Análisis del comportamiento físico y mecánico del concreto al adicionar fibra de metal para su uso en pavimentos rígidos en la ciudad de Huancayo, 2021

Abstract

La investigación de concreto fibro-reforzado desde hace mucho tiempo viene siendo un tema de estudio para investigadores interesados en el área, siendo uno de los más importantes y con un amplio campo laboral en los pavimentos rígidos. El objetivo de la investigación fue presentar una propuesta de solución principalmente para poder combatir el problema de las fisuras por contracción plástica en el pavimento rígido en la ciudad de Huancayo, las que ocasionan que el pavimento se debilite y posteriormente se desarrollen fallas de mayor magnitud dentro de los paños de concreto, las cuales se originan a causa de diversos factores como pueden ser el exceso de cargas vehiculares, mal estudio técnico, mal diseño, mal control y supervisión en la ejecución y condiciones ambientales a las que se encuentra expuesto el pavimento, a su vez se tiene como otro objetivo mejorar el comportamiento mecánico en la resistencia a la compresión y flexión, es por ello que se ha optado por adicionar fibra de metal a la mezcla, cuyo uso no es muy común en el país; por ende, se explica los aportes físicos y mecánicos en el concreto en general. El diseño del trabajo de investigación es experimental, porque se realizó en un laboratorio de concreto especializado donde se manipularon las variables en estudio para obtener resultados verídicos según los objetivos planteados. Los ensayos para el estudio se realizaron según la Norma Técnica Peruana (NTP) y sus equivalentes en el Manual de ensayo de materiales del Ministerio Transporte y Comunicaciones (MTC), incluyendo el método Módulo de Finura para el diseño de mezcla con dosificaciones de 20, 25 y 30 kg en un metro cúbico de concreto para una resistencia de 280 kg/cm2, con la finalidad de encontrar la dosificación que garantice la mejora de sus propiedades. Para calcular la resistencia a compresión, se realizaron ensayos con briquetas a edades de 3 días en el diseño patrón llegando al 39.93%, 39.66%, 40.40% y 40.54% con dosificación de 20kg/m3, 25kg/m3 y 30kg/m3 respectivamente con relación a su resistencia final, a los 7 días alcanzaron una resistencia de 60.23%, 60.61%, 60.52% y 61.84% y finalmente a los 28 días con resistencias excedidas en 7.77%, 10.00%, 13.15% y 16.22% con respecto a la resistencia a compresión establecida para pavimentos rígidos de 280 kg/m3. También para calcular la resistencia a flexión se hizo uso de vigas con roturas a 3 días con 44.84%, 51.79%, 69.65% y 63.22% según las dosificaciones anteriormente indicadas, a 7 días 72.25%, 76.79%, 81.19% y 77.41% y a los 28 días con 16.91%, 24.92%, 7.49% y 12.60% más del requisito mínimo establecido para pavimentos rígidos que es de 34 kg/cm2 o 3.4 MPa. Y para determinar la evaluación del agrietamiento por contracción plástica se hizo uso de paneles de concreto, identificando el valor de Reducción de fisuras (CRR), que indica la relación en la que afecta la fibra de metal en el espesor de las fisuras que se presentan en el panel de concreto, donde se alcanzó un valor mínimo de 0.29 mm con el diseño patrón y un máximo de 0.99 mm con el diseño con dosificación de 30kg/m3. Después de realizar los ensayos se pudo identificar que la dosificación de 20kg/m3 y 25kg/m3 son las mejores alternativas que evidencian mayor influencia en la resistencia en el ensayo a compresión alcanzado a los 28 días y la dosificación de 30kg/m3 es una dosificación excedente donde según el análisis estadístico y análisis por gráficas la influencia comienza a ser dañina para el concreto. Para el ensayo a flexión la mejor las mejores opciones se alcanzan con las dosificaciones de 25 y 30 kg/m3 y para obtener mayor reducción de la cantidad y espesor de las fisuras a temprana edad por retracción plástica las dosificaciones de 25 y 30 kg/m3 afectan de manera elocuente. Finalmente, con respecto al costo de la elaboración del concreto con aporte de fibra de metal se incrementa de manera muy elevada en un 43.76%, 55.08% y 66.09% según las dosificaciones con respecto a un concreto convencional, pero a su vez sustituye a los costos de mantenimiento del pavimento con S/. 443.73, S/. 478.67 y S/. 512.67 según las dosificaciones en estudio. El aporte a favor que brinda la fibra se centra en la mejora de la relación de reducción de fisuras por retracción plástica, mayor resistencia a la compresión y mayor valor de módulo de rotura, para alcanzar una mayor vida útil del pavimento rígido. Por otro lado, se ve la desventaja económica del concreto fibroreforzado f’c=280kg/cm2 a comparación de un concreto tradicional f’c=280kg/cm2 incrementando el costo de manera significativa. Es así que se logra alcanzar un impacto positivo para las mejoras en la sociedad.