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Un proyecto de investigación que busca analizar el rendimiento de tanques de almacenamiento de agua elevados construidos con concreto mezclado con fibras de polipropileno. El objetivo principal es determinar si la incorporación de estas fibras reduce el agrietamiento en los tanques, mejorando su resistencia y durabilidad. El documento explora los antecedentes del uso de fibras en el concreto, los beneficios de las fibras de polipropileno, las normas relevantes, las técnicas de validación y un marco referencial con investigaciones previas sobre el tema.
Tipo: Monografías, Ensayos
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Resumen ............................................................................................................................................. 3 I. Objetivos ................................................................................................................................. 4 Objetivo general:......................................................................................................................... 4 Objetivo particular:...................................................................................................................... 4 Hipótesis ......................................................................................................................................... 4 II. Justificación ........................................................................................................................... 4
1. Antecedentes ......................................................................................................................... 4 1. Marco teórico ............................................................................................................................ 6
I. Objetivos Objetivo general: Validar si el uso de fibras de polipropileno como agente para la reducción de agrietamiento en tanques de almacenamiento de agua elevados es efectivo y beneficioso. Objetivo particular: Comparar la durabilidad de tanques fabricados con el uso de fibras de polipropileno y tanques fabricados sin el uso de éstas. Observar el comportamiento de las fibras al estar en contacto con el agua tanto en proceso de mezclado como en tanques fabricados. Hipótesis Al agregar las fibras de polipropileno se comprueba la disminución de la cantidad de grietas. II. Justificación Una de las principales problemáticas del concreto es su tendencia a la fisuración debido a la retracción plástica, las tensiones internas por cambios de temperatura y la expansión o contracción de los materiales. Estas fisuras, aunque inicialmente pequeñas, pueden evolucionar en grietas mayores que comprometen la estructura. Esto es particularmente crítico en tanques de almacenamiento, donde las fisuras no solo debilitan la resistencia estructural, sino que también permiten la filtración de líquidos, lo que puede tener graves consecuencias económicas, ambientales y de seguridad. Se espera que las fibras aumenten la resistencia del concreto a ciclos de congelación y descongelación, abrasión, y a la corrosión, lo que es especialmente importante en tanques ubicados en climas extremos o expuestos a productos químicos. Esto aseguraría que la estructura tenga una vida útil prolongada, reduciendo así los costos de mantenimiento a largo plazo. Marco teórico
1. Antecedentes Se han tenido registros desde los tiempos de los antepasados sobre el uso de fibras vegetales en el barro, esto con el objetivo de brindar refuerzo a éste para tener un mejor desempeño en las construcciones. Desde entonces hasta la actualidad se ha estado trabajando
con fibras en el ámbito de la construcción, que es en la que se centra este trabajo, e incluso en otras áreas. Durante todo ese periodo de tiempo, las fibras han ido evolucionando en cuanto a sus características y también han surgido gran variedad de ellas; pasando por las naturales, artificiales y sintéticas. Pero no fua hasta la década de los años sesenta cuando el uso de las fibras aumento en cantidad para trabajos de construcción, empleándose entre los más destacables en pisos industriales de alto desempeño, pavimentos, concreto lanzado para estabilizar taludes, por mencionar algunos. El desempeño del concreto dependerá del tipo de fibras a utilizar, de los cuales se obtendrán resultados diferentes, tanto favorables como lo contrario. El uso de las fibras no siempre garantiza que el concreto mejore sus propiedades mecánicas (Campoy Bencomo et al., 2021). Dentro de lo que cabe para tanques de almacenamiento de agua, se clasifican en tres tipos dependiendo de su posición: enterrados, semienterrados y superficiales, C. R. Hilario & M. ALFONSO (2013; Díaz Pérez & Vega Aguilar, 2021). Cualquiera de éstos es vulnerable a fisurarse por cuestiones de la naturaleza del concreto y factores como el correcto curado. (Díaz Pérez & Vega Aguilar, 2021) mencionan en un análisis que la causa de las fisuras en el concreto en tanques de almacenamiento de agua reforzados con acero se debe a la corrosión del refuerzo, ya que la que la humedad logra llegar hasta éste. Con referente a las fibras, estas no presentan corrosión al estar expuestas a la humedad y son resistentes a los alcalinos por lo que es muy amigable con los morteros y mezclas de hormigón. Marco conceptual
1. Fibra sintética Las fibras sintéticas a diferencia de la que se obtienen de fuentes naturales son textiles creadas químicamente por los hombres en laboratorios o plantas de producción con compuestos derivados del petróleo, materias primas y diferentes tipos de polímeros (poliéster, polietileno, polipropileno o nylon). Las fibras sintéticas producidas para estar en contacto con el concreto deben de distribuirse aleatoriamente dentro del mismo, ofreciendo diversas ventajas como los son; resistencia a la humedad a largo plazo, aumento en la eficiencia de la obra, disminución de fisuras, menor riesgo de corrosión, durabilidad y la resistencia. disminución de permeabilidad. López Cruz, José Alberto (2014). 1.1 Fibra de polipropileno Es un material compuesto 100% virgen en forma de monofilamentos, consistente en fibras continuas y discontinuas de polipropileno ensambladas en una matriz plástica. La Fibra de Polipropileno actúa como un refuerzo secundario del concreto, que al mezclarse con el concreto evita al micro agrietamiento tridimensional del elemento colado. Gracias a lo cual se reducen los agrietamientos por contracción plástica en estado fresco y por temperatura en estado endurecido. (Usos de la Fibra de Polipropileno, s. f.) 1.1.1 Características de la Fibra de Polipropileno Este refuerzo de fibra sintética cuenta con algunas características que lo hacen el complemento ideal para obtener grandes ventajas, tales como: -Excelente relación costo / beneficio. -Reducción de la segregación.
-Tensiones estructurales. -Deformaciones. -Cambios de temperatura. -Asentamiento del concreto. -Movimiento térmico. -Factores ambientales. Deteriorando la durabilidad, apariencia o incluso dañando la integridad de la estructura a largo plazo implicando la reparación y prevención de ellas con distintas formas: Sellado de grietas. Inyección de resinas. Reparación de hormigón. Refuerzo estructural. 2.1 Causas Las grietas pueden formarse por diversos fatores como los cuales son Tensiones y deformaciones Movimiento y/o asentamientos de suelo Tensiones a cargas sucesivas Luvia, viento, corrosión. Expansión o contracción Composición y proceso de mezcla Dando lugar a las grietas dañando las columnas, muros, losas siendo un daño significativo en la estructura, reduciendo la vida útil, presentando un riesgo para la seguridad de la estructura. 2.2 Consecuencias El agrietamiento puede afectar negativamente la apariencia estética de una construcción, lo que es especialmente relevante en edificios y estructuras de alto valor visual. Es de suma importancia destacar las consecuencias que existen debido al agrietamiento por su magnitud y ubicación. La detección de estas a corto plazo es esencial para minimizar los daños a la estructura. Ya que los daños son distinta índole Debilitan la estructura Problemas de infiltración Perder valor monetario Costo de reparación elevado Riesgo a la salud Infiltración de agua Daño estético Perdida de eficiencia en la estructura
Comprometen la capacidad de carga 2.3 Reparación La reparación del agrietamiento en construcciones es un proceso importante para restaurar la integridad estructural y evitar daños adicionales. Los métodos de reparación varían según la gravedad y la causa del agrietamiento. Aquí tienes algunos métodos comunes de reparación de agrietamiento: Sellado de Grietas Inyección de Resinas Reparación de Hormigón Refuerzo Estructural Juntas de Expansión o Control Corrección de Causas Subyacentes Impermeabilización Seguimiento y Mantenimiento Continuo Es importante destacar que la elección del método de reparación depende de la gravedad del agrietamiento, el tipo de estructura y los materiales involucrados. En muchos casos, es recomendable contar con la asistencia de ingenieros estructurales o profesionales de la construcción con experiencia en reparación de grietas para evaluar la situación y determinar el enfoque más adecuado. La reparación oportuna y adecuada es esencial para garantizar la durabilidad y la seguridad de las construcciones.
3. Concreto Como elemento constitutivo a esta investigación tenemos el concreto, el cual es una combinación de cemento Pórtland, agregados pétreos, agua y en ocasiones aditivos, para formar una mezcla moldeable que al endurecerse forma un elemento rígido y resistente (Normativa para la Infraestructura del Transporte, 2004) 3.1. Normas Como primera instancia se hablará de la norma técnica que contienen las características de calidad del concreto, donde también se hará mención de algunas otras normas que la respaldan. El concreto se divide en dos clases (Normativa para la Infraestructura del Transporte, 2004) Clase Concreto cuya masa volumétrica mientras se encuentra en estado fresco, queda entre dos mil doscientos (2200) y dos mil cuatrocientos kilogramos por metro cúbico, esto queda
4. Propiedades y características 4.1 Revenimiento El revenimiento es una de las pruebas iniciales aplicada al concreto en su estado fresco, esto prueba queda regida por el Manual M·MMP·2·02·056 (Normativa para la Infraestructura del Transporte, 2004). 4.2 Resistencia Se dice que el concreto alcanzará su resistencia tanto a la compresión como a la tensión a los veintiocho días de edad. En esencia, los componentes que conforman al concreto son el cemento Pórtland, agregados pétreos, agua y en ocasiones aditivos (Normativa para la Infraestructura del Transporte, 2004). 5. Tanques de almacenamiento de agua 5 .1. Tipos Tanques elevados: Estos tanques se construyen sobre el suelo y pueden ser soportados por estructuras de concreto, acero o madera. Son visibles y se utilizan en muchas áreas para proporcionar presión de agua a gravedad. Figura 1. Tanque de concreto para almacenamiento de agua. Web, R. (2023, 19 abril). Tanques subterráneos: Estos tanques se ubican bajo tierra y son ideales cuando se desea un almacenamiento discreto o cuando no hay espacio en la superficie. Son comunes en sistemas de agua potable.
Figura 2. Dimensionamiento y diseño de tanque subterráneo en concreto armado. Muñoz, I. (2018, 19 marzo). Tanques cilíndricos: Estos tanques tienen una forma cilíndrica y pueden ser elevados o subterráneos. Son versátiles y se utilizan en una variedad de aplicaciones. Figura 3. Colector de agua de ferro cemento (SEDEPAC,2021). Tanques rectangulares: Estos tanques tienen una forma rectangular y son adecuados para áreas con espacio limitado. A menudo se utilizan en aplicaciones industriales o comerciales. (Comisión Nacional del Agua (México). Subdirección General de Agua Potable, 2007) Figura 4. Tanque de torre de agua rectangular-cuadrada de hormigón. (Utachkul, U. s. f.) 5 .2. Usos
Se procede a trabajar con los especímenes para obtener datos que ayudaran en el análisis e interpretación de los resultados. Resultados y análisis Es la parte final en donde después de registrados los datos y observaciones se procede hacer una comparación en los comportamientos, efectos y cambios que presentan los especímenes para poder presentar los resultados obtenidos. Marco Referencial En el año 2017 en la Universidad de CESAR VALLEJO se realizó una investigación de la fibra de polipropileno en un concreto f´c 280 kg/cm2, la fibra tiene como propósito el refuerzo secundario del concreto en el cual cuando de se mezcla reduce los agrietamientos que se producen en los estados endurecidos, se realizaron pruebas en 36 testigos de concreto en lo cual 8 de ellos tuvieron una resistencia a las pruebas que se le realizaron a cada uno de ellos, la conclusión a la que se llegó en la investigación fue que la fibra de polipropileno influye en la compresión del concreto. En la Universidad Privada del Norte se llevó a cabo una investigación de la resistencia a compresión del concreto con fibra de polipropileno, de vidrio y ajugas verdes de pino en proporciones de 3%, 6%, y 10%, en la cual de elaboraron probetas de concreto con la fibra y uno sin las fibras. Los resultados que obtuvieron fue que la resistencia del concreto con fibras de polipropileno fue de 63.007 kg/cm2, con la fibra de vidrio la resistencia promedio de fue de 103. kg/cm2 y de agujas verdes de pino 28.991 kg/cm2 a los 28 días. A principios de 1986 la WEBSTER ENGINEERING ASSOCIATES, Inició una investigación relativa a la efectividad de las fibras de polipropileno en la corrosión del acero de refuerzo del concreto. A mediados de los años 80, hasta nuestros días se han desarrollado muchos tipos de fibras nuevas y técnicas de producción, lo cual a permitido que los investigadores en mejorar la fuerza y resistencia del material, de igual manera incrementar la concentración de la fibra y perder ser útil en diferentes campos.
La incapacidad, tanto practica como económica de producir un concreto con alta concentración de fibra. Desvío del interés de los investigadores en mejorar la resistencia del material antes de su primera ruptura, concentrándose así las investigaciones en el comportamiento posterior a la ruptura. Pruebas realizadas en Webster Enginnering Asociates , Inc., han demostrado que la adición de la adición de fibras de polipropileno al concreto en estado plástico aumenta sustancialmente la resistencia del concreto al agrietamiento por contracción, asentamiento plástico y vibraciones a edades tempranas. La adición de 900 g por m3 de fibras de polipropileno de 3/4 (19 mm) al concreto incrementan la capacidad contra el agrietamiento en el estado plástico, así como en el estado endurecido edades posteriores. Como resultado de las pruebas realizadas por diferentes laboratorios hemos visto que la adición de fibras reduce el porcentaje de los iones de cloruro, de forma que retarda la corrosión de las barras de refuerzo. Esas pruebas indican que las barras de refuerzo en el concreto reforzado con fibras de polipropileno requieren el doble de tiempo para que se inicia la corrosión, en comparación con las barras en el concreto sin fibras. Un aumento en la calidad de fibras al concreto mejorara casi en la misma proporción las características de permeabilidad del concreto. Los factores que determinan el papel de las fibras de matrices de cemento son: la rigidez matriz-fibra. Esto muestra que existen mecanismos de control de grietas y ecuaciones de espaciamiento geométrico que nos explican adecuadamente el comportamiento del concreto reforzado con fibras de acero. Metodología Elaboración de probetas a escala. (Validación del uso de fibra sintética a base de polímeros). Se realizará 10 probetas a escala.
10.- Validar y comprobar que si al utilizar fibra sintética disminuye el agrietamiento en los tanques de almacenamiento de agua. Anexos Cronograma de actividades o Grafico Grantt. Cronograma de actividades con duracion a semanas Actividad Meses SemanasSemana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Semana 5 Semana 6 Semana 7 Semana 8 Semana 9 Se realiza un molde de un tanque de almacenamiento de agua a escala Se realizarán probetas de acuerdo a la norma (N-N-CMT MT- 2-02-005,2004) en el cual es una combinación de cemento Pórtland, agregadoa pétreos y agua. No se utilizarán fibras sintéticas por ahora. Se graficarán los porcentajes de agrietamiento obtenidos utilizando Excel Enero Se realizará otra probeta de concreto modificado con fibras sintéticas y acorde a ello se repetirán los pasos anteriores para obtener 5 probetas iguales a las anteriores Ya obtenidas las 10 probetas, se les anexará agua a cada probeta y se dejará reposar por 28 días. Verificar cuál de las probetas tiene menor porcentaje de agrietamiento Validar y comprobar que al utilizar fibra sintética disminuye el agrietamiento en los tanques de almacenamiento de agua. Noviembre Diciembre Después de la realización del concretose vaciará al molde ya fabricado. Se someterá a calor en un horno para tener un secado rápido dentro de 24 h a 110 grados centígrados. Se realizará 4 veces el procedimiento antes mencionado para obtener 5 probetas, las cuales son de concreto tradicional. Después de obtener 5 probetas de almacenamiento de agua se dejarán reposar en algún lugar en concdiciones adecuadas para seguir con el experimento. Tabla 1. Bitácora para laboratorio USUARIO : Fecha y Hora: RESPONSABLE DE LABORATORIO : EQUIPOS Y INSUMOS A UTILIZAR
Tabla 2. Desglose financiero PRO YEC TO Elaboracion de tanque de almacenamiento de agua de concreto con mezcla de fibra sintetica 600 GR de la marca sika a escala Encargados : Isaac Gonzalez Sanchez pablo Evangelizta Martrinez Giovani Sanchez Benito, Maetze Pascal Concepto Unidad Precio Unitario Cantidad Total A Utilizacion de placa de acero de 30x cm para colocar como base M
Enmallado de acero con varilla corrugada de 3/
Articulos Utilizados para investigacion como apoyo pz
Costo total $39,278. A Salario del investigador hr $21.
Referencias (Baca Uscamayta et al., s/f; Campoy Bencomo et al., 2021; Díaz Pérez & Vega Aguilar, 2021; Javier- Mendoza et al., s/f; Lerch et al., 2018; S. Zainal et al., 2023; Wang et al., 2023) Arbelaez-Perez, O. F., Venites-Mosquera, J. F., Córdoba-Palacios, Y. M., & Mena-Ramírez, K. P. (2020). Propiedades mecánicas de concretos modificados con plástico marino reciclado en reemplazo de los agregados finos. Revista Politécnica , 16 (31), 77–84. https://doi.org/10.33571/rpolitec.v16n31a Baca Uscamayta, B., Eduardo Bach Vela Cáceres, C., Fernando, L., & Víctor Chacón Sánchez, I. (s/f). Facultad de Ingenieria y Arquitectura. Campoy Bencomo, N. A., Chavez Alegria, O., Rojas González, E., Gaxiola Camacho, J. R., Millán Almaraz, J. R., & de la Rosa Hernández, D. (2021). Análisis esfuerzo-deformación de concreto reforzado con
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