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es la suma algebraica de la resistencia a tensión que aporta cada material. Lo
cual se ilustra en la siguiente figura.
Constr
uApre
nde.c
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cual se ilustra en la siguiente figura.
Constr
uApre
nde.c
om
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Caso 1: Las fibras se salen de la matriz, por lo cual no aporta su resistencia a
la tensión, sino que aporta una fuerza de adherencia para una longitud de
anclaje de 2 cm (muestras 1 y 2). Ya que la probeta falla en toda la mitad y la
fibra de fique tiene una longitud total de 4 cm.
)0.2( cmFadhTmorteroT +=
Donde.
Tmortero: Es la carga a tensión soportada por el mortero normal, este valor se
calcula como un promedio de la tensión soportada por las probetas de mortero
normal. Este valor corresponde a 1470.91 N.
Fadh(2.0cm): Este valor corresponde a la fuerza de adhesión mortero-fibra, el
cual depende del diámetro de la fibra. Para calcular este valor se plantea sacar
la ecuación de la recta representativa de los datos de la grafica Diámetro
promedio Vs fuerza de adhesión para una profundidad de 2.0 cm. La cual se
muestra a continuación.
DIAMETRO Vs FUERZAPROFUNDIDAD 2.0 CM
y = 36.838x + 1.2727
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
0.09 0.095 0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135
DIAMETRO PROMEDIO [mm]
FUER
ZA [N
]
FUERZA NTENDENCIA DATOS
FIGURA 29. Variación de la Fuerza de adhesión Vs Diámetro promedio a una profundidad de 2.0 cm.
40
Constr
uApre
nde.c
omza de adhesión mort
Constr
uApre
nde.c
omza de adhesión mort
fibra. Para calcular es
Constr
uApre
nde.c
om fibra. Para calcular es
epresentativa de los datos de la grafica Diámetro
Constr
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nde.c
om
epresentativa de los datos de la grafica Diámetro
adhesión para una profundidad
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uApre
nde.c
om
adhesión para una profundidad
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om
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DIAMETRO Vs FUERZA
Constr
uApre
nde.c
om
DIAMETRO Vs FUERZAPROFUNDIDAD 2.0 CM
Constr
uApre
nde.c
om
PROFUNDIDAD 2.0 CM
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Finalmente se llega a una ecuación para calcular la fuerza de adhesión
mortero- fibra para diferentes diámetros de fibra (profundidad de anclaje).
2727.1)(*838.38)0.2( += promediocmFadh φ
Caso 2: Las fibras fallan con el mortero, por lo tanto en este caso las fibras
aportan su resistencia a la tensión (muestras 3, 4, 5, 6, 7, 8, y 9) , luego se
obtiene la siguiente ecuación para calcular la carga soportada a tensión.
TfibraTmorteroT +=
Como en el anterior caso Tmortero= 1470.91 N, pero ahora cada fibra de
refuerzo aporta su resistencia a tensión, la resistencia a tensión de las fibras
varia con el diámetro de la fibra, por lo tanto se plantea extraer la ecuación de
la recta que se presenta en la grafica Carga a tensión Vs Diámetro promedio.
La cual se muestra a continuación para un mejor entendimiento.
DIAMETRO PROMEDIO Vs CARGA ULTIMA
y = 19.809x + 7.1464
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24
DIAMETRO PROMEDIO [mm]
CARGA UL
TIM
A [N
]
CARGA MAXIMA NewtonsTENDENCIA DATOS
+
FIGURA 30. Variación de la carga ultima Vs diámetro promedio. Finalmente se tiene la siguiente ecuación para calcular la carga soportada a
tensión, para diferentes diámetros de la fibra de fique.
1464.7)(*809.19 += promedioTfibra φ
41
Constr
uApre
nde.c
om= 1470.91 N, pero ahora cada fibra de
Constr
uApre
nde.c
om= 1470.91 N, pero ahora cada fibra de
la resistencia a tensión de las fibras
Constr
uApre
nde.c
omla resistencia a tensión de las fibras
tanto se plantea extraer la ecuación de
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uApre
nde.c
om tanto se plantea extraer la ecuación de
Carga a tensión Vs Diámetro promedio.
Constr
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om
Carga a tensión Vs Diámetro promedio.
ión para un mejor entendimiento.
Constr
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om
ión para un mejor entendimiento.
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om
DIAMETRO PROMEDIO Vs CARGA ULTIMA
Constr
uApre
nde.c
om
DIAMETRO PROMEDIO Vs CARGA ULTIMA
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Con el modelo planteado se procede a elaborar los cálculos obteniendo los
siguientes resultados
muestra DIAMETRO DE REFUERZO (mm) tension mortero tension fique fuerza de adherencia tension total
# A B C N N 1 0.09 0.15 0.15 1470.91 18.96 1489.88 2 0.18 0.1 0.14 1470.91 20.13 1491.04 3 0.17 0.18 0.22 1470.91 32.73 1503.64 4 0.14 0.18 0.17 1470.91 31.15 1502.06 5 0.11 0.13 0.13 1470.91 28.77 1499.68 6 0.15 0.1 0.08 1470.91 27.98 1498.89 7 0.09 0.08 0.1 1470.91 26.79 1497.70 8 0.12 0.1 0.09 1470.91 27.58 1498.49 9 0.1 0.06 0.09 1470.91 26.39 1497.30
TABLA 12. Resistencia teórica de las probetas reforzadas a tensión. Ahora se realiza una comparación entre los valores reales y los valores teóricos
para evaluar el modelo. En la siguiente tabla relacionamos los datos teóricos y
reales.
MUESTRA Fuerza teorica Fza real % Diferencia
# N N %
1.00 1489.88 1690.93 11.89
2.00 1491.04 1757.68 15.17
3.00 1503.64 1935.67 22.32
4.00 1502.06 1846.67 18.66
5.00 1499.68 1690.93 11.31
6.00 1498.89 1646.43 8.96
7.00 1497.70 1557.44 3.84
8.00 1498.49 1579.68 5.14
9.00 1497.30 1535.19 2.47
TABLA 13. Comparación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico.
Observando esta tabla se concluye que los porcentajes de diferencia son
aceptables, lo que quiere decir que el modelo se acerca bastante a la realidad.
El porcentaje de diferencia que se obtiene del análisis es de solo 11%, lo cual
es bastante satisfactorio, si se tiene en cuenta que la fibra de fique presenta
variabilidad en su diámetro a lo largo de una misma fibra, por lo tanto su
42
Constr
uApre
nde.c
omlas probetas reforzadas a tensión.
Constr
uApre
nde.c
omlas probetas reforzadas a tensión.
Ahora se realiza una comparación entre los valores reales y los valores teóricos
Constr
uApre
nde.c
omAhora se realiza una comparación entre los valores reales y los valores teóricos
tabla relacionamos los datos teóricos y
Constr
uApre
nde.c
omtabla relacionamos los datos teóricos y
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uApre
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Constr
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om
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nde.c
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Constr
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nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
1489.88
Constr
uApre
nde.c
om
1489.88
Constr
uApre
nde.c
om
1491.04
Constr
uApre
nde.c
om
1491.04
Constr
uApre
nde.c
om
1503.64
Constr
uApre
nde.c
om
1503.64
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
1502.06
Constr
uApre
nde.c
om
1502.06
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
1499.68
Constr
uApre
nde.c
om
1499.68
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
Constr
uApre
nde.c
om
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resistencia a la tensión también varía, dando como resultado la diferencia entre
los valores reales y teóricos.
7.2 MODELO A FLEXION DEL MORTERO REFORZADO CON LA FIBRA DE FIQUE. Para realizar este modelo se tiene como base el análisis de la falla, ya que un
material sometido a flexión presenta dos zonas, una a flexión y otra a
compresión, puesto que el mortero tiene muy baja resistencia a la flexión y la
resistencia a la flexión de la fibra es mucho mayor que la resistencia del
mortero se puede suponer que antes de que la fibra falle, el mortero ya se ha
agrietado, así de esta forma se puede utilizar como modelo una sección
transformada, aplicando los conceptos de resistencia de materiales.
FIGURA 31. Resistencia total a Flexión de un material reforzado con fibra. Las dimensiones de la probeta son:
Base = b = 40 mm.
Altura = h = 40 mm.
Distancia a el centro de la fibra = d =30 cm.
Modulo promedio de elasticidad de la fibra = Efibra = 6792 Mpa.
Modulo promedio de elasticidad del mortero = Emortero = 4510 Mpa.
Esfuerzo promedio de adhesión del la fibra mortero = FAdh = 0.71 Mpa
Esfuerzo promedio de flexión en el mortero = Fm = 1.82 Mpa
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omtransformada, aplicando los conceptos de resistencia de materiales.
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FIGURA 31. Resistencia tota
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FIGURA 31. Resistencia tota
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Para obtener los resultados seguimos el siguiente proceso. 1. se calcula el valor de n para empezar a determinar la sección transformada
mortero
fibra
EE
n =
2. Una vez obtenidos todas las variables, se procede a calcular el eje neutro.
)(**)
2(** xdAnxxb f −=
3. Luego se calcula el momento de inercia de la sección transformada
23 )(**31 xdAxbI f −+=
4. Para calcular el momento al que esta sometido el mortero es necesario tomar datos del mortero sin refuerzo y sumarle lo que aumentaría gracias a la fuerza de adhesión entre el mortero y la fibra
xnIffM adhc
n **)( +
=
5. Por ultimo se calcula el esfuerzo a flexión en el material compuesto
IyM
f nm
*=
MUESTRA DIAMETRO DE REFUERZO [mm] Af x I Mn fm # A B C [mm^2] [mm] [mm^4] [N*mm] [N/mm^2]1 0.12 0.11 0.14 0.04 0.28 32.27 186.96 1.65 2 0.15 0.16 0.12 0.05 0.33 43.69 215.13 1.63 3 0.12 0.11 0.11 0.03 0.26 27.05 173.02 1.67 4 0.13 0.12 0.13 0.04 0.29 33.74 205.85 1.78
TABLA 14. Resistencia teórica de las probetas reforzadas a Flexión. Al comparar los siguientes resultados con los valores de esfuerzos obtenido en el laboratorio se tiene. MUESTRA fm ( real) fm ( teorico) % DIFERENCIA
# [Mpa] [Mpa] % 1 1.88 1.65 14.03 2 2.26 1.63 38.60 3 2.02 1.67 21.19 4 2.13 1.78 19.97
TABLA 15. Comparación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico.
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omta sometido el mortero es necesario
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omta sometido el mortero es necesario sumarle lo que aumentaría gracias a la
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DIAMETRO DE REFUERZO [mm]
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Relacion entre el Esfuerzo Real y el Esfuerzo teorico
1.60
1.62
1.64
1.66
1.68
1.70
1.72
1.74
1.76
1.78
1.80
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Esfuerzo Real [MPa]
Esfu
erzo
Teo
rico
[MPa
]
Freal Vs F teorLineal (Freal Vs F teor)
FIGURA 32. Relación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico. De las graficas se puede apreciar que la correlación entre los valores es cerca
de un 23.5%, lo que indica que aunque la fibra aumenta la resistencia a la
flexión, esta resistencia no es como la que se esperaría obtener ya que la fibra
presenta una serie de problemas debido a que el diámetro de la fibra no es
uniforme, y en algunos sectores la fibra es laminar o presenta algún tipo de
daño debido a su forma de obtención o a su deterioro.
Comparacion entre valores reales y teoricos de la flexion en morteros reforzados
0
0.5
1
1.5
2
2.5
1 2 3 4
Muestra
Esfu
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A F
lexi
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pa)
Valores experimentalesvalores Teoricos
FIGURA 33. Comparación entre el esfuerzo real y el esfuerzo teórico.
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de un 23.5%, lo que indica que aunque la fi
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presenta una serie de problemas debido a q
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presenta una serie de problemas debido a q
uniforme, y en algunos sectores la fibra
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uniforme, y en algunos sectores la fibra
daño debido a su forma de obtención o a su deterioro.
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daño debido a su forma de obtención o a su deterioro.
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Comparacion entre valores reales y teoricos de la flexion en morteros reforzados
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Comparacion entre valores reales y teoricos de la flexion en morteros reforzados
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8. CONCLUSIONES
La fibra de fique es una material que tiene alta resistencia a la tensión,
soportando esfuerzos a tensión de hasta 1400 Mpa, lo cual permite
afirmar que es una excelente adición para el concreto y el mortero, pues
resulta un material compuesto con alta resistencia a la tensión y flexión.
La resistencia a la tensión de la fibra de fique varía sustancialmente con
el diámetro promedio de la fibra, obteniendo como resultado que las
fibras de mayor diámetro promedio soportan mayor carga, entonces se
recomienda utilizar las fibras de mayor diámetro para reforzar el
concreto.
Las fuerzas de adherencia mortero-fibra de fique dependen de la
profundidad de anclaje y del diámetro promedio, el valor de estas
fuerzas oscilan entre 1.96 y 7.85 Mpa para diferentes diámetros y
profundidades de anclaje, las fuerzas aumentan con el aumento del
diámetro promedio de la fibra anclada, también aumentan con el
aumento de la profundidad de anclaje.
Con respecto a los esfuerzos de adherencia estos se presentan hasta
una profundidad aproximada de 2 cm., pues después de esta
profundidad la fuerza de adhesión es mayor que la resistencia a tensión
del fique y entonces la fibra no se desprende de la matriz, sino que falla
la fibra de fique.
El valor aproximado del modulo de elasticidad de la fibra de fique es de
9000 Mpa, lo cual indica que este material es bastante deformable y se
puede decir que presenta un comportamiento elástico. Pues para cargas
pequeñas la deformación no es permanente.
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omsoportan mayor carga, entonces se
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mayor diámetro para reforzar el
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Las fuerzas de adherencia mort
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profundidad de anclaje y del diámetro
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profundidad de anclaje y del diámetro
fuerzas oscilan entre 1.96 y 7.85
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fuerzas oscilan entre 1.96 y 7.85
profundidades de anclaje,
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diámetro promedio de la fibra anc
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diámetro promedio de la fibra anc
aumento de la profundidad de anclaje.
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aumento de la profundidad de anclaje.
Con respecto a los esfuerzos de adherencia estos se presentan hasta Constr
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Con respecto a los esfuerzos de adherencia estos se presentan hasta
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El refuerzo de fibra de fique que se utilizo en el mortero reforzado a
tensión, el cual se dispuso en el sentido de aplicación de la carga,
ocasiono un aumento de aproximadamente 13%, lo que permite decir
que este refuerzo esta trabajando con una buena efectividad, pues la
cantidad de refuerzo es mínimo, comparada con el volumen de mortero.
La resistencia a la flexión también aumento aproximadamente en un
12%, lo cual indica que la posición del refuerzo fue adecuada, logrando
una excelente efectividad de este refuerzo a flexión.
La orientación del refuerzo utilizado en el mortero reforzado a tensión y
flexión brinda excelentes resultados, pues la cantidad de fibra fue
mínima comparada con el porcentaje de mortero en cada molde.
Los valores reales y teóricos de la resistencia a la tensión difieren en
aproximadamente un 11%, lo cual es aceptable para un modelamiento
inicial, en el cual posiblemente no se tengan todas las consideraciones
necesarias.
Los valores reales y teóricos de la resistencia al la flexión difieren en un
41%, lo que indica que el modelo presenta varios parámetros,
principalmente por el carácter mecánico de la fibra ya que sus
propiedades no son tan uniformes como se esperara, aunque esto se
puede cambiar, mejorando la calidad de la fibra desde el momento de su
plantación y obtención.
Los resultados obtenidos en este proyecto fueron concordantes con
observaciones de experimentos realizados con anterioridad y bibliografía
consultada, en los cuales se corrobora que los refuerzos de fibra
mejoran de varias maneras la tenacidad de la matriz, ya que una grieta
que se mueva a través de la matriz encuentra una fibra; si la unión entre
la matriz y la fibra no es buena, la grieta se ve obligada a propagarse
alrededor de la fibra, a fin de continuar el proceso de fractura. Además,
una mala unión ocasiona que la fibra empiece a separarse de la matriz.
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om, pues la cantidad de fibra fue
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om, pues la cantidad de fibra fue
aje de mortero en cada molde.
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inicial, en el cual posiblemente no se tengan todas las consideraciones
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Los valores reales y teóricos de la
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principalmente por el carácter
propiedades no son tan uniformes coConstr
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propiedades no son tan uniformes co
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Ambos procesos consumen energía, e incrementan, por lo tanto, la
tenacidad a la fractura. Finalmente, al iniciarse la grieta en la matriz,
fibras aun no rotas pueden formar un puente sobre la grieta, lo cual
proporciona un esfuerzo compresivo que evita que la grieta se abra.
Los resultados obtenidos y los modelos que se realizaron, concluyen
que la fibra mejora las propiedades mecánicas del mortero,
principalmente la resistencia a la tensión, dando soluciones a problemas
tan frecuentes en el concreto y mortero como lo es la retracción del
fraguado, problemas de micofisuracion en elementos sometidos a flexión
y tensión.
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9. RECOMENDACIONES
Se recomienda para futuras investigaciones procesos que mejoren la
calidad de la fibra y que permitan que las propiedades de este material
sean mas uniformes.
En esta investigación no se estudio los problemas que pueda presentar
la fibra gracias a la alcalinidad del mortero, aunque hay varias tesis que
lo han hecho, seria bueno que se estudien todos las propiedades del a
fibra protegida o mineralizada ya que puede haber una variación
considerable en las propiedades del mortero.
El fin de este proyecto es realizar una investigación para mejorar la
estructura interna del mortero y distribuir mejor los esfuerzos debido a
que la mezcla tiene una matriz más densa, sin embargo resaltamos que
no pretendemos sustituir el acero, si no mejorar todo el conjunto
concreto acero.
Para futuras investigaciones recomendamos que se investigue los
morteros y concretos reforzados con fibras sometidos a fuerzas de
impacto, ya que al ser la mezcla mas densa, disipa mayor energía.
Se recomienda que para futuras utilizaciones de fibra de fique en
morteros y concretos la longitud de estas fibras, sea mayores a 2 cm.,
ya que para longitudes menores hay desprendimiento de la fibra y la
mezcla no funciona óptimamente.
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omen todos las propiedades del a
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omen todos las propiedades del a
que puede haber una variación
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El fin de este proyecto es realizar una investigación para mejorar la
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estructura interna del mortero y distribuir mejor los esfuerzos debido a
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que la mezcla tiene una matriz más densa, sin embargo resaltamos que
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que la mezcla tiene una matriz más densa, sin embargo resaltamos que
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no pretendemos sustituir el acero,
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Para futuras investigaciones recomendamos que se investigue los
morteros y concretos reforzados con fibras sometidos a fuerzas de Con
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prend
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morteros y concretos reforzados con fibras sometidos a fuerzas de
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om a few natural fibre arajan. Impact strength of a few natural fibre arajan. Impact strength of
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omarajan. Impact strength of a few natural fibre arajan. Impact strength of
comparative study. ScienceDirect.
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omcomparative study. ScienceDirect.
Department of Civ
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omDepartment of Civ
Holmer Savastano Jr. Special them
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Holmer Savastano Jr. Special them
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