universidad de carabobo facultad de ingenierÍa...

UNIVERSIDAD DE CARABOBO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO DE ESTRUCTURAS

EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL MORTERO SOBRE LA RESISTENCIA

DEL CONCRETO A COMPRESION AL SOMETERLO AL FUEGO

Bárbula, junio de 2012

Tutor Académico: Autores:

Ing. Nelson Hernández Tovar Flores Paola C.I.: 18.433.124

Reyes Marian C.I.: 17.316.646







TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA PRESENTAR ANTE LA

ILUSTRE UNIVERSIDAD DE CARABOBO PARA OPTAR AL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

Bárbula, junio de 2012

Tutor Académico: Autores:

Ing. Nelson Hernández Tovar Flores Paola C.I.: 18.433.124

Reyes Marian C.I.: 17.316.646

iii





CERTIFICADO DE APROBACIÓN

Los abajo firmantes, Miembros del Jurado designado para estudiar el Trabajo

Especial de Grado titulado: “EVALUACIÓN DEL EFECTO DEL MORTERO

SOBRE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO A COMPRESIÓN AL

SOMETERLO AL FUEGO”, realizado por las Bachilleres Flores Paola, C.I.

18.433.124 y Reyes Marian, C.I. 17.316.646, hacemos constar que hemos

revisado y aprobado dicho trabajo.

________________________

Prof. Nelson Hernández Tovar Presidente del Jurado

____________________ ______________________ Prof. Ana María Morales Prof. Sandra Lugo Miembro del Jurado Miembro del Jurado

iv

AGRADECIMIENTOS

Principalmente le agradezco a Dios, el ser más grande, que entre tantas

lágrimas me ayudó a conseguir esta alegría, gracias por darme las fuerzas y

la valentía para hacer este sueño realidad.

A la Universidad de Carabobo por ser mi casa de estudio.

A mis Padres José y Marina, por haberme dado la vida, gracias por todo el

apoyo que me brindaron en cada etapa de mi vida, no tengo palabras para

agradecer lo mucho que me han dado, los quiero mucho. Gracias por ser los

mejores padres del mundo.

A Junior Tovar, mi vida estoy inmensamente agradecida por tu apoyo

incondicional durante toda mi carrera, por siempre estar ahí para darme una

palabra de aliento y ayudarme en todo momento. Gracias mi amor. Te Amo

A mi familia por apoyarme en todo momento.

A todos los profesores que dieron todo su tiempo y conocimiento para

formarme como profesional, en especial al Profesor Nelson Hernández, por

su paciencia, tolerancia y todos los conocimientos brindados.

A todos mis amigos y compañeros, que me ayudaron a lograr esta meta, en

especial a: Paola, Génesis, Diana, Jacobo, Osmary, Alcibíades, Johana,

Andrea, leydi, Yoily, Alfredo, Juan, Héctor, Ricardo.

A mi eterno agradecimiento a todas las personas que sin lugar contribuyeron

a este logro.

Marian A. Reyes M.

v

AGRADECIMIENTOS

Doy infinitamente las gracias a Nuestro Amoroso Padre Celestial

Jehová por tener VIDA y SALUD y por darme una bella Familia que me ha

dado amor, felicidad, cariño y valores espirituales. Los mejores regalos que

ser humano alguno podría desear. Te Doy las gracias también por haber

vigilado mis pasos, por siempre cuidarme y por haberme dado la oportunidad

de haber terminado satisfactoriamente mi carrera.

Mamá, Papá, hermanos y Abuelos, Gracias por Ser Mi Familia.

Agradezco profundamente y de corazón a todas estas apreciadas

familias, por estar siempre ahí y por bridarnos su sincera amistad, tanto a mí

como a mi Familia, Gracias: Familia Verna, Familia Martínez, Familia Ojeda,

Familia Barrios, Familia Urritazo, Familia Galea y Familia Castillo.

Gracias amigos: Marian, Johana, Alcibíades, Jacobo, Juan, Hayari,

Diana, Andrea, Ariana, Angel y Pedro, por haber compartido conmigo, por

brindarme su amistad, compañerismo y ayuda.

Agradecida de haber pertenecido a la Universidad de Carabobo y

realizado mi formación profesional, en esta Ilustre Casa de Estudios.

Gracias Profesor Nelson Hernández Tovar, por haber sido el tutor de

la investigación, por haber brindado su experiencia y conocimientos.

También por la excelente guía prestada para el feliz término de esta

investigación.

También quiero dar especialmente las gracias, a las siguientes

personas que brindaron su ayuda, colaboración y cooperación para que esta

investigación lograra culminarse satisfactoriamente: Sr Elías, Prof Genifer

Aparicio, Yosmari Pérez, Alfredo.

¡Muchas Gracias a Todos!

Paola Michelle Flores Maldonado

vi

DEDICATORIA

Mi tesis la dedico con todo mi amor y cariño.

A ti DIOS que me diste la oportunidad de vivir y de regalarme una familia

maravillosa.

Con mucho cariño principalmente a mis padres José y Marina, que me dieron

la vida y han estado conmigo en todo momento. Gracias por darme una

carrera para mi futuro y por creer en mí. Los quiero con todo mi corazón.

A mi Novio Junior Tovar, por ayudarme infinitas veces, por su amor, apoyo,

comprensión, por tantos momentos que hemos vivido juntos. Estoy segura

de que siempre estarás hay cuando te necesite. Gracias por ser parte de mi

vida. Te amo

A mis sobrinos, Hermanos, Abuelos, tios y Cuñados, por creer en mí y ser

personas especiales que estuvieron siempre bridando todo su apoyo y

aconsejándome en todo momento.

A mi “Hija” Génesis, por estar apoyándome en todo momento, por ser una

amiga incondicional y una persona tan especial, por creer en mí y estar

siempre hay para brindarme su apoyo.

A Katheryn Alemán por ser una excelente amiga y estar siempre presente,

hasta en los momentos difíciles, gracias por tus consejos.

A mi Familia, que siempre me apoyó, creyó en mí y por tantos momentos a

mi lado.

A todos los que creyeron en mi, todos los que me brindaron apoyo, a mis

amigos y compañeros.

Marian A. Reyes M

vii

DEDICATORIA

En primer lugar le doy las gracias a Nuestro Amoroso Padre Celestial

Jehová Dios por darme la vida, ese hermoso regalo que me permite realizar,

mis metas, propósitos y sueños. Estas pequeñas palabras no son suficientes

para demostrar mi Agradecimiento hacia Él, pero con mucha humildad se las

escribo y dedico.

A mis Padres José Miguel y Vestalia por ser hermosos seres

humanos, con bellas cualidades y virtudes, amorosos, comprensivos,

genuinos, sinceros, ejemplares, dedicados, pacientes, abnegados, valientes;

por ser mis maestros, por dirigirme, cuidarme, por darme valores espirituales

y sobre todo por darme la VIDA. Ustedes tienen el mayor mérito de que yo

haya culminado satisfactoriamente mi carrera por confiar ante todo en mí, por

ayudarme, aconsejarme, consolarme y darme ánimos cuando las fuerzas me

faltaban y sentía muchos obstáculos en el camino. Mami y Papi los AMO,

Quiero y Valoro muchísimo. ¡Gracias!

A mis Abuelos Ana, Rosa, Miguel y Juan. Por ser los mejores abuelos

y por darme una familia tan maravillosa. Abue Ana te quiero muchísimo, por

siempre estar ahí conmigo aconsejarme, quererme y cuidarme. ¡Gracias!.

Abuelos Rosa y Miguel siempre estarán presentes en mi corazón.

A mis hermanos Nathalie y Samuel, por ser los mejores hermanos del

mundo, por ser mis mejores amigos, son mis padres postizos, los quiero,

valoro y aprecio muchísimo. Gracias por sus consejos, amor. Sami eres mi

mejor amigo. Gracias por confiar en mí, por ayudarme, por estudiar conmigo

y por escucharme. Naty eres mi mejor amiga, Gracias por apoyarme,

cuidarme y quererme. Los quiero de igual manera a los dos.

A mis Tíos, Tías y Primos por ser parte de mi familia.

Paola Michelle Flores Maldonado

viii

ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................... xii

ÍNDICE DE GRÁFICOS ................................................................................ xiii

RESUMEN ..................................................................................................... xv

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

CAPITULO I .................................................................................................... 3

EL PROBLEMA ............................................................................................... 3

I.1 Planteamiento del Problema ...................................................................... 3

I.2 Objetivos de la Investigación ..................................................................... 5

I.2.1 Objetivo General .................................................................................. 5

I.2.2 Objetivos Específicos .......................................................................... 5

I.3 Alcances y Limitaciones ............................................................................. 5

I.3 Justificación ............................................................................................... 7

CAPITULO II ................................................................................................... 8

MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 8

II.1 Antecedentes ............................................................................................ 8

II.2 Bases Teóricas ......................................................................................... 9

II.2.1 Cemento Portland ............................................................................. 11

II.2.2. Mortero ............................................................................................ 13

II.2.2.1. Preparación de los morteros ..................................................... 13

II.2.2.2 Morteros de Cemento ................................................................ 14

II.2.2.3 Morteros de Cemento: Mixtos ................................................... 14

II.2.2.4 Morteros Especiales ................................................................... 14

II.2.2.5 Mortero de Cementos- Cola ....................................................... 14

II.2.2.6 Morteros según Aplicación: ........................................................ 15

ix

II.2.2.7 Morteros hechos in situ .............................................................. 16

II.2.2.8 Morteros industriales .................................................................. 16

II.2.2.9 Morteros Húmedos: .................................................................... 16

II.2.2.10 Morteros Secos: ....................................................................... 17

II.2.3 Diseño de Mezcla ............................................................................. 17

II.2.3.1 Método de Diseño de Mezcla del C.C.C.A. (Comité Conjunto del

Concreto Armado). ................................................................................. 17

II.2.3.2 Data de entrada para el Diseño de Mezcla. ............................... 17

II.2.3.3 Resistencia Promedio Requerida (Fcr). ...................................... 18

II.2.3.4 Parámetro (Z). ............................................................................ 18

II.2.3.5 Desviación Estándar σ, Conocida. ............................................. 18

II.2.3.6 Desviación Estándar, σ cuando no hay antecedentes................ 19

II.2.3.7 Ley de Abrams ........................................................................... 22

II.2.3.8 Correcciones de α ...................................................................... 23

II.2.3.9 Relación Triangular .................................................................... 23

II.2.3.10 Correcciones del Cemento ....................................................... 23

II.2.3.11 Volumen de Aire Atrapado ....................................................... 24

II.2.3.12 Volumen de la pasta de cemento: ............................................ 25

II.2.4 Definición de Fuego .......................................................................... 26

II.2.5 Definición de Incendio ...................................................................... 26

II.2.6 Fases del Incendio ............................................................................ 27

II.2.7 Resistencia al Fuego del Concreto ................................................... 28

II.2.7.1 Capacidad Portante .................................................................... 30

II.2.7.2 Integridad .................................................................................... 30

II.2.7.3 Aislamiento ................................................................................. 30

II.2.8 Proceso de Calentamiento del Concreto........................................... 31

II.2.9 Pérdida de Resistencia a Compresión .............................................. 31

II.2.10 Resistencia al Fuego. (Definición según el ASTM E176) ................ 32

II.2.11 Resistividad al Fuego. (Definición según el ASTM E176) ............... 32

x

II.2.12 Capacidad de Soportar Fuego. (ASTM designación E119, ASTM

E176) ......................................................................................................... 32

II.2.13 Clasificación de la Resistencia al Fuego ......................................... 33

II.2.14 Comportamiento de los Elementos Estructurales al Fuego ............ 36

II.2.15 Estabilidad al Fuego ........................................................................ 37

II.2.16 Estanqueidad a la Llama ................................................................. 38

II.2.17 Fuego Normalizado ......................................................................... 38

II.2.18 Comportamiento del Acero Estructural Frente a La Acción del Fuego

.................................................................................................................. 39

II.2.19 Comportamiento del Concreto Armado Frente a La Acción del

Fuego ........................................................................................................ 41

II.3 Definición de términos ............................................................................ 45

CAPITULO III ................................................................................................ 47

MARCO METODOLÓGICO .......................................................................... 47

III.1 Tipo de Investigación ............................................................................. 47

III.2 Diseño de Investigación ......................................................................... 47

III. 3 Nivel de Investigación ........................................................................... 48

III.4 Población y Muestra .............................................................................. 48

III.5 Descripción de la Metodología .............................................................. 49

Desarrollo Experimental ................................................................................ 54

IV.1 Materiales Utilizados ............................................................................. 54

IV.2 Diseño de Mezcla .................................................................................. 76

IV.2.1 Resistencia media ........................................................................... 76

IV.2.2 Ley de Abrams ................................................................................ 78

IV.2.3 Relación triangular .......................................................................... 79

IV.2.4 Proporción entre agregados finos y gruesos ................................... 80

IV.2.5 Contenido de agua .......................................................................... 81

IV.2.6 Aire atrapado en la mezcla .............................................................. 81

IV.2.7 Dosificación de los agregados......................................................... 82

xi

IV.3.-Proceso Estadístico Iterativo para el Cálculo del Número de Muestras:

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

IV.4.-Proceso Estadístico Iterativo para el Cálculo del Número de Cilindros

por Muestra. .................................................................................................. 87

IV.5. Equipo utilizado. ................................................................................... 89

IV.6.- Mezclado. ............................................................................................ 90

IV.7.- Medición del asentamiento con el cono de abrams. ............................ 91

IV.8.- Toma de cilindros. ............................................................................... 91

IV.9.- Curado................................................................................................. 92

IV.10.- Medición de cilindros. ........................................................................ 92

IV.11. Diseño y elaboración de mezcla de mortero y la fabricación de

probetas cubicas normalizadas..................................................................... 93

IV.12.-Ensayo al fuego de probetas .............................................................. 94

IV.13.-Medición de temperatura de probetas ................................................ 95

IV.14.-Enfriamiento de probetas ................................................................... 95

IV.15.- Ensayo a compresión. ....................................................................... 95

IV.16.Ensayo de probetas cúbicas de mortero en condiciones normales. .... 96

IV.17. Resultados de los ensayos ................................................................. 97

IV.18. Análisis de los Resultados ................................................................ 117

CAPITULO V............................................................................................... 120

Conclusiones y Recomendaciones ............................................................. 120

Conclusiones .............................................................................................. 120

Recomendaciones ...................................................................................... 121

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 122

ANEXOS ..................................................................................................... 125

xii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla N° II.1 Desviación Estándar, σ, de esperar en el concreto según el

grado de control ............................................................................................ 21

Tabla N° II.2 Valores Normativos de C1. ...................................................... 24

Tabla N° II.3 Valores Normativos de C2. ...................................................... 24

Tabla N° II.4 Requerimientos de las Medidas Típicas de Resistividad al

Fuego según los Códigos Modelos de Edificación ........................................ 34

Tabla III.1. Resistencia de los Morteros. ....................................................... 52

Tabla N° IV.1. Datos Y Cálculos .................................................................. 56

Tabla N° IV.2. Limite de valores normativos para agregado fino. ................. 56

Tabla N° IV.3. Datos y cálculos.................................................................... 58

Tabla N° IV.4. Limite de valores normativos para agregado grueso. ............ 58

Tabla N° IV.5. Limites de valores normativos para agregado fino. ............... 60

Tabla N° IV.6. Resultados de la Calibración ................................................. 69

Tabla N° IV.7. Agregado fino. ....................................................................... 70

Tabla N° IV.8. Agregado Grueso. ................................................................. 71

Tabla N° IV.9. Peso de Agregado Grueso. ................................................... 72

Tabla N° IV.10.Carga Abrasiva. .................................................................... 72

Tabla N° IV.11.Valores Normativos de Kr. .................................................... 78

Tabla N° IV.12. Valores Normativos de Ka. .................................................. 79

Tabla N° IV.13.Dosificación obtenida para 1 m3 de concreto. ...................... 84

Tabla N° IV.14.Fracciones defectivas y valores correspondientes de la

variable tipificada Z. ...................................................................................... 84

Tabla N° IV.15.Normas de control para la resistencia a compresión en el

concreto. ....................................................................................................... 85

Tabla N° IV.16.Valores de la t student para varios niveles de probabilidad y

fracciones defectuosas. ................................................................................ 86

Tabla N° IV.17. Resultados resistencia a compresión a los 28 días, Rc= 210

kg/cm2 en condiciones normales. ................................................................. 97

Tabla N° IV.18. Resistencia al fuego de Probetas ........................................ 99

Tabla N° IV.19. Resumen de resultados para concreto Rc= 210 Kg/cm2 ... 101

Tabla N° IV.20. Resistencia de Probetas Cúbicas de mortero de 100 kg/cm2

.................................................................................................................... 102

Tabla N° IV.21. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 1 cm. ... 104

Tabla N° IV.22. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 0,5 cm. 106

xiii

Tabla IV.23. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas frisadas

con 1 cm de Mortero. .................................................................................. 108

Tabla N° IV.24. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas

frisadas con 0.5 cm de Mortero. .................................................................. 111

Tabla N° IV. 25. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas

Sometidas al Fuego .................................................................................... 114

Tabla N° IV.26. Grado de control obtenido en las probetas de concreto .... 117

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico N° II.1 Curva Temperatura – Tiempo ISO 834 ................................. 39

Gráfico N° II.2 Estructuras metálicas: Comportamiento frente al fuego.

Evolución del módulo de elasticidad al variar la temperatura en un perfil de

acero. ............................................................................................................ 41

Gráfico N° IV.1. Curva granulométrica para agregado fino. ......................... 57

Gráfico N° IV.2. Curva granulométrica para agregado grueso ...................... 59

Gráfico N° IV.3. Procedimiento gráfico para encontrar las proporciones en

que deben mezclarse los agregados. ........................................................... 61

Gráfico N° IV.4. Resistencia del concreto a los 28 días, Rc= 210 kg/cm2 en

condiciones normales. .................................................................................. 98

Gráfico N° IV.5. Resistencia del Concreto a los 28 días Rc = 210 kg/ cm2

sometido al fuego. ....................................................................................... 100

Gráfico N° IV.6. Comparación de Resistencias. ........................................ 101

Gráfico N° IV.7.Resistencia de Probetas Cúbicas de mortero de 100 kg/ cm2

.................................................................................................................... 103

Gráfico N° IV.8. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 1 cm. ... 105

Gráfico N° IV.9.Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 0,5 cm. . 107

Gráfico N° IV.10. Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de las

Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de Mortero. .................................... 109

Gráfico N° IV.11. Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de las

Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de Mortero. .................................... 110


Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de Mortero. ................................. 112


Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de Mortero. ................................. 113

xiv


Probetas Cilíndricas .................................................................................... 115


Probetas Cilíndricas .................................................................................... 116

xv







Autores: Flores, Paola Reyes, Marian

Tutor: Ing. Hernández, Nelson Año: 2012

RESUMEN El propósito de esta investigación fue evaluar el efecto del mortero sobre la resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego. La naturaleza del estudio fue descriptiva, la investigación estuvo enmarcada en un diseño de tipo experimental. Este estudio comprendió: diseño y elaboración de mezclas de concreto y fabricación de probetas cilíndricas normalizadas, ensayos de las probetas cilíndricas de concreto en condiciones normales, diseño y elaboración de mezclas de mortero y fabricación de probetas cúbicas normalizadas y exposición de las probetas cilíndricas al fuego.

El análisis e interpretación de los datos, permitió concluir que la resistencia de las probetas cilíndricas frisadas con mortero de espesor 1 cm que estuvieron expuestas a las acción del fuego se incrementó en un 2.93% con respecto a las probetas cilíndricas normalizadas sometidas al fuego y para las probetas cilíndricas frisadas con mortero de espesor 0.5 cm que fueron sometidas al fuego, la resistencia de estas, se incrementó en un 1.58% con respecto a las probetas cilíndricas normalizadas sometidas al fuego.

Se demostró que el espesor del mortero influye en la protección al fuego. También se comprobó que el concreto tiene baja conductividad térmica. Palabra Clave: Mortero, concreto, resistencia, fuego.

1

INTRODUCCIÓN

A principios del siglo XX se produce un gran auge en la industria del

concreto, lo que trae como consecuencia el inicio de las innovaciones del

concreto armado a la Arquitectura e Ingeniería; y es a partir de este momento

cuando se alcanza un gran desarrollo en la sistematización de técnicas,

métodos constructivos y cálculos. Este crecimiento tecnológico permitió el

nacimiento de industrias relacionadas o derivadas del cemento, con el objeto

de controlar, mejorar su uso y emplearlo de una manera más eficiente.

Algunas de las industrias que se crearon fueron: la del concreto

premezclado, de la prefabricación, del preesfuerzo, tubos, blocks, entre

otros.

En la actualidad en Venezuela, el concreto continúa siendo un

elemento imprescindible a nivel constructivo, es por ello que es de vital

importancia continuar estudiando sus propiedades tales como resistencia a la

compresión, la cual puede sufrir variaciones al ser sometida bajo la acción de

agentes externos como el fuego

Por las consideraciones antes expuestas surge la inquietud en la

presente investigación de evaluar el efecto que presenta un mortero de

cemento sobre la resistencia a compresión del concreto al someterlo al

fuego. En función de sus objetivos, la presentación de la investigación se

estructuró en cinco (5) capítulos: El Capítulo I, comprende el planteamiento

del problema, se presenta el objetivo general así como los objetivos

específicos, justificación, limitaciones y alcances del estudio.

El Capítulo II, que incluye el marco teórico de la investigación, está

conformado por los antecedentes, bases teóricas y definición de términos

básicos.

2

El Capítulo III, está conformada por el marco metodológico, donde se

presenta el tipo de investigación, el diseño y la descripción de la metodología

utilizada en la investigación.

En el Capítulo IV, se presenta el desarrollo experimental, los

resultados de la investigación con sus respectivos análisis e interpretación.

En el capítulo V, se formulan las conclusiones y recomendaciones.

Finalmente las referencias bibliográficas y anexos.

El Problema

Capítulo I. El Problema

3

CAPITULO I

EL PROBLEMA

I.1 Planteamiento del Problema

La elección de materiales de edificación y los detalles constructivos

tiene un rol estratégico y protagónico en la seguridad contra incendios en

edificaciones de cualquier país. Los aspectos estructurales que están

relacionados a la resistencia contra el fuego, tienen la finalidad que las

estructuras tengan la capacidad de impedir la ignición, la propagación de las

llamas en los espacios adyacentes y evitar el colapso de la edificación.

La protección contra incendios ha sido un factor de estudio dentro del

campo de la seguridad en los edificios e instalaciones en los últimos siglos.

En el siglo XIX muchos avances en la ingeniería de protección se deben a la

influencia de la industria de seguros; un gran número de organizaciones

fueron fundadas en gran medida para reducir la pérdida de vidas y bienes,

producto del fuego destructivo.

Estas organizaciones se encargaron de dar origen y establecer el

concepto de ingeniería de protección contra incendios, entre las cuales se

pueden mencionar la Factory Mutual (1835), la Junta Nacional de Seguros

contra incendios (1866), la Asociación de Seguros de Fábrica (1890),

Underwriters Laboratories (1893) y la National Fire Protection Association

(1896).

Durante la primera mitad del siglo XX, el desarrollo de normativa se

convirtió en el principal medio de aplicación para la ingeniería de protección

contra incendios; en Estados Unidos de América, el Departamento de


4

Ingeniería Civil de la Universidad de Columbia, presentó por primera vez las

bases técnicas para predecir el comportamiento del fuego en los edificios, la

curva de tiempo- temperatura. Posteriormente se desarrollaron métodos

estandarizados de ensayo a fuego para los elementos de construcción y las

normas ASTM Y NFPA.

En el siglo XXI, los métodos de cálculo para la evaluación cuantitativa

de la protección contra incendios, siguen mejorando e incluyen la severidad y

resistencia del fuego, para determinar las necesidades estructurales de la

edificación en la protección contra incendio.

Este nuevo marco exige desarrollar técnicas y materiales de

construcción innovadores destinados a prevenir los riesgos de un incendio o

si se presenta evitar que adquiera mayores dimensiones.

En el caso de Venezuela según Hernández (2007) se cuentan con

normas muy estrictas para la prevención, detección y extinción de incendios

en edificaciones, adicionalmente existen una serie de disposiciones para

proteger a las estructuras y que estas sean resistentes al fuego antes de su

colapso. Este riesgo se ha incrementado en la actualidad, por el uso

generalizado de plantas eléctricas en las industrias, locales comerciales y

zonas residenciales. Esto trae como consecuencia que existan mayores

riesgos de incendios en estas edificaciones, tal como señalan las

estadísticas de División de Administración de Emergencias del Cuerpo de

Bomberos de Valencia, en el año 2010 se presentaron 642 incendios en

estructuras y 338 en el año 2011.

Por lo tanto en el presente estudio surge el interés de realizar una

investigación con la finalidad de evaluar las propiedades del mortero,

compuesto por cemento portland, agregado fino y agua. En atención a lo

antes expuesto, surgen algunas interrogantes ¿Cuál es el efecto del mortero


5

sobre la resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego? ¿Qué

características y propiedades presenta? , ¿Cuáles son las dosificaciones que

deben emplearse? ¿Hasta qué punto varían los resultados en los ensayos de

compresión según el espesor del mortero al someterlo al fuego?

I.2 Objetivos de la Investigación

I.2.1 Objetivo General

Evaluar el efecto del mortero sobre la resistencia del concreto a

compresión al someterlo al fuego.

I.2.2 Objetivos Específicos

Describir las características y propiedades del mortero.

Determinar las dosificaciones del mortero a emplear.

Realizar ensayos variando el espesor del mortero a temperatura

constante.

Comparar los resultados obtenidos en los diferentes ensayos de

compresión.

I.3 Alcances y Limitaciones

Con este proyecto de investigación se espera evaluar el efecto del

mortero sobre la resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego.

La resistencia cilíndrica del concreto con la que se trabajó fue de 210kg/cm2.

El estudio estará limitado a los Ensayos realizados en el Laboratorio de

Materiales y Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de

Carabobo en el período 2-2011.


6

Entre las limitaciones se tiene que, debido a que el Laboratorio de

Materiales y Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de

Carabobo no dispone de un horno industrial en cual se logre exponer toda la

superficie de la probeta cilíndrica al fuego, se tuvo que emplear un reverbero

a gas el cual solo permitía exponer una cara de la probeta cilíndrica al fuego.

Debido a la forma cilíndrica de la probeta de concreto se dificultó la

colocación del mortero lo que trajo como consecuencia que el espesor del

mortero no fuera uniforme en su totalidad. Además el mortero sufrió diversas

alteraciones en sus propiedades y características cuando fue sometido a la

acción del fuego, en los ensayos realizados se observo que durante la

exposición al fuego el mortero se desprendía de las probetas, se fisuraba y

se notaba una modificación con respecto a su color (se tornaba de color

rojizo). Estas alteraciones aumentaban con espesores menores.

También el método de diseño de mezclas estuvo limitado a materiales

debidamente ensayados que llenen los requisitos de aceptación establecidos

en las normas COVENIN 268:1998; COVENIN 270:1998.

“Los agregados deberán ser naturales o procedentes de la

trituración de estos, de granulometría conocida, con tamaños máximos

entre ½” y 2”, cemento Portland y trabajabilidad medida en el cono de

Abrams entre 1” y 7”.

• Se mantendrá el Asentamiento constante de 10 cm (4”) en las

mezclas.

• Serán realizados los ensayos correspondientes a cada agregado para

conocer su granulometría y todas sus características.

• Las probetas de Concreto patrón, serán ensayadas para obtener la

Resistencia a Compresión, en Atmósfera Común.


7

• Las probetas de concreto patrón después de secadas serán

sometidas a fuego directo, enfriadas con choque térmico y por último

se ensayaran.

• Las probetas de concreto patrón con mortero, después de secadas

serán sometidas a fuego directo, enfriadas con choque térmico y por

último se ensayaran.

I.3 Justificación

En la actualidad es vital garantizar que las edificaciones sean seguras

y que no representen una amenaza para la integridad de las personas y las

estructuras adyacentes. Para esto se requiere desarrollar nuevos estudios de

materiales de construcción, que permitan asegurar que la estructura tenga

mayor resistencia al fuego y responda a la necesidad de prevenir incendios,

en el caso de que ocurra ,evitar la propagación de las llamas, contenerlo y

preservar la estabilidad estructural de la edificación. Con el objetivo

primordial de resguardar las vidas humanas y proteger los ocupantes.

Con el estudio propuesto; se evalúa el efecto del mortero sobre la

resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego, con la finalidad

de establecer nuevos criterios para el uso de los materiales empleados

actualmente en las obras de construcción.

Marco Teórico

Capítulo II. Marco Teórico

8

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

El propósito de este capítulo es establecer los aspectos teóricos que

sustentan la presente investigación. El primer apartado comprende el análisis

de algunas investigaciones realizadas en torno al objeto de estudio y el

segundo apartado presenta las bases teóricas y la definición de términos

básicos.

II.1 Antecedentes

Giliberti Gabriele y Ruiz Ana (2007) en su trabajo titulado

Metodología para el Análisis y Diseño de Estructuras de Concreto Armado

Sometidas a la Acción Del Fuego realizado en la Universidad de Carabobo.

Demuestran que la protección que brinda el recubrimiento de concreto,

genera una barrera que impide la penetración de gases calientes a sus

inmediaciones, la baja conductividad del concreto retarda el calentamiento

del acero, por lo tanto es necesario diseñar los elementos de concreto

armado con recubrimiento de calidad y espesor adecuado. La relación

existente entre la estructura y material, tiene especial importancia a los fines

de predecir el comportamiento de un edificio expuesto a una determinada

condición de carga y ante las acciones de temperatura.

Hernández Nelson (2007) presentó un trabajo de ascenso en la

Universidad de Carabobo titulado Análisis de la Variable Resistencia a

Compresión de un Elemento de Concreto Sometido a Fuego. La razón de

esta investigación es determinar el comportamiento de la resistencia de un

elemento de concreto luego de ser sometido a fuego, como influye en su

resistencia a la compresión. Concluye que el concreto sufre diversas


9

alteraciones en sus propiedades y características cuando es sometido a la

acción del fuego. Estas alteraciones van en detrimento de la capacidad

resistente y por ende de la estructura, siendo estas: disminución de la

resistencia a compresión, cambios de color, agrietamientos.

Por su parte, Flores Frederick y Hernández Lolimar (2000), ante la

ilustre Universidad Central de Venezuela, y con el trabajo de grado

denominado Efecto de Altas Temperaturas en la Resistencia Mecánica de

Concretos Elaborados por Cemento Portland, concluyeron que el

comportamiento del concreto afectado por altas temperaturas, sufre cambios

considerables en todas sus propiedades y determinaron la degradación de la

resistencia mecánica de la masa del concreto con el propósito de conocer el

comportamiento de un concreto elaborado con cemento portland tipo I,

agregado fino silicio y agregado grueso calizo, sin presencia de aditivo, con

una resistencia media a la compresión de 250 kg/cm2, algo bien típico de los

concretos que generalmente se emplean en el cálculo estructural del país.

II.2 Bases Teóricas

El concreto es un material durable y resistente, que según la Norma

COVENIN 337-78, es considerado como “una mezcla que está constituida

por el cemento, agregados inertes (finos y gruesos) y agua en proporciones

adecuadas para que se obtengan las resistencias prefijadas”.

Ahora bien, los agregados generalmente se dividen en dos grupos:

finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o

manufacturadas con tamaños de partícula que pueden llegar hasta 10mm;

los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla

No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo de agregado que

se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm.


10

La arena está constituida por granos sueltos y de estructura cristalina

que provienen de la disgregación de las rocas naturales, por procesos

mecánicos o químicos que son arrastrados por corrientes aéreas o fluviales

que se acumulan en diferentes lugares. Se pueden clasificar por su

procedencia o localización según el Manual del arquitecto de la Universidad

de La Salle como:

a) De río.

b) De mina.

c) De playa o duna.

d) Artificiales.

a) Las arenas de río, generalmente son de partículas redondas,

pueden contener arcillas y otras posibles impurezas, o bien pueden

ser blandas, dependiendo de su localización.

b) Las arenas de minas se encuentran en el interior de la tierra; están

generalmente formadas por granos más angulosos, contienen

arcillas y materias orgánicas.

c) Las arenas de playa o duna solamente se pueden utilizar mediante

un proceso de lavado ( en agua dulce) siempre que tengan un

tamaño adecuado, porque contienen sales alcalinas que absorben

y retienen la humedad, dando origen a eflorescencias que son

perjudiciales para los acabados interiores (por esta razón deben

usarse granos muy pequeños).

d) Las arenas artificiales son de granos angulosos y superficie

rugosa; no contienen polvo suelto por el proceso de cribado y

selección a los que son sometidos después de ser trituradas y


11

molidas. Estas son aptas para los morteros y concreto siempre y

cuando provengan de rocas duras y no tengan aristas y ángulos

muy agudos que puedan disminuir la resistencia.

II.2.1 Cemento Portland

Las Normas COVENIN 28: 2003 designan que es el producto

obtenido de la pulverización del clinker portland que contiene silicatos de

calcio hidráulicos, con la adicción de agua y sulfato de calcio. Se clasifican

en 5 categorías según su uso:

Tipo I

Para usarse en la construcciones en general, cuando no requieran las

propiedades especiales de otros tipos.

Tipo II

Para usarse en obras expuestas a la acción moderada de los sulfatos,

o donde se requiera un calor de hidratación moderado.

Tipo III

Para usarse en construcciones que requieran altas resistencias

iniciales.

Tipo IV

Para usarse en obras donde sea necesario un bajo calor de

hidratación.


12

Tipo V

Para usarse en construcciones que requieran alta resistencia a los

sulfatos.

El Instituto Costarricense del cemento y del concreto (ICCYC), indica

que los cementos son conglomerantes hidráulicos mezclados con agua que

forman pastas que fraguan y endurecen, dando lugar a productos hidratados

mecánicamente resistentes y estables, tanto en el aire, como bajo agua.

Adicionalmente, añaden que el cemento portland: (también

denominado como cemento tipo 1-RTCR, y que cumple con las

especificaciones físicas de la norma ASTM C150 para el cemento tipo 1)

cemento hidráulico producido al pulverizar clinker y una o más formas de

sulfato de calcio como adición de molienda.

También es cierto que el agua es necesaria para que el proceso de

hidratación del cemento se lleve a cabo es fundamental que la pasta

contenga una adecuada cantidad de agua de calidad aceptable. Esta debe

ser limpia y suave, no debe contener cloruros y sulfatos en cantidades

perjudiciales. Tampoco debe tener grandes porcentajes de aceites, ácidos,

álcalis, materia orgánica.

Por otro lado, la pasta está compuesta de Cemento Portland, agua y

aire atrapado o aire incluido intencionalmente. Por lo general, la pasta

constituye el 25 al 40 % del volumen total del concreto. El volumen absoluto

del Cemento está comprendido usualmente entre el 7 y el 15 % y el agua

entre el 14 y el 21 %. El contenido de aire y concretos con aire incluido

puede llegar hasta el 8% del volumen del concreto, dependiendo del tamaño

máximo del agregado grueso.


13

La calidad del concreto depende en gran medida de la calidad de la

pasta. En un concreto elaborado adecuadamente, cada partícula de

agregado está completamente cubierta con pasta y también todos los

espacios entre partículas de agregado.

II.2.2. Mortero

La Asociación Nacional de Fabricantes de Mortero (2003) lo definen

como la mezcla de uno o más conglomerantes inorgánicos, áridos, agua y a

veces adicciones y/o aditivos. Esta mezcla da lugar a una pasta más o

menos plástica que después fragua. El mortero se adhiere a las superficies

dando al conjunto cierta compacidad y resistencia de comprensión. Contrario

a otros materiales constructivos, los morteros tienen la particularidad de ser

empleado en distintas aplicaciones en la edificación. La Nueva Enciclopedia

del Encargado de Obras explica que es una mezcla de un árido fino (arena),

conglomerante (yeso, cal o cemento) y agua.

II.2.2.1. Preparación de los morteros

Un mortero puede prepararse con una mezcladora o a mano. En la

actualidad se realiza preferiblemente con una mezcladora, durante un

minuto, para conseguir un producto uniforme. Primero se coloca una aparte

de agua en la mezcladora y después se va incorporando el conglomerante y

la arena, añadiendo al final el resto de agua.

Si el amasado se realiza de forma manual, es preciso hacerlo sobre

una plataforma limpia e impermeable. El conglomerante en polvo se mezcla

en seco con la arena y se apila, con un agujero en medio, sobre el que se

añade el agua.


14

Dosificación de los Componentes

Es preciso dosificar los componentes para preparar un mortero, es

decir, establecer la cantidad de peso o el volumen, que interviene cada

componente de la mezcla.

II.2.2.2 Morteros de Cemento

Lechada de cemento: consiste en una pasta, mezcla de cemento y

agua sin ningún tipo de árido.

II.2.2.3 Morteros de Cemento: Mixtos

Están elaborados con dos conglomerantes (cal y cemento). Tienen la

ventaja de ser mucho más plásticos que el de cemento, pero pierden parte

de su resistencia. En función de la proporción de cemento o de cal que se

que se mezclen, un mortero mixto tiene propiedades más parecidas a un

mortero de cemento o a un mortero de cal. La incorporación de una pequeña

cantidad de cal en un mortero permite que se obtenga un producto más

trabajable, con menos problemas de fisuras de retracción y con cierto retardo

de su endurecimiento.

II.2.2.4 Morteros Especiales

Por sus características especiales tienen propiedades específicas en

función de las aplicaciones a las que van destinadas. Entre los más

importantes se destacan.

II.2.2.5 Mortero de Cementos- Cola

Es un mortero elaborado a partir de cemento portland y resinas

artificiales, mezclado con arena muy fina. Es de gran adherencia y fragua

con gran rapidez. Se utiliza para colocar pavimentos.


15

- Morteros refractarios. Son compuestos de cemento aluminoso y

arena refractaria y resultan muy útiles para resistir elevadas

temperaturas. Se utilizan como mortero de unión de ladrillos

refractarios con lo que se realiza hornos y chimeneas.

- Morteros aislantes. Se obtienen con áridos ligeros, normalmente

de rocas volcánicas y están destinados a mejorar las condiciones

de aislamiento de diferentes elementos constructivos.

- Morteros ignífugos. Se utilizan para proteger del fuego diferentes

materiales, en especial los elementos metálicos.

II.2.2.5.1 Adaptabilidad formal:

El mortero se puede adaptar a cualquier superficie y volumen.

II.2.2.5.2 Facilidad de aplicación:

Pueden ser aplicados directamente o por proyección.

II.2.2.5.3 Prestaciones diseñables:

El mortero ofrece la posibilidad de adaptar sus propiedades a las exigencias

que se desee conforme a la composición y dosificaciones precisas.

II.2.2.6 Morteros según Aplicación:

Todas estas posibilidades dan origen a una diversa gama de

productos diseñados bajo la acepción de morteros especiales. Se puede

establecer una clasificación de acuerdo con su aplicación constructiva en la

que se diferencian:

• Morteros para formación de fábricas.

• Morteros de revestimiento.


16

• Morteros para solados.

• Morteros cola.

• Morteros de reparación.

• Morteros impermeabilizantes.

Esta clasificación puede diversificarse pero la clase de morteros

señalada cubre la mayor parte de las aplicaciones en las edificaciones. La

tecnología de fabricación de los morteros ha evolucionado desde los

tradicionales morteros in situ a los actuales morteros industriales

suministrados por fábrica.

Por eso según su fabricación pueden clasificarse en:

II.2.2.7 Morteros hechos in situ

Estos morteros están compuestos por los componentes primarios

dosificados, mezclados y amasados con agua en la obra.

II.2.2.8 Morteros industriales

Son aquellos que se han dosificado, mezclado, y en su caso, amasado

con agua en una fábrica y suministrados en el lugar de la construcción. Estos

morteros pueden ser húmedos o secos:

II.2.2.9 Morteros Húmedos:

Son mezclas ponderales de sus componentes primarios

conglomerante, o conglomerantes, áridos y aditivos. Además, pueden tener

adicciones en proporciones adecuadas. Se amasan en una fábrica con el

agua necesaria hasta conseguir una mezcla homogénea para su utilización.

Los morteros húmedos precisan añadir retardadores para prolongar su

trabajabilidad.


17

II.2.2.10 Morteros Secos:

Se definen como mezclas ponderales de sus componentes primarios

conglomerante, o conglomerantes y áridos secos. Además pueden tener

aditivos y/o adicciones en proporciones adecuadas preparadas en una

fábrica. Se suministran en silos o en sacos y se amasan en la obra, con el

agua precisa, hasta obtener una mezcla homogénea para su utilización.

En la actualidad los morteros secos industriales han desarrollado una

alta tecnología que permite satisfacer las exigencias del proyectista y

constructor tanto en puesta en obra como en requerimientos constructivos.

II.2.3 Diseño de Mezcla

II.2.3.1 Método de Diseño de Mezcla del C.C.C.A. (Comité Conjunto

del Concreto Armado).

Este Método es enunciado en el Manual de Concreto Estructural, de

acuerdo a la Norma venezolana COVENIN 1753-2003 “Proyecto y Diseño de

Obras en Concreto Estructural”, por los autores Joaquín Porrero, Carlos

Ramos, José Grases y Gilberto Velazco. El método está sustentado en dos

leyes fundamentales, la Ley Triangular y la Ley de Abrams.

II.2.3.2 Data de entrada para el Diseño de Mezcla.

Según el Manual del Concreto Estructural, los datos de entrada

constituyen la información básica a partir de la cual, siguiendo el

procedimiento que señala el método, puede llegarse a la dosificación de la

mezcla deseada. Los datos de entrada básicos son:

- Condiciones ambientales y, particularmente, del lugar de la obra.


18

- Tipo de obra, o parte de la estructura y sus dimensiones.

- Tipo de agregado y tipo de cemento.

- Resistencia del diseño de mezcla o algún dato relacionado.

II.2.3.3 Resistencia Promedio Requerida (Fcr).

Es la resistencia media esperada para el material a ser elaborado. Ese

valor se representa como Fcr. Como medida de seguridad, esa resistencia

siempre debe superar la resistencia considerada por el proyectista, f’c,

denominada resistencia de cálculo ó resistencia de compresión especificada

en el proyecto. La diferencia entre Fcr y fc es función de la desviación

estándar (σ) y el parámetro Z. (Porrero, Ramos, Grases y Velazco, 2009).

La expresión que define la resistencia promedio requerida o

resistencia de diseño es:

II.2.3.4 Parámetro (Z).

El valor de la variable Z, tipificada de la distribución normal, se

selecciona con arreglo al cuantil deseado, respetando el signo

correspondiente. (Porrero, Ramos, Grases y Velazco, 2009).

II.2.3.5 Desviación Estándar σ, Conocida.

En conformidad con la Norma COVENIN 1753, Cuando la planta de

producción del concreto tenga un registro aceptable de ensayos, podrá

determinarse la desviación estándar. El registro de ensayos con los cuales

se calcula la desviación estándar se considerará aceptable cuando sea

representativa de los siguientes parámetros:

Fcr ≤ f’c + Zσ


19

- Los materiales, los procedimientos de control de calidad y

condiciones similares a las que se esperan en obra, con cambios en

los materiales y las dosificaciones en los registros de ensayo, tan

amplios como aquellos que se esperan en la obra a construir.

- De un concreto cuya resistencia f′c esté dentro del límite de ± 70

kgf/cm2 de la que se especifique para la obra a construirse.

- De por lo menos 30 ensayos consecutivos o dos grupos de ensayos

consecutivos que totalicen por lo menos 30 ensayos.

Y la resistencia promedio requerida Fcr a utilizar como base para

seleccionar la dosificación del concreto, será la mayor de las calculadas, de

acuerdo a los siguientes casos:

Si f’c ≤ 350 kgf/cm2, entonces se determinará por:

Fcr= f’c + 1.34σ

Fcr=f’c + 2.34 σ – 35 kgf/cm2

Y si f’c >350 kgf/cm2

Fcr= f’c + 1.34σ

Fcr=0.9 f’c+ 2.34 σ

Donde, f’c es la resistencia a compresión y σ es la desviación estándar en el

proyecto.

II.2.3.6 Desviación Estándar, σ cuando no hay antecedentes.

Según la Norma COVENIN 1976-2003, “Cuando no hay antecedentes

de ensayos hechos a mezclas preparadas con los mismos materiales, equipo


20

y tecnología que se van a usar para producir el concreto, σ resulta en

principio desconocida y debe ser estimada en base a los antecedentes de

que se dispone sobre la variabilidad general que es usual en los concretos” .

En el caso de que la desviación estándar no sea conocida, por no

disponer de un registro de ensayos que permita determinarla, se podrá

realizar la estimación de σ en función del grado de control que se tenga

previsto realizar en obra, mediante la siguiente tabla:


21

Tabla N° II.1 Desviación Estándar, σ, de esperar en el concreto según el grado

de control

Kg/cm2

- Sin ningún control. 70

- Control visual de los agregados y rechazo de aquellos que

aparentan muy mala calidad o que son muy diferentes de los

que se están usando. Control visual de las mezclas por la

trabajabilidad aparente.

50

- Como el anterior pero se conocen las granulometrías de los

agregados que se están usando, por ensayos que se hicieron

una vez, se es riguroso en el rechazo de agregados y se

comprueba de vez en cuando el asentamiento de las mezclas

en el cono de Abrams.

40

- A cada lote de agregados se le determina algún índice

granulométrico y de calidad y sólo se aceptan lo que están

dentro de ciertos límites preestablecidos. Se controla la

humedad de los agregados. Se tienen en cuenta la marca y lote

de cemento. La dosificación es exclusivamente por peso; los

sistemas de pesaje son automáticos y se calibran de vez en

cuando. El asentamiento en el cono se mide sistemáticamente y

se rechazan las mezclas que no estén dentro de ciertos límites.

No se permite la adición de agua posterior al mezclado ni el

espesamiento de las mezclas por tiempos de espera.

35

- Al igual que el anterior, pero con márgenes de aceptación muy

estrictos. Uso de no menos de tres agregados de

granulometrías complementarias. Limitación de la humedad de

los agregados en el momento de su uso y correcciones por

humedad, lote y marca de cemento y aditivo, en base a la

modificación del diseño. Revisión y calibración de los equipos de

forma periódica sistemática.

25

FUENTE: Norma COVENIN 1976-2003


22

II.2.3.7 Ley de Abrams

Esta ley establece la correspondencia entre la resistencia del concreto

y la relación agua/ cemento. Una manera de expresarla es:

= resistencia media esperada

M, N: constantes que dependen de las características de los

materiales componentes de la mezcla y de la edad de ensayo, así

como la forma de ejecutarlos. Tomando logaritmos en la formula

anterior, se obtiene:

Los valores de (log M) y (- log N) dependen de la características

granulométricas de los agregados. De un amplio conjunto de ensayos,

hechos sobre mezclas con agregado grueso triturado, de 25.4 mm de

tamaño máximo, arena natural (ambos agregado en la condición de

saturados con superficie seca) y cemento portland tipo I, se obtiene buenos

ajustes con las siguientes expresiones, (Porrero, Ramos, Grases y Velazco,

2004):


23

Los subíndices de la resistencia indican la edad del ensayo (7, 28)

días y la resistencia media de compresión, determinada en probeta

cilíndricas de 15 cm x 30 cm, expresada en kgf/ cm2.

II.2.3.8 Correcciones de α

Para agregados de distintos tamaños a los señalados anteriormente,

los valores de de las constantes de las fórmulas pueden cambiar

sustancialmente. Para una mayor facilidad operativa, se corrige el valor α

mediante factores que ya toman en cuenta estos efectos.

II.2.3.9 Relación Triangular

Es una expresión que relaciona la trabajabilidad (T) medida como

asentamiento en el Cono de Abrams (y que puede considerarse como la

propiedad de mayor representatividad del concreto en estado fresco) con dos

parámetros claves del diseño de mezclas, como son: la relación agua/

cemento (α) y la dosis de cemento (C).

II.2.3.10 Correcciones del Cemento

Es importante realizar la corrección de la dosis de cemento (C) por

medio de las constantes C1 Y C2, la primera está relacionada con el tamaño

máximo del agregado y el tipo de agregado. En función del tamaño máximo

del agregado se estandarizo el valor de C1 y C2 como se observa en las

tablas siguientes:


24

Tabla N° II.2 Valores Normativos de C1.

Tamaño

Máximo

(mm)

6.35

(1/4)

9.53

(3/8)

12.7

(1/2)

19.1

(3/4)

25.4

(1)

38.1

(11/2)

50.8

(2)

63.5

(21/2)

76.2

(3)

Factor

C1 1.33 1.20 1.14 1.05 1.00 0.93 0.88 0.85 0.82

FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos

Tabla N° II.3 Valores Normativos de C2.

Gruesos

Finos Triturados Semitriturados

Canto rodado

(Grava natural)

Arena natural 1.00 0.93 0.90

Arena triturada 1.28 1.23 0.96


II.2.3.11 Volumen de Aire Atrapado

Aún con una adecuada compactación del concreto, por vibración, en la

mezcla siempre queda una pequeña cantidad de aire, y que se denomina

“aire atrapado”, simbolizado por Vp. En la masa puede haber presencia de

otro tipo de aire, de origen y funciones diferentes, y se denomina “aire

incorporado”.

El aire atrapado depende de diversas variables y su cálculo preciso no

es posible. Pero basta una buena aproximación, ya que su proporción

siempre es pequeña, y su influencia en el volumen absoluto de la mezcla no

es decisiva.


25

A los efectos prácticos, la siguiente fórmula es suficientemente

precisa:

Donde C la dosis de cemento en Kg/m3; Vp es Volumen de aire

atrapado, TM tamaño máximo del agregado en mm.

II.2.3.12 Volumen de la pasta de cemento:

Además se sabe que el volumen de la pasta de cemento es algo

menor que la suma de los volúmenes de cemento y del agua. Esta influencia

se puede cuantificar efectuando una reducción en el volumen de cemento,

para lo cual su peso por metro cúbico no es multiplicado por (1/γc) (para

cemento Portland normal γc es igual y 1/ γc = 0.317), sino por un factor

constante e igual a 0.3.

Ecuación de Volumen de concreto:

La condición de volumen se puede expresar de un modo general, de

la siguiente manera:

Donde:

a= Peso de agua por metro cúbico de mezcla.

γa =Peso específico del agua (1Kg/dm3).

( )

∑(

)


26

C = Peso del cemento por metro cúbico de mezcla.

C * 0.3 = Volumen final del cemento incluida la corrección

correspondiente a la Reducción del volumen de la pasta.

A = Peso de la Arena por m3 de mezcla.

γA = Peso específico de la arena empleada.

= Volumen absoluto de los agregados finos.

Gi = Peso del agregado grueso por m3 de mezcla: cuando solo haya

un Agregado grueso, sea piedra picada o canto rodado; Gi = G.

∑(

)= Volumen absoluto de los agregados gruesos. Cuando se esté

empleando para la mezcla un solo agregado grueso esta sumatoria

queda reducida a

.

Vp = Volumen de aire atrapado en 1m3.

II.2.4 Definición de Fuego

El fuego o combustión es una rápida reacción química de oxidación de

carácter exotérmico (y de luz), autoalimentada, con presencia de un

combustible en fase sólida, líquida o gaseosa.

Según las Normas UNE: El fuego es una combustión caracterizada por

una emisión de calor acompañada de humo, llamas o ambos.

II.2.5 Definición de Incendio

“El incendio es un fuego en condiciones prácticamente incontroladas y

en el que la duración de su acción sobre un edificio, depende entre otras cosas


27

de la presencia de material combustible, la existencia de una temperatura

suficientemente alta y de un suministro de oxígeno adecuado”.

II.2.6 Fases del Incendio

Cada incendio mantiene un patrón de comportamiento diferente, pero la

mayoría pasa a través de tres fases o períodos principales, las cuales se

describen a continuación:

Fase 1: En esta etapa, se inicia el fuego con una elevación gradual y

rápida de temperatura, la cual depende esencialmente de la fuente de

encendido y del material por arder, esta fase dura entre 3 y 50 minutos. Aunque

no se presentan demasiados humos, en la práctica representa más aún conato

de incendio que a un incendio propiamente dicho; siendo el fuego, fácilmente

extinguible con los medios más sencillos (extintores, rociadores, etc.).

Fase 2: Al persistir el conato de incendio, el fuego comienza a avanzar

por contacto físico, luego inflama la distancia por elevación de la temperatura

ambiente y finalmente traspasa barreras por la acción de la radiación. El fuego

crece rápidamente y tiende a ser progresivo, logrando alcanzar en breve

tiempo la característica de un incendio plenamente declarado y con suficientes

temperaturas altas. El fuego bajo esta condición, suele extinguirse con ayuda

profesional (bomberos).

Se alcanza el pleno desarrollo del incendio, logrando alcanzar la

temperatura máxima de incendio, la cual oscila entre valores de 600 y 1300

°C.

Fase 3: Al conseguir el equilibrio térmico en la fase 2, el incendio deja de

propagarse, va decayendo hasta que logra que se extinga por sí solo, ya para


28

que ese instante los gases volátiles del material combustible se han agotado.

Esta fase de extinción puede durar entre 1 hasta 4 horas.

II.2.7 Resistencia al Fuego del Concreto

El concepto de resistencia al fuego del concreto se aplica a un

elemento cuya función parte de satisfacer las necesidades estructurales

normales, es la de controlar la propagación de un incendio plenamente

desarrollado, contenerlo en el compartimiento de origen y preservar la

estabilidad estructural del edificio. Un elemento con resistencia al fuego

puede considerarse como capaz de desempeñar su función normal bajo las

condiciones creadas por un incendio en pleno desarrollo.

Los concretos de agregados silicios saltan superficialmente bajo la

acción del fuego y esto se traduce en una reducción de la sección transversal

en el caso de una columna y pérdida del recubrimiento de las armaduras de

acero en el caso de vigas y losas. La consecuencia es que el tiempo hasta

que sobreviene el fallo estructural se reduce.

En cuanto a los concretos elaborados con agregados áridos

calcáreos, estos no saltan, pero los cambios químicos que se producen

durante el calentamiento y enfriamiento subsiguiente con absorción de

humedad de la atmósfera, puede llevar a una ulterior pérdida de la resistencia

que ocasione el fallo del elemento.

Para concretos hechos con agregados livianos como arcilla

expandida, esquistos o pizarras, espuma porosa de horno (piedra pómez),

cenizas de carbón pulverizado, su comportamiento es muy estable ya que los

agregados se producen a elevadas temperaturas. No saltan fragmentos

superficiales, siendo la densidad inferior a los concretos de agregados

silicios, resisten mejor las temperaturas elevadas, conservando mayor


29

resistencia en situaciones de incendio y tiene un coeficiente de conductividad

térmica más baja.

Las estructuras de concreto armado constituyen el tipo de

construcción más resistente al fuego por su baja conductividad y la capacidad

para absorber calor de la humedad contenida en la estructura. La resistencia

al fuego se supone proporcional al cubrimiento del concreto. Esto es

generalmente cierto en un miembro simplemente apoyado otros parámetros

entran en juego como el tipo de agregado, cemento, tamaño, contenido de

humedad, condiciones de borde o límite de los elementos, estado de tensión.

Las estructuras mencionadas anteriormente, son muy ventajosas por

su construcción monolítica, sin embargo con las reglas y bajo ciertas

condiciones de carga, puede presentarse un fallo prematuro durante un

incendio. Un inconveniente es que en caso de destrucción de un

compartimiento en los pisos inferiores causada por un importante incendio,

puede producirse un derrumbamiento en cadena.

Por lo tanto es esencial considerar que la acción destructora del fuego se

desarrolla en dos ámbitos distintos: las edificaciones y su contenido. El riesgo

de la edificación estriba en la posibilidad que se produzca un daño importante:

la destrucción del inmueble. Depende esencialmente de:

La intensidad y duración del incendio.

La resistencia de la construcción.

El riesgo del contenido está constituido por el daño a las personas

y a los bienes materiales que se encuentran en el interior de la edificación.

Los dos riesgos están a tal punto unido el uno al otro, que por una parte la

destrucción del inmueble lleva consigo también la destrucción de su

contenido.


30

Con base en lo anterior, es esencial considerar los criterios de

comportamiento de la muestra de los ensayos.

II.2.7.1 Capacidad Portante

Es la capacidad del elemento constructivo de soportar, durante un

período de tiempo y sin pérdida de la estabilidad estructural, la exposición

del fuego en una o más caras, bajo acciones mecánicas definidas. Tiempo

en minutos completos en los cuales el elemento constructivo mantiene su

estabilidad estructural, al cual se le aplica una carga definida.

II.2.7.2 Integridad

Es la capacidad que tiene un elemento constructivo con función

separadora, de soportar solamente en una cara, sin que exista trasmisión

del fuego a la cara no expuesta debido al paso de llama o gases calientes

que puedan producir la ignición de la superficie no expuesta o de cualquier

material adyacente a esa superficie. Tiempo en minutos completos en los

cuales el elemento constructivo mantiene su función separadora.

II.2.7.3 Aislamiento

Es la capacidad que tiene un elemento constructivo de soportar la

exposición al fuego en un solo lado, sin que se produzca la trasmisión del

incendio debido a una transferencia de calor significativa desde el lado

expuesto.


31

II.2.8 Proceso de Calentamiento del Concreto

Cuando un elemento de concreto es sometido a la acción del fuego,

sus componentes sufren modificaciones importantes, así, el agua libre o

capilar incluida en el concreto empieza a evaporarse a partir de los 100 °C,

retardando de esta manera el calentamiento del mismo.

Entre los 200 °C y 300°C la pérdida de agua capilar es completada

sin que se aprecie una alteración en la estructura del cemento hidratado y

sin que la resistencia disminuya en forma apreciable. De 300°C a 400 °C

se produce la pérdida de gel del cemento teniendo lugar una sensible

disminución de la resistencia apareciendo las primeras fisuras superficiales

en el concreto. A los 400 °C una parte del hidróxido cálcico procedente de la

hidratación de los silicatos se transforma en cal viva. Hacia los 600 °C, los

agregados que no tienen todos los mismos coeficientes de dilatación

térmica, se expanden fuertemente y con diferente intensidad dando lugar a

tensiones internas que empiezan a disgregar el concreto.

Se ha comprobado que concretos con buena granulometría y gran

proporción agregados/cemento, se comportan mucho mejor frente al fuego

que los pobres en agregados y con deficiente granulometría.

II.2.9 Pérdida de Resistencia a Compresión

(Hernández, 2007) concluye que “el concreto es un material que

presenta buenas características de resistencia frente al ataque del fuego. Sin

embargo, esta cualidad del concreto es limitada y se conserva también en un

tiempo limitado que va a depender de varios factores entre los cuales es

decisivo el grado de exposición al fuego, como son: temperatura, tiempo de

exposición y cambios de temperatura.


32

También el autor menciona que “el concreto sufre diversas

alteraciones en sus propiedades y características cuando es sometido a la

acción del fuego. Estas alteraciones van en detrimento de la capacidad

resistente y por ende de la estructura, siendo estas: disminución de la

resistencia a compresión, cambios de color, agrietamientos.”

II.2.10 Resistencia al Fuego. (Definición según el ASTM E176)

Es la propiedad de un material o Estructura para soportar la acción del

fuego o para dar una protección hacia él. Cuando se aplica a los elementos

de un edificio (columnas, vigas, etc.), se puede decir que la función que debe

realizar es la de confinar el incendio, o la de tener un comportamiento

estructural dado en forma segura o ambas funciones.

II.2.11 Resistividad al Fuego. (Definición según el ASTM E176)

Se aplica al material o estructura que tiene resistencia al fuego.

II.2.12 Capacidad de Soportar Fuego. (ASTM designación E119,

ASTM E176)

Es el período de tiempo durante el cual un material o estructura

continúa exhibiendo resistencia al fuego, bajo las condiciones especificadas

de ensayo y de comportamiento. Cuando se aplica a elementos de

edificaciones, se mide por el método y los criterios definidos en los ensayos.


33

"Métodos de ensayos de fuego de materiales y construcción de

edificaciones".

II.2.13 Clasificación de la Resistencia al Fuego

Es un término legal definido en los códigos de edificación. La

clasificación de la resistencia al fuego es de primero y segundo orden de

resistividad y menor grado de incombustibilidad, y se basa en el tipo de-

elemento estructural y en la capacidad de soportar el fuego.

La tabla N° II.4 resume alguno de los requerimientos para la medida

de la resistencia al fuego que aparece en los códigos.


34

Tabla N° II.4 Requerimientos de las Medidas Típicas de Resistividad al Fuego según los Códigos Modelos de

Edificación

Elemento

Estructural

Tipos de Construcción

Códigos

Modelos * Resistividad al Fuego de 1er

Orden

Resistividad al Fuego de

2do Orden

Menor grado de

incombustibilidad

Columnas que

soportan más de un

piso

4 horas

4 horas

4 horas

3 horas

3 horas

3 horas

3 horas

2 horas

1 hora

2 horas

2 horas

1 hora

National Basic Southern

Uniform

Vigas y Armaduras

4 horas

4 horas

4 horas

3 horas

3 horas

3 horas

3 horas

2 horas

1 hora

2 horas

2 horas

1 hora


Uniform

Pisos

3 horas

3 horas

2.5 horas

2 horas

2 horas

2 horas

1.5 horas

2 horas

1 hora

1.5 horas

N.C. **

1 hora


Uniform

Techos

2 horas

2 horas

1.5 horas

2 horas

1.5 horas

1.5 horas

1 hora

1 hora

1 hora

3/4 horas

N.C. **

1 hora


Uniform

FUENTE:

*National= National Building Code Publicada por la American Insurance Association.

Basic = Basic Building Code publicada por la Building Officials Conference of America, Inc.

Southern= Southern Standard Building Code publicada por la Southern Building Code Congress.

Uniform= Uniform Building Code publicada por la International Conference of Building Officials.

** No Combustib

35


Por ejemplo, una viga y armadura, que soporta 4 horas de exposición

al fuego, es clasificada según la National Building Code como un elemento

estructural que tiene resistividad al fuego de 1er orden.

La medida de la resistencia al fuego mostrada en la tabla II.1 está

basada en el criterio de la ASTM E119. Los cuales se muestran a

continuación:

Punto final estructural, sucede cuando la carga aplicada es mayor

que la capacidad de carga de la muestra.

Cuando se forman huecos, grietas o fisuras que permiten el paso

de las llamas o gases calientes que enciendan desperdicios.

Punto final de transmisión de calor, ocurre cuando la temperatura

de la superficie no expuesta de pisos, techos o paredes se eleva

alrededor de 120°C (250°F) sin superar los160°C (325°F) en

cualquier punto.

Cuando las paredes no soportan un ensayo de chorro de agua

(simulación de una manera específica de combatir el incendio) y no

soporten el doble de la carga impuesta después del ensayo de

incendio (chorro de agua y doble carga).

Punto final de la temperatura del acero, ocurre cuando en un

ensayo alternativo de columnas o vigas (no cargadas durante el

ensayo) la temperatura del acero se eleva alrededor de los 540°C

(1000°F) sin superar los 650°C (1200°F) en cualquier punto.

36


II.2.14 Comportamiento de los Elementos Estructurales al Fuego

Las estructuras se comportan en forma diferente en un fuego

dependiendo del material, del método de diseño y del modo de

construcción adoptado. La rigidez relativa entre las vigas y columnas, y el

grado de fijación entre ellas pueden drásticamente alterar las

características de deformación. Y los efectos adicionales de cargas

impuestas pueden incrementar o en algunos casos disminuir estas

deformaciones.

Unos cuantos de los materiales comúnmente utilizados en

diferentes estructuras se presentan a continuación:

Acero maleable o altamente resistente, aluminio u otros materiales

metálicos dúctiles con o sin material de recubrimiento tal como

concreto.

Acero y concreto en construcción, tomando las ventajas de la alta

resistencia a la tracción del acero y la resistencia a la compresión

del concreto.

Estructuras de concreto vaciadas en sitio con paneles interiores que

no soportan cargas de paredes.

Estructuras de concreto precomprimido donde los miembros de

concreto se precomprimen mediante guayas de acero de alta

tensión.

Vigas y columnas de concreto prefabricadas remachadas, unidas o

mantenidas juntas, de concreto vaciadas en sitio con paneles

interiores que no soporten cargas.

Paneles construidos, que consisten de paredes prefabricadas y

pisos los cuales se mantienen unidos mediante juntas vaciadas en

37


sitio. El material es generalmente un concreto de agregado liviano,

pero otros paneles livianos tales como fibra de vidrio, pueden

utilizarse.

Ladrillos convencionales que soportan cargas con pisos de madera.

Esta última forma de construcción está limitada en el número de

pisos que la construcción puede llevar.

Las piezas de acero estructural sufren la desventaja de un

debilitamiento considerable a temperaturas relativamente bajas y los

miembros unidos mediante espaciadores colapsan si la temperatura del

punto esforzado críticamente en el acero, alcanza los 550°C (1022°F). Sin

embargo con juntas soldadas o con juntas de otra rigidez, los miembros

solamente colapsarán si la temperatura en tres o más puntos esforzados

críticamente, alcanza esta temperatura.

El acero retoma su resistencia en la medida en que se enfría, pero si

un miembro estructural se ha deformado hasta un grado determinado y ha

iniciado una falla bajo las condiciones de las pruebas al fuego, no retornará

de nuevo su resistencia para soportar las cargas impuestas cuando el

calentamiento se termine. Una vez que la deformación crítica se alcanza, el

colapso estructural es inevitable.

II.2.15 Estabilidad al Fuego

Comportamiento de un elemento constructivo sea estructural o no,

que garantiza durante un tiempo determinado su estabilidad mecánica frente

a la acción del fuego.

38


( )

II.2.16 Estanqueidad a la Llama

Capacidad de un elemento separador expuesto al fuego por una cara,

para no permitir el paso de llamas desde la cara expuesta hacia la cara no

expuesta.

II.2.17 Fuego Normalizado

Para realizar estudios de resistencia al fuego en materiales es

necesario utilizar un modelo de incendio único que permita comparar la

respuesta de distintos elementos. Este modelo representa la variación de la

temperatura con respecto al tiempo y condiciones de ensayo.

La utilización de un modelo único de fuego se debe a que cada

incendio es distinto de otro. En esto influyen diversas variables que afectan el

desarrollo de un incendio y de cómo el fuego actúa sobre el material.

El fuego normalizado que se considera para este tipo de estudios es el

establecido en la Especificación estándar ISO 834, en ella se define la curva

de evolución de la temperatura en función del tiempo, con una tolerancia de ±

15% en los primeros 10 minutos, según la siguiente fórmula:

Donde:

t = tiempo expresado en minutos contado desde el comienzo del

ensayo.

T = es la temperatura del horno en el instante t, medida en ºC.

39


To = es la temperatura inicial del horno, medida en ºC, la que está

comprendida entre 0 y 40 ºC.

Las condiciones simuladas representan condiciones de intensa

gravedad del incendio.

Gráfico N° II.1 Curva Temperatura – Tiempo ISO 834

FUENTE: ISO 834

II.2.18 Comportamiento del Acero Estructural Frente a La Acción

del Fuego

El acero es el material más usado en la fabricación de estructuras

metálicas. Es una aleación de hierro y carbono en porcentajes muy precisos

que determinan las propiedades mecánicas del mismo.

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

900,00

1000,00

1100,00

1200,00

1300,00

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Tiempo (Minutos)

Curva Temperatura -Tiempo ISO 834

40


Tiene cualidades muy beneficiosas para la construcción. Posee una

alta resistencia, homogeneidad, facilidad en sus uniones (soldabilidad,

uniones apernadas), permite la construcción de estructuras más livianas, etc.

Sin embargo, entrega una falsa sensación de seguridad debido a que sus

propiedades mecánicas se ven gravemente alteradas por la temperatura.

La resistencia al fuego del acero se ve determinada principalmente por

la temperatura a la cual se presenta el fenómeno de plasticidad en él. El

acero durante un incendio alcanza un comportamiento plástico a baja

temperatura y más aún, este fenómeno se extiende a toda la estructura

debido a su alta conductividad térmica (47 – 58 W/mK), donde W es la

medida del calor transferido por unidad de tiempo (W = joule / seg), m la

unidad de longitud (metros) y K la escala de medición de la temperatura

(Kelvin). A partir de una temperatura de 250 º C, se modifican la resistencia y

el límite elástico del acero. Alcanzando una temperatura de alrededor de 540

ºC (denominada "temperatura crítica") la caída de la resistencia es muy

acusada, con lo que la estructura no puede soportar la carga de diseño. Se

muestra en el siguiente gráfico el comportamiento de las estructuras

metálicas frente al fuego.

41


Gráfico N° II.2 Estructuras metálicas: Comportamiento frente al

fuego. Evolución del módulo de elasticidad al variar la temperatura en

un perfil de acero.

Fuente: España. Ministerio del Trabajo y Asuntos Sociales.

II.2.19 Comportamiento del Concreto Armado Frente a La Acción

del Fuego

El comportamiento frente al fuego del concreto armado es más

complejo que el del acero. Esto se debe a que es un material compuesto y

los distintos materiales que lo componen no reaccionan de la misma manera.

El concreto es un material compuesto, polifásico, formado por mezcla

de áridos aglomerados mediante un conglomerante hidráulico como es el

cemento. Su comportamiento a compresión es bueno, sin embargo es muy

malo a tracción, por esta razón se incorporan en él barras de acero,

42


principalmente en las zonas que se encuentran a tracción, lo que da origen al

concreto armado.

Principales características del concreto armado:

Buen comportamiento mecánico.

Resistente a la corrosión en ambientes húmedos y alcalinos.

Buen comportamiento a la fatiga.

Costo bajo y posibilidad de mejora importante de sus características

mecánicas con costo reducido.

Masivo y rígido (buen comportamiento dinámico).

Prácticamente no necesita mantención.

Baja conductividad térmica.

Coeficiente de dilatación térmica similar entre el concreto y el acero

que forma la armadura. (Coeficientes de dilatación térmica:

Concreto: α = 1 x10-5. Acero: α = 1,1 x10-5.)

Buen comportamiento frente al fuego.

El buen comportamiento del concreto armado frente al fuego se debe

principalmente por su baja conductividad térmica (1,63 W/mK). Gracias a

esto el avance del daño en un elemento de concreto armado expuesto al

fuego se produce más lentamente, conservando sus propiedades mecánicas

durante mayor tiempo que una estructura de acero. La dificultad que tiene el

calor de traspasar el concreto provoca que siempre el interior del elemento

de concreto esté a menor temperatura que la desarrollada por el incendio.

La acción del fuego sobre el concreto y sobre la armadura que él

contiene se traduce en una pérdida de resistencia y un aumento del módulo

de elasticidad.

43


Al estar sometido a temperaturas entre 300º C y 600º C toma una

tonalidad rosácea por alteración de los compuestos de hierro y pierde hasta

un 60 % de su resistencia inicial a la compresión.

Hasta los 900º C, toma un color gris claro, ya que se han comenzado

a degradar los compuestos del conglomerante endurecido. El concreto se

vuelve poroso y friable. Al enfriarse la superficie y mientras el concreto se

mantiene caliente en su interior, se produce una serie de fisuras que se

cortan ortogonalmente (fisuración en piel de cocodrilo) y pierde entre un 60%

y 90% de la resistencia inicial.

Por encima de los 900º C, el concreto adquiere un tono blancuzco a

amarillento y carece de resistencia residual.

El descascaramiento o spalling, es uno de los efectos del fuego sobre

las estructuras de concreto y de éste se distinguen tres tipos:

Descascaramiento del agregado

Descascaramiento explosivo

Desprendimientos

El descascaramiento del agregado se debe al estallido y fractura de

las partículas del agregado como resultado de cambios físicos o químicos

bajo temperaturas elevadas. Por regla general, este descascaramiento es de

poca extensión y se limita sólo a la superficie.

El descascaramiento explosivo por su parte, corresponde a esfuerzos

de tensión provocados por el vapor de agua que se produce por la humedad

interna y por los esfuerzos de restricción debidos a la elevación de

temperatura ocurrida durante el siniestro.

Los esfuerzos de tensiones causados por el movimiento de vapor de

agua dependen en gran parte del contenido de humedad y esto es función de

la edad del hormigón, así los concretos jóvenes que se vean afectados

durante la etapa de construcción mostrarán evidentemente un contenido de

humedad más alta, por ello, es que allí las tensiones inducidas serán

44


mayores comparativamente con aquellos concretos más maduros. En

concreto armados, éste descascaramiento explosivo provoca la exposición

de las armaduras de refuerzo.

El descascaramiento por desprendimiento es el resultado del

desprendimiento de secciones de diversa geometría, ocurridas con ocasión

del siniestro, normalmente son el resultado de siniestros de larga duración y

se asocian a cambios volumétricos.

La capa de recubrimiento constituye una gran protección para las

barras de armadura que se encuentran dentro del elemento de concreto. El

concreto que forma el recubrimiento actúa como aislante térmico, dada su

baja conductividad.

45


II.3 Definición de términos

Agregado: Material inerte que se añade al concreto para dar volumen, el

mismo no influye en las reacciones que suceden entre el agua y el cemento.

Agregado fino: El agregado que pasa casi totalmente el cedazo #4 (4,76mm).

Agregado Grueso: El agregado que es retenido casi totalmente en el cedazo

#4 (4,76mm).

Asentamiento: Es la diferencia de altura entre el molde y el centro de la cara

superior del cono deformado, al realizar el ensayo del cono de Abrams, el cual

va expresado en centímetros o por su equivalente en pulgadas.

Cemento Pórtland: Es el producto obtenido por la pulverización del clinquer

Pórtland con la adición de sulfato de calcio y/o agua, o sin ella. Se admite la

adición de otros productos que no excedan el 1% del peso total, siempre que

su inclusión no afecte la propiedad del cemento resultante.

Clinquer: Es un producto constituido en su mayor parte por Silicatos de Calcio,

obtenido por la cocción hasta fusión parcial de una mezcla convenientemente

proporcionada y homogeneizada de materiales seleccionados.

Compactación: Proceso manual o mecánico, que tiende a reducir el volumen

total de vacíos de una masa de mortero o de concreto fresco.

Cono de Abrams: Es un dispositivo cónico de 30cm. de alto con un diámetro

superior de 10.2cm. Y un diámetro inferior de 20.3cm, el cual se utiliza para

medir el asentamiento del concreto.

Contenido de Aire: Es la diferencia que existe entre el volumen de la mezcla y

el resultante de la suma de los volúmenes absolutos de los componentes.

Contenido de humedad: Es la cantidad de agua del material expresado como

porcentaje de su peso.

Curado: Consiste en propiciar y mantener un ambiente de apropiada

temperatura y contenido de humedad en el concreto recién colocado, de modo

46


que éste desarrolle el potencial de las propiedades que se esperan de él. Un

concreto curado

Mortero: la mezcla de uno o más conglomerantes inorgánicos, áridos, agua y

a veces adicciones y/o aditivos.

Densidad: Masa de un material dividido entre su volumen, expresado en

Kg/dm³.

Desviación estándar: Es la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de

las desviaciones de las resistencias individuales respecto a la resistencia

promedio.

Dosificación: Es la proporción de los distintos elementos, que constituyen la

muestra en peso o en volumen.

Durabilidad del concreto: Se expresa por su resistencia a ciclos de hielos y

deshielos, determinado por el cambio de modulo de elasticidad y por sus

resistencias a las aguas agresivas (Cloruros, Sulfatos y ambientes marinos).

Duración al fuego: Medida del lapso de tiempo durante el cual un material o

conjunto de elementos continúan mostrando resistencia al fuego cuando son

sometidos a pruebas.

Ensayos: Es un conjunto de pruebas de igual índole que se realizan en una

muestra del material, para la obtención de un resultado en particular.

Evaluación Estadística: Permite establecer la calidad de la operación de

elaboración y control del concreto. De acuerdo a un número de ensayos.

Fisuración: Fractura o hendidura en una masa mineral.

Fraguado: Es un proceso de hidratación, por el cual un conglomerante

hidráulico adquiere una mayor consistencia, la que se pone en evidencia por

ensayos tipificados.

Marco Metodológico

47

Capítulo III. Marco Metodológico

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

III.1 Tipo de Investigación

Esta investigación está definida como una investigación de tipo

descriptiva. En este sentido, Hernández, Fernández y Baptista (2004)

plantean la investigación descriptiva como:

La búsqueda de propiedades, características y perfiles importantes de personas, grupos, comunidades y cualquier otro fenómeno que se someta a un análisis. El estudio descriptivo mide o recoge información de manera independiente o conjunta sobre los conceptos o las variables a las que se refieren (p.117).

De este modo se comprende que, el estudio descriptivo es el nivel de

aproximación a un aspecto de la realidad social, la cual es motivo de estudio.

III.2 Diseño de Investigación

De acuerdo a los objetivos planteados este estudio es de tipo

experimental, ya que la metodología utilizada consiste en la realización de

experimentos y ensayos sobre una muestra determinada, ampliando de esta

manera la información que existe del efecto de un mortero sobre la

resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego.

Para que el análisis sea adecuado y confiable se requiere de una

estricta vigilancia de los componentes de las mezclas y un constante

chequeo de la cantidad óptima de los agregados, las cantidades de agua y

48


cemento, tiempo de mezclado, la apropiada colocación de las mezcla en los

moldes, la adecuada distribución del mortero sobre las probetas, así como

también el tiempo e intensidad de la exposición al fuego sobre el mismo.

III. 3 Nivel de Investigación

Este estudio es una investigación experimental, la metodología que se

utilizó permitió definir el efecto del mortero sobre la resistencia del concreto a

compresión al someterlo al fuego. Para la realización de los ensayos se

procedió a preparar una mezcla de concreto para la elaboración de probetas

cilíndricas de resistencia 210 Kg/cm2, estas fueron frisadas con un mortero

de cemento de 0.5 cm y 1 cm de espesor con una resistencia de 100

Kg/cm2; las probetas se sometieron al fuego, manteniendo constante

variables como: características físicas del resto de los materiales (piedra,

arena y cemento). Y las cantidades de los mismos dependieron del diseño de

la mezcla, para posteriormente realizar los ensayos de compresión en las

probetas cilíndricas.

Cada uno de los ensayos está regido y regulado por las normas

COVENIN 1753-03 referida al diseño de mezclas de concreto y COVENIN

484-93 que trata de la determinación de la resistencia a la compresión de

morteros. Todas las mezclas fueron realizadas y ensayadas en el Laboratorio

de Materiales y Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad

de Carabobo.

III.4 Población y Muestra

El número de cilindros, se determinó por medio del estudio estadístico

y asignando valores específicos a los parámetros relacionados. La población

49


fue de 80 cilindros, dividido en 4 grupos de 20 cada uno; de los cuales 20 se

usaron para ensayar a los 28 días en condiciones normales, 20 para ensayar

luego de la exposición al fuego y a los últimos 40 se los colocó el mortero

de espesores de 1cm y 0,5 cm para ensayar luego de la exposición al fuego.

III.5 Descripción de la Metodología

El trabajo de campo comprendió las siguientes fases:

Fase I: Fuentes y sistemas de recolección de la literatura.

En esta fase se realiza una búsqueda bibliográfica del material

relacionado al tema a trabajar, entre los materiales utilizados están: libros,

trabajos especiales de grado, páginas Web y la Comisión Venezolana de

Normas Industriales (COVENIN).

Fase II: Selección del material, equipos utilizados.

Materiales

Cemento Portland tipo I, este fue transportado desde el silo hasta el

Laboratorio de Materiales y Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil

de la Universidad de Carabobo, en donde se mantuvo en bolsas

plásticas amarradas para garantizar el contenido de humedad.

Agregado grueso tipo piedra picada con un tamaño nominal máximo

de 1”, proveniente de Minas de Tinaquillo, fue transportado desde el

depósito almacenamiento hasta el Laboratorio de Materiales y

50


Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de

Carabobo en donde se almacenó con bolsas plásticas, Estos a su vez

fueron sometidos a una serie de ensayos para verificar su control de

calidad.

Agregado fino tipo arena lavada, proveniente de Minas de Tinaquillo,

fue transportado desde el depósito almacenamiento hasta el

Laboratorio de Materiales y Ensayos de la Escuela de Ingeniería Civil

de la Universidad de Carabobo en donde se almaceno con bolsas

plásticas, estos también fueron sometidos a una serie de ensayos

para verificar su control de calidad.

Agregado fino tipo arena cernida para la elaboración del mortero, de

igual forma esta fue transportada desde el depósito almacenamiento

hasta el Laboratorio de Materiales y Ensayos de la Escuela de

Ingeniería Civil de la Universidad de Carabobo en donde se almacenó

con bolsas plásticas.

El agua utilizada fue suministrada por Hidrocentro.

Equipos

Mezcladora de Concreto de Capacidad 35L.

Balanza.

Carretilla.

Pala.

Cuchara.

Cilindro Graduado.

Molde Tronco-cónico.

Barra Compactadora de Acero de 5/8” de diámetro.

Moldes Cilíndricos.

51


Prensa.

Reverbero.

Termocupla de cromo-aluminio tipo K.

Termómetro Infrarrojo- pirómetro.

Sujetador de cilindros.

Guantes de carnaza.

Fase III: Elaboración de la mezcla de concreto y ejecución de ensayos.

La elaboración de la mezcla de concreto, para luego fabricar las

probetas cilíndricas de dimensiones normalizadas, que serán sometidas a

ensayos de 4 grupos de 20 cada uno; de los cuales 20 se usaron para

ensayar a los 28 días en condiciones normales, 20 para ensayar luego de la

exposición al fuego, a 40 se los colocó el mortero de espesores de 1cm y

0,5 cm para ensayar luego de la exposición al fuego.

Fase IV: Diseño y elaboración de mezclas de concreto y la fabricación

de las probetas cilíndricas normalizadas.

Se fijó una resistencia de diseño a estudiar igual a 210 kg/cm2 y un

grado bueno de control, trabajabilidad igual a 10 cm ó 4”.

Fase V: Curado de probetas cilíndricas normalizadas.

Las probetas son desencofradas a las 24 horas para ser llevadas al

proceso de curado, el cual se realiza llevando las mismas bajo agua saturada

con cal, como se indica en la norma venezolana COVENIN 338-2002.

“Concreto. Método para la Elaboración, Curado y Ensayos a Compresión de

Cilindros de Concreto”.

52


Fase VI: Ensayos de las probetas cilíndricas de concreto en

condiciones normales.

Se realiza para determinar la resistencia a la compresión a los 28 días

de edad, correspondientes al primer grupo de 20 cilindros.

Fase VII: Diseño y elaboración de mezcla de mortero y la fabricación de

probetas cúbicas normalizadas.

Para la elección del tipo de mortero a utilizar, se empleo la siguiente tabla:

Tabla III.1. Resistencia de los Morteros.

Resistencia de los Morteros

Clase de Mortero

Tipo de Mortero Dosificación Resistencia

(kg/cm2)

Mortero cemento-cal-

arena Pobre

1:1:10 1:1:6

20 50

Mortero cemento-arena

Pobre 1:6 50


Ordinario 1:4 100


Rico 1:3 150

Fuente: Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

Se fijó una resistencia de diseño a estudiar igual a 100 kg/cm2 que

corresponde a un mortero de cemento y arena de tipo ordinario.

Fase VIII: Curado de probetas cúbicas normalizadas.

Las probetas son desencofradas a las 24 horas para ser llevadas al

proceso de curado, el cual se realiza llevando las mismas bajo agua saturada

con cal, como se indica en la norma venezolana COVENIN 484-93.

“Cemento Portland. Determinación de la Resistencia a la Compresión de

Morteros en Probetas Cúbicas de 50,8 mm de Lado”.

53


Fase IX: Ensayo de probetas cúbicas de mortero en condiciones

normales.

Se realiza para determinar la resistencia a la compresión a los 28 días

de edad.

Fase X: Exposición de las probetas cilíndricas al fuego.

Luego de eliminar la humedad por el curado, se procedió a someter a

las probetas del segundo, tercero y cuarto grupo a la exposición al fuego.

Este proceso se hizo a fuego directo, durante un tiempo de exposición de 30

minutos. Las probetas fueron colocadas sobre un reverbero. Durante este

procedimiento se procedió a medir la temperatura final alcanzada por las

probetas, mediante una termocupla de cromo y aluminio tipo K y un

termómetro infrarrojo- pirómetro. Luego de la exposición fueron enfriados por

choque térmico, el cual consiste en un enfriamiento violento, introduciendo la

probeta en un tanque a temperatura ambiente de 27 °C. Se dejo enfriar

durante 30 minutos luego se sacaba y se dejaba reposar, posteriormente se

ensayaban a compresión.

Fase X: Análisis de los resultados obtenidos.

Una vez concluidos los ensayos de las probetas, con los resultados

correspondientes a la resistencia a compresión obtenida para cada uno de

los grupos, se procedió a su estudio para inferir algunas hipótesis sobre el

efecto del mortero sobre la resistencia del concreto a compresión al

someterlo al fuego.

Desarrollo Experimental

54

Capítulo IV. Desarrollo Experimental

DESARROLLO EXPERIMENTAL

IV.1 Materiales Utilizados

Agregados

Los agregados utilizados en la elaboración del diseño de mezcla,

fueron: Agregado fino tipo arena lavada, Agregado grueso tipo piedra picada

con un tamaño nominal máximo de 1”, ambos provenientes de Minas de

Tinaquillo. Estos fueron sometidos a una serie de ensayos para verificar su

control de calidad.

Ensayos realizados:

a)

b)

.

c)

Agregado Fino.

Agregado Grueso.

Granulometría

Peso Específico y Absorción

Agregado Grueso.

Agregado Fino.

Agregado Fino.

Agregado Grueso.

Peso Unitario

55


d)

e)

Ensayo para determinar la composición granulométrica de agregados

finos y gruesos (C.C.C.A Ag2)

Inicialmente se realizó la granulometría, la cual tiene como objetivo

determinar la distribución de tamaños de las partículas que los conforman a

fin de obtener una buena granulometría para garantizar la durabilidad del

concreto, así como una mejor trabajabilidad y reducir costos sin menos

preciar la calidad del mismo.

Agregado Fino

Equipos:

Balanza

Cedazos

Tamizadora

Horno

Se tomó una muestra de 500g de material, antes de colocar el material

en el juego de cedazos (#4, #8, #16, #30, #50, #100), ordenados de abertura

decreciente desde arriba hacia abajo, estos fueron pesados cada uno

incluyendo la base.

Humedad Superficial Agregado Fino.

Resistencia al Desgaste Agregado Grueso.

56


Después de colocar el agregado en el tamiz superior, el juego de cedazos se

colocó en la tamizadora por 15 minutos en funcionamiento. Pasados los 15

minutos, se pesaron los cedazos con el material retenido y se obtuvieron los

siguientes resultados:

Tabla N° IV.1. Datos Y Cálculos

Tamiz

N°

Peso Retenido

(kg) % Retenido

% Retenido

Acumulado % Pasa

4 68 13.6 13.6 86.4

8 106 21.2 34.8 65.2

16 83 16.6 51.4 48.6

30 113 22.6 74 26

50 41 8.2 82.2 17.8

100 48 9.6 91.8 8.2

Fondo 41 8.2 100 0

FUENTE: Flores y Reyes (2012)

Tabla N° IV.2. Limite de valores normativos para agregado fino.

Limite de Valores Normativos

#4 #8 #16 #30 #50 #100

85 a 100 60 a 95 40 a 80 20 a 60 8 a 30 2 a 10


57


Gráfico N° IV.1. Curva granulométrica para agregado fino.


Debido a que la curva granulométrica se encuentra entre los límites

normativos establecidos por las normas COVENIN, el agregado fino es

aceptable.

Agregado Grueso

Equipos:

Balanza

Cedazos

Tamizadora

Horno

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120

Granulometria

Limite Inferior

Limite Superior

58


Se tomó una muestra de 10 kg de material, antes de colocar el

material en el juego de cedazos (11/2",1”,3/4”,1/2”,3/8”,1/4”), ordenados de

abertura decreciente desde arriba hacia abajo, estos fueron pesados cada

uno.

Después de colocar el agregado en el tamiz superior, el juego de

cedazos se coloco en la tamizadora por 15 minutos en funcionamiento.

Pasados los 15 minutos, se pesaron los cedazos con el material retenido y

se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla N° IV.3. Datos y cálculos.

Tamiz N° Peso Retenido

(kg) % Retenido

% Retenido Acumulado

% Pasa

1 1/2" 0 0 0 100

1" 0.37 3.7 3.7 96.3

3/4" 3.25 32.5 36.2 63.8

1/2" 4.68 46.8 83 17

3/8" 0.54 5.4 88.4 11.6

1/4" 1.16 11.6 100 0 FUENTE: Flores y Reyes (2012)

Tabla N° IV.4. Limite de valores normativos para agregado grueso.

Piedra Picada

Limites de los % en peso que pasan los tamices de abertura cuadrada igual a :

1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4"

N° 1 100 a 90 90 a 50 45 a 15 20 a 0 7 a 0


59


Gráfico N° IV.2. Curva granulométrica para agregado grueso


Debido a que la curva granulometrica se encuentra entre los limites

normativos establecidos por las normas COVENIN, el agregado grueso es

aceptable.

La metodología utilizada en este ensayo es regida por las normas

COVENIN 255:1998; COVENIN 277:92.

Después de lo anterior expuesto, se calculó el tamaño nominal, dando

como resultado TM = 1”.

Entrando a la siguiente tabla con el tamaño nominal, se obtuvieron los

limites de los porcentajes mas finos para los sigientes tamaños maximos de

agregados.

-20

0

20

40

60

80

100

120

0 0,5 1 1,5 2

Granulometría

Límite Inferior

Límite Superior

60


Tabla N° IV.5. Limites de valores normativos para agregado fino.

tamiz limites de los porcentajes más finos para los

siguientes tamaños máximos de agregados

1" 100 a 90

3/4" 90 a 70

1/2" 75 a 55

3/8" 68 a 45

1/4" 60 a 35

#4 55 a 30

#8 45 a 20

#16 35 a 15

#30 35 a 10

#50 16 a 15

#100 8 a 2


En base a los resultados obtenidos de la granulometría, con los

valores de los % que pasa, tanto para el agregado fino como grueso y los

límites de los porcentajes más finos para los siguientes tamaños máximos de

agregados, se obtuvo la siguiente la grafica.

61


.


Dando como resultado un rango de (47-60), tomando un valor promedio β= 0.55.

Gráfico N° IV.3. Procedimiento gráfico para encontrar las

proporciones en que deben mezclarse los agregados.

62


Inmediatamente se realizó el ensayo de peso específico y absorción

de los agregados gruesos el cual tiene como objetivo calcular el peso

específico y ademas proporcionar una idea cualitativa de la compacidad de la

roca madre, si este es bajo, el material tiende a ser poroso y proviene de

rocas blandas.

Ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado

(C.C.C.A Ag 15)

Equipos:

Balanza.

Balanza Hidrostatica.

Horno de Secado.

Muestra: 5kg.

Para comenzar se procedió a lavar la muestra del agregado hasta

eliminar el polvo y otras impurezas, y posteriormente, sumergirlas en agua

por un período de 24±4 horas. Preparar la balanza hidrostática y obtener su

peso. Sacar la muestra del agua y hacerla rodar por un paño hasta eliminar

el agua. Colocar la muestra sobre un recipiente tarado y obtener su peso,

colocarla en la cesta de la balanza, recoger y equilibrar la balanza, anotar el

peso. La diferencia de este peso con el obtenido anteriormente representa el

peso del agregado en agua. Medir el volumen del agua desalojada por el

agregado y compare este volumen con la diferencia entre el peso saturado y

el peso de la muestra en agua. Sacar el agregado de la balanza y colocarlo

en un recipiente dejándolo secar al horno a 110±5ºC por 24 horas. Dejar

reposar y calcular su peso específico aparente, peso especifico y peso

especifico saturado.

63


Se obtuvieron los siguientes resultados:

Peso del Agregado Saturado con Superficie Seca:

Donde:

W1: Peso del agregado seco en aire.

Va* a: Volumen de Agua absorbida.

W2: Peso del agregado saturado con superficie seca.

Porcentaje de Absorcion:

Donde:

%A : Porcentaje de Absorcion.

W2 = W1 + Va* a

W2 = 4,9684 + 0,0286 = 4,997 Kg

* 100

* 100 = 0,5756

64


Peso del Agregado en Agua:

Donde:

W3: Peso del Agregado en Agua.

E: Es el empuje y representa el peso del agua desalojada por la piedra

(Principio de Arquimedes).

Peso Especifico Aparente:

Peso Específico:

Donde:

G: Peso Especifico.

W3 = W1 – E

W3 = 4,9684 – 0.8184 = 4,150

Kg

= 6,07

65


Peso Específico Saturado con Superficie Seca:

Donde:

Gs: Peso Específico Saturado con Superficie Seca.

Posteriormente se realizó el ensayo de peso específico y absorción de

los agregados finos el cual tiene como objetivo obtener el peso específico, ya

que este constituye una propiedad natural que debe conocerse para los

efectos de la utilización de algunos métodos de diseño de mezclas. Mientras

que la medición de la absorción del agua es una manera de medir las

diversas porosidades que pueden presentarse en un agregado.

Equipos:

Balón aforado.

Balanza.

Molde metálico de forma tronco cónica.

Compactador.

Secador de pelo.

Horno.

Muestra: 500g

= 5,866

= 5,89964

66


Inicialmente se llena el picnómetro con agua y se obtiene su peso. Por

el método de cuarteo se selecciona 1 KG de Agregado fino el cual después

de secar al horno una Temperatura de 110 ±5 ºC, al enfriar se coloca en un

recipiente de agua y se deja 24 horas, luego la muestra es esparcida sobre

una superficie plana expuesta a una corriente de aire caliente y es agitada

frecuentemente para asegurar el secado uniforme, se continua con esta

operación hasta que el agregado fino se aproxima a una condición de libre

escurrimiento. Luego el agregado fino se coloca en el molde cónico se

apisona ligeramente la superficie 25 veces con el apisonador de metal y se

levanta el molde verticalmente. Si hay humedad superficial el cono del

agregado retendrá su forma de lo contrario el cono se derrumbara

ligeramente. Se toma una muestra de aproximadamente 500gramos e

introducirla en el picnómetro y agitarlo. Pesarlo con el agua y la arena, verter

el contenido en un recipiente y colocarlo en el horno a 110±5ºC dejar reposar

y calcular el peso aparente, peso especifico y porcentaje de absorción.


Peso Especifico Aparente de la Arena:

Donde:

: Peso de la arena seca.

: Peso del balón aforado con agua hasta la marca de enrase.

: Peso del balón aforado con arena y agua hasta la marca de enrase.

67


Peso Específico de la Arena:

Donde:

W4: Peso de la arena saturada con superficie seca.

Peso Específico Saturado con Superficie Seca:

= 2,688

= 2.63

= 2,652

68


Es evidente entonces que la absorción de estos agregados es muy

importante para el momento en que se realiza el diseño de la mezcla, para

así poder corregir la cantidad de agua añadida a la mezcla.

La absorción y el peso específico de los agregados son valores

necesarios para elaborar el diseño de la mezcla de concreto.

Ensayo para determinar el peso unitario del agregado (C.C.C.A Ag 10)

Equipos:

Balanza.

Barra compactadora de 5/8” de diametro, aproximadamente y con

punta semi-esferica.

Recipiente cilindrico de metal.

Agregado Fino y Agregado Grueso

Para realizar la calibración del recipiente, inicialmente se pesó el

recipiente vacío. Luego se llenó el recipiente, colocándolo previamente sobre

una balanza, seguidamente se colocaron pequeñas cuñas en su base para

nivelar y se utilizó la superficie libre del agua dentro del recipiente como

indicador de nivel; finalmente se completó con agua hasta que estuviese a

punto de derramarse. Se anotó el peso. Determinando así el peso neto del

agua en el recipiente, luego se midió la temperatura con la cual se pudo

determinar el peso unitario de las tablas.

En cuanto, a la determinación del peso unitario compacto, se llenó la

tercera parte del recipiente con el agregado y se compactó aplicando 25

69


golpes con la barra compactadora, distribuyendolos de manera uniforme.

Completando asi las dos terceras partes, se repete el proceso de

compactacion. Finalmete se llena el recipiente hasta rebosar y se enrasa con

una regla, luego se obtiene peso del recipiente mas el agregado y con este

calculamos el peso unitario, dividiendo el peso neto del agregado entre el

volumen del recipiente.

Para la determinacion del peso unitario suelto, se llena el recipiente

con la pala hasta rebosar y se descarga el agregado desde una altura no

mayor de 5 cm por encima de la parte superior del recipiente. Se desecha el

agregado sobrante, enrasando con una reglilla , finalmente se obtiene el

peso del recipiente con el agregado y se calcula el peso unitario.


Tabla N° IV.6. Resultados de la Calibración

Resultados de Calibración

Peso envase 3659 gr

Peso Agua+ envase 8585 gr

Temperatura 26°C

Peso Unitario H2O 0.9968 gr/cm3


70


Tabla N° IV.7. Agregado fino.

Agregado Fino

Peso Suelto + envase 11765 gr

Peso Compacto + envase 12030 gr

Peso Neto Suelto 8106 gr

Peso Neto Compacto 8371 gr


71


Tabla N° IV.8. Agregado Grueso.

Agregado Grueso

Peso Suelto + envase 10635 gr

Peso Compacto + envase 11300 gr

Peso Neto Suelto 6976 gr

Peso Neto Compacto 7641 gr


72


Ensayo para determinar la resistencia al desgaste en agregados

gruesos por medio de la máquina de los ángeles (C.C.C.A Ag 13 y Ag

14)

Equipos:

Máquina de los Ángeles: Cilindro hueco de acero cerrado en ambos

extremos y con una apertura para introducir la muestra y la carga

abrasiva que consiste de esferas de acero de aproximadamente 4.7

cm de diámetro y con peso entre 390 y 445 gr.

Cedazos de 1",3/4",1/2”, 3/8", #8 y # 12.

Balanza.

Muestra de ensayo: 5000 gr, con las siguientes gradaciones indicadas

en la tabla a continuación:

Tabla N° IV.9. Peso de Agregado Grueso.

Tamiz Peso

1" 1250 gr

3/4" 1250 gr

1/2" 1250 gr

3/8" 1250 gr FUENTE: Flores y Reyes (2012)

Con una carga abrasiva de:

Tabla N° IV.10.Carga Abrasiva.

Gradación N° de

Esferas Peso

Carga (g)

A 12 5000 ±25

B 11 4584 ±25

C 8 3330 ±20

D 6 2500 ±15

FUENTE: Jaime Font. Materiales y Ensayos

73


Se Introduce la carga abrasiva y la muestra de ensayo en la máquina

de los ángeles, cerrando la tapa herméticamente, luego se coloca el contador

de la máquina para 500 revoluciones pulsando el botón de arranque de la

máquina. Cuando se detenga la máquina, se quita tapa y se gira el tambor,

manualmente, para descargar el material sobre la bandeja que se encuentra

debajo de la máquina, con la ayuda de un cepillo se saca todo el polvo del

interior. Ensamblando un cedazo #8 sobre un cedazo #12, luego se procede

al cernido del material. Finalmente se pesa el material que paso por el tamiz

#12; este es el porcentaje de desgaste.


Ensayo para determinar la humedad superficial en el agregado fino y

ensayo para determinar los vacios en agregados para concreto.

(C.C.C.A Ag 19 y 20)

Luego se realizó el ensayo de la humedad superficial en el agregado

fino. La humedad superficial es una característica de los agregados que

puede ser controlada, ya que pueden realizarse las correspondientes

correcciones de los pesos de los agregados y del agua que precisa su

diversidad.

Peso Retenido en el tamiz N° 12 = 3950 gr

%desgaste = %5000

39505000

%desgaste =21%

74


Equipos:

Balanza.

Picnometro o frasco volumétrico graduado.

Muestra: 500 gr.

Se Llena el envase con agua hasta la marca y se obtiene su peso.

Luego se Vacía parcialmente el envase, colocando la muestra previamente

pesada, se agita para eliminar el aire atrapado. Se completa con agua hasta

la marca y se pesa de nuevo. Finalmente se determina el peso del agua

desplazada por la muestra. Se Calcula el porcentaje de humedad superficial

referido al agregado saturado con superficie seca y los vacios presentes en

el agregado.


Donde:

W2 = Peso del picnómetro lleno de agua en gramos.

W= Peso de la muestra en gramos.

W1= Peso del picnómetro con la muestra y el agua en gramos.

Luego calculamos en porcentaje de humedad superficial referido al agregado

con superficie seca.

75


Posteriormente calculamos los vacios en el agregado con la siguiente

ecuación:

Donde:

P: Porcentaje de vacios.

G: Peso específico del agregado.

Peso unitario del agua.

W4: Peso unitario del agregado suelto.

γ

γ

76


Cemento.

El Cemento utilizado para la elaboración del diseño fue cemento

Portland Tipo I.

Agua

El agua utilizada es la proporcionada por Hidrócentro, obtenida del

laboratorio de Ensayos de Materiales, lugar donde se realizaron las mezclas

y por consiguiente los cilindros de prueba y el mortero de cemento. La misma

es apta para el consumo humano y elaboración de concreto.

IV.2 Diseño de Mezcla

El diseño de mezcla empleado está basado en la metodología

expuesta en el “Manual del Concreto Estructural” conforme a las normas

COVENIN 1753-2003 de Porrero, Ramos, Grases y Velazco. El mismo

expresa tener un carácter general, lo cual nos sirve de punto de partida para

alcanzar con mayor facilidad la combinación adecuada de las cantidades de

los componentes del concreto. Las variables fundamentales consideradas

por el método son: dosis de cemento, trabajabilidad, relación agua/cemento y

resistencia.

IV.2.1 Resistencia media

Para la realización de este trabajo se decidió tomar 210Kg/cm2 como

resistencia media. Para la resistencia de cálculo la obtenemos de la siguiente

expresión:

f’c = Rdiseño- Z.σ

Rdiseño ≥ Rcalculada + Zσ

77


Donde: Z depende de la fracción defectuosa, como no se dispone de

una información estadística previa, y asumiendo agregados de buena calidad

y se emplea una mezcladora se elige una fracción defectuosa del 10%.

f’c = Resistencia de calculo

Z = Fracción defectiva

σ = Desviación estándar

Para una fracción defectuosa del 10%, tenemos que Z= 1,282

La desviación estándar según el control de laboratorio, en este caso

es σ = 35Kg/cm² (grado de control bueno), debido a que:

Se toma algún lote de agregado y se le determina el índice

granulométrico, se le fijan los límites de aceptación.

Se controla la humedad de los agregados.

Se dosifica en peso con sistemas automáticos.

Se rechazan las mezclas que no estén dentro de los límites

establecidos.

No se permite añadir agua posteriormente al mezclado.

Para una resistencia calculada de 210 Kg/Cm²

Este valor de resistencia media para el diseño de mezcla de concreto,

se realiza de manera que en la obra no sean superadas las fracciones

defectivas asumidas.

Rdiseño = Rcalculada + Zσ

Rdiseño =210 Kg/cm² + (1,282 * 35 Kg/cm²) = 254,87

Kg/cm²

78


IV.2.2 Ley de Abrams

Esta ley experimental establece que la resistencia de una mezcla de

concreto, viene determinada por la proporción de la cantidad de agua y de

cemento que se añade a dicha mezcla y esta resulta ser inversamente

proporcional.

Para la determinación de α teórico utilizamos la siguiente ecuación:


R28D = 254,87Kg/cm2

Se Obtuvo:

Se tiene que αt= 0,58

El valor de α debe ser ajustado con factores de corrección que

dependen del tipo de agregado y tamaño máximo.


Tabla N° IV.11.Valores Normativos de Kr.

Tamaño Máximo Nom. 1/2” a 1” 1 1/2”. 2” 3”

Kr. 1.00. 0.91 0.82 0.74


(

)

( )

(a/c) corregida = (αt)*Kr*Ka

79


Tabla N° IV.12. Valores Normativos de Ka.

Tabla de

Corrección A/C por

tipo Agregados.

Valores de Ka.

Piedra

Picada.

Canto Triturado. Canto

Rodado.

• Arena

Natural.

• Arena

Triturada.

• 1.00.

• 1.14.

• 0.97.

• 1.10.

• 0.74.

• 0.93


Tamaño máximo de agregado= 1”, obtenemos un Kr = 1

Ka según tipo de agregado: Piedra Picada y arena natural, se tiene un Ka=1

IV.2.3 Relación triangular

Esta relación asocia la trabajabilidad (T) determinada mediante el

cono de Abrams, con dos parámetros importantes en el diseño de mezcla

como lo son las dosis de cemento “C” y la relación agua cemento “α” a través

de la expresión:

En donde K, m y n son constantes que dependen de las

características de los componentes de la mezcla, para los materiales

(a/c) corregida = (0,58)*1*1 = 0,58 Lt/Kg

x

80


utilizados: Piedra picada, Tamaño máximo 1”, Arena Natural y Cemento

Pórtland tipo I.

Con T y a/c se haya el contenido de Cemento con la ecuación:

El valor de la trabajabilidad fue prefijado en 10 cm conocidos los

valores de α y T, la dosis de cemento calculada es:


Análogamente en la relación agua cemento, el cemento debe ser

ajustado por factores de corrección.


C1= 1 debido al tamaño máximo de los agregados = 1”.

C2= 1 debido al tipo de agregado= arena natural y piedra picada.

C corregida = (343,93 Kg /m³)*(1)*(1) = 343,93 Kg /m³

IV.2.4 Proporción entre agregados finos y gruesos

La relación β es el cociente entre la arena y el agregado total,

expresado generalmente en porcentaje y definido por:

Kg /m³

C corregida = C*C1*C2

β = A/(A+P)

81


El valor de β empleado en esta investigación es de 0,55, valor que

cumple con los límites granulométricos recomendados por la Norma

COVENIN 255 según el tamaño máximo del agregado.

Donde:

A = arena

P = piedra y están expresados en Kg /m³

Se obtiene la ecuación:

IV.2.5 Contenido de agua

Para garantizar la relación agua/cemento establecida, el volumen del

agua se obtiene a través de la siguiente fórmula:

a = C*α


acorregida= C corregida*(a/c)corregida = (343,93 Kg /m³)*(0,58 Lt/Kg)

acorregida= 199,48 Lt/m³ de Agua.

IV.2.6 Aire atrapado en la mezcla

Debido a la compactación del concreto, siempre queda volumen de

aire atrapado, el cual se puede estimar sobre la base del tamaño máximo del

agregado y el contenido de cemento en la mezcla, según se expresa:

Donde:

P = 0,818A

V = C / P

82


V = Aire atrapado en l/m³

C = Dosis de cemento

P = Tamaño máximo del agregado expresado en mm.


IV.2.7 Dosificación de los agregados

La condición de volumen para un metro cúbico de muestra se define

mediante la expresión:

Donde por retracción

Ecuación de condición de volumen Σvi = 1m³ = 1000 Lt


γA = Peso especifico de la arena = 2, 6Kg/dm³.

γP = Peso especifico de la piedra = 2, 54Kg/dm³.

Va+Vc+Vp+Vaire+Vaire atrapado = 1000

Va = a/γa = a

Vc = C/γc

Vc= 0,29C

a + 0,29C + A/γA + P/ γP + 4,2*10^(-2)*(C/TM) = 1000

83


C = Cantidad de cemento = 343,93 Kg /m³

TM = Tamaño máximo en pulgadas = 1”

a = Proporción de agua = 199,48 Lt/m³

Se tiene que:

(199, 48/1) + (343, 93 x 0, 29) + (A/2, 6) + (P/2, 54) + (10 x 1, 44) = 1000

Se tiene que:

La ecuación de condición de volumen para un metro cúbico, junto con

la ecuación obtenida con beta, forma un sistema de dos ecuaciones con dos

incógnitas, con ellas se puede determinar las dosis de piedra y de arena.

Dosificación de Arena

Para su determinación nos valemos de la siguiente expresión:

Sustituyo II en I

0,385A + 0,394(0,87A) = 700,78

0,385A + 0,34A = 700,78

0,73A =700,78

A = 959,97 Kg de arena por m³ de concreto.

0,385A + 0,394P = 700, 78

A= (P+A)* β

P = 0,818A

I

II

84


Sustituyo A = 959,97 en II

P = 0,87(959,97)

P = 835,12 Kg de piedra por m³ de concreto

Tabla N° IV.13.Dosificación obtenida para 1 m3 de concreto.

Material Rc= 210 Kg/cm2

Cemento 343,93

Agua 199,48

Piedra 835,12

Arena 959,97 FUENTE: Flores y Reyes (2012)

IV.3.-Proceso Estadístico Iterativo para el Cálculo del Número de

Muestras:

Asumiendo un número infinito de muestras y una fracción defectuosa

del 10%, se obtiene el valor de t Student.

Tabla N° IV.14.Fracciones defectivas y valores correspondientes de la

variable tipificada Z.

Fracción Defectuosa % Z

20 0,842

16 1,000

10 1,282

9 1,341

5 1,645 FUENTE: Mendoza, Guillermo. Materiales y Ensayos

85


(n – 1) = ∞, FD = 10% t = 1,282

Se obtiene una desviación estándar de las Normas de control para

resistencias a compresión del concreto, el cual se asumió con un buen

control de campo.

Tabla N° IV.15.Normas de control para la resistencia a compresión en el

concreto.

Clase de

Operación

Grado de Control para el Concreto

Excelente Muy

Bueno Bueno Regular Pobre

Variaciones Totales. Desviación Estándar, en Kgf/cm2

Control de Campo Menor de 25 25 - 35 35 - 40 40 - 50 Mayor

de 50

Control de

Laboratorio Menor de 15 15 - 17 17 - 20 20 - 25

Mayor

de 25

Variaciones entre Ensayos. Coeficiente de Variación, en Porcentaje

Control de Campo Menor de 3 3 - 4 4 – 5 5 - 6 Mayor

de 6

Control de

Laboratorio Menor de 2 2 - 3 3 – 4 4 - 5

Mayor

de 5


Obteniendo como resultado

σ = 35

(

)

86


Tabla N° IV.16.Valores de la t student para varios niveles de

probabilidad y fracciones defectuosas.

Numero de

muestras menos

uno (n-1)*

Porcentaje de ensayos en el rango X

60 80 90 95 98

Probabilidad de caer bajo el límite inferior (FD)

20% 10% 5% 2,50% 1%

1 1,376 3,078 6,314 12,706 31,821

2 1,061 1,886 2,920 4,303 6,965

3 0,978 1,638 2,353 3,182 4,541

4 0,941 1,533 2,132 2,776 3,747

5 0,920 1,476 2,015 2,571 3,365

6 0,906 1,440 1,943 2,447 3,143

7 0,896 1,415 1,895 2,365 2,998

8 0,889 1,397 1,860 2,306 2,896

9 0,883 1,383 1,833 2,262 2,821

10 0,879 1,372 1,812 2,228 2,764

15 0,866 1,341 1,753 2,131 2,602

20 0,860 1,325 1,725 2,086 2,528

25 0,856 1,316 1,708 2,060 2,485

30 0,854 1,310 1,697 2,042 2,457

∞ 0,842 1,282 1,645 1,960 2,326


E = se asume E = 15

n ≈ 9 Grupos

Para (n-1) = (9-1) = 8

(

) = 8,948

87


Α = 80% se obtuvo que t = 1,397

n ≈ 11 Grupos

Para (n-1) = (11-1) = 10


n ≈ 10 Grupos

Para (n-1) = (10-1) = 9


n ≈ 10 Grupos

Luego de la iteración, se toma un número de 10 grupos de muestras

para la investigación.

IV.4.-Proceso Estadístico Iterativo para el Cálculo del Número de

Cilindros por Muestra.

De igual manera se asume un número infinito de muestras y una

fracción defectuosa de 10%, se obtiene el valor de t Student

(n – 1) = ∞, FD = 10% t = 1,282

Se obtiene un coeficiente de variación de las Normas de control para

resistencias a compresión del concreto, el cual se asumió con un buen

control de campo V = 4.

(

) = 10,625

(

) = 10,24

(

) = 10,41

88


e = Error, comprendido entre 5 y 10, se asume como 9

n ≈ 1 Cilindro

Para (n-1) = (1-1) = 0 ≈ 1

α = 80% se obtuvo que t = 3,078

n = 2 Cilindros

Para (n-1) = (2-1) = 1

α = 80% se obtuvo que t = 3,078

n = 2 Cilindros

Se tomara una muestra de 2 cilindros, con un error de:

Esto da como resultado 10 muestras de 2 cilindros cada una.

Concluyendo que se tiene un espacio muestral definido de la siguiente

manera:

(

)

(

) = 0,32

(

) = 1,8714

(

) = 1,8714

√

√ = % 7058,8

89


80 Cilindros de resistencia de diseño 210 Kg/cm².

Los cuales comprenden:

20 cilindros para resistencia de diseño de 210 Kg/cm² curados para

ensayar en condiciones normales a los 28 días.

20 cilindros para resistencia de diseño de 210 Kg/cm² mas mortero de

un espesor de 1cm y una resistencia 100 Kg/cm².

20 cilindros para resistencia de diseño de 210 Kg/cm², curados,

secados y sometidos a fuego para ensayar a los 28 días.

20 cilindros para resistencia de diseño de 210 Kg/cm² mas mortero de

un espesor de 0,5 cm y una resistencia 100 Kg/cm². Curados,

secados y sometidos a fuego para ensayar a los 28 días.

IV.5. Equipo utilizado.

1. Mezcladora de Concreto de Capacidad 35L.

2. Balanza.

3. Carretilla.

4. Pala.

5. Cuchara.

6. Cilindro Graduado.

7. Molde Tronco-cónico.

8. Barra Compactadora de Acero de 5/8” de diámetro.

9. Moldes Cilíndricos.

10. Prensa.

11. Reverbero.

12. Termocupla de cromo-aluminio tipo K.

13. Termómetro infrarrojo- pirómetro.

14. Sujetador de cilindros.

90


15. Guantes de carnaza.

IV.6.- Mezclado.

Se define como mezclado, al conjunto de operaciones que se deben

ejecutar sobre los materiales como la arena, piedra, agua y cemento para así

garantizar la homogeneidad de la mezcla, tratando que los mismos se

distribuyan uniformemente. Este conjunto de operaciones puede ser

realizado de forma manual o mecánica, siendo esta última la que brinda

mejor resultado. En este caso se utilizó una mezcladora de eje de inclinación

variable con capacidad efectiva de 35 L.

Teniendo en cuenta la capacidad de la mezcladora se trató que los

materiales se combinaran lo más uniforme posible. Para ello se agregaron

primero la piedra y la mitad de la dosificación del agua, luego la arena, el

cemento y por último lo que restaba de agua, la cual se fue agregando poco

a poco para así garantizar que la misma se mezclara correctamente con los

otros componentes y a su vez garantizar, que el asentamiento fuese el

requerido.

La ejecución del mezclado se realizó de acuerdo a lo descrito en el

método referente al mezclado del concreto en el laboratorio COVENIN

354:2001, el cual recomienda, mezclar los materiales durante tres (3)

minutos, seguidos de tres minutos de reposo, tiempo que se aprovecha para

realizar el ensayo del cono de Abrams según lo establecido en la norma

COVENIN 339:1994, para verificar, el asentamiento requerido y si es

necesario un ajuste final en la cantidad de agua y, finalmente, dos (2)

minutos más de mezclado.

91


IV.7.- Medición del asentamiento con el cono de abrams.

Se colocó en el molde cónico sobre una superficie plana no

absorbente, lisa, húmeda y nivelada; parado con cada pie en la aletas

inferiores del cono para sostenerlo firme en su sitio; colocamos mezcla de

concreto en el cono a 1/3 de su volumen, compactamos golpeando 25 veces

en forma espiral de afuera hacia adentro con una barra de acero de 5/8” de

extremo redondeado, añadimos más muestra hasta alcanzar 2/3 del volumen

del cono y repetimos el procedimiento.

Llenamos el cono hasta rebosar su extremo superior y de nuevo

compactamos con 25 golpes; quitamos el exceso de concreto del tope del

cono con una cuchara de albañil de tal forma que el cono queda

completamente lleno y a ras del borde, limpiamos el exceso de la parte

inferior del recipiente.

Una vez terminada la etapa anterior, se levantó cuidadosamente en dirección

vertical, realizando esta operación en aproximadamente 5 segundos,

evitando los movimientos laterales sin hacer interrupción.

Colocamos la barra de acero horizontalmente sobre el cono en posición

invertida en tal forma que la extensión de la barra sobresalga del diámetro

del cono y quede por encima de la muestra de concreto. Inmediatamente

medimos la distancia entre la cara inferior de la barra y el centro tope original

de la muestra. Esta distancia representa el asentamiento del concreto.

IV.8.- Toma de cilindros.

La finalidad de este procedimiento es preparar las probetas cilíndricas

de concreto endurecido para su posterior ensayo .Para la toma de cilindros

se utilizaron moldes de acero de 15 cm de diámetro por 30 cm de alto, con

plataforma o base fija; se procedió a llenar los moldes en grupos de cuatro,

92


correspondiente a la mezcla y en tres capas iguales cada uno, compactando

cada capa 25 veces con una barra de acero de 5/8” de extremo redondeado,

distribuyendo los golpes uniformemente sin llegar a la capa inferior. A la

última capa se le agregó un pequeño exceso de concreto con el fin de poder

enrasar y conseguir una superficie lisa y nivelada; para evitar posibles vacíos

internos golpeamos ligeramente los lados del molde, para de esta manera

liberar algunas burbujas de aire atrapado.

Después de transcurrir 24 horas de haber sido tomadas las muestras, se

procedió a sacar del molde los respectivos cilindros, realizando esta

operación con sumo cuidado.

Este procedimiento fue desarrollado bajo las normas de COVENIN

338:2002, las cuales son normas confiables, aprobadas que darán valores

indicativos de uniformidad y calidad potencial.

IV.9.- Curado.

El proceso de curado se realizó retirando de las muestras, los moldes

cilíndricos. Luego las mismas fueron llevadas hasta un tanque de curado,

donde permanecieron hasta el momento de ser ensayadas. Hay que

destacar que las probetas deben permanecer totalmente sumergidas con el

fin de protegerlas de las pérdidas de agua por efecto de la temperatura.

Según COVENIN 338:2002.

IV.10.- Medición de cilindros.

El día que son realizados los ensayos a compresión de los cilindros,

estos son sometidos a procedimientos de medición en el cual se determina el

93


diámetro de los cilindros y la altura de los mismos, siendo el diámetro del

cálculo el promedio de los diámetros ortogonales.

Todo este procedimiento de efectúa antes de realizar el ensayo a

compresión a cada uno de los cilindros ya que, estas medidas generalmente

varían con respecto a los moldes donde se elaboran los cilindros.

IV.11. Diseño y elaboración de mezcla de mortero y la fabricación

de probetas cubicas normalizadas.

Según la Cátedra de Ingeniería Rural de la Escuela Universitaria de

Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real, la mezcla de cemento, arena y

agua es uno de los aglomerados más resistentes en albañilería, ya que

proporciona gran sujeción; en el siguiente trabajo Se fijo una resistencia de

diseño a estudiar igual a 100 kg/m2, para la cual se usaron porciones en

volumen igual a 1:4 (1: cemento , 4: arena).

Se coloco la arena cernida en forma de montaña y se le añadió

cemento portland; luego se removió la mezcla con una pala haciendo como

mínimo tres batidas. Cuando la mezcla tomo un color gris uniforme, se abrió

en el centro del montón un hueco en el que se vertió el agua poco a poco;

además se controlo la humedad de la masa añadiendo el agua necesaria

hasta que el mortero quedo untuoso y listo para su empleo.

Antes de comenzar a trabajar, se dejo reposar la pasta unos minutos.

Después se procedió a la colocación del mortero sobre la superficie de los

cilindros de concreto, inicialmente se le coloco una capa de salpicaduras; la

cual ayudaría a la adherencia del mismo sobre la superficie del cilindro, luego

que esta se seco, se le coloco la capa de mortero de cemento, distribuida lo

más uniforme posible.

94


Se obtuvieron finalmente, 20 cilindros de 1cm de espesor de mortero y

los otros 20 de 0.5cm. Estos se dejaron secar por 7 días para luego ser

sometidos al fuego.

Por otra parte, se sometieron a compresión 20 cubos de mortero de 5

cm de lado, de acuerdo al siguiente procedimiento enunciado en la Norma

COVENIN 484-93. “Cemento Portland. Determinación de la Resistencia a la

Compresión de Morteros en Probetas Cúbicas de 50,8 mm de Lado:

Se limpió el molde metálico y se aplicó una capa de aceite en las

superficies de contacto.

Se colocó en cada compartimiento del molde una capa de mortero de

2.5 cm de espesor, aproximadamente, y se compactó con un pisón de

plástico 16 veces. Esta compactación se efectúa en 2 ciclos de 8 golpes

adyacentes repartidos en la superficie del mortero, aplicando cada ciclo en

dirección perpendicular con respecto a la anterior.

Luego se colocó otra capa de mortero hasta llenar el molde,

compactándola en la forma descrita anteriormente. Una vez completados los

32 golpes a un compartimiento se continúa con el siguiente.

Finalmente se enrasó la superficie con respecto al borde superior del

molde. Después de 24 horas se retiraron los cubos del molde y se

sumergieron en agua limpia.

IV.12.-Ensayo al fuego de probetas

Las probetas luego de ser secadas, fueron sometidas a fuego directo,

durante 30 minutos. Para este procedimiento de utilizo un reverbero a gas,

colocando en forma horizontal a las probetas, exponiéndolas directamente al

fuego.

95


IV.13.-Medición de temperatura de probetas

Inmediatamente después de la exposición al fuego, se procedió

mediante una termocupla de aluminio y cromo tipo K y termómetro infrarrojo-

pirómetro a medir la temperatura alcanzada por las probetas. Este proceso

se realizo con muchísimo cuidado, dadas las temperaturas alcanzadas, con

un promedio de 190°C y un máximo 220°C, utilizando guantes de carnaza.

IV.14.-Enfriamiento de probetas

Luego de la medición de temperatura, se procedió a enfriar las

probetas utilizando el sistema de choque térmico, que consiste en sumergir

en un tanque de agua a temperatura ambiente de 27 °C a las probetas,

utilizando un sujetador de probetas. Este proceso se realizó con mucha

seguridad y cuidado. Este enfriamiento se realizo durante 30 minutos. Luego

se sacaba del tanque y se dejaba reposar durante otros 30 minutos más.

Para luego ser sometidas al ensayo de compresión.

IV.15.- Ensayo a compresión.

Para la realización del ensayo a compresión se utilizó una maquina de

tipo mecánico, accionada manualmente. El procedimiento para la realización

del ensayo consiste en colocar los cilindros en la máquina tratando que el

mismo quede centrado con respecto al pistón que comprime al cilindro. Al

accionar la máquina, el pistón comienza a avanzar y se comienza a registrar

la carga aplicada al cilindro de concreto y se detiene cuando el cilindro falla.

96


La resistencia a la compresión de cada cilindro viene dada como el

cociente entre la carga máxima y el área de la sección media del mismo y, se

calcula por la siguiente ecuación:

IV.16.Ensayo de probetas cúbicas de mortero en condiciones

normales.

El ensayo de compresión se realizó a los 28 días, secando los cubos

superficialmente, quitando los granos de arena y las incrustaciones de las

caras que estarán en contacto con los cabezales de la máquina, siendo estas

caras las que estuvieron en contacto con las paredes verticales de los

moldes.

El cubo se colocó centrándolo en el cabezal inferior de la máquina de

compresión. La velocidad de desplazamiento entre los cabezales fue de

1mm/minuto.

Finalmente se registró la carga máxima indicada por la máquina; para

calcular la resistencia a compresión se usó la siguiente fórmula:

Donde:

Pu = Carga máxima registrada.

A = Área de la sección transversal del cubo.

σu = Resistencia a compresión.

97


IV.17. Resultados de los ensayos

Tabla N° IV.17. Resultados resistencia a compresión a los 28 días, Rc=

210 kg/cm2 en condiciones normales.

N°

Carga

Máxima

(ton)

L

(cm) D (cm) A (cm

2)

Carga

Máxima

Probeta

(Kg)

Resistencia

Probeta

(kg/cm2)

Resistencia

Muestra

(kg/cm2)

1 40.12 30 15 176.715 40120 227.03

215.63 36.091 30 15 176.715 36091 204.23

2 39.63 30 15 176.715 39630 224.26

238.265 44.58 30 15 176.715 44580 252.27

3 40.215 30.02 15 176.715 40215 227.57

239.895 44.571 30 15 176.715 44571 252.22

4 38.526 30 15 176.715 38526 218.01

216.635 38.04 30 15 176.715 38040 215.26

5 42.423 30 15.2 181.458 42423 233.79

237.19 45.397 30 15.5 188.692 45397 240.59

6 44.05 30.5 14.9 174.366 44050 252.63

234.74 38.321 30 15 176.715 38321 216.85

7 38.86 30.2 15 176.715 38860 219.9

215.345 37.25 31 15 176.715 37250 210.79

8 40.316 30.5 15 176.715 40316 228.14

227.415 40.06 30.2 15 176.715 40060 226.69

9 38.13 29.6 15 176.715 38130 215.77

229.52 41.851 30 14.8 172.034 41851 243.27

10 37.19 30 15 176.715 37190 210.45

213.155 38.146 30.4 15 176.715 38146 215.86

Resistencia

Promedio

(kg/cm2)

226.779

Desviación 14.71252202


98


Gráfico N° IV.4. Resistencia del concreto a los 28 días, Rc= 210

kg/cm2 en condiciones normales.


150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Rc (

Kg

/cm

²)

Muestra

RESISTENCIA DEL CONCRETO A LOS 28 DIAS ,RC= 210 KG/CM2 EN CONDICIONES NORMALES

RESISTENCIA DEL CONCRETO A LOS 28 DIAS RC= 210 KG/CM2 EN CONDICIONES NORMALES

99


Tabla N° IV.18. Resistencia al fuego de Probetas

Carga Máxima Probeta

(Kg)

Resistencia Probeta (kg/cm2)

Resistencia Muestra (kg/cm2)

26250 144,66 156,59

30580 168,52

34825 191,92 183,64

31820 175,36

32505 179,13 172,64

30150 166,15

32170 177,29 168,485

28975 159,68

35500 195,64 187,76

32640 179,88

33735 185,91 178,815

31160 171,72

36810 202,86 189,535

31975 176,21

32970 181,69 175,065

30565 168,44

31320 172,6 181,39

34510 190,18

35150 193,71 182,935

31240 172,16

Resistencia Promedio (kg/cm2)

177,6855

Desviación 13,53236995

100


Gráfico N° IV.5. Resistencia del Concreto a los 28 días Rc = 210

kg/ cm2 sometido al fuego.

FUENTES: Flores y Reyes (2012)

0

50

100

150

200

250

300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Rc

(Kg

/cm

2)

Muestra

RESISTENCIA DEL CONCRETO A LOS 28 DÍAS RC= 210 KG/CM2 SOMETIDOS AL FUEGO

RESISTENCIA DEL CONCRETO A LOS 28 DÍAS RC= 210 KG/CM2

SOMETIDOS AL FUEGO

101


Gráfico N° IV.6. Comparación de Resistencias.


Tabla N° IV.19. Resumen de resultados para concreto Rc= 210 Kg/cm2

Resistencia a los 28 días

Condiciones Normales

Sometido a fuego

Rprom (kg/cm2)

σ (kg/cm2)

Rprom (kg/cm2)

Σ (kg/cm2)

Rc=210 Kg/cm2

226.779 14.71252202 177.6855 13.5323


0

50

100

150

200

250

300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

RC

(kg

/cm

2)

Muestra

Comparación de Resistencias

28 días

Sometido al Fuego

102


Tabla N° IV.20. Resistencia de Probetas Cúbicas de mortero de 100

kg/cm2

N° Carga

Máxima (ton)

A (cm2)

Carga Máxima Probeta

(Kg)

Resistencia Probeta (kg/cm2)


1 2.8 24.5 2800 114.29

100.185 2.152 25 2152 86.08

2 2.513 25 2513 100.52

104.26 2.7 25 2700 108

3 2.9 25 2900 116

114.92 2.846 25 2846 113.84

4 2.65 25 2650 106

103 2.45 24.5 2450 100

5 2.456 24 2456 102.33

103.985 2.641 25 2641 105.64

6 2.8 25 2800 112

110 2.7 25 2700 108

7 3.4 25 3400 136

129.305 3.004 24.5 3004 122.61

8 3 25 3000 120

118.98 2.89 24.5 2890 117.96

9 2.8 25 2800 112

108.2 2.61 25 2610 104.4

10 2.584 25 2584 103.36

107.695 2.635 23.52 2635 112.03

Resistencia promedio (kg/cm2) =

110.053



103


Gráfico N° IV.7.Resistencia de Probetas Cúbicas de mortero de

100 kg/ cm2


50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

0 2 4 6 8 10 12

Rc (K

g/cm

2)

Muestra

Resistencia de Probetas Cúbicas de

mortero de 100 kg/ cm2

Resistencia de Probetas Cúbicas de mortero de 100

kg/cm2

104


Tabla N° IV.21. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 1 cm.

N° Carga

Máxima (ton)

A (cm2) Resistencia

Probeta (kg/cm2)


1 37.67 201.062 187.36

191.91 39.5 201.062 196.46

2 35.49 201.062 176.51

175.715 35.17 201.062 174.92

3 37.725 201.062 187.63

181.735 35.355 201.062 175.84

4 39.53 201.062 196.61

185.17 34.93 201.062 173.73

5 36.005 201.062 179.07

186.295 38.91 201.062 193.52

6 35.075 201.062 174.45

178.14 36.56 201.062 181.83

7 36.525 201.062 181.66

170.235 31.93 201.062 158.81

8 35.11 201.062 174.62

180.715 37.56 201.062 186.81

9 40.556 201.062 201.71

180.805 32.15 201.062 159.9

10 39.55 201.062 196.71

199.765 40.78 201.062 202.82


183.0485



105


Gráfico N° IV.8. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de

1 cm.


150

155

160

165

170

175

180

185

190

195

200

205

210

0 5 10

Rc

(Kg/

cm²)

Muestra

Resistencia al Fuego de Probetas con Mortero de Cemento de 1 cm

Resistencia al fuego deProbetas con mortero decemento de 1 cm

106


Tabla N° IV.22. Resistencia al fuego de Probetas con mortero de 0,5 cm.

N° Carga

Máxima (ton)

A (cm2) Resistencia

Probeta (kg/cm2)


1 32.025 188.692 169.72

166.42 30.78 188.692 163.12

2 32.37 188.692 171.55

167.855 30.975 188.692 164.16

3 32.505 188.692 172.26

184.57 37.15 188.692 196.88

4 34.925 188.692 185.09

176.86 31.82 188.692 168.63

5 35.5 188.692 188.14

180.56 32.64 188.692 172.98

6 37.735 188.692 199.98

189.82 33.9 188.692 179.66

7 37.81 188.692 200.38

184.92 31.975 188.692 169.46

8 34.97 188.692 185.33

184.255 34.565 188.692 183.18

9 31.32 188.692 165.98

177.085 35.51 188.692 188.19

10 38.15 188.692 202.18

192.945 34.665 188.692 183.71


180.529



107


Gráfico N° IV.9.Resistencia al fuego de Probetas con mortero de

0,5 cm.


150

155

160

165

170

175

180

185

190

195

200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Rc

(Kg/

cm²)

Muestra

Resistencia al Fuego de Probetas con Mortero de Cemento de 0.5 cm

Resistencia al fuego deProbetas con mortero decemento de 0.5 cm

108


Tabla IV.23. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas

frisadas con 1 cm de Mortero.


N° Temperatura Cara inferior

(C°)

Temperatura Cara Superior

(C°)

1 180 63

186 65

2 180 48

184 39

3 185 35

188 36

4 180 37

175 39

5 180 35

182 38

6 175 60

180 38

7 182 40

183 33

8 181 45

187 37

9 180 35

188 37

10 189 36

183 34

Temperatura Promedio

(ºC) 182.4 41.5

Cara Inferior Cara Superior

109


Gráfico N° IV.10. Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de

las Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de Mortero.


140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Muestra

Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de las Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de

Mortero

Temperatura en laCara Inferior

110


Gráfico N° IV.11. Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de

las Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de Mortero.


10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Muestra

Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de las Probetas Cilíndricas frisadas con 1 cm de

Mortero.

Temperatura en laCara Superior

111


Tabla N° IV.24. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas

frisadas con 0.5 cm de Mortero.

N° Temperatura Cara inferior

(C°)


(C°)

1 198 30

193 35

2 195 33

205 32

3 206 40

200 39

4 200 41

192 35

5 192 34

220 33

6 202 41

192 31

7 198 36

192 34

8 198 29

199 36

9 190 32

201 42

10 207 37

205 31

Temperatura

Promedio

(ºC) 199.25 35.05


112



las Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de Mortero.


140

160

180

200

220

240

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Muestra

Temperaturas alcanzadas en la Cara Inferior de las Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de

Mortero

Temperatura en laCara Inferior

113



las Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de Mortero.


10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Muestra

Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de las Probetas Cilíndricas frisadas con 0.5 cm de

Mortero.

Temperatura en laCara Superior

114


Tabla N° IV. 25. Temperaturas alcanzadas por las Probetas Cilíndricas

Sometidas al Fuego

N° Temperatura Cara Inferior

(C°)


(C°)

1 220 44

188 39

2 190 44

210 39

3 195 36

204 50

4 206 41

200 35

5 200 36

192 33

6 192 41

220 38

7 202 36

192 34

8 189 37

192 36

9 194 32

199 42

10 190 38

200 35

Temperatura Promedio

(°C) 198.75 38.3


115



las Probetas Cilíndricas


140

160

180

200

220

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Muestra

Temperaturas en la Cara Inferior por las Probetas Cilíndricas .

Cara Inferior

116



las Probetas Cilíndricas


10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tem

pe

ratu

ra (

°C)

Muestra

Temperaturas alcanzadas en la Cara Superior de las Probetas Cilíndricas.

Cara Superior

117


IV.18. Análisis de los Resultados

Basándonos en la observación de las gráficas y tablas obtenidas del

estudio experimental, inferimos que:

Para la dispersión o variabilidad de los datos, es decir, la desviación

estándar asumida para el cálculo, se cumple con todos los casos obtenidos

en los ensayos, ya sea en condiciones normales o sometidos al fuego. Esto

se puede observar en el siguiente cuadro:

Tabla N° IV.26. Grado de control obtenido en las probetas de concreto

Resistencia del concreto (kg/cm

2)

Σasumida

(kg/cm2)

σensayo

(kg/cm2)

Condición

Resistencia Obtenida (kg/cm

2)

Temp. Superior Promedio

(ºC)

Temp. Inferior

Promedio (ºC)

210

35

14.713 Normal 226.78 - -

35

13.53 Sometido al

fuego 177.68 38.3 198.75

35 12.54

Con mortero

de espesor 1

cm sometidos

al fuego

183.04 41.5 182.4

35 12.68

Con mortero

de espesor 0.5

cm sometidos

al fuego

180.53 35.05 199.25


118


Con estos resultados se puede inferir que se obtuvo un control en el

concreto excelente.

De acuerdo a los resultados de las resistencias promedio de los

cilindros, se observa que la exposición al fuego influye de manera

determinante, ya que se obtiene lo siguiente:

Para los cilindros sometidos al fuego con resistencia de diseño de 210

kg/cm2, a los 28 días, disminuye su resistencia 49.09 kg/cm2, es decir un

21.6 % con respecto a los cilindros en condiciones normales.

Para los cilindros con mortero de 1 cm sometidos al fuego con

resistencia de diseño de 210 kg/cm2, a los 28 días, disminuye su resistencia

43.74 kg/cm2, es decir un 19.28 % con respecto a los cilindros en


Para los cilindros con mortero de 0.5 cm sometidos al fuego con

resistencia de diseño de 210 kg/cm2, a los 28 días, disminuye su resistencia

46.25 kg/cm2, es decir un 20.39 % con respecto a los cilindros en


Se comprueba que el mortero protege contra el fuego, ya que los

cilindros con mortero de 1 cm sometidos al fuego con resistencia de diseño

de 210 kg/cm2, a los 28 días, incrementaron su resistencia 5.3 kg/cm2, es

decir un 2.93 % con respecto a los cilindros sometidos al fuego.

Se evidencia que el mortero protege contra el fuego, ya que los

cilindros con mortero de 0.5 cm sometidos al fuego con resistencia de diseño

de 210 kg/cm2, a los 28 días, incrementaron su resistencia 2.84 kg/cm2, es

decir un 1.58% con respecto a los cilindros sometidos al fuego.

119


La mayor temperatura alcanzada por las probetas cilíndricas fue de

220 °C, tal como se observa en la tabla IV.25.

En cuanto a las probetas cúbicas de mortero se obtuvo una resistencia

promedio de 110.053 kg/cm2, con lo cual cumple con la resistencia de diseño

de 100kg/cm2.

Los ensayos realizados demostraron que el concreto tiene una baja

conductividad térmica, fundamentado en los siguientes resultados: La

temperatura superior promedio alcanzada por las probetas cilíndricas sin

mortero fue de 38.3 ºC mientras que las probetas cilíndricas expuestas al

fuego con mortero de espesor 0.5 cm fue de 35.05 º C, obteniendo de esta

manera una diferencia porcentual de 0.00325%.

La temperatura inferior promedio alcanzada por las probetas cilíndricas

sin mortero fue de 198.75 ºC mientras que las probetas cilíndricas expuestas

al fuego con mortero de espesor 0.5 cm fue de 199.25 ºC, obteniendo de

esta manera una diferencia porcentual de 0.005%.

La temperatura superior promedio alcanzada por las probetas

cilíndricas sin mortero fue de 38.3 ºC mientras que las probetas cilíndricas

expuestas al fuego con mortero de espesor 1 cm fue de 41.5 ºC, obteniendo

de esta manera una diferencia porcentual de 0.0032%.

La temperatura inferior promedio alcanzada por las probetas

cilíndricas sin mortero fue de 198.75 ºC mientras que las probetas cilíndricas

expuestas al fuego con mortero de espesor 1 cm fue de 182.4 ºC,

obteniendo de esta manera una diferencia porcentual de 0.16%.

Conclusiones y Recomendaciones

120

Capítulo V. Conclusiones y Recomendaciones

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

El concreto presentó buenas características de resistencia frente al

fuego, ya que fue capaz de resistir una temperatura de 220 °C disminuyendo

su resistencia en 49.09 kg/cm2 . Adicionalmente se comprobó el excelente

material que es el concreto, por la baja conductividad térmica que posee.

Se demostró que el mortero protege a la resistencia del concreto y si

este no lo tiene sufre un daño mayor. Los resultados obtenidos indicaron que

la resistencia de las probetas cilíndricas con mortero de 1 cm que estuvieron

expuestas a las acción del fuego, se incrementó en un 2.93% con respecto a

las probetas cilíndricas normalizadas sometidas al fuego. Además para las

probetas cilíndricas con mortero de 0.5 cm que fueron sometidas al fuego, la

resistencia de estas, se incrementó en un 1.58% con respecto a las probetas

cilíndricas normalizadas sometidas al fuego.

Por otra parte, se apreció que la diferencia entre las resistencia de las

probetas con mortero de 1 cm y 0.5 cm fue de 2.5 kg/ cm2, lo que indica que

el espesor de mortero influye en la protección al fuego.

121

Capítulo V. Conclusiones y Recomendaciones

Recomendaciones

La investigación realizada es un aporte al estudio del efecto del

mortero sobre la resistencia del concreto a compresión al someterlo al fuego,

por lo que se recomienda ampliar la investigación, ya que existen muchas

incógnitas todavía por estudiar como por ejemplo: Evaluación de daños a

distintas temperaturas, variando la intensidad y tiempo de exposición,

Propuestas de ensayos para evaluar los daños producidos en sitio, efecto de

otros morteros sobre la resistencia del concreto a compresión al someterlo al

fuego.

También es recomendable que el experimento se realice con un horno

industrial ya que éste puede exponer toda la superficie del cilindro y así se

podría obtener como varían los resultados cuando la probeta cilíndrica con

mortero es sometida en su totalidad al fuego.

122

Bibliografía

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Determinación de la Resistencia a la Compresión de Morteros en

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Gilberto J.(2008). MANUAL DEL CONCRETO ESTRUCTURAL.

Siderúrgica del Turbio S.A., Caracas, 2da Edición.

125

Bibliografía

125

Anexos

ANEXOS

Anexos

Equipos

Molde Tronco-cónico carretilla

Mezcladora de Concreto de Capacidad 35L Moldes Cilíndricos

Anexos

Reverbero Sujetador de cilindros

Termómetro Infrarrojo- pirómetro Termocupla de cromo-aluminio tipo K

Anexos

Bombona de Gas Moldes Cúbicos

Balanza Cedazos

Anexos

Materiales

Piedra Arena

Cemento Agua

Anexos

Ensayos

Elaboración de Mezcla de Concreto Asentamiento

Elaboración de Cilindros de Concreto Curado

Anexos

Compresión Colocación de Friso en Probetas Cilíndricas

Elaboración de Probetas Cubicas Cilindros Frisados

Anexos

Exposición de Probetas Cilíndricas Frisadas al Fuego Traslado de Probetas Cilíndricas

Probetas Cilíndricas Después de la Quema Toma de Temperatura de Probetas Cilíndricas

Anexos

Probetas Cubicas Choque Térmico

Curado de Probetas Cubicas Compresión de Probetas Cilíndricas

Anexos

Compresión de Probetas Cubicas Probetas Cilíndricas sin Friso Expuestas al Fuego

Probetas Cilíndricas después de la Exposición al Fuego Compresión de Probetas Cilíndricas sin Friso

universidad de carabobo facultad de ingenierÍa...

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