tesis con aditivos nexpray para construcción, Tesinas de Construcción

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DEDICATORIA

A mi madre, Adriana Blancas Echevarría y demás miembros de mi familia.

A mi asesor, Augusto García Corzo.

A mis amigos en general.

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INDICE PORTADA ............................................................................................................................................i ASESOR .............................................................................................................................................. ii DEDICATORIA ................................................................................................................................... iii INDICE ............................................................................................................................................... iv LISTA DE TABLAS ............................................................................................................................ vii LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................................ viii RESUMEN...........................................................................................................................................x ABSTRACT ........................................................................................................................................ xi INTRODUCCIÓN............................................................................................................................... xii CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 1 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................ 1 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .................................................................................... 3 PROBLEMA GENERAL ............................................................................................. 3 PROBLEMAS ESPECÍFICOS .................................................................................... 3 1.3. OBJETIVOS ....................................................................................................................... 4 OBJETIVO GENERAL................................................................................................ 4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................... 4 1.4. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN................................................................................ 4 HIPÓTESIS GENERAL .............................................................................................. 4 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS ....................................................................................... 4 1.5. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ....................................................................... 5 JUSTIFICACIÓN TEÓRICA ....................................................................................... 6 JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA ..................................................................................... 6 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO - CONCEPTUAL.......................................................................... 7 2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ..................................................................... 7 2.2. EL CONCRETO................................................................................................................ 12 CONCRETO HIDRÁULICO ...................................................................................... 12 CLASIFICACIÓN DEL CONCRETO ........................................................................ 13 COMPOSICIÓN DEL CONCRETO .......................................................................... 14 DISEÑO DE MEZCLA .............................................................................................. 15 CONCRETO ENDURECIDO .................................................................................... 15 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA DEL CONCRETO ................ 16 FACTORES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD DEL CONCRETO ....................... 20 2.3. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL CONCRETO ................................................. 20 2.4. POLÍMEROS .................................................................................................................... 22

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LISTA DE TABLAS Tabla 1: Clasificación del concreto según su resistencia a la compresión ...................................... 13 Tabla 2: Clasificación del concreto según su peso unitario. ............................................................ 14 Tabla 3: Principales Fuentes de Variación de la resistencia en compresión. ................................. 21 Tabla 4: Población bruta. ................................................................................................................. 80 Tabla 5: Población final. ................................................................................................................... 81 Tabla 6: Muestra – ensayo a compresión. ....................................................................................... 82 Tabla 7: Operacionalización de variables. ....................................................................................... 83 Tabla 8: Resistencia a la compresión en probetas sin recubrimiento de polímero. ........................ 85 Tabla 9: Consolidado - Resistencia a la compresión en probetas sin recubrimiento de polímero.. 86 Tabla 10: Dimensiones promedio de probetas de 15x30 cm sin recubrimiento de polímero. ......... 94 Tabla 11: Dimensiones promedio de probetas de 15x30 cm con recubrimiento a dos capas de polímero NexSpray. .......................................................................................................................... 95 Tabla 12: Dimensiones promedio de probetas de 15x30 cm con recubrimiento a cuatro capas de polímero NexSpray. .......................................................................................................................... 96 Tabla 13: Dimensiones promedio de probetas de 15x30 cm con recubrimiento a seis capas de polímero NexSpray. .......................................................................................................................... 97 Tabla 14: Resistencia a la compresión en probetas con recubrimiento a dos capas de polímero NexSpray. ......................................................................................................................................... 98 Tabla 15: Resistencia a la compresión en probetas con recubrimiento a cuatro capas de polímero NexSpray. ......................................................................................................................................... 99 Tabla 16: Resistencia a la compresión en probetas con recubrimiento a seis capas de polímero NexSpray. ....................................................................................................................................... 100 Tabla 17: Consolidado - Resistencia a la compresión en probetas con recubrimiento a dos capas de polímero NexSpray. ................................................................................................................... 101 Tabla 18: Consolidado - Resistencia a la compresión en probetas con recubrimiento a cuatro capas de polímero NexSpray. ........................................................................................................ 102 Tabla 19: Consolidado - Resistencia a la compresión en probetas con recubrimiento a seis capas de polímero NexSpray. ................................................................................................................... 103 Tabla 20: Prueba de normalidad de los resultados........................................................................ 107

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 - PRODUCCIÓN Y FORMULACIÓN - PROPIEDADES Y USO - ÁREAS DE APLICACIÓN......................................................................................... - REACCIÓN AL FUEGO - MATERIAS PRIMAS DE LOS POLÍMEROS............................................................ - RELLENOS, PIGMENTOS Y RETARDANTES AL FUEGO - TRATAMIENTO DE POLÍMEROS PARA SU USO - PRODUCTOS........................................................................................................................... MARCAS Y EMPRESAS QUE SE DEDICAN A LA ELABORACIÓN DE ESTOS 

• 2.5. NEXSPRAY - CARACTERÍSTICAS - PROPIEDADES - DESCRIPCIÓN DEL REACTOR - CONSIDERACIONES ESPECIALES
• 2.6. DIVERSOS TIPOS REFORZAMIENTOS USADOS EN EDIFICACIONES - DIFERENCIAS ENTRE REFUERZO Y REPARACIÓN - TIPOS DE REFUERZO - DISPOSICIONES PREVIAS A LA EJECUCIÓN DEL REFUERZO - TÉCNICAS DE REFUERZO EXISTENTES
• CAPÍTULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
  • 3.1. METODOLOGÍA EMPLEADA EN EL ESTUDIO - ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN - TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN - MÉTODO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN - POBLACIÓN Y MUESTRA
  • 3.2. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
  • 3.3. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN - ELABORACIÓN DE PROBETAS - APLICACIÓN DEL POLÍMERO NEXSPRAY - ENSAYO A COMPRESIÓN - ANÁLISIS DE RESULTADOS
  • 3.4. PARTE EXPERIMENTAL - ELABORACIÓN DE LAS PROBETAS DE CONCRETO - APLICACIÓN POLÍMERO NEXSPRAY - ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE PROBETAS
    • PROBETAS DE CONCRETO MEDIDA DEL TIEMPO DESDE LA FALLA HASTA EL COLAPSO TOTAL DE LAS
• CAPÍTULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS vi
  • 4.1. RESULTADOS DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAS PROBETAS............... - MEDICIÓN DE LAS DIMENSIONES
  • 4.2. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS - ENSAYO DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE - COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN
    • FALLA. COMPARACIÓN DEL TIEMPO QUE SE TARDA EN COLAPSAR DESPUÉS DE LA
      • CURVA CARGA VS TIEMPO
  • 4.3. FALLAS DE LAS PROBETAS ENSAYADAS - FALLA A COMPRESIÓN DE PROBETAS
  • 4.4. PRUEBA DE NORMALIDAD DE LOS DATOS
  • 4.5. VERIFICACIÓN DE HIPÓTESIS
• CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
  • 5.1. CONCLUSIONES
  • 5.2. RECOMENDACIONES
• REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍA
• Figura 35: Estado triaxial de tensiones en un refuerzo por confinamiento.
• Figura 36: Diseño descriptivo comparativo.
• Figura 37: Elaboración del concreto.
• Figura 38: Curado de probetas.
• Figura 39: Muestras extraídas de la poza y distribuidas para el recubrimiento.
• Figura 40: Muestras extraídas de la poza y distribuidas para el recubrimiento.
• Figura 41: Probetas concreto revestidas a dos capas con polímero NexSpray.
• Figura 42: Resistencia a compresión en probetas ensayadas.
• Figura 43: Resistencia a compresión en probetas ensayadas.
• Figura 44: Curva carga vs tiempo.
• Figura 45: Falla de probetas patrón y probetas revestidas con polímero NexSpray a dos capas.
• Figura 46: Falla de probetas revestidas con polímero NexSpray a cuatro y seis capas.
• Figura 47: Normalidad de los resultados de probetas sin recubrimiento.
• Figura 48: Normalidad de los resultados de probetas dos capas de recubrimiento.
• Figura 49: Normalidad de los resultados de probetas cuatro capas de recubrimiento.
• Figura 50: Normalidad de los resultados de probetas seis capas de recubrimiento.
• resistencia a compresión. Figura 51: Correlación de Pearson entre el número de capas y el porcentaje de variación de la
• capas de reforzamiento. Figura 52: Tendencia lineal de variación de la resistencia a la compresión respecto al número de
• variación de la resistencia del concreto endurecido Figura 53: Prueba Z para: Dos capas del polímero NexSpray como recubrimiento estructural y
• variación de la resistencia del concreto endurecido. Figura 54: Prueba Z para: Cuatro capas del polímero NexSpray como recubrimiento estructural y
• variación de la resistencia del concreto endurecido. Figura 55: Prueba Z para: Seis capas del polímero NexSpray como recubrimiento estructural y

x

RESUMEN

El presente trabajo de investigación tiene por finalidad dar a conocer a todos aquellos, que

día a día se involucran en el campo de la ingeniería civil la relación e incidencia en el

reforzamiento del concreto endurecido aplicando un recubrimiento de polímero NexSpray,

un polímero de los muchos que se utilizan en la construcción, conocidas desde hace años

en los países europeos, pero aún hoy en día no están muy difundidas en nuestro país.

La presente investigación se enmarca al estudio teórico-experimental respecto al

comportamiento de probetas de concreto, revestidos con el polímero NexSpray.

El análisis que se realiza considerando que las probetas se refuerzan gracias a la

resistencia que adiciona el polímero como revestimiento, generando un efecto de

confinamiento.

El objetivo es examinar la variación de la resistencia del concreto endurecido utilizando el

polímero NexSpray como reforzamiento estructural, con la finalidad de sacar conclusiones

de contrastes concebibles.

Los ensayos en probetas se realizaron en sección circular tal como indica la norma NTP

339.034, evaluando así la rotura a compresión; como resultado se obtuvo un incremento

hasta de 9.67% en la variación. De la resistencia a la compresión respecto a la muestra

patrón.

Palabras claves: Resistencia, Concreto Endurecido, Polímero, NexSpray,

Reforzamiento Estructural

xii

INTRODUCCIÓN

En estos últimos años, se ve el incremento de nuevos materiales en diversas aplicaciones

relacionadas con la construcción y la ingeniería civil, basándose exclusivamente en el

reemplazo del cemento portland como material conglomerante. Esta corriente está inscrita

en una más amplia, identificada con el desarrollo e innovación tecnológica y llamada

revolución de la ciencia de los materiales.

Los fundamentos de este suceso deben buscarlas en la actitud de arquitectos, ingenieros

y científicos que, a la vez que continúan trabajando con materiales en virtud de sus

propiedades conocidas, tratando de hacer que estos sean utilizados de la manera más

favorable según sus respuestas a los esfuerzos actuantes en la estructura.

Los materiales derivados de los polímeros, por su versatilidad, diversificación, ligereza, alto

rendimiento y proceso simplificado se acomodan muy bien a este nuevo planteamiento, por

lo que a partir de los años ochenta, la producción mundial de acero ha sido superada por

la producción de plásticos.

Para lograr el objetivo se desarrollaron 5 capítulos que se describen a continuación:

Capítulo I: El problema de investigación, en el cual se describen: el problema, los

objetivos planteados y la justificación de la investigación.

Capítulo II: Marco teórico, donde se presentan antecedentes de la investigación, la

revisión de la literatura sobre las variables y conceptos relacionados con la investigación.

Capítulo III: Metodología de la investigación, se muestra el tipo de investigación y la

metodología a seguir.

Capítulo IV: Resultados y discusión de los resultados, se presenta el procedimiento de

cálculo para llegar a los resultados y la discusión de los mismos.

Capítulo V: Conclusiones y recomendaciones.

CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En nuestro medio, el concreto es el material de construcción más utilizado. Siendo el motivo

por el cual los estudios realizados al concreto son cada vez más avanzados, presentándose

cada oportunidad, mejores diseños de mezcla para aumentar las propiedades mecánicas

que presenta. Sin embargo, sin importar lo bueno que sea el diseño de mezcla y las

características mecánicas resultantes de este, cuando el concreto termina de fraguar y

posterior a eso alcanza su máxima resistencia, es poco o nada lo que se puede hacer para

ayudar a mejorar las características mecánicas que presenta un elemento de concreto.

Por otro lado, en una estructura, las solicitudes estructurales no siempre serán las mismas

a las solicitudes contempladas en el diseño, pudiendo estas aumentar o disminuir, siendo

el aumento de las solicitudes de diseño (en un mayor porcentaje de los casos) el más

perjudicial para la estructura.

El aumento de las solicitudes estructurales puede darse por diversos motivos, los cuales

por lo general se dan por el aumento de la carga muerta y la sobrecarga estipulada para

determinada estructura. Podría darse también, que el factor de uso sufra una variación de

menor a mayor importancia y esto genere que al aplicar lo estipulado en la norma, el valor

de la cortante sísmica o del espectro de pseudoaceleración (sea el cálculo de manera

estática o dinámica) sea mayor.

Otro motivo por el que pueda resultar necesario el aumento de las solicitudes estructurales,

es un mal proceso constructivo. En caso la resistencia del concreto no sea la contemplada

en los cálculos estructurales, no se haya colocado la armadura correspondiente, entre otros

casos que pudieran presentarse.

Según deficiencia estructural: aumento de la capacidad a tracción, aumento de la

capacidad a corte, aumento de la capacidad a flexión, aumento de la capacidad a

compresión y mejorar condiciones de estabilidad.

Según forma de acción: refuerzos activos que actúan sobre solicitaciones actuales y futuras

y refuerzos pasivos que actúan solo para nuevas solicitaciones.

A pesar de la existencia de diversos métodos de reforzamiento estructural, son muy pocos

los capaces de aumentar las características mecánicas de los elementos de concreto, sin

la necesidad de realizar una modificación significativa en el sistema estructural ni en los

elementos que lo conforman.

Entre los pocos métodos capaces de aumentar las características mecánicas de los

elementos de concreto, tenemos la utilización de planchas metálicas, fibras de vidrio y los

derivados de la fibra de carbono (carbon fiber-reinforced polimer (CFRP), Carbon fiber-

reinforced plastics (CRP) y fiber reinforced polymer (FRP))).

Es debido a la necesidad de ampliar el abanico de opciones en reforzamiento en concreto

endurecido, que nace la presente investigación. Se pretende plantear una nueva alternativa

con la utilización del polímero NexSpray como una alternativa de reforzamiento estructural,

con la visión de aumentar la resistencia de los elementos de concreto endurecido,

ocasionando a la estructura la menor cantidad de cambios posibles.

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA PROBLEMA GENERAL

¿Cuál es la variación de la resistencia del concreto endurecido utilizando el polímero

NexSpray como reforzamiento estructural?

PROBLEMAS ESPECÍFICOS

• ¿Cuál es la variación de la resistencia del concreto endurecido utilizando un

recubrimiento de dos capas del polímero NexSpray como reforzamiento

estructural?

• ¿Cuál es la variación de la resistencia del concreto endurecido utilizando un

recubrimiento de cuatro capas del polímero NexSpray como reforzamiento

estructural?

• ¿Cuál es la variación de la resistencia del concreto endurecido utilizando un

recubrimiento de seis capas del polímero NexSpray como reforzamiento

estructural?

1.3. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL

Determinar la variación de la resistencia del concreto endurecido

utilizando el polímero NexSpray como reforzamiento estructural.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Determinar la variación de la resistencia del concreto endurecido utilizando

dos capas de recubrimiento del polímero NexSpray como reforzamiento

estructural.

 Determinar la variación de la resistencia del concreto endurecido utilizando

cuatro capas de recubrimiento del polímero NexSpray como reforzamiento

estructural.

 Determinar la variación de la resistencia del concreto endurecido utilizando

seis capas de recubrimiento del polímero NexSpray como reforzamiento

estructural.

1.4. HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN HIPÓTESIS GENERAL

Utilizando el polímero NexSpray como recubrimiento estructural, la resistencia del

concreto endurecido, aumenta de manera muy significativa.

HIPÓTESIS ESPECÍFICAS

• Utilizando dos capas del polímero NexSpray como recubrimiento estructural,

la resistencia a la compresión del concreto endurecido, aumenta en más de

un cinco por ciento.

El polímero NexSpray, brindará una nueva alternativa para la elaboración de proyectos

relacionados a reforzamiento estructural, permitiendo así al profesional estructuralista

responsable tener una mayor gama de posibilidades y de esta manera poder tomar la mejor

decisión según corresponda.

JUSTIFICACIÓN TEÓRICA

Con el desarrollo de la investigación, se logrará ampliar los mecanismos y métodos

de reforzamiento conocidos, la información obtenida servirá para desarrollar y

ampliar la teoría del mejoramiento estructural, se podrá conocer la variación de

ciertas propiedades mecánicas del concreto, además de servir como base para

futuros estudios relacionados con este tipo de recubrimiento.

JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA

Como bien sabemos, la demolición de una estructura para pasar a la construcción

es una nueva, es un proceso bastante costoso, la mejor manera de reducir estos

costos es realizando un reforzamiento estructural y que mejor manera de que sea

sin realizar modificaciones significativas a la estructura propiamente dicha.

En el Perú existe un gran número de edificaciones que requieren un reforzamiento

estructural, tanto para el estado como para las entidades privadas, obras que se

verían beneficiadas con el presente estudio, ya que brindaría una alternativa para

la realización de estos mejoramientos.

Una vez comprobadas las hipótesis planteadas en este estudio de investigación,

realizar el mejoramiento de una estructura, será un proceso muy sencillo, ya que

bastaría con realizar un análisis estructural utilizando las características mecánicas

que podría adquirir el concreto con el recubrimiento del polímero NexSpray, luego

verificar si las nuevas características adquiridas soportan con las condiciones de

carga necesarias según el requerimiento de la estructura.

De demostrarse la veracidad de las mejoras de las propiedades mecánicas del

concreto con la utilización de este producto, se podría utilizar como base para

desarrollar proyectos de gran envergadura, proyectos en los cuales se necesite

mejorar las características mecánicas del concreto, sin la necesidad de realizar

modificaciones a los elementos estructurales existentes.

CAPÍTULO II:

MARCO TEÓRICO - CONCEPTUAL

2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

Mejorar las solicitaciones estructurales de los inmuebles, es hoy en día una preocupación

primordial en nuestro medio.

Park R. y Paulay T. (1978). En el gráfico 2.1 de su libro “Estructuras de concreto reforzado”

muestran la variación de las curvas de esfuerzo-deformación para cilindros de concreto,

cargados a compresión uniaxial, en dicho gráfico se observa que mientras mayor es la

resistencia a la compresión del concreto, menor es la deformación admisible antes de la

falla. Con esto se llega a la conclusión que para obtener mejores datos acerca del aporte

de resistencia para fuerzas de compresión y tracción del polímero NexSpray en el concreto

endurecido, es necesario observar el comportamiento de diferentes esfuerzos máximos de

compresión.