Mejoramiento del módulo de rotura con la adición de fibras metálicas y de polipropileno en concreto a edades tempranas en pavimento rígido urbano en la ciudad del Cusco

Abstract

La presente tesis de investigación tiene como objetivo analizar el uso de fibras metálicas y fibras de polipropileno para incrementar el módulo de rotura del concreto en pavimento rígido urbano en la ciudad de Cusco. En algunos distritos de esta ciudad, aún hay zonas que carecen de pavimentos y veredas, por lo que en la actualidad se están ejecutando proyectos de mejora urbana y transitabilidad. Para lo cual, en pavimentos rígidos se considera un concreto con una resistencia de 280 Kg/cm² según lo normado, en el cual se centra de este trabajo de investigación.

Las condiciones climáticas y geográficas representan un desafío para la pavimentación, ya que las fisuras, los cambios en el comportamiento mecánico del suelo y los desniveles afectan las propiedades físico-mecánicas del concreto. Esto aumenta la probabilidad de fallas estructurales, por lo que requiere un mayor mantenimiento y aumentan los costos para garantizar su óptimo estado de servicio y vida útil.

En este estudio, se realiza el análisis del diseño de mezcla patrón del concreto del pavimento rígido urbano normado, incluido en los proyectos de mejora de la transitabilidad vehicular. En paralelo, se proponen 3 diseños de mezcla de concreto reforzado con fibras, uno con refuerzo de fibras de polipropileno, otro con refuerzo de fibra metálica y un tercer diseño con un mix de ambas fibras; luego de elaboradas las mezclas propuestas, se ensayarán probetas y vigas a edades tempranas de 7, 14 y 21 días respectivamente, ya que la importancia radica en que hasta el día 21, la resistencia a flexión llega hasta el 60 o 70 % de la resistencia máxima. En base a los resultados obtenidos de los ensayos en laboratorio, se verifica en qué periodo de edad temprana del concreto se logra cumplir con el valor mínimo requerido según la norma y así realizar un análisis comparativo entre el diseño de mezcla patrón y los diseños de mezcla reforzados con fibras propuestos y determinar cuál tiene mejor resultado en función al módulo de rotura y el f´c del concreto.

The present research work aims to analyze the use of metallic fibers and polypropylene fibers to improve the modulus of rupture of concrete in urban rigid pavement in the city of Cusco. In some districts of this city, there are still areas that lack pavements and sidewalks, for which urban improvement and trafficability projects are currently being implemented. For which, in rigid pavements, a concrete with a resistance of 280 Kg/cm² is considered according to the norm, which is the focus of this research work.

Climatic and geographical conditions represent a challenge for paving, since cracks, changes in the mechanical behavior of the soil and unevenness affect the physical-mechanical properties of concrete. This increases the likelihood of structural failures, thus requiring higher maintenance and increasing costs to ensure its optimum serviceability and useful life.

In this study, an analysis is made of the design of the standard concrete mix pattern of the standard urban rigid pavement included in the projects for improving vehicular trafficability. In parallel, 3 fiber-reinforced concrete mix designs are proposed, one with polypropylene fiber reinforcement, another with metallic fiber reinforcement and a third design with a mix of both fibers; after the proposed mixes are prepared, specimens and beams will be tested at early ages of 7, 14 and 21 days respectively, since the importance lies in the fact that up to day 21, the flexural strength reaches 60 or 70% of the maximum strength. Based on the results obtained from the laboratory tests, it is verified in which early age period of the concrete the minimum value required according to the standard is achieved and thus perform a comparative analysis between the design of the standard mix and the proposed fiber reinforced mix designs and determine which one has better results in terms of the modulus of rupture and the f'c of the concrete.