Universidad Particular Andina delCusco REPAVIMENTACION DE L A CARRETERA CUSCO PISAC FIBRAS DE ACERO COMO REFUERZO EN EL CONCRETO1. RESUMENEl Cusco cuenta con un sistema de transporte terrestre bsicamente a travs decarreteras las cuales conectan la capital de la provincia con las demsprovincias cusqueas, esto permite que cualquier ciudadano se pueda movilizarcon su vehculo a estas mismas, a donde tambin lle!an un sinn"mero de lneasdebusesinterprovinciales# Asimismolasmercaderassontransportadasenmiles de camiones que lle!an a zonas $ poblados bastante aislados#Pero enestos "ltimos meses la carretera Cusco % Pisac ha sido a&ectadabsicamente por los si!uientes problemas, a&ectando su estructura $ haciendode esta una va inse!ura e intransitable, per'udicando no solo a los pobladoresque viven por las zonas aledaas sino tambin a los ciudadanos que hacen usode esta va, los recientes desastres naturales provocados por las precipitaciones(uviales $ el casi nulo mantenimiento que se le brinda a esta#Proponemos el uso de )*ibras de Acero como re&uerzo en el Concreto+ para larepavimentaci,n de esta va, por su alta resistencia a tracci,n $ por tener unelevadom,dulodeelasticidadloquesetraduceenma$orresistenciaalascar!as que se le someta, $ aunque est tcnica no es mu$ usada, por ser nuevaenlaindustriadelaconstrucci,n, laspruebasrealizadas$lasobrasquelausaron anteriormente muestran resultados positivos#ABSTRACTCuscohasalandtransport s$stemmainl$throu!hroads-hichconnectthecapital o& the province -ith other provinces in Cusco. this allo-s an$ citizen tobe mobilized -ith the same vehicle, -here the$ also !et a number o&interprovincialbus lines#Also the !oods are carried in thousands o& truc/s thatcome to quite remote areas and villa!es#0ut in recent months the road Cusco 1 Pisac has been a2ected primaril$ b$ the&ollo-in! problems, a2ectin! their structure and ma/in! it an unsa&e andimpassable road, dama!in! not onl$ to people livin! nearb$ areas but also tothe citizen ma/e use o& this path-a$, recent natural disasters caused b$ rain&alland river almost no maintenance to be !iven to this#3eproposetheuseo& 4steel 5bers as rein&orcement inconcrete4 &or theresur&acin! o& this road, because o& its hi!h tensile stren!th and havin! a hi!hmodulus o& elasticit$ -hich translates into a !reater resistance to loads to besubmitted, andalthou!hthistechniqueisnot-idel$used, bein!ne-totheconstructionindustr$, tests and-or/s that usedpreviousl$ sho-npositiveresultsPALABRAS CLAVE: 67etodolo!a de la 8nvesti!aci,n9epavimentaci,n Carretera Cusco % PisacPro!rama Acadmico Pro&esional de 8n!eniera Civil Universidad Particular Andina delCusco CAPITULO I LA PROBLEMATICA1.- INTRODUCCION2.- SITUACION ACTUAL3.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA3.1.- SITUACION DEL PROBLEMAEl mal estadodelacarreteraCusco%Pisaqhaori!inadodiversosproblemascomoel aumentodehorasdevia'e, ma$orescostosdereparaci,n para los vehculos que &recuentan la carretera, etc# :o cuala&ecta al poblado de Pisaq principalmente $ Eldes!aste continuo de la carretera se debe a la !ran cantidad devehculos principalmente pesados que continuamente realizan via'es,locual empeoracadavezmaslasituaci,n, por lotantosedebebuscar una &orma de evitar este des!ast continuo realizando larespectiva repavimentaci,n reemplazando el pavimento (e;iblee;istente por un pavimento ri!ido incorporado con 5bras de acero#Elproblema con el pavimento (e;ible se encuentra con la estructura depavimento (e;ible que esta compuesta por varias capas de material#Cada capa recibe las car!as por encima de la capa, se e;tiende enella, entonces pasa a estas car!as a la si!uiente capa in&erior# Por lotanto, lacapams aba'oenlaestructuradel pavimento, recibemenoscar!a, debidoaqueconstantementerecibecar!asde!rancantidad estas capas se des!astan $ se &racturan por lo tanto se vaperdiendoestascapasquedandoe;puestaslacapasin&erioresquetienenunamenor resistencia$de!radandosepro!resivamentelacarretera&undici,n, plsticos, productos bituminosos? odema$or escasez>5bra de amianto, madera?#HORMIGON ARMADO CON FIBRAS Ko$ en da el hormi!,n armado con 5bras es un material plenamente caracterizado$ que se podra de5nir como el hormi!,n &ormado por un con!lomerado hidrulico,!eneralmente cemento Portland, ridos 5nos $ !ruesos, a!ua $ 5bras discontinuas $discretas#PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ! DEL COMPUESTO:os &actores &undamentales de los que depende el comportamiento del compuestoson las propiedades &sicas $ mecnicas de las 5bras $ de la matriz, de laadherencia de ambos $ de la compatibilidad de tensiones entre 5bras $ matriz# MATRIZEl a!lomeranteutilizadopuedeserdedostiposD or!nico>detipopolmeroDresinas epo;$, polister, &en,licas o melanina? o 8nor!nico >cemento Portland,cementos dealtocontenido deal"mina, $esoosilicato decalcio?# Enlosprimeros el alar!amiento en la rotura es del mismo orden de ma!nitud de las5bras, mientras en el se!undo !rupo es mucho menor#:as matrices or!nicas seutilizanconaltocontenidode5bras $producenmaterialescaros soloutilizablesenestructuras especialesque van arequerirL7etodolo!a de la 8nvesti!aci,n9epavimentaci,n Carretera Cusco % PisacPro!rama Acadmico Pro&esional de 8n!eniera Civil Universidad Particular Andina delCusco propiedades e;traordinariasD ba'o peso, elevada resistencia $ ri!idez, altaresistencia a la corrosi,n, etc#:osmaterialesdelosqueserequiera!randescantidades$aba'ospreciosutilizaran matrices inor!nicas $, por tanto, sern los ms com"nmenteempleados#En cuanto a los ridos ha$ que sealar que en !eneral, no es vlida la!ranulometra de los hormi!ones ordinarios, disminu$endo mucho sutraba'abilidad $ di5cultndose mucho el reparto uni&orme de las 5bras alaumentar el porcenta'e de rido ma$or de Mmm#Cin embar!o, con 5bras de acero se ha hecho posible la utilizaci,n de!ranulometras convencionales, introduciendo las 5bras en la mezcla en &ormade peines encolados, dispersndose las 5bras durante el amasado, aumentandomucho la traba'abilidad de la mezcla#:anaturalezadelosridosnosehavistohastaahoraquea&ectede&ormaespecial al hormi!,n con 5bras#Al i!ual que en hormi!ones ordinarios, la resistencia de la matriz variar con elporcenta'e a!ua cemento# FIBRAS DE ACEROEl lacero utilizado es de ba'o contenido de carbono# Cu m,dulo de elasticidad esdiezvecesma$orqueel del hormi!,n, suadherenciaesbastantebuena, sude&ormaci,nenroturaeselevada$sonmu$&cilesdemezclar, pudindosehacer por los procedimientos convencionales#En un principio se obtuvieron mediante el corte de cables cilndricos. ho$ en dase utiliza tanto este mtodo como el del corte de chapas de acero# Pueden serlisas o tener ancla'es en sus e;tremos# En al!unos casos se han utilizado 5brascon otras &ormas#Cu dimetro oscila entre I#AM $ I#NM mm#, siendo mu$ empleadas las 5bras deI#M mm# de dimetro $ MI mm# Oe lon!itud# Cu aspecto vara entre BI $ 6MI,siendo 6II el valor ms com"n#Aunque estas 5bras son susceptibles de o;idarse si se encuentran cerca de lasuper5ciedelapieza, lae;perienciaindicaqueellosolopuedea&ectaralaesttica, pero no a la resistencia# ADHERENCIA ENTRE FIBRA ! MATRIZCe!"n C-am$, las 5bras introducidas en el hormi!,n estn solo parcialmenteadheridas a ste# Esto se debe a la perdida de humedad durante la &abricaci,n,los cambios de volumen en el &ra!uado $ las reacciones super5ciales entre las5bras$lamatriz, conlaconsi!uienteaparici,ndetensionesinternasenelsistema#:a adherencia se produce por dos tipos de &en,menosD6# *sicosD por combinaci,n de adhesi,n, &ricci,n $ trabado mecnico#A# PumicosD por reacciones super5ciales entre la 5bra $ el hormi!,n#Cobre los primeros se puede actuar dndole &ormas adecuadas a las 5bras# Cibien es cierto, que se produce un aumento de la adherencia, comprobndose enmuchos casos que se lle!a al &allo del material por rotura de la 5bra $ no pordeslizamiento, comosueleocurriren5braslisas, tambinesverdadqueloscostes de obtenci,n son ma$ores#:aadherenciasepuedeme'orarporprocedimientosqumicos, recubriendola5bra de una resina epo;$# En elcaso de 5bras de acero se han utilizado con;ito los procedimientos de o;idaci,n JIIQ C $ la !alvanizaci,n#Como es de esperar, el curado tambin tiene importancia# Un curado de5cientepuede reducir la resistencia alarrancamiento de la 5bra a la mitad, mientrasM7etodolo!a de la 8nvesti!aci,n9epavimentaci,n Carretera Cusco % PisacPro!rama Acadmico Pro&esional de 8n!eniera Civil Universidad Particular Andina delCusco que un curado ba'o el a!ua a travs de un tratamiento a alta temperatura o apresi,n la puede aumentar en un NIR#MEZCLADO ! PUESTO EN OBRAEnlamezcladel hormi!,nconlas 5bras habrqueconse!uir unadispersi,nuni&ormedelas 5bras enlamatriz $ evitar el apelotonamiento de estas# :ase!re!aci,n $ el apelotonamiento de las 5bras se debe a diversas causasD aspectode las 5bras, porcenta'e en volumen de las mismas, cantidad $ tamao del rido!rueso, relaci,n a!ua % cemento $ mtodo de mezclado# Al aumentar el aspecto, elporcenta'e de 5bras $ el tamao $ cantidad del rido !rueso aumenta la tendenciaal apelotonamiento#Paraconse!uir unmezcladouni&ormeel aspectonodebeser ma$or de6II#lalon!itud parece no tener importancia# El porcenta'e en volumen de 5bras no debee;ceder del AR$ al!unos autores sealancomo no aconse'ables porcenta'essuperiores al 6R# :a docilidad de la mezcla $ el pequeo espaciamiento entre 5brasrequerido aconse'an no emplear ridos de tamao superior a 6Imm# :a cantidad dea!ua necesaria variara con la distinta absorci,n de las diversas 5bras#:a plasticidad de la mezcla es importante para ase!urar la adecuada dispersi,n delas 5bras# :a e;periencia aconse'a la utilizaci,n de la relaciones a!ua % cemento deI#L a I#J con clasi5caciones de cemento altas $ ma$or proporci,n de 5nos que enhormi!,n convencional para cubrir la !ran super5cie especi5ca de las 5bras#Ce han venido utilizando con ;ito aditivos como plasti5cantes, aireadores $controladores de la retracci,n#El contenidodecementosehavistoquesepuedereducir utilizandocenizasvolantes# Conellonosea&ectalaresistenciatracci,noacompresi,n, perosedesconoce el e&ecto sobre otras propiedades#En cuanto a la dosi5caci,n de los distintos componentes ha$ que decir que no sepuede hablar de que e;iste una dosi5caci,n tpica u ,ptima para todos los casos# Cehan obtenido buenos resultados con dosi5caciones mu$ di&erentes# Kabr que hacerensa$os en cada caso particular para determinar la dosi5caci,n ms adecuada#Para su puesta en obra se suele requerir un vibrado ms importante que en el casodehormi!,nconvencional# El vibradointernopuedeproducirse!re!aci,ndelas5bras, pero normalmente esta se!re!aci,n es &avorable al re&uerzo que deseamosconse!uir# Por e'emplo, en pavimentos un vibrado interno colocara las 5brasparalelamente a la super5cie, que va a ser la direcci,n de ma$ores tracciones#Enloscasosenquenosedeseeestaorientaci,nsepuedeutilizar unvibradoe;terno#El curado se realizar utilizando las mismas tcnicas que en el hormi!,nconvencional#Kasta ahora se han utilizado los mismos ensa$os para el control de calidad que enlos hormi!ones ordinarios>consistencia, densidad, contenido de aire $ ensa$os decar!a?. sin embar!o estos ensa$os no son per&ectamente adecuados para este tipode hormi!ones# :as medidas con el cono de Abrahams eran di&ciles de realizar $poco representativas# Ce sosla$, este inconveniente mediante la determinaci,n dela docilidad con el )cono invertido+#Cepuedenutilizar enco&rados 5'os o deslizantes para supuesta enobra# Ceconsi!uen buenos resultados mediante pro$ecci,n neumtica o bombeo concontenido de 5bras de 6R o menores# J7etodolo!a de la 8nvesti!aci,n9epavimentaci,n Carretera Cusco % PisacPro!rama Acadmico Pro&esional de 8n!eniera Civil Universidad Particular Andina delCusco CAPITULO III METODOLOGIA1. E"#$#% $&'()'$#*+% ,+ *# '(-+%"'.#)'/(.ETAPA ICONSTRUCCI0N DEL OBJETO DE ESTUDIOC/()+$)'1( ,+ *# N#"2*+3# ,+* P&/4*+5# ,+ I(-+%"'.#)'1( 6 ,+*A4/&,#7+ )'+("89)/ ,+* 5'%5/.El mal estadodelacarretaCusco%Pisaqdebidoala!rancantidaddevehculos de alto tonela'e que circulan por la zona, teniendo en cuenta quedichas estructuras estn sometidas a acciones dinamicas#ETAPA II PLANEAMIENTO ! DISE:O DE INVESTIGACI0ND+"+))'1( + ',+("'9)#)'1( ,+ 2(# %'"2#)'1( $&/4*+5;"')# ,+ '("+& 5+"/,/*1.')# 6 $&;)"')#:os pavimentos (e;ibles tienden a 5surarse lon!itudinal, transversalmente $tambin en bloqueETAPA IIIANALISIS E INTERPRETACI0N DE RESULTADOS A(;*'%'% )2#*'"#"'-/ ,+ */% ,#"/%Ka quedado demostrado que la incorporaci,n de 5bras de acero me'ora latenacidad del material, aumenta su resistencia $ capacidad de de&ormaci,n$ asi controlar la propa!aci,n de 5surasN7etodolo!a de la 8nvesti!aci,n9epavimentaci,n Carretera Cusco % PisacPro!rama Acadmico Pro&esional de 8n!eniera Civil Universidad Particular Andina delCusco C/("%"#)'1( ,+ ?'$1"+%'% ,+ &+%2*"#,/% Por lo tanto la hip,tesis planteada en la cual a5rmbamos estas suposicioneshan 'usti5cados ETAPA IVELABORACI0N DEL REPORTE DE INVESTIGACI0N RESUMENEn los "ltimos aos, las 5bras de acero de re&uerzo se han ido incorporandoa la industria inclu$endose en la construcci,n de conductos, pisosindustriales, revestimiento $ contenci,n de t"neles $ !aleras e;cavadas enroca# :a incorporaci,n de 5bras de acero me'ora las propiedades mecnicasdel mismo, aumentando suductilidad $ la ener!a de &ractura, lo queprolon!a la vida "til de la estructura consi!uiendo controlar la mor&olo!a dela 5suraci,n#:os parmetros &undamentales quepermitenevaluar las venta'as delaadici,nde5bras alamatrizdemorteroseobtienenmedianteensa$os&ractomecnicos, que permiten considerar el comportamiento post1pico,re!istrando la curva de ablandamiento mecnico#El ob'etivo de este traba'o es demostrar que la adicion de 5bras de acerocomparado con el convencional >sin la adicion de 5bras de acero?aumentanla resistencia especialmente evitando las &racturas#INTRODUCCI0N:aincorporaci,nde5brasmetlicas, plsticasocermicas, enmaterialescompuestosdematriz&r!il ocuasi &r!il, hademostradoser unmedioe5caz para me'orar la tenacidad del material, aumentar su resistencia $ sucapacidaddede&ormaci,n$controlar el desarrollo$lapropa!aci,nde5suras# :a aplicaci,n se ha ido consolidando en los "ltimos aos,especialmenteenlaconstrucci,ndepavimentos, estructurashidrulicas,t"neles, tabiques, $ en !eneral, estructuras lineales $ estructuras sometidasa acciones dinmicas#Oesa&ortunadamente, a pesar del uso cada vez ms creciente de 5bras noe;iste, a nivel normativo, una instrucci,n que permita establecer un marcode re&erencia apropiado# Ci bien en la norma AC=7C6I6S se introduce elconceptode ndice detenacidad,es necesario tener encuenta que dichondicenoesunapropiedaddel material, sinounparmetrodecarctertecnol,!ico que puede ser utilizado para clasi5car al material o comoparmetro dere&erencia enun proceso de controlde producci,n,pero ennin!"n caso constitu$e una propiedad "til para el diseo#:arespuestamecnicadel concretore&orzadocon5brasdepende, entreotros &actores,delas dimensiones$de la cantidad de5bras incorporada a la matriz#:ainclusi,n de 5bras de AM a MI mm de lon!itud, en cantidades menores delAR en volumen, constitu$e la aplicaci,n mas &recuente en el campo de lasestructuras de lain!enieracivil# Conestas cuantas, los cambios msimportantes en la respuesta mecnica del material se ponen de mani5estoparade&ormacionesma$oresquelacorrespondientealam;imatensi,nque puede soportar el material, es decir en la zona de comportamiento postpico# Por estaraz,n, el estudiodelas propiedades mecnicas deestosmateriales requieredeensa$os de&racturaenr!imendepropa!aci,nestable# 7ediante este tipo de ensa$os es posible cuanti5caradecuadamente el comportamiento post pico del material $ obtenerin&ormaci,n ob'etiva respecto a sus propiedades en &ractura $ a losparamentos de diseo que son necesarios para el dimensionado $ laoptimizaci,n de las estructuras construidas con estos materiales#S7etodolo!a de la 8nvesti!aci,n9epavimentaci,n Carretera Cusco % PisacPro!rama Acadmico Pro&esional de 8n!eniera Civil Universidad Particular Andina delCusco Oependiendo del modelo de &ractura de re&erencia, e;isten distintaspropiedades o parmetros para caracterizar el comportamiento en &racturadeunmaterial# Enel casodel concreto, unodelosmodelosde&racturautilizados con ma$or ;ito en los "ltimos aos ha sido el modelo de 5suracohesiva#En el conte;to delmodelo, una de las propiedades de ma$or inters paracaracterizar el comportamiento en &ractura del material es la ener!aespeci5cade&ractura>G*?# Conceptualmente, G*eslaener!arequeridapara producir en el material una super5cie de &ractura unitaria#ENSA!OS FISURA COHESIVAPara la e'ecuci,n de los ensa$os se elaboraron dos tipos de concretosUn concreto re&orzado con 5bras metlicas, si!uiendo, con una cuanta de MI/!de5bras por metroc"bico$unconcretoelaboradoconlosmismosmateriales $ las mismas proporciones que el concreto anterior, pero sin lainclusi,n de 5bras#Para la elaboraci,n de estos hormi!ones se utiliz, Cemento P,rtland con *iller Calcreo A!re!ado !rueso con un tamao m;imo de 6I mm A!re!ado 5no con un 7,dulo de *inura A,L Aditivo s"per(uidi5cante marca C8TA7EU= U#En el hormi!,n con 5bras se adicionaron *ibras de acero *ibracero Acindarmodelo =abi;, con una esbeltez LM#ETAPA VDIVULGACI0N DE LOS RESULTADOSP&/$'+,#,+% ,+ @)"2 ,+* )/()&+"/ %'( 94% ,+ #)+&/P&/$'+,#,+% ,+ @)"2 ,+* )/()&+"/ )/( 94% ,+ #)+&/Ce!"n los resultados indicados en las tablas, la incorporaci,n de las 5brasprcticamente no modi5ca la resistencia a la tracci,n del material pero sinembar!o provoca un incremento mu$ si!ni5cativo de la ener!a espec5cade &ractura# Comparado con el concreto simple, la G* >Ener!ia Especi5ca de&ractura?del concretocon5brasresultacasi BIvecesma$or, alcanzandovalores cercanos a los LIII UVm#F7etodolo!a de la 8nvesti!aci,n9epavimentaci,n Carretera Cusco % PisacPro!rama Acadmico Pro&esional de 8n!eniera Civil Universidad Particular Andina delCusco 2. T'$/ ,+ '(-+%"'.#)'1(.:a investi!aci,n si!uiendo la naturaleza del ob'eto de estudio esD8nvesti!acionCuantitativadebidoaquesesolicitanin&ormaci,ndetipoestadstica para comparar el concreto adicionado con 5bras con el concretoque no incorpora estas# El problema &ue bien de5nido $a que debido al malestado de la carreta Cusco %Pisaq se busca reemplazar el pavimento por unonuevo#Elob'eto dela investi!aci,n busca obtener las propiedades delosconcretos sin 5bras de acero $ su comparaci,n con el concreto incorporadocon 5bras de acero# :os resultados obtenidos son 5ables dado que se basoenunestudio e;perimental por lo tanto debemos poner n&asis enelresultado de estos#3. N'-+* ,+ '(-+%"'.#)'1(.:a in&ormaci,n se obtuvo a partir deFUENTE: 80E9