modelo estructural no industrial para el ensayo de
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MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ESNAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO by INFANTE GODOY, JEAN CARLOS is licensed under a
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
FACULTAD DE INGENERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
Línea de Investigación: Control De Calidad
Tema: Materiales y Ensayos
MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL
CONCRETO.
Abril, 2016
Proyecto de Trabajo de Grado para
optar por el Título de Ingeniero Civil,
presentado por:
Br. Infante Godoy, Jean Carlos
C.I.: 19.286.882
Tutor:
Ing. Camacho, Nelson
C.I.: 3.567.451
CIV: 23297
ii
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
FACULTAD DE INGENERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL
CONCRETO.
Evaluador Técnico Evaluador de Investigación
_________________________ __________________________
Nombre y Apellido Nombre y Apellido
__________________________ __________________________
Cedula de Identidad Cedula de Identidad
__________________________ __________________________
Firma Firma
iii
DEDICATORIA
Dedico el presente trabajo principalmente a Dios, seguido de esos seres
maravillosos a los que llamo Padres, Juan Infante y Nelly Godoy que me han
brindado todo su apoyo incondicional para alcanzar mis metas, como
también a mi hermana Josselin Infante y a miembros de mi familia que
apostaron y creyeron en mí.
iv
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Dios por el don de la vida, por darme salud para estudiar esta
carrera y lograr una más de mis metas.
A Dios nuevamente por poner en mi camino a los padres y la hermana que
tengo, los cuales han sido pilares fundamentales en esta etapa de mi vida.
A todos los profesores, en especial a la profesora Gladys por su apoyo desde
mis primeros pasos y a lo largo de esta carrera, al profesor Jorge Benítez y al
Profesor Nelson Camacho por aceptar la tutoría de este trabajo de grado.
Los cuales más que profesores los considero como amigos y futuros colegas.
A mis compañeros de clases y Universidad que estuvieron presente y
dispuestos a ayudarme cuando los necesite.
A todas las personas que de alguna manera u otra han contribuido con su
granito de arena, aportando conocimientos para llegar a donde he llegado.
Agradecidos con todos los que de una manera u otra aportaron ayuda para la
culminación de esta meta, ser Ingeniero Civil.
v
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
MODELO ESTRUCTURAL NO INDUSTRIAL PARA EL ENSAYO DE
RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO.
Autor: Infante, Jean C.
CI: 19.286.882
Tutor: Ing. Nelson Camacho
Año 2016
RESUMEN
Esta investigación se basa en buscar una solución al tema del poco espacio
con el que cuenta el laboratorio de Ingeniería Civil de la Universidad Nueva
Esparta, específicamente por las grandes dimensiones de algunos equipos,
en especial uno para la elaboración de ensayos a flexión. El fin de esta
investigación es realizar un modelo estructural no industrial para el ensayo
de resistencia a la flexión del concreto con unas dimensiones adecuadas al
espacio de dicho laboratorio de ingeniería, guiados de las Normas
Venezolanas Covenin buscando que sea innovador este proyecto.
Es por esto que esta investigación propone analizar el comportamiento entre
un modelo industrial convencional (Máquina Universal), con un modelo no
industrial cumpliendo con parámetros de las Normas Venezolanas Covenin.
Para verificar el comportamiento del modelo no industrial, fue necesario
hacer pruebas experimentales una vez construido el mismo. Arrojando
resultados que se compararían con resultados obtenidos de ensayos de la
vi
Máquina Universal del Instituto de Materiales y Modelos Estructurales (IMME)
en conjunto con los Laboratorios del Metro y ver qué tan preciso puede llegar
a ser este.
vii
BOLIVARIAN REPUBLIC OF VENEZUELA
NEW SPARTA UNIVERSITY
FACULTY OF ENGINEERING
SCHOOL OF CIVIL ENGINEERING
NON–INDUSTRIAL STRUCTURAL MODEL FOR TESTING RESISTANCE
TO BENDING OF CONCRETE.
Author: Infante, Jean C.
CI: 19.286.882
Tutor: Nelson Camacho
Year: 2016
SUMMARY
This investigation is based on finding a solution to the issue of the little space
that has the laboratory of Civil Engineering, University of Nueva Esparta,
specifically by the large size of some teams, especially one for bending test
development. The purpose of this research is to perform a non-industrial
structural model for testing flexural strength of concrete with adequate space
for the laboratory engineering dimensions, guided Venezuelan Standards
Covenin looking to be innovative project.
That is why this investigation aims to analyze the behavior between a
conventional industrial model (Universal Machine) with a non-industrial model
or as it were a mechanical and not hydraulic model, fulfilling parameters
Venezuelan Standards Covenin.
To verify the behavior of non-industrial model, experimental tests were
necessary once built the same. Yielding results would be compared with
results obtained from tests on the Universal Machine Institute of Materials and
viii
Structural Model (IMME) in bodily with Underground Laboratories and see
how pinpoint can became the results.
ix
ÍNDICE GENERAL
AGRADECIMIENTOS ..................................................................................... iv
RESUMEN ...................................................................................................... v
ÍNDICE GENERAL .......................................................................................... ix
INTRODUCCIÓN ........................................................................................... xv
CAPÍTULO I: PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN ...................................... 1
1.1 Planteamiento del Problema ..................................................................... 2
1.2 Formulación del Problema ........................................................................ 3
1.3 Justificación de la Investigación ................................................................ 3
1.4.1 Objetivo General .................................................................................... 4
1.4.2 Objetivos Específicos......................................................................... 4
1.5 Delimitaciones de la Investigación ............................................................ 6
1.5.1 Delimitación temática ............................................................................. 6
1.5.2 Delimitación Geográfica ......................................................................... 6
1.5.3 Delimitación Temporal ........................................................................... 6
1.6 Limitaciones .............................................................................................. 7
1.7 Cronograma de Actividades ...................................................................... 8
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ................................................................ 10
2.1 Antecedentes .......................................................................................... 11
2.2 Bases Teóricas ....................................................................................... 18
2.2.1 Concreto .............................................................................................. 18
2.2.2 Principales Características del Concreto ............................................. 19
2.2.3 Tipos de Concreto ................................................................................ 19
2.2.4.1 Mezclado del Concreto ..................................................................... 20
2.2.4.2 Reología ............................................................................................ 21
2.2.4.2.1 Fluidez ........................................................................................... 22
2.2.4.2.2 Compactibilidad ............................................................................. 22
2.2.4.2.3 Estabilidad a la Segregación .......................................................... 22
2.2.4.3 Trabajabilidad ................................................................................... 22
2.2.4.4 Retracción del Concreto.................................................................... 24
x
2.2.5 Características del Concreto Endurecido ............................................. 24
2.2.5.1 Curado del Concreto ......................................................................... 24
2.2.5.2 Velocidad de Secado del Concreto ................................................... 25
2.2.5.3 Resistencia del Concreto .................................................................. 25
2.2.5.3.1 Resistencia a la Compresión ......................................................... 25
2.2.5.3.2 Resistencia a la Flexión ................................................................. 26
2.2.6 Masa Volumétrica ................................................................................ 26
2.2.7 Permeabilidad ...................................................................................... 27
2.2.8 Máquina Universal ............................................................................... 28
2.2.8.1 Principio de Operación ...................................................................... 29
2.2.8.2 Definición de Esfuerzo y Deformación .............................................. 30
2.2.8.2.1 Esfuerzo ......................................................................................... 30
2.2.8.2.2 Deformación Unitaria ..................................................................... 31
2.2.8.3 Diagrama de esfuerzo - Deformación Unitaria .................................. 31
2.2.8.3.1 Ley de Hooke ................................................................................. 32
2.2.8.4 Ensayo de Tracción .......................................................................... 34
2.2.8.5 Ensayo de Compresión ..................................................................... 35
2.2.8.6 Ensayo de Corte Directo ................................................................... 36
2.2.8.7 Ensayo de Flexión ............................................................................ 37
2.2.8.7.1 Sistema Isostático .......................................................................... 39
2.2.8.7.2 Sistema Hiperestático .................................................................... 39
2.2.8.7.3 Módulo de Rotura .......................................................................... 41
2.3 Cuadro de Variables ............................................................................... 43
2.4 Terminología Básica ............................................................................... 44
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO .................................................. 46
3.1 Tipo de Investigación .............................................................................. 47
3.2 Nivel de Investigación ............................................................................. 47
3.3 Diseño de Investigación .......................................................................... 48
3.4 Población y Muestra ............................................................................... 48
3.5 Técnicas e Instrumentos de recolección de datos .................................. 49
xi
CAPÍTULO IV: PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ........... 50
4.1 Introducción ............................................................................................ 51
4.2 Materiales ............................................................................................... 51
4.2.1 Perfiles Angulares ................................................................................ 52
4.2.2 Gato Hidráulico de Botella ................................................................... 53
4.2.3 Plancha y Barra Metálica Lisa .............................................................. 54
4.2.4 Perfil H o Viga Doble T......................................................................... 55
4.2.5 Electrodos y Anticorrosivos .................................................................. 55
4.2.6 Materiales Para la Elaboración de las Viguetas ................................... 56
4.3 Procedimientos ....................................................................................... 58
4.3.1 Máquina y dispositivos ......................................................................... 59
4.3.2 Construcción del Modelo no Industrial ................................................. 63
4.3.2.1 Cálculo de la Escala del Manómetro que se debe usar en el Modelo
no Industrial .................................................................................................. 65
4.3.3 Elaboración de las Viguetas a Ensayar ............................................... 67
4.3.4 Ensayos a Compresión y a Flexión ...................................................... 70
4.4 Recomendaciones de Uso ...................................................................... 73
4.5 Resultados .............................................................................................. 74
4.5.1 Planilla de Resultados Entregada por el Laboratorio del Metro. .......... 74
4.5.2 Resultados Obtenidos del Modelo no Industrial. .................................. 76
4.5.3 Desviación Estándar de los Ensayos ................................................... 82
CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................... 89
5.1 Conclusiones .......................................................................................... 90
5.2 Recomendaciones .................................................................................. 91
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 92
ANEXOS ....................................................................................................... 95
xii
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Mezclado del Concreto ............................................................. 21
Ilustración 2 Cono de Abrams ....................................................................... 23
Ilustración 3 Representación gráfica de la Máquina Universal ..................... 28
Ilustración 4 Esquema general de las partes de la Máquina Universal ......... 30
Ilustración 5 Diagrama esfuerzo-deformación de materiales dúctiles en
tensión (Materiales Metálicos). ..................................................................... 32
Ilustración 6 Esquema gráfico del ensayo de Tracción ................................. 35
Ilustración 7 Esquema grafico de un ensayo de compresión de una probeta
cilíndrica de hormigón. .................................................................................. 36
Ilustración 8 Esquema grafico del ensayo de Corte directo o Corte transversal
a una muestra de suelo. ............................................................................... 37
Ilustración 9 Esquema grafico de un ensayo a flexión aplicando la carga en
los puntos tercios. ......................................................................................... 38
Ilustración 10 Esquema representativo de un sistema isostático para el
ensayo de flexión. ......................................................................................... 39
Ilustración 11 Esquema representativo de un sistema Hiperéstatico para el
ensayo de flexión. ......................................................................................... 40
Ilustración 12 Esquema de la aplicación de cargas y sus fórmulas
respectivamente ............................................................................................ 42
Ilustración 13 Perfil Angular .......................................................................... 52
Ilustración 14 Gato Hidráulico de Botella ...................................................... 53
Ilustración 15 Plancha Metálica .................................................................... 54
Ilustración 16 Barra Metálica Lisa ................................................................. 54
Ilustración 17 Viga Doble T ........................................................................... 55
Ilustración 18 Electrodos ............................................................................... 56
Ilustración 19 Anticorrosivo (fondo de herrería) ............................................ 56
Ilustración 20 Cemento ................................................................................. 57
Ilustración 21 Arena Lavada en Bolsa .......................................................... 57
Ilustración 22 Piedra Picada ......................................................................... 58
Ilustración 23 Instalaciones del IMME ........................................................... 59
xiii
Ilustración 24 Esquema del Dispositivos para Ensayos a Flexión en Vigas . 60
Ilustración 25 Máquina Universal .................................................................. 61
Ilustración 26 Dispositivo de Soporte de la Vigueta ...................................... 61
Ilustración 27 Dispositivo de Aplicación de Carga o Cabezal ...................... 62
Ilustración 28 Molde de Viguetas .................................................................. 62
Ilustración 29 Adaptación del Manómetro al Gato Hidráulico de Botella ....... 64
Ilustración 30 Manómetro a utilizar en el Modelo no Industrial ..................... 66
Ilustración 31 Modelo no Industrial Finalizado .............................................. 66
Ilustración 32 Preparación de la Mezcla ....................................................... 67
Ilustración 33 Preparación de las Vigas ........................................................ 68
Ilustración 34 Vigas en sus Moldes ............................................................... 69
Ilustración 35 Curado de Vigas ..................................................................... 70
Ilustración 36 Cilindro a Compresión ............................................................ 71
Ilustración 37 Viga a Tracción en la Máquina Universal ............................... 72
Ilustración 38 Viga a Tracción en el Modelo no Industrial ............................. 72
Ilustración 39 Determinación del Diámetro del Pistón través de un Bernier. 76
Ilustración 40 Captura del video en el momento que marca el manómetro
antes de romper la viga. ............................................................................... 80
Ilustración 41 Captura del video en el momento que marca el manómetro
antes de romper la viga. ............................................................................... 80
Ilustración 42 Tabla XIV.3 Del Manual de Concreto Estructural. Factor del
rango ponderado. .......................................................................................... 84
Ilustración 43 Tabla XIV.7 Del Manual de Concreto Estructural. Desviación
Estándar de los Ensayos. ............................................................................. 84
xiv
ÍNDICE DE FÓRMULAS
Ecuación 1. Fórmula de Esfuerzo. ................................................................ 30
Ecuación 2. Fórmula de Deformación. .......................................................... 41
Ecuación 3. Fórmula de la Media Aritmética. ................................................ 82
Ecuación 4. Fórmula Desviación Estándar. .................................................. 82
Ecuación 5. Fórmula para calcular el Rango. ............................................... 83
Ecuación 6. Fórmula Rango Ponderado. ...................................................... 83
Ecuación 7. Fórmula del Coeficiente de Variación. ....................................... 83
Ecuación 8. Fórmula de la Desviación Estándar de los Ensayos. ................ 84
xv
INTRODUCCIÓN
En la actualidad el concreto sigue siendo el material más utilizado por el
hombre en el área de la construcción a pesar de lo que se ha evolucionado
en esta área. El concreto es usado en cualquier tipo de obra civil, desde las
más básicas hasta las de mayor envergadura; su importancia en el área
constructiva radica en las características físicas que este puede llegar a
poseer, permitiendo a las construcciones grandes resistencias al soportar
cargas considerables sometidas a compresión como también a flexión, en el
caso de las vigas.
Considerando al concreto como el material de construcción más utilizado en
obras civiles, resulta sumamente importante estudiar la resistencia del mismo
a la hora de construir, de manera de garantizar la seguridad de la estructura.
Tanto la resistencia a la compresión como a la flexión del concreto se
determina a través de ensayos experimentales en equipos especializados
para la elaboración de los mismos. Además de las vigas los pavimentos
rígidos trabajan principalmente a flexión y su resistencia considerada
trabajando a flexión se le conoce como módulo de rotura.
El presente trabajo tiene como objetivo diseñar un modelo estructural no
industrial para el ensayo de resistencia a la flexión del concreto, basándose
en el diseño y comportamiento de La Máquina Universal. Cuyo modelo no
industrial una vez finalizado quedará como donativo al laboratorio de
ingeniería civil de la Universidad Nueva Esparta (UNE) para futuras
generaciones.
La siguiente investigación, está constituida por cinco capítulos, tal como se
señala a continuación:
Capítulo I EL PROBLEMA. Se indaga sobre las circunstancias que lo
genera, asimismo la situación actual, se plantean objetivos que se aspiran
alcanzar, se justifica la realización de la investigación, se delimita en términos
xvi
de área geográfica donde se va a realizarse. Finalmente se describen las
limitaciones en el desarrollo del proyecto de grado.
Capitulo II MARCO TEÓRICO. En este capítulo se contemplan aspectos
como son: antecedentes, bases teóricas, sistemas de variables y por último
la terminología básica.
Capitulo III MARCO METODOLÓGICO. Se detalla el tipo de investigación,
determinando los materiales y ensayos a realizar, las técnicas e instrumentos
de recolección de datos, el desarrollo experimental y el procedimiento para
ejecutar la investigación.
Capítulo IV ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. Se analizan todos los
parámetros estadísticos necesarios para este trabajo de grado, analizando
cada uno de los resultados obtenidos mediante ensayos realizados en
laboratorios, mostrando así como estos varían unos de otros, valores
obtenidos de una maquina universal convencional y este modelo no
industrial.
Capítulo V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Proyecto.
1
CAPÍTULO I: PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN
2
1.1 Planteamiento del Problema
La Universidad Nueva Esparta (UNE) ubicada en la Urb. los Naranjos,
Municipio El Hatillo, Edo Miranda actualmente tiene una desventaja en el
área de ensayos con fines prácticos para la enseñanza, como es la carencia
de un buen laboratorio de Ingeniería Civil debido al reducido lugar donde se
encuentra, lo cual no cuenta con todo tipo de equipos y materiales para la
elaboración de prácticas o ensayos que algunas materias de dicha carrera lo
ameritan a veces, ya que algunos de los equipos son muy grandes o
espaciosos.
En tal sentido surge como una iniciativa innovadora tanto de la universidad,
algunos Profesores relacionados al área de Ingeniería Civil como del
investigador realizar este Modelo Estructural no Industrial para el Ensayo
a la Flexión del Concreto, ya que este equipo sería de gran utilidad en
dicho laboratorio, según basándose en las normas Venezolanas Covenin
(“norma venezolana concreto. Determinación resistencia a la flexión en vigas
simplemente apoyadas. Cargas en los extremos del tercio central 342(R)” y
“norma venezolana concreto. Determinación resistencia a la flexión en vigas
simplemente apoyadas. Cargas en el centro del tramo 343(R)”) en la cual
define en ellas, las especificaciones que debería llevar el equipo en cuestión
para la realización de dichos ensayos, lo cual podría elaborarse no tan
grande debido a que solo será un modelo no industrial (se consideraría como
un modelo didáctico). También se observaran algunas relaciones de las
normas ASTM C78 (cargada en los puntos tercios) o ASTM C293 (cargada
en el punto medio) y de este modo suplir la falta de algunos de los equipos
indispensables para los ensayos en el área de Ingeniería Civil.
La situación descrita implica la necesidad de una investigación para
determinar el comportamiento y resultados en equipos industriales, este
ensayo será el primer paso de investigación para la elaboración de dicho
modelo no industrial, una vez ya elaborado, se empezarían a hacer pruebas
y así poder comparar al final resultados y ver qué tan preciso puede llegar a
3
ser este equipo. Finalizado el proyecto con los resultados que arroje este
modelo estructural no industrial para el ensayo de resistencia a la flexión del
concreto pasará al laboratorio de Ingeniería Civil de La Universidad Nueva
Esparta (UNE) para que futuras generaciones puedan hacer sus ensayos y
tener conocimientos prácticos de la materia en estudio y la carrera.
Actualmente el laboratorio de la Universidad Nueva Esparta cuenta con un
equipo de medición a la compresión del concreto y a la tracción del acero,
también cuenta con otros equipos menores para el ensayo de varias
prácticas de Mecánicas de Suelos y Materiales y Ensayos aunque no en su
totalidad por falta del problema ya planteado, carencia de espacio en el
mismo.
Debido a este problema se propone la elaboración de un Modelo Estructural
No Industrial para el ensayo a la flexión del concreto guiado un poco de las
normas ya mencionadas y lograr que el equipo sea un poco más pequeño y
de una manera u otra proveer el aparato a la institución, que pudiera realizar
estos ensayos a modo de información para el estudiantado del área de
ingeniería civil o las materias que lo ameriten sin la necesidad de tener que
salir de la institución e ir a otras Universidades o laboratorios privados y
pagar por ver la realización de los mismos.
1.2 Formulación del Problema
¿Qué grado de exactitud o diferencias podría tener este Modelo Estructural
No Industrial para el Ensayo a la Flexión del Concreto una vez fabricado en
comparación con un Modelo Industrial convencional (Máquina Universal)
utilizado en laboratorios para el ensayo de resistencia a la flexión del
concreto?
1.3 Justificación de la Investigación
La importancia o aporte en la realización de este trabajo de grado se debe a
que en la actualidad la resistencia del concreto es una de las características
4
más importante que posee, ya que a través de la determinación de la misma
mediante ensayos se puede verificar que el concreto cumpla con una
resistencia bajo los estándares preestablecidos en las normas venezolanas
Covenin para su uso; por eso se opta por la elaboración de un modelo
estructural no industrial para el ensayo a la flexión del concreto y poder
determinar la resistencia del mismo a través de ensayos experimentales
usando este modelo en el laboratorio de la universidad. Debido a esto se
busca la manera de poder suplir la falta de este equipo diseñándolo con unas
dimensiones adecuadas y pueda ocupar un lugar en el laboratorio y que los
estudiantes puedan poner en práctica conocimientos adquiridos en algunas
de las materias que se ven en la carrera de Ingeniería Civil como son:
resistencia de materiales, materiales y ensayos, estructuras y concreto. Así
de este modo aparte de estar dejando un legado y contribuyendo a la
formación de futuros profesionales de la rama de Ingeniería Civil se estaría
beneficiando a la institución con este proyecto.
1.4 Objetivos de la Investigación
1.4.1 Objetivo General
Diseñar un Modelo Estructural No Industrial Para El Ensayo de Resistencia a
La Flexión Del Concreto.
1.4.2 Objetivos Específicos
1) Analizar el comportamiento de modelos industriales convencionales
para el ensayo de resistencia a la flexión del concreto.
2) Desarrollar el modelo estructural no industrial para el ensayo de
resistencia a la flexión del concreto.
5
3) Evaluar el funcionamiento del modelo estructural no industrial para el
ensayo de resistencia a la flexión del concreto a través de ensayos
experimentales.
4) Comparar los resultados que arroje el modelo estructural no industrial,
con resultados obtenidos de ensayos de modelos industriales
convencionales (Máquina Universal).
6
1.5 Delimitaciones de la Investigación
1.5.1 Delimitación temática
Esta investigación se realizará únicamente para el área de Ingeniería Civil,
específicamente en las áreas de estructuras, materiales y ensayos y
concreto, basándose en las normas Venezolanas Covenin 342(R) y 343(R).
1.5.2 Delimitación Geográfica
El proyecto se estará llevando a cabo dentro del Estado Miranda, en diversos
sectores del Municipio El Hatillo (En el sector los Robles, ya que allí se
cuenta con las herramientas y equipos necesarios para la elaboración del
modelo no industrial y por último seria en el sector los Naranjos, en el
laboratorio de ingeniería civil de la Universidad Nueva Esparta para la
realización de los ensayos y evaluación del comportamiento del mismo). Los
ensayos de resistencia a la flexión del concreto que servirán como guía para
luego comparar resultados se realizaran en los laboratorios de La
Universidad Central De Venezuela y los laboratorios del Metro, ubicados en
Caracas.
1.5.3 Delimitación Temporal
La finalización de este proyecto tiene estimado un periodo de ejecución
desde el mes de Octubre del 2015 hasta Agosto del 2016.
7
1.6 Limitaciones
Una de las limitaciones que se podría presentar es la falta de algunos de los
materiales necesarios para la construcción del modelo no industrial, debido a
la escasez de algunos materiales metálicos en el mercado nacional.
Otra limitación que podría presentarse es que para la ejecución de este
proyecto se deben comprar los materiales para la construcción del modelo no
industrial, lo cual implicaría gastos propios razón por la cual se optara por
comprar un gato hidráulico de botella ya que un gato caimán no funcionaría y
un gato hidráulico industrial es muy costoso y no se cuenta con los recursos
económicos suficiente.
8
1.7 Cronograma de Actividades
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 2015 2016
CAPÍTULO I SEP OCT NOV DIC ENE FEB MAR ABR
PLANTEAMIENTO
JUSTIFICACIÓN
OBJETIVOS
DELIMITACIÓN
LIMITACIÓN
CAPÍTULO II
ANTECEDENTES
BASES TEÓRICAS
OPERAZIONALIZACIÓN DE VARIABLES
TERMINOLOGIA BÁSICA
9
CAPÍTULO III
TIPO DE INVESTIGACIÓN
DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
POBLACIÓN Y MUESTRA
REOLECCIÓN DE DATOS
CAPÍTULO IV
PRESENTACIÓN Y ANALISIS DE RESULTADOS
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
10
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
11
2.1 Antecedentes
Para desarrollar la presente investigación fue necesario consultar
antecedentes de tesis de grado e investigaciones científicas previas a la
misma, donde se recopiló la información necesaria que sirvió para la
elaboración de la presente investigación.
Según Rojas, (2010), los antecedentes “Se refieren a los estudios previos y
tesis de grado relacionados con el problema planteado, es decir,
investigaciones realizadas anteriormente que guardan alguna vinculación con
el problema en estudio” (p.1).
Para este trabajo de grado se llevó a cabo una búsqueda de información, de
donde se obtuvo cierta cantidad de trabajos de grados e investigaciones que
de alguna forma tienen relación con el trabajo en estudio y sirven para la
elaboración de la estructuración del mismo. A continuación teniendo el tema
en cuestión se nombran y describen dichos trabajos:
Colcha, Juan y Villa, Mariana (2010), “Diseño e implementación de un
sistema electrónico-informático para aplicaciones en ensayos en la
Maquina Universal”. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo;
Riobamba – Ecuador. Para optar por el título de Ingeniero Mecánico.
Resumen.
“Para la implementación del sistema electrónico-informático proyectado se
aplicará el siguiente procedimiento: se realizará inicialmente un diagnóstico
sobre el funcionamiento de la Máquina Universal y de los parámetros de
medición, posteriormente un estudio de los sensores y el tipo de señal. Se
diseñará y seleccionará un circuito de acondicionamiento de señal logrando
en este punto la transformación de las señales analógicas a digitales.
Respecto al diseño del software para la adquisición de datos se empleará el
programa LabVIEW, debido a que presenta mejores opciones en
aplicaciones mecánicas y facilidad de programación.
12
El software instalado permitirá la captación, almacenamiento y visualización
de las señales digitales procedentes de las pruebas realizadas en la
máquina, de ahí la necesidad de que el sistema de medición sea electrónico
e informático, para que el proceso de toma de datos brinde diferentes
ventajas, como: la recolección y procesamiento de gran cantidad de datos,
obteniéndose mayor fiabilidad y precisión en los resultados. Se detallará un
manual de usuario que permitirá un correcto funcionamiento del software.”
Aporte:
Este trabajo aporta información de gran importancia para la elaboración del
trabajo de grado a realizar ya que en el existe información relacionada al
tema en estudio, exponiendo diversos puntos en este proyecto tales como: la
descripción de algunos tipos de ensayos que se pueden realizar con la
Máquina Universal, sus usos, características, terminologías etc. Que a su vez
contribuyen a desarrollar el presente trabajo de grado.
Alderete Natalia (2010), “Ensayo a Flexión de Vigas de Hormigón con
Incorporación de Agregados Reciclados”. Universidad Tecnológica
Nacional (UTN), Facultad Regional La Plata; Ciudad de Buenos Aires –
Argentina.
Resumen.
“Desde hace varios años la utilización de materiales reciclados ha ido
cobrando una gran importancia, fundamentalmente orientando su empleo
dentro de un sistema sustentable, si bien también se podría considerar un
factor económico, ya que muchas veces el reciclado implica ahorro en los
costos.
La gran variedad de estudios sobre agregados reciclados, como material
para la elaboración de hormigones, indica una gran tendencia hacia el
empleo masivo de los mismos. Como ejemplo de esta afirmación cabe
mencionar la creación de un grupo de trabajo del American Concrete Institute
(ACI), que tiene como objetivo vincular a la tecnología del hormigón con el
13
desarrollo sostenible fomentando básicamente el tratamiento y la aplicación
de materiales sustentables.
Considerando al hormigón como el material de construcción más utilizado, se
vuelve inmediata la consideración del alto consumo de materiales que ello
implica, por lo que la necesidad de estudiar nuevos materiales o, aún mejor,
reciclar los ya utilizados resulta fundamental en el momento de lograr un
incremento de la sustentabilidad en la tecnología del hormigón.
Se debe tener presente que partiendo de un material de los llamados de
primera generación y que, tras un proceso de transformación, se genera un
insumo, que posteriormente, agotada su vida útil luego de un proceso de
producción o servicio resulta en la generación de un material de desecho, y
si dicho material de desecho, después de recorrer otro proceso de
transformación, generará un material distinto (de los llamados de segunda
generación); y éste es insertado nuevamente dentro de otro insumo (o en el
mejor de los casos, dentro del mismo insumo del que proviene), el ciclo de
vida de los materiales será más eficiente y acorde con el medio ambiente.
Uno de los ejemplos más favorables de un ciclo de vida sustentable es el
empleo de agregados reciclados en reemplazo de agregados naturales para
la elaboración de hormigones. Se trata básicamente de la trituración de
hormigones elaborados previamente, de distintas características.
El presente trabajo tiene como objetivo evaluar el desempeño de vigas de
concreto sometidas a flexión, variando los valores de los porcentajes de
reemplazo del agregado natural por agregado reciclado.”
Aporte:
El aporte de la tesis consultada es de gran provecho debido a que explica el
procedimiento a realizar en un ensayo de flexión en vigas, lo cual es de gran
utilidad al momento de poner a prueba el modelo estructural no industrial una
vez diseñado.
Rosales, Luis (2008), “Análisis del comportamiento de una viga de
concreto armado, ensayada a flexión, reforzada con barras de fibra de
14
carbono”. Universidad de San Carlos de Guatemala – Guatemala. Para
optar por el título de Ingeniero Civil.
Resumen.
“Las barras de fibra de carbono son un elemento de refuerzo estructural,
para vigas y para muros de carga, en ambos casos el impacto estético es
muy bajo, y el procedimiento de aplicación es muy sencillo; por lo que es una
alternativa muy eficiente para elementos estructurales en funcionamiento.
En este trabajo se elaboraron vigas de concreto armado, de las cuales la
mitad se reforzó con barras de fibra de carbono, para demostrar los
incrementos significativos en cuanto a módulo de ruptura y carga máxima
permisible; basados en un ensayo de flexión, con una carga puntual aplicada
y la viga simplemente apoyada en sus extremos.
Se describe el proceso de aplicación de la fibra de carbono, demostrando su
facilidad de aplicación y los requerimientos mínimos de preparación de un
elemento de concreto para hacer funcionar el refuerzo.
Según lo investigado, el refuerzo de barras de fibra de carbono ofrece una
solución efectiva a problemas comunes; que van desde: incremento de
cargas a una estructura, fatiga y envejecimiento del concreto y acero, hasta
malos diseños estructurales.
Se exponen a su vez experiencias nacionales e internacionales, en las
cuales el refuerzo estructural con fibra de carbono, ha sido la solución a
diferentes circunstancias, tanto en el campo de la construcción como en
diversas industrias. Ejemplificando casos reales detallando el problema y la
solución encontrada en la fibra de carbono.”
Aporte:
El aporte de la tesis consultada estaría relacionada a el comportamiento de
una viga de concreto cuando es sometida a una carga puntual, haciendo
referencia a la norma ASTM C 293 – 02 “Método de prueba para determinar
la resistencia a flexión del concreto (Usando una viga simple con carga
15
puntual aplicada en el centro de la misma)” para determinar su módulo de
rotura.
Novoa, Macielb y Briceño, Fernando (2009), “Evaluación del concreto de
resistencia 250 kg/cm² a compresión, cuando es sometido a esfuerzo de
tracción”. Universidad Rafael Urdaneta; Maracaibo – Venezuela. Para optar
por el título de Ingeniero Civil.
Resumen.
“La presente investigación se realizó en el laboratorio de pruebas y Ensayo
de Materiales Geotecnia, CA ubicada en Maracaibo estado Zulia.
Esta tesis tiene como objetivo evaluar el concreto de resistencia 250 kg/cm² a
compresión cuando es sometido a esfuerzos de tracción.
Primero se realizó la caracterización de los agregados, posteriormente se
realizó un diseño de mezclas por el método de las Normas Covenin. El
concreto se preparó para la dosificación de una resistencia de 250 kg/cm²,
con este concreto se prepararon probetas para ensayarlas a la tracción,
teniendo un total de 60 probetas para la resistencia a la tracción. Los
ensayos realizados fueron: resistencia a la compresión en los cilindros que
se elaboraron para obtener la dosificación requerida basándonos en la
Norma Covenin 338-2003 “ENSAYO DE LOS CILINDROS DE CONCRETO
A LA COMPRESION, resistencia a la tracción por la Norma Covenin 343-
2004 “DETERMINACION DE LA RESISTENCIA A LA FLEXION EN VIGAS
SIMPLEMENTE APOYADAS CON CARGA EN EL CENTRO DEL TRAMO”.
Después de los resultados obtenidos por medio de este trabajo se puedo
determinar que el ensayo a la tracción para los elementos a estudiar nos
demostró que la resistencia a 250 kg/cm² soporto un esfuerzo mayor al
especificado por las normas anteriormente mencionadas y que tanto el
esfuerzo a tracción como el esfuerzo a la compresión al transcurrir del tiempo
nos indica gráficamente y teóricamente que el elemento va tomando mayor
resistencia.”
16
Aporte:
Esta propuesta aporta información de gran importancia para el presente
trabajo de grado ya que contiene bases teóricas que serían de utilidad para
elaborar el esquema del marco teórico en cuanto bases teóricas y
metodología se trata.
García, Johanna (2010), “Determinación de la correlación entre el
módulo de rotura y la resistencia a la compresión del concreto (Caso
Prevesa).” Universidad Pontificia Bolivariana; Bucaramanga – Colombia.
Para optar por el título de Ingeniero Civil.
Resumen.
“La calidad del concreto representa un parámetro fundamental en el correcto
desarrollo de las obras civiles modernas. La resistencia a la flexión y a
compresión son indicadores del desempeño que presenta un concreto
preparado luego de cumplir satisfactoriamente su ciclo de fraguado. En la
práctica, los ensayos de flexión requieren la elaboración de muestras más
costosas que las utilizadas en los ensayos de compresión y con cuidados
especiales en su manejo y transporte al sitio de ensayos. Por esta razón, es
más común el uso de ensayos de compresión para determinar la calidad de
un concreto preparado. Sin embargo, en concretos para pavimentos, es vital
conocer el desempeño de este a la flexión. En la práctica, es común utilizar
la relación directa que existe entre el módulo de rotura y la resistencia a la
compresión para obtener los valores de la resistencia a flexión mediante una
relación matemática a partir de los valores obtenidos de resistencias a
compresión, para obtener un modelo del comportamiento a flexión.
El presente proyecto de grado, determina de forma experimental, una
constante matemática que relaciona de forma directa el módulo de rotura y la
resistencia a compresión del concreto preparado en la empresa PREVESA,
para 21 MPa, 28 MPa y 35 MPa.
17
Esta relación matemática obtenida experimentalmente para el caso particular
de la planta PREVESA y expresada por la ecuación Mr = 2,39*√f´c esta
validada por la relación planteada por el Instituto del Concreto ASOCRETO
en el año 2000, donde Mr es la resistencia a la flexión y f´c es la resistencia a
la compresión, ecuación que se encuentra dentro de los límites establecidos
por dicho título.”
Aporte:
El trabajo de grado consultado fue de gran aporte ya que orienta un poco
sobre las bases teóricas y metodología en la realización de los ensayos,
también trata sobre el módulo de rotura y flexión que son puntos claves para
la elaboración del presente trabajo de grado en curso.
Rivera, Zailé (2002), “Incidencia de las fibras de polipropileno y las
fibras metálicas en la resistencia a flexión del concreto para pavimentos
rígidos”. Universidad Nueva Esparta; Miranda – Venezuela. Para optar por
el título de Ingeniero Civil.
Resumen.
“La presente investigación se basa en el estudio de la incidencia de las fibras
de polipropileno y las fibras metálicas en la resistencia a flexión del concreto
(Pavicreto 40) en pavimentos rígidos, elaborado en la planta de concreto La
Bandera, perteneciente a la empresa CEMEX CONCRETOS. Para ello se
procedió a la elaboración de probetas prismáticas provenientes directamente
del concreto mezclado en obra en un trompo de sesenta litros (60 Lts). Todas
las probetas elaboradas se ensayaron a edades de curado de 28 días, con el
objeto de obtener los valores de resistencia a flexión para el ensayo
propuesto. Para que el presente estudio tenga validez estadística, se
elaboraron quince (15) pares de probetas para cada tipo de viga, es decir,
para las vigas patrón 1, las vigas patrón 2, las vigas metálicas y las vigas de
polipropileno. En total se elaboraron y ensayaron 180 probetas. Con los
resultados de los ensayos realizados, se procedió a realizar un análisis de
18
prueba “t” entre las variables de estudio con el objeto de evaluar si las fibras
metálicas y de polipropileno difieren con sus grupos patrones de manera
significativa respecto a sus medias. En el contexto del análisis realizado, se
calcularon parámetros estadísticos que confirmarán la validez de estas
pruebas “t”. Finalmente se estudió en un diseño de estructuras equivalentes
la influencia económica de las fibras en el comportamiento a flexión del
concreto, controlando el módulo de rotura, para disminuir los volúmenes de
concreto y la mano de obra para la instalación del pavimento”.
Aporte:
La tesis consultada sirvió de gran aporte, ya que en ella trata en partes un
poco sobre la metodología a utilizar en los ensayos, también trata sobre el
módulo de rotura y flexión que son puntos esenciales para la elaboración del
presente proyecto de grado en curso.
2.2 Bases Teóricas
Según Fidias G. Arias (2012), las bases teóricas implican un desarrollo
amplio de los conceptos y proposiciones que conforman el punto de vista o
enfoque adoptado, para sustentar o explicar el problema planteado. Son
aspectos conceptuales o teóricos que se ubican en el problema de la
investigación, esta sección puede dividirse en función de los tópicos que
integran la temática tratada o de las variables que serán analizadas en el
presente trabajo de grado.
2.2.1 Concreto
El hormigón o concreto es una material que se puede considerar constituido
por dos partes una es un producto pastoso moldeable, que tiene la propiedad
de endurecer con el tiempo, y la otra son los áridos (que se clasifican
en grava, gravilla y arena) que quedan englobados en esa pasta. A su vez la
19
pasta está constituida por agua y un producto aglomerante o conglomerante,
que es el cemento. El agua cumple la doble misión que es el de dar fluidez a
la mezcla y reaccionar químicamente con el cemento dando lugar, con ello a
su vez endurecimiento. La sola mezcla de cemento con arena y agua (sin la
participación de un agregado) se denomina mortero.
2.2.2 Principales Características del Concreto
Son dos las características o propiedades principales de gran importancia. La
primera es la relativa a la consistencia o grado de fluidez del material en
estado fresco, la cual se conoce como manejabilidad, docilidad,
Trabajabilidad, asentamiento y otros. En estos conceptos, no todos
sinónimos se engloban las características relativas a la mayor o menor
facilidad para colocar el concreto. La segunda es el grado de endurecimiento
o resistencia que es capaz de adquirir el concreto. La fluidez suele medirse a
través de ensayos que evalúan el grado de plasticidad de la mezcla. La
resistencia se determinara por medio de ensayos mecánicos de compresión
o tracción sobre probetas normalizadas. Con los resultados a la compresión
el conocedor puede hacer estimaciones sobre la resistencia a otros tipos de
tensiones, tales como flexión corte o tracción. (Porrero. J. 2009).
2.2.3 Tipos de Concreto
El concreto es un material compuesto empleado en la construcción con una
amplia gama de posibilidades, bien sea por el uso de diferentes
componentes o por la distinta proporción de ellos. De esta manera es posible
obtener diversas plasticidades, resistencias y apariencias logrando así,
satisfacer los particulares requerimientos de la construcción. Esa versatilidad
permite explicar los diferentes usos del material.
20
El concreto es un material que se utiliza en abundancia para elementos
estructurales de edificaciones tales como columnas, vigas, losas,
cerramientos, muros, pantallas, así como en pavimentos, pistas aéreas,
zonas de estacionamiento, represas, acueductos, canales, túneles, taludes,
adoquines, tanques, reservorios, barcos, defensas marinas y en otros
múltiples usos.
Los agregados que se utilizan en la mezcla del concreto pueden ser de
granos de gran tamaño (gravas o piedras), como en el caso de represas o
estribos de puentes, o de pequeño tamaño (gravilla y arena), para los
morteros. La consistencia del mismo puede ser muy seca, como en el caso
de los elementos prefabricados, o puede lograrse muy fluida como se
recomienda para elementos de poca sección y mucha armadura. Sus
resistencias mecánicas pueden ser de niveles muy variados, de acuerdo con
las necesidades que se requieran al momento de ejecutar una obra,
dependería básicamente del tipo de estructura.
2.2.4 Características del Concreto Fresco
Se le denomina concreto fresco a la etapa que abarca, desde que todos los
materiales, incluyendo el agua, del concreto han sido mezclados hasta que
comienza el endurecimiento de la masa.
El concreto fresco, tiene ciertas características que son importantes e interesa
destacar como son:
2.2.4.1 Mezclado del Concreto
Los elementos básicos que componen el concreto son: el agua, el cemento y
los agregados (finos y gruesos). La función del mezclado de concreto es
revestir la superficie de los agregados con la pasta de cemento, la cual dará
como resultado una masa homogénea. Para asegurar este concreto de
21
manera uniforme se utilizan mezcladoras. Estas están compuestas,
principalmente, por un recipiente metálico denominado tambor o cuba,
provisto de paletas en su interior (trompo mezclador). Ahora bien esta mezcla
se efectúa, cuando cada una de las partes del concreto es elevada, vuelta a
vuelta, por las paletas durante la rotación del tambor, de manera que un
cierto punto, en cada revolución, son vertidas hacia la parte inferior para
mezclarse con las otras porciones, hasta constituir una masa homogénea a
la que se le denomina concreto.
Ilustración 1 Mezclado del Concreto
(Fuente propia)
2.2.4.2 Reología
Porrero y otros autores (2009). Se define como Reología al conjunto de
características de la mezcla fresca que posibilitan su manejo y posterior
compactación. Desde el punto de vista físico, estas características dependen
de las variaciones de viscosidad y de la tixotropía de la mezcla a lo largo del
tiempo.
22
En la práctica se define con base en tres características: Fluidez,
Compactibilidad y Estabilidad a la Segregación.
2.2.4.2.1 Fluidez
Indica la capacidad de movilidad que puede llegar a tener la mezcla.
2.2.4.2.2 Compactibilidad
Al ser la mezcla vibrada se hace más fluida y puede así distribuirse más
uniformemente, envolviendo bien las armaduras y ocupando todas las
sinuosidades del encofrado.
2.2.4.2.3 Estabilidad a la Segregación
Es la tendencia que tienen los componentes del concreto de separarse,
provocando exudación o sangrado cuando es el agua la que se separa de los
demás, o segregación cuando son los granos del agregado grueso los que
se separan.
2.2.4.3 Trabajabilidad
La Trabajabilidad se emplea con dos acepciones distintas. Una general, con
la cual se designa el conjunto de propiedades del concreto que permiten
manejarlo sin que se produzca segregación, colocarlo en moldes y
compactarlo adecuadamente. La otra acepción es específica para designar el
asentamiento medio por el procedimiento normalizado del Cono de Abrams.
En esta segunda acepción es discutible porque, en realidad, el ensayo solo
es parcialmente representativo del conjunto de propiedades referidas.
23
2.2.4.3.1 Cono de Abrams
No es más que la medición del asentamiento con el cono de Abrams, según
la norma COVENIN 339-1994 “Concreto. Método para la medición del
asentamiento con el cono de Abrams.” Y ASTM C143, se refiere al ensayo
que se realiza al concreto en su estado fresco, para medir su consistencia
"fluidez" y determinar si la mezcla es homogénea. El cono de Abrams tiene
limitaciones de medición, ya que solo es útil para medir el asentamiento en
concretos con agregados pétreos, con tamaños máximos menores a 5 cm y
con relatividad plástica, caracterizadas por asentamientos entre unos 2 y 17
cm. El aparato es un molde metálico troncocónico de 305 mm de altura,
abierto en ambos extremos de 102 y 203 mm de diámetro, superior e inferior
respectivamente, y siempre con asas.
Ilustración 2 Cono de Abrams (Fuente imagen: Manual de Concreto Estructural conforme con la norma Covenin 1753:03)
24
2.2.4.4 Retracción del Concreto
La retracción es la disminución del volumen del concreto durante el proceso
de fraguado del mismo, y se produce por la pérdida de agua (debido a la
evaporación). Dicha pérdida de volumen genera tensiones internas de
tracción que dan lugar a las fisuras de retracción. Dependiendo de la
cantidad de finos, de la cantidad de cemento, del tipo de cemento, de la
dosificación agua-cemento, del espesor de la solera, y de la temperatura
ambiental, la retracción puede ser mayor o menor, dando lugar a fisuras e
incluso grietas. (Fuente:http://clubensayos.com/Temas-Variados/Retraccion-Del-
Concreto/563682.html consultado el 7 de diciembre de 2014)
La retracción del concreto no es más que la disminución o encogimiento de
volumen que sufre el material con el pasar del tiempo, debido a la pérdida
parcial de agua en las primeras horas lo que puede llegar a originar el
agrietamiento en el material.
2.2.5 Características del Concreto Endurecido
2.2.5.1 Curado del Concreto
El curado del concreto es el proceso por el cual se busca mantener saturado
el concreto hasta que los espacios de cemento fresco, originalmente llenos
de agua que sean reemplazados por los productos de la hidratación del
cemento. El curado pretende controlar el movimiento de temperatura y
humedad hacia dentro y hacia afuera del concreto. Busca también, evitar la
contracción que fragua hasta que el concreto alcance una resistencia mínima
que le permita soportar los esfuerzos inducidos por ésta. Es importante
acotar que la falta de curado del concreto reduce drásticamente su
resistencia.
25
2.2.5.2 Velocidad de Secado del Concreto
El concreto ni endurece ni se cura con el secado. El concreto (o de manera
precisa, el cemento en el contenido) requiere de humedad para hidratarse y
endurecer. El secado del concreto únicamente está relacionado con la
hidratación y el endurecimiento de manera indirecta. Al secarse el concreto,
deja de ganar resistencia; el hecho de que este seco, no es indicación de
que haya experimentado la suficiente hidratación para lograr las propiedades
físicas deseadas. El conocimiento de la velocidad de secado es útil para
comprender las propiedades o la condición física del concreto. (Fuente:
http://www.arqhys.com/concreto-endurecido.html consultado el 7 de diciembre de 2014).
2.2.5.3 Resistencia del Concreto
Según Porrero y otros autores (2009). Basado que en las estructuras el
concreto se encuentra sometido a solicitaciones muy variadas (compresión,
corte, tracción, flexotracción, agentes agresivos y otras) no es practico llevar
a cabo ensayos de control que analicen todos esos estados tensiónales, por
lo que se ha establecido la costumbre de realizar el ensayo destructivo a
compresión simple, sobre probetas normalizadas e inferir, a partir de sus
resultados, los valores de otras características mecánicas tales como
resistencia a la tracción o al corte. Para medir la resistencia del concreto es
necesario hacer unas probetas las cuales pueden ser ensayadas a los 7, 14
y 28 días para así estimar la resistencia del concreto.
2.2.5.3.1 Resistencia a la Compresión
La resistencia a la compresión se toma como base para calcular otras
propiedades mecánicas de este material, siendo así la resistencia a la
compresión simple la característica mecánica principal del concreto, dada la
importancia que reviste esta propiedad, dentro de una estructura
26
convencional de concreto reforzado,
la forma para evaluar la resistencia del concreto es mediante pruebas
mecánicas que pueden ser destructivas, las cuales permiten probar
repetidamente la muestra de manera que se pueda estudiar la variación de la
resistencia u otras propiedades con el paso del tiempo. Existen diferentes
tipos de muestras, entre ellas tenemos: cilindros, cubos y prismas, siendo
universalmente reconocido para ejecutar pruebas de resistencia a la
compresión simple el ensayo de probetas cilíndricas. (Fuente:
http://ingevil.blogspot.com/2008/10/ensayo-compresin-de-cilindros-de.html. consultado el 15 de
Diciembre de 2014)
2.2.5.3.2 Resistencia a la Flexión
La resistencia a la flexión del concreto no es más que una medida a la
resistencia a la tracción del concreto (hormigón). Es una medida de la
resistencia a la falla por momento de una viga o losa de concreto no
reforzada. Se mide mediante la aplicación de cargas a vigas de concreto de
6 x 6 pulgadas (150 x 150 mm) de sección transversal y con luz de como
mínimo tres veces el espesor. La resistencia a la flexión viene dada como el
Módulo de Rotura (MR) en libras por pulgada cuadrada (MPa) y se determina
mediante los métodos de ensayo de las normas ASTM C78 (cargada en los
puntos tercios) o ASTM C293 (cargada en el punto medio). (Fuente:
http://civilgeeks.com/2011/03/18/resistencia-a-la-flexion-del-concreto/ consultado el 15 de Diciembre de
2014)
2.2.6 Masa Volumétrica
El concreto convencional, que usualmente es utilizado en pavimentos,
edificios y en una gran variedad de estructuras, tiene más masa volumétrica
(masa unitaria, densidad) que varía en un rango de 2200 hasta 2400 kg/cm³.
La masa volumétrica del concreto puede variar dependiendo de la cantidad y
27
la densidad del agregado que se le aplique, la cantidad de aire atrapado
(ocluido) o intencionalmente incluido como también las cantidades de agua y
cemento.
Por otra parte el tamaño máximo del agregado influye en las cantidades de
agua y cemento, al reducir la cantidad de pasta (aumentando la cantidad de
agregado), se aumenta la masa volumétrica de la combinación del concreto
con la armadura, normalmente este se considera como 2400 kg/cm³.
2.2.7 Permeabilidad
La permeabilidad es la facilidad con la cual los líquidos y los gases viajan a
través del concreto. Esta propiedad es importante en relación con la
hermeticidad de las estructuras retenedoras de líquidos y con el ataque
químico. La permeabilidad del concreto se determina mediante una simple
prueba de laboratorio, pero los resultados son comparativos (Neville, A.
1998).
La permeabilidad de la pasta es un aspecto importante pues la pasta cubre
todo los componentes que lleva el concreto. La permeabilidad es afectada
por la relación agua/cemento, el grado de hidratación del cemento y el
periodo del curado húmedo. Un concreto de baja permeabilidad requiere una
relación agua/cemento baja y un periodo de curado adecuado. Se puede
decir que la permeabilidad total del concreto al agua es en función de: (1) la
permeabilidad de la pasta; (2) la permeabilidad y la granulometría del
agregado; (3) la calidad de la pasta y de la zona de transición del agregado y
(4) la proporción relativa de pasta y agregado. La disminución de la
permeabilidad aumenta la resistencia al congelamiento y deshielo del
concreto, restauración, penetración de sulfatos y de iones cloruro y entre
otros ataques químicos.
28
2.2.8 Máquina Universal
La Máquina Universal constituye una prensa hidráulica, con la que es posible
someter materiales a ensayos mecánicos de tracción y compresión para
medir sus propiedades mediante cargas aplicadas. La presión se logra
mediante placas o mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema
hidráulico. Esta máquina es ampliamente utilizada en la caracterización de
nuevos materiales.
Ilustración 3 Representación gráfica de la Máquina Universal (Fuente Propia)
29
2.2.8.1 Principio de Operación
Todas las cargas de prueba son aplicadas por el movimiento hacia arriba del
pistón impulsado hidráulicamente. Las válvulas de carga y descarga
controlan el porcentaje de carga y descarga por la regulación del flujo de
aceite desde la bomba montada en la unidad de potencia hidráulica al
cilindro hidráulico bajo el tablero de peso. El tablero de peso está
conformado por un cabezal superior y un cabezal inferior.
Mientras el aceite es medido a través de la válvula de carga y entra al
cilindro pulido se mueve con precisión hacia arriba aplicando una carga a la
muestra.
• La prueba de compresión, flexión y corte se realiza en el área entre el
cabezal ajustable.
• La prueba de tensión se realiza en el área entre el cabezal superior y el
cabezal ajustable.
• El cabezal ajustable, el cual es normalmente motorizado, permanece fijo
durante la prueba. Su juego de ajuste es usado solamente para cambios de
herramientas, etc., y no se usa para aplicar cargas.
El sistema hidráulico está equipado con una bomba la cual impulsa al
cilindro. Un posicionador del pistón está provisto para parar el pistón
aproximadamente a ½ pulgada desde la base al cilindro así se mantiene el
pistón flotando en aceite.
30
Ilustración 4 Esquema general de las partes de la Máquina Universal (Fuente imagen: Página web: http://www.monografias.com, disponible en:
http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/traccion-en-metales.shtml. Consultado el 09 de Marzo del 2015)
2.2.8.2 Definición de Esfuerzo y Deformación
2.2.8.2.1 Esfuerzo
Son las relaciones internas de los materiales cuando son sometidos a
cargas (P). Generalmente se expresa en intensidad de fuerza, es decir la
fuerza por unidad de área:
Ecuación 1. Fórmula de Esfuerzo.
31
2.2.8.2.2 Deformación Unitaria
La deformación unitaria (ɛ), se define como la relación existente entre la
deformación total y la longitud inicial del elemento sometido a esfuerzos de
tensión o compresión axial, donde:
L = L0 = Longitud cuerpo inicial
Lf = Longitud del cuerpo final
ΔL = Lf - L0
Deformación = ɛ = ΔL/L
La resistencia de los materiales no son los únicos parámetros que deben
utilizarse al diseñar o analizar una estructura, controlar las deformaciones
para que la estructura cumpla con los propósitos para el cual se diseñó, tiene
la misma o mayor importancia. El análisis de las deformaciones se relaciona
con los cambios en la forma de la estructura que generan las cargas
aplicadas.
2.2.8.3 Diagrama de esfuerzo - Deformación Unitaria
El diagrama de esfuerzos que se muestra en la figura es de importancia para
determinar las propiedades físicas de los materiales metálicos.
32
Ilustración 5 Diagrama esfuerzo-deformación de materiales dúctiles en tensión (Materiales Metálicos).
(Fuente imagen: Página Web: http://www.monografias.com, disponible en: http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/traccion-en-
metales.shtml#ixzz3LtmOPqZT. Consultado el 14 de Diciembre de2014)
2.2.8.3.1 Ley de Hooke
Su enunciado es: Las deformaciones unitarias lineales son proporcionales a
las tensiones normales: Ƌ = E*Ɛ
Dónde:
Ƌ = Esfuerzo axial
E = Módulo elástico del material o módulo de Young
Ɛ = Deformación unitaria
Módulo de Elasticidad: Al incrementar la carga más allá del límite de
proporcionalidad, la deformación empieza a aumentar más rápidamente para
cada incremento en esfuerzo. La curva de esfuerzo deformación asume
luego una pendiente cada vez más pequeña, hasta que el punto B de la
curva se vuelve horizontal. A partir de este punto se presenta un
alargamiento considerable, con un incremento prácticamente inapreciable en
33
la fuerza de tensión (desde B hasta C en el diagrama). Este fenómeno se
conoce como cedencia o fluencia del material, y el esfuerzo en el punto B se
denomina esfuerzo de cedencia o punto de cedencia (o bien, esfuerzo de
fluencia o punto de fluencia). En la región de B hasta C, el material se vuelve
perfectamente plástico, lo que significa que puede deformarse sin un
incremento en la carga aplicada.
Después de sufrir las grandes deformaciones que se presentan durante la
fluencia en la región BC el material empieza a mostrar un endurecimiento por
deformación. Durante este proceso, el material sufre cambios en
sus estructuras cristalina y atómica, lo que origina un incremento en la
resistencia del material a futuras deformaciones. Por tanto, un alargamiento
adicional requiere de un incremento en la carga de tensión, y el diagrama
esfuerzo-deformación toma una pendiente positiva desde C hasta D.
Finalmente la carga alcanza su valor máximo y el esfuerzo correspondiente
(en el punto D) se denomina esfuerzo último. De hecho, el alargamiento
posterior de la barra se acompaña de una reducción en la carga y finalmente
se presenta la fractura en un punto E, tal como se indica en el diagrama.
Se presenta una contracción lateral de la muestra cuando se alarga, lo que
origina una reducción en el área de la sección transversal. La reducción en el
área es muy pequeña como para tener un efecto apreciable en el valor de los
esfuerzos calculados antes del punto C, pero más allá de este punto la
reducción comienza a modificar el perfil del diagrama. Desde luego, el
esfuerzo real es mayor que el esfuerzo nominal debido a que se calcula con
un área menor.
En la cercanía del esfuerzo último, la disminución del área se aprecia
claramente y ocurre un estrechamiento pronunciado de la barra, conocido
como estricción. Si para el cálculo del esfuerzo se emplea el área de la
sección transversal en la parte estrecha del cuello ocasionado por la
estricción, la curva real esfuerzo-deformación seguirá la línea punteada CE’.
La carga total que puede resistir la probeta se ve efectivamente disminuida
34
después de que se alcanza el esfuerzo último (curva DE), pero esta
disminución se debe al decremento en área de la probeta y no a una pérdida
de la resistencia misma del material. En realidad, el material soporta un
aumento de esfuerzo hasta el punto de falla (punto E’).
Sin embargo, con fines prácticos la curva esfuerzo-deformación convencional
OABCDE, basada en el área transversal original de la muestra y que, por lo
tanto, se calcula fácilmente, suministra información satisfactoria para
emplearla en el diseño. La ductilidad de un material a tensión puede
caracterizarse por su alargamiento total y por la disminución de área en la
sección transversal donde ocurre la fractura.
(Fuente: http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/traccion-en-
metales.shtml#ixzz3LzGP7rk9. Consultado el 15 de Diciembre de 2014)
2.2.8.4 Ensayo de Tracción
La Resistencia a la Tracción es la propiedad de un material para resistir a ser
separado por dos fuerzas que actúan en direcciones opuestas y su medida
es en PSI. Esta prueba permite determinar la ductilidad de un material
midiendo la elongación de una porción de la probeta y la carga aplicada. El
ensayo de tracción consiste en someter a una probeta normalizada a un
esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la
probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática
o aplicada lentamente por la Máquina Universal. Las velocidades de
deformación en un ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas.
El ensayo de tracción en ingeniería es ampliamente utilizado, pues
suministra información sobre las propiedades mecánicas de los materiales
utilizados en el diseño y también para verificación y especificaciones de
aceptación. Dicho ensayo se puede aplicar a los aceros, aleaciones,
maderas, hormigones, plásticos y materiales compuestos. También se puede
aplicar este ensayo para medir otras propiedades, tales como: resistencia de
soldaduras, uniones, adhesivos, etc.
35
Ilustración 6 Esquema gráfico del ensayo de Tracción (Fuente imagen: Página Web: http://www.unedcervera.com, disponible en:
http://www.unedcervera.com/c3900038/ciencia_materiales/propiedades_mecanicas.html. Consultado el 09 de Marzo de 2015)
2.2.8.5 Ensayo de Compresión
Resistencia a la compresión, es la propiedad de un material para resistir las
fuerzas que tienden a aplastarlo, como por ejemplo: las arandelas, ladrillos,
columnas, etc. Esta prueba permite determinar el comportamiento de los
materiales dúctiles sometidos a esfuerzos de compresión calculando el límite
de Fluencia a la compresión midiendo el diámetro de la probeta antes y
después de aplicada la carga. Cuando el material es cargado más allá de su
límite este se deforma incrementando su área lo que ayuda al material a
aumentar la carga adicional que se le aplique lo que hace imposible obtener
un valor definitivo máximo a la carga de compresión. Por lo general se asume
que ambos valores de tensión y compresión son iguales en un material, pero
si existe una diferencia, el mayor de ellos es de compresión. Se realiza
preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en la
máquina universal. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones,
metales (sobre todo aceros) y madera, aunque puede realizarse sobre
cualquier material a estudiar.
36
Ilustración 7 Esquema grafico de un ensayo de compresión de una probeta cilíndrica de hormigón.
(Fuente Propia)
2.2.8.6 Ensayo de Corte Directo
Este ensayo consiste en aplicar fuerzas que actúan paralelamente al plano
de la sección que las soporta, obligando a que una porción se deslice sobre
la porción adyacente. Esta prueba permite encontrar de manera práctica la
resistencia al corte de un material midiendo la carga a la cual se rompe la
probeta. El ensayo de corte directo también es llamado corte transversal.
Dicho método consiste en colocar un prisma y aplicar la carga, hasta que
llega a la ruptura, esta prueba es útil solamente para determinar el esfuerzo
de corte. Para el ensayo de corte directo en metales, usualmente se corta
una barra en algún dispositivo que apriete una porción de la probeta mientras
que la restante es sometida a carga por medio de datos adecuados.
37
Ilustración 8 Esquema grafico del ensayo de Corte directo o Corte transversal a una muestra de suelo.
(Fuente imagen: Página Web: http://ingcivilensayos.blogspot.com, disponible en: http://ingcivilensayos.blogspot.com/2011/04/ensayo-del-corte-directo-del-suelo.html. Consultado el 09
de Marzo del 2015)
2.2.8.7 Ensayo de Flexión
La flexión es un esfuerzo compuesto o combinado, de tracción y compresión.
Si las fuerzas actúan sobre una pieza de material de tal manera tiendan a
inducir esfuerzos compresivos sobre una parte de una sección transversal de
la probeta y los esfuerzos tensivos sobre la parte restante, se dice que la
probeta está en flexión.
El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un
cuerpo una fuerza perpendicular a su eje longitudinal, de modo que
provoquen el giro de las secciones transversales con respecto a los
inmediatos.
Sin embargo y por comodidad para realizar el ensayo de los distintos
materiales bajo la acción de este esfuerzo se emplea generalmente a las
mismas comportándose como vigas simplemente apoyadas, con la carga
38
concentrada en un punto medio. Cualquier esfuerzo que provoca flexión se
denomina momento flector.
En estas condiciones además de producirse el momento de flexión
requerido, se superpone a un esfuerzo cortante, cuya influencia en el cálculo
de la resistencia del material varia con la distancia entre apoyos, debido a
que mientras los momentos flectores aumentan o disminuyen con esta, los
esfuerzos cortantes se mantienen constantes, por lo que será tanto menor
su influencia cuanto mayor sea la luz entre apoyos.
Es por esta razón que la distancia entre los soportes de la probeta se ha
normalizado convenientemente en función de la altura o diámetro de la
misma, pudiendo aceptar entonces que la acción del esfuerzo de corte
resulta prácticamente despreciable.
Ilustración 9 Esquema grafico de un ensayo a flexión aplicando la carga en los puntos tercios.
(Fuente Propia)
39
2.2.8.7.1 Sistema Isostático
Los sistemas tales que la sola aplicación de las ecuaciones de la estática
permite calcular las reacciones de los vínculos reciben el nombre de
sistemas isostáticos.
Ilustración 10 Esquema representativo de un sistema isostático para el ensayo de flexión.
(Fuente imagen: Página web: http://dspace.espoch.edu.ec, disponible en: http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/891/1/15T00458.pdf. Consultado el 09 de Marzo de
2015)
Generalmente se reducen a tantas ecuaciones como incógnitas se puedan
calcular, así como también la resolución de estos sistemas se reduce a las
tres ecuaciones fundamentales del equilibrio. Sumatorias con respecto a:
Rx=0; Ry=0; Mo=0. Cuando se consideran a los elementos estructurales que
poseen la cantidad estrictamente necesaria de apoyos para garantizar la
inmovilidad externa misma, estamos en presencia de los llamados sistemas
isostáticos.
2.2.8.7.2 Sistema Hiperestático
Una viga o una estructura se dice que es hiperestática cuando ocurre que:
Número de Ecuaciones de Equilibrio < Número de Incógnitas de las
Ecuaciones
40
Estos casos suelen presentarse cuando la viga o la estructura tiene apoyos
demás.
Se denomina “grado de hiperestaticidad” a la diferencia entre reacciones y el
número de ecuaciones de equilibrio de la estática. Para resolver la
hiperestaticidad es necesario añadir ecuaciones de deformación, tantas
como sea el grado que:
N° de Ecuaciones de Equilibrio + N° de Ecuaciones de Deformación = N°
Incógnitas
El método de resolución será el transformar la viga hiperestática en dos vigas
isostáticas equivalentes, liberándola de un apoyo redundante, se calcula la
deformación en el punto donde se ha quitado el apoyo redundante en las dos
vigas isostáticas, se aplica la condición de compatibilidad por deformación
por consiguiente se obtendrán las reacciones.
Ilustración 11 Esquema representativo de un sistema Hiperéstatico para el ensayo de flexión.
(Fuente imagen: Página web: http://dspace.espoch.edu.ec, disponible en: http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/891/1/15T00458.pdf. Consultado el 09 de Marzo de
2015)
41
Definición de Esfuerzo y Deformación de Flexión
El esfuerzo en una probeta sometida a flexión está dado por:
Ecuación 2. Fórmula de Deformación.
Dónde:
Mf = es el momento flector que se determina mediante el diagrama de
momento flector.
ӯ = es la máxima distancia al eje neutro.
Ix = es el momento de inercia de la sección alrededor del eje neutro que
depende de la geometría de la sección transversal.
Probetas Estándares para el ensayo de Flexión:
Las probetas para el ensayo de flexión están establecidas en la norma ASTM
A 48 y Covenin 340:2004.
2.2.8.7.3 Módulo de Rotura
El Módulo de Rotura es cerca del 10% al 20% de la resistencia a
compresión, en dependencia del tipo, dimensiones y volumen del agregado
grueso utilizado, sin embargo, la mejor correlación para los materiales
específicos es obtenida mediante ensayos de laboratorio para los materiales
dados y el diseño de la mezcla. El Módulo de Rotura determinado por la viga
cargada en los puntos tercios es más bajo que el módulo de rotura
determinado por la viga cargada en el punto medio, en algunas ocasiones
42
tanto como en un 15%. (Fuente: http://civilgeeks.com/2011/03/18/resistencia-a-la-flexion-del-
concreto/ consultado el 15 de Diciembre de 2014)
(Fuente imagen: Página Web: http://www.nrmca.org, disponible en: http://www.nrmca.org/aboutconcrete/cips/CIP16es.pdf. Consultado el 15 de Diciembre de 2014)
FÓRMULAS ASTM C78
COVENIN 342(R) Fr= P*L
b*h²
FÓRMULAS ASTM C293
COVENIN 343(R) Fr= 3*P*L
2*b*h²
Fr MÓDULO DE ROTURA
P CARGA MAXIMA APLICADA
L LUZ ENTRE APOYOS
b ANCHO PROMEDIO DE LA PROBETA
h ALTURA PROMEDIO DE LA PROBETA
(Fuente Propia)
Ilustración 12 Esquema de la aplicación de cargas y sus fórmulas
respectivamente
43
2.3 Cuadro de Variables
Objetivos
Variables
Dimensión
Indicadores
Medición
Fuente
Técnicas e
Instrumentación
Analizar el
comportamiento
de modelos
industriales
convencionales
para el ensayo
de resistencia a
la flexión del
concreto antes
de empezar a
diseñar el
modelo no
industrial.
Comportamiento
de Modelos
Estructurales
Convencionales
Funcionalidad
Calibración
Fuerzas
Aplicadas
ASTM
C78
ASTM
C293
COVENIN
342 Y 343
Campo
Observación
directa
Desarrollar el
modelo
estructural no
industrial para el
ensayo de
resistencia a la
flexión del
concreto.
Modelo
Estructural No
Industrial
Ensayo de
Resistencia a
la Flexión de
Concreto
Dimensiones
Materiales
ASTM
C78
ASTM
C293
COVENIN
342 Y 343
Campo
Observación
directa
Evaluar el
funcionamiento
del modelo
estructural no
industrial para el
ensayo de
resistencia a la
flexión del
Funcionamiento
Del Modelo
estructural No
Industrial
Evaluación
Pruebas
experimentales
ASTM
C78
ASTM
C293
Campo
Observación
directa
44
concreto a
través de
ensayos
experimentales.
COVENIN
342 Y 343
Comparar los
resultados que
arroje el modelo
estructural no
industrial, con
resultados
obtenidos de
modelos
industriales
convencionales
(Máquina
Universal)
Resultados Entre
Modelos
Comparación
de Datos
Resistencia
ASTM
C78
ASTM
C293
COVENIN
342 Y 343
Campo
Observación
directa
2.4 Terminología Básica
Ensayo: Conjunto de pruebas iguales que se hacen a una muestra de
material. (Fuente: Norma COVENIN 633-2001)
Concreto: Es la mezcla constituida por el cemento, agregado inertes (finos y
gruesos) y agua en proporciones adecuadas para que se obtengan las
resistencias prefijadas. (Fuente: Norma COVENIN 337-1978)
Módulo de Elasticidad o Módulo de Young: El módulo de elasticidad (E),
también llamado módulo de Young, es un parámetro característico de cada
material que indica la relación existente (en la zona de comportamiento
elástico de dicho material) entre los incrementos de tensión aplicados (ds) en
el ensayo de tracción y los incrementos de deformación longitudinal
unitaria (de) producidos. (Fuente: Página Web: http:// http://www.mecapedia.uji.es, disponible
45
en: http// http://www.mecapedia.uji.es/modulo_de_elasticidad.htm. Consultado el 16 de Diciembre de
2014)
Sistema Hiperéstatico: En estática, una estructura
es hiperestática o estáticamente indeterminada cuando está
en equilibrio pero las ecuaciones de la estática resultan insuficientes para
determinar todas las fuerzas internas o las reacciones. (Fuente: Página Web:
https://www.prezi.com, disponible en: https://www.prezi.com/0rjsfyjot9wm/sistema-hiperestatico/.
Consultado el 16 de Diciembre de 2014)
Sistema Isostático: Los sistemas tales que la sola aplicación de las
ecuaciones de la Estática permite calcular las reacciones de los vínculos
reciben el nombre de sistemas isostáticos. (Fuente: Página Web:
http://www.construmatica.com, disponible en:
http://www.construmatica.com/construpedia/Sistemas_Estructurales consultado el 16 de Diciembre de
2014)
ASTM: American Society for Testing and Materials. (Fuente: Manual del Concreto
Estructural Conforme con la Norma Covenin 1753:03)
ACI: American Concrete Institute: (Fuente: Manual del Concreto Estructural Conforme con
la Norma Covenin 1753:03)
COVENIN: Comisión Venezolana de Normas Industriales. (Fuente: Manual del
Concreto Estructural Conforme con la Norma Covenin 1753:03)
46
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO
47
Este capítulo hace referencia sobre la metodología del proyecto de
investigación, en donde se incluye el tipo y diseño de investigación,
población, muestra, así como técnicas e instrumentos de recolección de
datos que se van a utilizar para llevar a cabo el proyecto de grado, e
igualmente el análisis y procesamiento de los mismos.
Con respecto al marco metodológico de la investigación Sabino (2011)
expresa lo siguiente:
El marco metodológico es el conjunto de acciones destinadas a describir y
analizar el fondo del problema planteado, a través de procedimientos
específicos que incluye las técnicas de observación y recolección de datos,
determinando el “cómo” se realizará el estudio, esta tarea consiste en hacer
operativa los conceptos y elementos del problema que estudiamos.
3.1 Tipo de Investigación
Sobre la investigación de tipo factible, Arias, F. (2012) explica lo siguiente:
Un proyecto factible es una propuesta de acción para poder resolver un
problema, practica o satisfacer una necesidad. Es indispensable que la
propuesta se acompañe de una investigación que demuestre su factibilidad o
posibilidad de realización.
Mediante lo planteado anteriormente, denominamos esta investigación de
tipo Factible, ya que el proyecto a realizar se puede implementar y ejecutar
eficazmente, siguiendo algunos parámetros y normas para la realización del
mismo.
3.2 Nivel de Investigación
“El nivel de la investigación se refiere al grado de profundidad con que se
aborda un fenómeno u objeto de estudio” (Arias, F. 2012, p.23).
48
Para la ejecución del proyecto se debe tener en cuenta el tipo de
investigación que se va a realizar, ya que existen diversas estrategias para el
proceso metodológico. El tipo de investigación hace referencia al tipo de
estudio que se llevará a cabo con el fin de recolectar los fundamentos
necesarios de la investigación.
3.3 Diseño de Investigación
Según Arias, F (2012), “El diseño de la investigación es la estrategia que
adopta el investigador para responder el problema planteado. En atención al
diseño, la investigación se clasifica en: investigación documental,
investigación de campo e investigación experimental”. (p.27).
Según Arias, F (2006), “La investigación experimental es un proceso que
consiste en someter a un objeto o grupo de individuos a determinadas
condiciones, estímulos o tratamiento (variable independiente), para observar
los efectos o reacciones que se producen (variable dependiente) ’’. (p.34).
Por lo antes mencionado, la investigación es del tipo experimental, ya que
tiene como objetivo diseñar un modelo estructural no industrial para el
ensayo de resistencia a la flexión del concreto, luego someterlo a pruebas
experimentales y ver su funcionabilidad.
3.4 Población y Muestra
Según Arias, F. (2012), “La población, o en términos más precisos población
objetivo, es un conjunto finito o infinito de elementos con características
comunes para los cuales serán extensivas las conclusiones de la
investigación”. (p.81).
Según Arias, F. (2012) “La muestra es un subconjunto representativo y finito
que se extrae de la población accesible’’ (p.83).
49
Para la realización de este estudio se toma en cuenta como población y
muestra el ensayo no industrial que se realizará con el modelo estructural no
industrial una vez diseñado.
3.5 Técnicas e Instrumentos de recolección de datos
Según Arias, F. (2012) “Las técnicas de recolección de datos son las
distintas formas o maneras de obtener la información necesaria para la
ejecución del proyecto.”
La técnica que se empleó en la siguiente investigación fue la observación
directa ya que permite visualizar el comportamiento y la funcionalidad de
modelos industriales convencionales para el ensayo de resistencia a la
flexión del concreto antes de diseñar el modelo estructural no industrial.
“Los instrumentos son los medios materiales que se emplean para recoger y
almacenar la información.”(Arias, Fidias 2012).
Los instrumentos utilizados para la recolección de datos:
Planillas de Registro.
Block de Notas.
Cámara Fotográfica.
50
CAPÍTULO IV: PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
51
4.1 Introducción
En este proyecto de grado se expone a continuación la posibilidad
experimental de desarrollar un modelo estructural no industrial para el
ensayo de resistencia a la flexión del concreto, que sea capaz de cumplir con
las características establecidas en las Normas Venezolanas Covenin, para la
realización de ensayos a la flexión del concreto.
En el siguiente capítulo se presentan los procedimientos a realizar para
poder desarrollar la investigación. Esta propuesta fue llevada a cabo con el
propósito de diseñar el modelo no industrial con unas dimensiones
adecuadas al espacio del laboratorio de la Universidad Nueva Esparta para
el área de ingeniería civil.
A continuación se plantean los procedimientos para la elaboración del
modelo estructural no industrial para el ensayo de resistencia a la flexión del
concreto: el diseño de dicho modelo fue realizado dentro del Estado Miranda,
en diversos sectores del Municipio El Hatillo (En el sector los Robles, ya que
allí se cuenta con las herramientas y equipos necesarios para la elaboración
del modelo no industrial y por último seria en el sector los Naranjos, en el
laboratorio de ingeniería civil de la Universidad Nueva Esparta para la
realización de los ensayos y evaluación del comportamiento del mismo). Los
ensayos de resistencia a la flexión del concreto que servirán como guía para
luego comparar resultados se realizarán en los laboratorios de La
Universidad Central De Venezuela, ubicada en Caracas bajo las Normativas
Venezolanas (COVENIN).
4.2 Materiales
Para la elaboración del modelo estructural no industrial para el ensayo de
resistencia a la flexión del concreto se utilizaron varios materiales como:
52
4.2.1 Perfiles Angulares
Los perfiles angulares no son más que una barra de metal cuya sección
tienen forma de ángulo recto con las caras de las alas de igual anchura.
También llamado perfil L de lados iguales. Estos perfiles fueron adquiridos en
Hierro Acero 2000 C.A, ubicados en Baruta, ya que los precios eran
accesibles, son de alta calidad y cumplen con los estándares de la Norma
COVENIN; los cuales cuyos perfiles servirán para armar la estructura
principal del modelo no industrial donde irán apoyados los demás elementos
que componen al mismo.
Ilustración 13 Perfil Angular (Fuente propia)
53
4.2.2 Gato Hidráulico de Botella
El gato de botella es una máquina empleada para la elevación de cargas
mediante el accionamiento manual de una manivela o una palanca. El gato a
utilizar para este proyecto contara con una capacidad de carga de ocho (8)
toneladas, el cual ejercerá una fuerza de aplicación a la base o soporte de la
viga hasta generar su rotura. Fue adquirido en la Ferretería Materiales de
Construcción Ferrelagu C.A, ubicados en El Hatillo Vía La Unión.
Ilustración 14 Gato Hidráulico de Botella (Fuente propia)
54
4.2.3 Plancha y Barra Metálica Lisa
La plancha (E=2cm) y barras metálicas (1” plg) que servirán para la
elaboración del dispositivo de soporte y aplicación de cargas a las vigas a
ensayar en el modelo no industrial. Materiales adquiridos en Hierro Acero
2000 C.A, ubicados en Baruta.
Ilustración 15 Plancha Metálica (Fuente propia)
Ilustración 16 Barra Metálica Lisa (Fuente propia)
55
4.2.4 Perfil H o Viga Doble T
Un perfil doble T (o perfil I o H) es un perfil laminado o armado cuya sección
transversal está formada por dos alas y un alma de unión entre ellas. Dicho
perfil doble T cumplirá la función de soporte para el gato hidráulico de botella
y los cabezales de aplicación de esfuerzo sobre las viguetas a ensayar.
Materiales adquiridos en la Ferretería Materiales de Construcción Ferrelagu
C.A, ubicados en El Hatillo Vía La Unión.
Ilustración 17 Viga Doble T (Fuente propia)
4.2.5 Electrodos y Anticorrosivos
Los electrodos y anticorrosivos (fondo y pintura para la protección del
mismo), materiales que servirán para unir los elementos con soldadura y
protegerlos de corrosión respectivamente, los mismos fueron adquiridos en la
Ferretería Materiales de Construcción Ferrelagu C.A, ubicados en El Hatillo
Vía La Unión.
56
Ilustración 18 Electrodos (Fuente propia)
Ilustración 19 Anticorrosivo (fondo de herrería) (Fuente propia)
4.2.6 Materiales Para la Elaboración de las Viguetas
Esta parte abarca lo referente a los materiales a utilizar para la elaboración
de las viguetas (4) y cilindros (3) a ensayar en el Instituto de Materiales y
Modelos Estructurales (IMME), para la elaboración de un concreto de
resistencia 250 Kgf/cm² con un asentamiento de 12cm (5” plg), cuyos
materiales son:
57
28 Kg de cemento
Ilustración 20 Cemento (Fuente propia)
80 Kg de arena lavada
Ilustración 21 Arena Lavada en Bolsa (Fuente propia)
58
80 Kg de piedra picada
Ilustración 22 Piedra Picada (Fuente propia)
4.3 Procedimientos
En la realización de este proyecto fue necesario aparte de consultar en
páginas web y ver videos sobre ensayos de flexión, recurrir al Instituto de
Materiales y Modelos Estructurales (IMME) y a las instalaciones del
laboratorio del Metro en la búsqueda de información fidedigna de cómo
funciona una Máquina Universal, la encargada de determinar la resistencia a
flexión del concreto a través de ensayos experimentales, el cual serviría
como base para la elaboración del modelo estructural no industrial, con la
finalidad de que los objetivos trazados en el siguiente trabajo de grado
pudiesen lograrse eficazmente.
59
Ilustración 23 Instalaciones del IMME (Fuente propia)
Se empezó realizando un recorrido a las instalaciones del IMME, la cual una
vez allí se contó con la colaboración de los encargados y del personal que
allí operan. Se procedió a recorrer las instalaciones en busca de información
sobre la maquinaria, comenzando desde la explicación de cómo se preparan
las muestras (viguetas), hasta la funcionalidad de la Máquina Universal.
4.3.1 Máquina y dispositivos
En la siguiente figura se muestra un esquema gráfico de un dispositivo para
ensayar vigas a flexión, establecido en las Normas Venezolanas COVENIN
342(R) y 343(R) para el ensayo a flexión del concreto.
60
Ilustración 24 Esquema del Dispositivos para Ensayos a Flexión en Vigas
(Fuente imagen: Norma Covenin 342(R) “NORMA VENEZOLANA CONCRETO. DETERMINACIóN
RESISTENCIA A LA FLEXIóN EN VIGAS SIMPLEMENTES APOYADAS. CARGAS EN LOS
EXTREMOS DEL TERCIO CENTRAL”)
En la ilustración que se muestra a continuación se puede observar la
Máquina Universal donde realizan ensayos a tracción, compresión y flexión.
La máquina sirve para realizar los ensayos de mayor importancia en la
resistencia de materiales mediante el uso de probetas, los cuales son:
Zona de Tensión: Ensayo a la resistencia de la Tracción.
Zona de Compresión: Ensayos de Compresión, Flexión y de Corte.
61
Ilustración 25 Máquina Universal (Fuente propia)
A continuación se muestran parte del dispositivo de soporte y aplicación de
carga que se coloca en la máquina para realizar el ensayo de flexión.
Ilustración 26 Dispositivo de Soporte de la Vigueta (Fuente propia)
Este dispositivo (Ilustración N°26) está conformado por una placa metálica de
dimensiones: 50cm de largo * 15cm de ancho * 2cm de espesor, en los
cuales cuenta con dos (2) barras metálicas lisas de diámetro de 1” (Plg), de
longitud de 15 cm, separados a una distancia de 45 cm las cuales hacen la
función de apoyos para sostener las viguetas a ensayar.
62
Ilustración 27 Dispositivo de Aplicación de Carga o Cabezal (Fuente propia)
En la Ilustración N°26 se muestra un dispositivo de aplicación de carga
conformado por una placa metálica de dimensiones de 20cm * 20cm con dos
(2) barras metálicas lisas a una separación entre ellas de 15cm y con un
diámetro igual al mostrado en el dispositivo de soporte, la cual va colocada
sobre la vigueta en el tercio del tramo central.
Ilustración 28 Molde de Viguetas (Fuente propia)
63
En la Ilustración N°28 se puede observar un molde metálico cuyas
dimensiones son: 60cm de largo * 15cm de ancho * 15cm de altura,
conformado estructuralmente por placas metálicas de espesor 6mm.
Básicamente con los elementos mostrados anteriormente se puede llevar a
cabo un ensayo de flexión, claro teniendo en cuenta también la ayuda de
otros elementos como son: una pala metálica, mezclador de concreto para la
preparación de la muestra, cucharas metálicas, varillas lisas para la
compactación del concreto por capa aplicada al molde y tanques de agua
para el curado de las viguetas. Todo eso bajo parámetros establecidos en las
Normas Venezolanas Covenin.
Una vez ya recopilada toda esta información, más lo investigado en páginas
web y ya obtenidos todos los materiales se procede a desarrollar el modelo
no industrial.
4.3.2 Construcción del Modelo no Industrial
Como primer paso, se procedió a cortar los materiales, los perfiles angulares
con unas dimensiones de 70 cm de largo * 70cm de ancho * 150cm de altura,
las placas metálicas que servirán de soporte para las viguetas a ensayar con
dimensiones de 50cm de largo * 20cm de ancho * 2cm de espesor, las
placas que ejercerán la fuerza en el tramo del tercio central y en el punto
medio 20cm * 20cm * 2cm de espesor, las barras metálicas lisas de diámetro
1” con una longitud de 20cm, para armar lo que sería la estructura, la cual
soportará el gato hidráulico de botella mediante soportes con una placa
metálica para garantizar la correcta posición y trabajabilidad del mismo. Una
vez teniendo listo los materiales para la estructura, se inicia el proceso de
armado aplicando soldadura eléctrica.
Luego de armado la estructura donde se alojará el gato hidráulico, se arranca
con la adaptación de un manómetro para medir la presión ejercida sobre la
64
viga en estudio y poder facilitar los cálculos para obtener los resultados de
los ensayos realizados en este modelo no industrial.
Ilustración 29 Adaptación del Manómetro al Gato Hidráulico de Botella (Fuente propia)
Luego de haber adaptado el manómetro al gato de botella y haberlo colocado
en su sitio en la estructura inferior, sigue la adaptación del dispositivo de
soporte de la vigueta a la estructura, para recibir el empuje por el pistón
hidráulico que se genera al darle a la manivela o palanca del gato.
Ya culminado lo que se consideraría como estructura inferior, se prosigue a
construir la parte superior del modelo no industrial el cual contara con un
soporte donde irán los cabezales tanto el de aplicación de carga en el centro
de viga y el de aplicación de carga del tercio central de la viga, siendo fijo el
soporte que mantendrá los cabezales. Los cabezales serán reemplazables
dependiendo del ensayo que se vaya a realizar ya sea aplicando cargas en
el tercio del tramo central o en el punto medio. El esfuerzo se aplicara de
abajo hacia arriba, siendo de este modo empujado el dispositivo de soporte
de las vigas hacia arriba contra el cabezal fijo en la parte superior generando
una especie de compresión a la viga hasta lograr romperla, la cual luego de
65
haberla fracturado se procede a calcular el módulo de rotura mediante los
parámetros de las Normativas Venezolanas COVENIN para calcular su
resistencia a la flexión.
4.3.2.1 Cálculo de la Escala del Manómetro que se debe usar en el
Modelo no Industrial
Área del pistón:
1. Diámetro del pistón del gato hidráulico de botella: D= 3,81 cm
2. Se calcula el área del diámetro del pistón con la siguiente formula:
A =𝜋∗𝑑2
4=
𝜋∗(3.81)2
4= 11.4 𝑐𝑚²
3. Esfuerzo de compresión del cilindro: 250 kgf/cm² o menos, el esfuerzo
a tracción es del 10% al 20% del de compresión (Aproximadamente):
250 ∗10
100= 25 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚²
4. En la viga el esfuerzo se calcula con la fórmula: Mr =𝑃∗𝐿
𝑏∗ℎ² dónde:
P = Carga Aplicada a la viga (Kgf)
L = Luz entre apoyos de la viga (cm)
b = Ancho promedio de la viga (cm)
h² = Altura promedio de la viga (cm)
5. Despejaremos P para calcular la presión y saber la escala del
manómetro a utilizar.
6. La fórmula quedaría de la siguiente manera al despejar P:
P =𝑀𝑟∗𝑏∗ℎ2
𝐿=
25∗15∗(15)2
45= 1875 𝑘𝑔𝑓, al aplicar el gato esta carga se
reparte por el área del pistón generando una presión de:
1875 𝑘𝑔𝑓
11.4 𝑐𝑚²= 164.5 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚² , lo cual quiere decir que con un manómetro de
escala hasta 700 kgf/cm² se puede usar sin llegar a su máxima escala.
66
Ilustración 30 Manómetro a utilizar en el Modelo no Industrial (Fuente propia)
Ilustración 31 Modelo no Industrial Finalizado (Fuente propia)
67
4.3.3 Elaboración de las Viguetas a Ensayar
Se procede a la elaboración del diseño de mezcla de resistencia 250 Kgf/cm²
con un asentamiento de 12cm (5” plg) para cuatro (4) vigas y tres (3) cilindros
(mezcla patrón establecida por un especialista del IMME bajo las Normativas
COVENIN).
Ilustración 32 Preparación de la Mezcla (Fuente propia)
68
Una vez realizada la mezcla se inicia el llenado y rasado de los moldes
siguiendo los parámetros establecidos en las Normas Venezolanas
COVENIN.
Ilustración 33 Preparación de las Vigas (Fuente propia)
Llenado los moldes se deja por espacio de 24 a 48 horas antes de
desmontar las vigas de los moldes y haciendo sus respectivo curados a los
especímenes de concreto según la Norma Venezolana COVENIN 340.
69
Ilustración 34 Vigas en sus Moldes (Fuente propia)
Luego de producirse el desencofrado de los cilindros, los mismos se le debe
realizar el curado respectivo, el cual consiste en colocar los cilindros dentro
de un tanque de agua durante un tiempo de 14 días continuos, con el fin de
que sean eliminados cualquier vacío o impureza que haya quedado durante
el proceso de preparación. Llegada la edad para ensayar las probetas se les
aplica sus respectivos ensayos, basados en las Normas Venezolanas
COVENIN.
70
Ilustración 35 Curado de Vigas (Fuente propia)
4.3.4 Ensayos a Compresión y a Flexión
Para la realización de los ensayos a compresión se extrajeron tres (3)
cilindros con el propósito de ensayar las probetas a los 28 días, para
certificar que el diseño de mezcla elaborado cumpla con los requerimientos
de resistencia buscados (250kg/cm2), para estos se elaboró una mezcla con
los materiales convencionales utilizados en una mezcla de concreto.
Una vez obtenido los resultados de las pruebas de compresión y flexión; y
verificado que cumplía con lo que se buscaba, se procedió a la elaboración
del ensayo a flexión.
71
Ilustración 36 Cilindro a Compresión (Fuente propia)
En el ensayo a flexión en el cual se trabajó con un número de cuatro vigas
(4) ensayadas de tal manera que a los 14 días se ensayarán dos (2) y a los
mismos 14 días las dos (2) restantes con el modelo no industrial.
Una vez obtenido los resultados de los ensayos experimentales, se procedió
al análisis de factibilidad; y comparación de resultados entre los dos (2)
modelos, tanto el convencional como el no industrial.
72
Ilustración 37 Viga a Tracción en la Máquina Universal (Fuente propia)
Ilustración 38 Viga a Tracción en el Modelo no Industrial (Fuente propia)
73
4.4 Recomendaciones de Uso
Utilizar guantes para manipular las muestras y protección de las
manos
Utilizar casco protector en las instalaciones para evitar cualquier daño
Utilizar lentes para la protección de los ojos en caso de que al romper
la viga desprenda virutas o cualquier otro elemento
Utilizar Zapatos punta de hierro para protección de los pies en caso de
caerse una de las muestras
74
4.5 Resultados
4.5.1 Planilla de Resultados Entregada por el Laboratorio del Metro.
75
76
4.5.2 Resultados Obtenidos del Modelo no Industrial.
Para el cálculo de resultados del Modelo no Industrial se procede de la
siguiente manera:
1) Como las unidades que marca el manómetro que se utilizó en este modelo
no industrial están expresada en PSI, se hace una conversión a Kgf que son
las unidades que nos pide la fórmula para poder calcular el Módulo de Rotura
(Mr).
Dónde:
1 Kgf/cm² = 14,7 PSI
D= 3,81cm Diámetro del pistón del gato de
botella
Ilustración 39 Determinación del Diámetro del Pistón través de un Bernier. (Fuente propia)
77
Calculamos el área del pistón (cm²) mediante la siguiente formula:
𝐴 =π ∗ D²
4= 𝑐𝑚²
Sustituir valores:
𝐴 =π ∗ (3,81)²
4= 11.4 𝑐𝑚²
Se genera una Fórmula para la Conversión:
𝑋 𝑃𝑆𝐼 ∗(1
Kgfcm2)
(14.7 PSI)∗ 𝐴 𝑐𝑚2 = 𝑋 𝐾𝑔𝑓
Simplificando un poco la fórmula para facilidad de la conversión quedaría:
𝑋 ∗ 0.0680 𝐾𝑔𝑓 ∗ 11.4 = 𝑋 𝐾𝑔𝑓
𝑋 ∗ 0.7756 𝐾𝑔𝑓 = 𝑋 𝐾𝑔𝑓
Donde "X" es la cantidad a convertir.
78
2) Una vez obtenida la fórmula general para la conversión y ensayadas ya
las vigas arrojando resultados en PSI, se procede a la conversión de los
mismos para el cálculo del Módulo de Rotura.
Dónde: M-1= 1900 PSI
M-2= 2000 PSI
Aplicando la fórmula para la conversión a las muestras respectivamente:
𝑴 − 𝟏 = 1900 ∗ 0.7756 𝐾𝑔𝑓 = 1474 𝐾𝑔𝑓
𝑴 − 𝟐 = 2000 ∗ 0.7756 𝐾𝑔𝑓 = 1551 𝐾𝑔𝑓
3) Hecha la conversión de PSI a Kgf se procede a los cálculos para
determinar el Módulo de Rotura en las vigas ensayadas con el Modelo no
Industrial:
Datos de las Vigas:
M-1 l (cm) h (cm) b (cm) PSI Carga de
Rotura L
60,2 15,1 15,3 1900 1474 Kgf 45 cm
M-2 l (cm) h (cm) b (cm) PSI Carga de
Rotura L
60,4 15 15,2 2000 1551 Kgf 45 cm
79
Fórmulas para el cálculo del Módulo de Rotura de las Vigas:
FÓRMULAS ASTM C78 COVENIN
342(R) Fr= P*L
b*h²
FÓRMULAS ASTM C293
COVENIN 343(R)
Fr= 3*P*L
2*b*h²
Fr MÓDULO DE ROTURA (Kgf/cm²)
P CARGA MAXIMA APLICADA (Kgf)
L LUZ ENTRE APOYOS (cm)
b ANCHO PROMEDIO DE LA PROBETA
(cm)
h ALTURA PROMEDIO DE LA PROBETA
(cm)
Norma Venezolana Concreto. Determinación resistencia a la flexión en vigas
simplemente apoyadas. Cargas en los extremos del tercio central 342(R).
Norma Venezolana Concreto. Determinación resistencia a la flexión en vigas
simplemente apoyadas. Cargas en el centro del tramo 343(R).
En estos casos solo se usó la Norma Covenin 342(R)
M-1 𝐹𝑟 =(1474 Kgf)∗(45 cm)
(15.3 cm)∗(15.1 cm)²= 19.0 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚²
80
Ilustración 40 Captura del video en el momento que marca el manómetro antes de romper la viga.
(Fuente propia)
M-2 𝐹𝑟 =(1551 Kgf)∗(45 cm)
(15.2 cm)∗(15 cm)²= 20.5 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚²
Ilustración 41 Captura del video en el momento que marca el manómetro antes de romper la viga.
(Fuente propia)
81
RESULTADOS MODELO NO INDUSTRIAL
VIGAS CARGA (Kgf) Fr (Kg/cm²)
M-1 1474 19,0
M-2 1551 20,5
Nota: Estos resultados que aquí se presentan son del Modelo no Industrial,
fueron arrojados en ensayos anteriores a los ya planteados. Los resultados
del laboratorio los cuales servirían para comparar estos mismos no se
plasman en el trabajo de grado, ya que por mal manejo de los equipos para
realizar estos ensayos a flexión, los valores obtenidos estaban totalmente
alejados de la realidad. Se pueden observar que estos resultados en
comparación con los de los segundos ensayos del Modelo no Industrial son
similares, lo cual indica el buen funcionamiento del mismo.
RESULTADOS MODELO NO INDUSTRIAL
VIGAS PSI CARGA (Kgf) Fr (Kg/cm²)
M-A 2100 1629 21,7
M-B 1900 1474 19,0
M-C 2900 2249 28,5
82
4.5.3 Desviación Estándar de los Ensayos
Símbolos
Xi Valor cualquiera
Ẋ Media muestral
S Desviación estándar muestral
Se Desviación estándar de los ensayos
v Coeficiente de variación
n Número de datos
d Rango
k Factor de ponderación del rango
Promedio Ẋ: Es la tendencia central del valor del resultado de los ensayos o
datos.
Ecuación 3. Fórmula de la Media Aritmética.
Desviación estándar S: Es el índice estadísticamente más representativo de
la dispersión o variabilidad de los datos.
Ecuación 4. Fórmula Desviación Estándar.
83
Rango d: Es la diferencia entre el valor mayor y el menor de los obtenidos en
el grupo de ensayos que se analiza.
Ecuación 5. Fórmula para calcular el Rango.
Rango Ponderado: Con el rango se puede obtener una estimación del límite
superior de la desviación estándar. El rango ponderado es sumamente útil
cuando se dispone de pocos valores, la información que suministra se
considera tan válida como la del cálculo de la desviación estándar mediante
fórmulas.
Ecuación 6. Fórmula Rango Ponderado.
Coeficiente de Variación v: Es la relación entre la desviación estándar y la
media, expresada en forma porcentual.
Ecuación 7. Fórmula del Coeficiente de Variación.
84
Desviación estándar de los ensayos Se: Si de una mezcla de concreto se
elabora un número suficiente de pruebas, con sus resultados se podrá
cuantificar la dispersión propia del ensayo para esa mezcla.
Ecuación 8. Fórmula de la Desviación Estándar de los Ensayos.
Ilustración 42 Tabla XIV.3 Del Manual de Concreto Estructural. Factor del
rango ponderado. (Fuente imagen: Manual de Concreto Estructural conforme con la norma Covenin 1976:03)
Ilustración 43 Tabla XIV.7 Del Manual de Concreto Estructural. Desviación Estándar de los Ensayos.
(Fuente imagen: Manual de Concreto Estructural conforme con la norma Covenin 1976:03)
85
Con la información ya descrita para el cálculo de la desviación estándar se
procede al cálculo de la misma. Comenzando por los cilindros seguido de las
vigas respectivamente:
Datos:
Cilindros Kgf/cm² Vigas L Kgf/cm² Vigas M Kgf/cm²
1 154,0 1 25,8 A 19,0
2 150,5 2 33,0 B 20,5
3 152,0 Vigas Laboratorio Vigas Modelo no Ind.
Promedio Ẋ: (Cilindros)
�̅� =154 + 150.5 + 152
3= 152
Desviación estándar S:
𝑆 =√(154 − 152)2 + (150.5 − 152)2 + (152 − 152)²
3 − 1= 1.77
Rango d:
𝑑 = 154 − 150.5 = 3.5
86
Rango Ponderado:
𝑆 = 0.5907 ∗ 3.5 = 2.06
Coeficiente de Variación v:
v =1.77
152∗ 100 = 1.16 %
Promedio Ẋ: (Vigas ensayadas en el Laboratorio)
�̅� =33 + 25.80
2= 29.4
Desviación estándar S:
𝑆 =√(33 − 29.4)2 + (25.80 − 29.4)2
2 − 1= 5.09
Rango d:
𝑑 = 33 − 25.80 = 7.2
Rango Ponderado:
𝑆 = 0.8865 ∗ 7.2 = 6.40
87
Coeficiente de Variación v:
v =5.09
29.4∗ 100 = 17.31 %
Promedio Ẋ: (Vigas ensayadas en el Modelo no Industrial)
�̅� =19 + 20.5
2= 20
Desviación estándar S:
𝑆 =√(19 − 20)2 + (20.5 − 20)2
2 − 1= 1.11
Rango d:
𝑑 = 20.5 − 19 = 1.5
Rango Ponderado:
𝑆 = 0.8865 ∗ 1.5 = 1.3
Coeficiente de Variación v:
v =1.11
20∗ 100 = 5.60 %
88
Una vez calculada la desviación estándar a todas las muestras se promedian
las mismas y se sustituyen en la fórmula de desviación estándar de los
ensayos (Se) para el cálculo de la dispersión propia del ensayo. Tomando
como (Se) al rango ponderado para valores más exactos debido a que son
pocos.
𝑆𝑒 =2.06 + 6.40 + 1.3
3= 3.3
Ya una vez obtenido el valor de la desviación estándar de los ensayos y
comparándolos con el tipo de control de la tabla XIV.7 del manual estructural
de concreto y haber adquiridos valores menores a cinco (<5). Se puede decir
que los ensayos están en los parámetros de Excelente
89
CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
90
5.1 Conclusiones
Una vez finalizado los ensayos y obtener resultados, se puede concluir lo
siguiente:
En base a los ensayos efectuados en el presente trabajo, se puede
concluir en principio el buen desempeño que presenta el modelo
estructural no industrial a pesar de que fue un equipo “casero” por así
decirlo.
Los resultados obtenidos en el modelo no industrial son menores que
los obtenidos en probetas semejantes ensayadas en los equipos del
laboratorio del metro.
La comparación de resultados se ve afectada porque los equipos del
laboratorio del metro miden cargas a partir de las dos (2) toneladas.
Trabajar con probetas de mayor resistencia y con un número mayor de
las mismas y a su vez al realizar estos ensayos se calibraría el equipo
ya instalado para corregir las diferencias observadas.
A nivel de ingeniería se demostró que se pueden construir equipos
para medir la resistencia a flexión con elementos relativamente poco
costosos y de fácil obtención para ser usados por profesionales del
área de la Ingeniería Civil.
En lo profesional queda demostrado que el ingeniero puede construir
equipos útiles para su ejercicio profesional.
En general, para la comunidad se podría decir que se pueden
construir en el país equipos que actualmente se importan.
En términos generales se destaca la gran aplicabilidad que tiene este modelo
no industrial en materias de Ing. Civil dadas en el laboratorio de la
Universidad Nueva Esparta (UNE). Este trabajo abre la puerta a un campo de
investigación que permitirá a los estudiantes de Ingeniería Civil acercarse y
91
comprender de una forma practica el comportamiento de los materiales en
las estructuras de Concreto.
5.2 Recomendaciones
Luego de haber realizado la presente investigación de grado, se pueden
aportar las recomendaciones siguientes:
Realizar estudios futuros para hacer mejoras al modelo no industrial,
como por ejemplo tratar de digitalizar los resultados que arroje.
Hacer la misma investigación pero para realizarle pruebas a otros
materiales como: metales, madera, plástico entre otros.
A las viguetas a ensayar se le podrían sustituir los agregados con otro
tipo de material, como material reciclable por ejemplo y ver qué
resultados daría y compararlos con los agregados convencionales.
Por la limitación de la carga para realizar ensayos a compresión en
cilindros se pueden realizar ensayos en núcleos de concreto,
cambiando el gato de botella por uno con una mayor capacidad.
92
BIBLIOGRAFÍA
93
Referencias Bibliográficas
Textos
Autores: Arias, F. Año: Caracas, Venezuela 2012. Título: ‘’ Metodología de
la Investigación” (5ta ed).
Autores: Porrero J, Ramos C, Grases, J Velazco G. Año: Editorial Sidetur,
Caracas 2009. Título ‘’Manual del Concreto Estructural” (3era ed).
Autores: A. M. Neville y J. J. Brooks Kerkhoff, Willian C. Paramese y Jussara
Tanesi. Año: Portland Cement Association, E.E.U.U 2004. Título: “Diseño y
Control de Mezclas de Concreto” (1era ed).
Trabajos de Grados Consultados
Autores: Colcha, Juan y Villa, Mariana (2010), “Diseño e implementación
de un sistema electrónico-informático para aplicaciones en ensayos en
la Maquina Universal”. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo;
Riobamba – Ecuador. Para optar por el título de Ingeniero Mecánico.
Autores: Alderete Natalia (2010), “Ensayo a Flexión de Vigas de
Hormigón con Incorporación de Agregados Reciclados”. Universidad
Tecnológica Nacional (UTN), Facultad Regional La Plata; Ciudad de Buenos
Aires – Argentina.
Autores: Rosales, Luis (2008), “Análisis del comportamiento de una viga
de concreto armado, ensayada a flexión, reforzada con barras de fibra
de carbono”. Universidad de San Carlos de Guatemala – Guatemala. Para
optar por el título de Ingeniero Civil.
Autores: Novoa, Macielb y Briceño, Fernando (2009), “Evaluación del
concreto de resistencia 250 kg/cm² a compresión, cuando es sometido a
esfuerzo de tracción”. Universidad Rafael Urdaneta; Maracaibo –
Venezuela. Para optar por el título de Ingeniero Civil.
Autores: García, Johanna (2010), “Determinación de la correlación entre
el módulo de rotura y la resistencia a la compresión del concreto (Caso
94
Prevesa).” Universidad Pontificia Bolivariana; Bucaramanga – Colombia.
Para optar por el título de Ingeniero Civil.
Autores: Rivera, Zailé (2002), “Incidencia de las fibras de polipropileno y
las fibras metálicas en la resistencia a flexión del concreto para
pavimentos rígidos”. Universidad Nueva Esparta; Miranda – Venezuela.
Para optar por el título de Ingeniero Civil.
Página web en línea: http://clubensayos.com, disponible en:
http://clubensayos.com/Temas-Variados/Retraccion-Del-Concreto/563682.html.
(2014)
Página web en línea: http://www.arqhys.com, disponible en:
http://www.arqhys.com/concreto-endurecido.html. (2014)
Página web en línea: http://ingevil.blogspot.com, disponible en:
http://ingevil.blogspot.com/2008/10/ensayo-compresin-de-cilindros-de.html. (2014)
Página web en línea: http://civilgeeks.com, disponible en:
http://civilgeeks.com/2011/03/18/resistencia-a-la-flexion-del-concreto/. (2014)
Página web en línea: http://www.monografias.com, disponible en:
http://www.monografias.com/trabajos38/traccion-en-metales/traccion-en-
metales.shtml#ixzz3LzGP7rk9. (2014)
Página web en línea: http://civilgeeks.com, disponible en:
http://civilgeeks.com/2011/03/18/resistencia-a-la-flexion-del-concreto/. (2014)
95
ANEXOS
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