UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y
MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
“ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-
MECÁNICAS DE BLOQUES DE HORMIGÓN CON FIBRA DE
CABUYA”
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL
TÍTULO DE: INGENIERO CIVIL
AUTOR: ANA BELÉN ZAMBRANO SANDOVAL
TUTOR: ING. RAÚL ERNESTO PRO ZAMBRANO
QUITO – 4 DE AGOSTO
2016
ii
DEDICATORIA
A Dios, por su inmensa bondad hacia mí y toda mi familia, por haberme brindado la
sabiduría y la fuerza necesaria para alcanzar mis metas.
A mi padre, Mario, quien trabaja día a día, para que no falte nada en su hogar, por
enseñarme que con sacrifico y esfuerzo podemos alcanzar lo que nos propongamos y
principalmente por su amor y apoyo incondicional.
A mi madre, Anita, por el inmenso amor que nos brindas, por su dedicación y sacrificio
hacia sus hijos, por su impulso para formarnos como seres humanos y profesionales. A
ti que me has enseñado a valerme por mi misma y a luchar por lo que quiero, te amo
mi viejita.
A mis hermanos Andrés y Esthefanía por su amor y compañía en los momentos
tristes y felices de mi vida.
A mi novio Juan Pablo, por su apoyo y comprensión durante todo este proceso.
Ana Belén Zambrano Sandoval
iii
AGRADECIMIENTO
Agradezco a la Carrera de Ingeniería Civil de la Universidad Central del Ecuador y
todos sus docentes, quienes comparten día a día sus conocimientos y experiencias para
formar profesionales de éxito, en especial a los miembros del tribunal Ing. Carlos
Lasso, Ing. José Romo y a mi tutor el Ing. Ernesto Pro, por su apoyo durante el
desarrollo de esta investigación hasta su culminación.
Al laboratorio de Ensayo de Materiales del Gobierno Provincial de Imbabura, por
permitirme utilizar sus instalaciones para la elaboración del presente trabajo de
titulación, así como a todo su personal por la ayuda brindada.
A mi familia por su inmenso amor y comprensión durante toda mi vida.
A todas las personas que de una u otra forma han colaborado con la realización de este
trabajo.
Muchas Gracias
Ana Belén Zambrano Sandoval
iv
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
Yo ANA BELÉN ZAMBRANO SANDOVAL en calidad de autor del trabajo de
investigación “ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÁNICAS
DE BLOQUES DE HORMIGÓN CON FIBRA DE CABUYA”, por la presente
autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos
los contenidos que me pertenecen o parte de los que contiene esta obra, con fines
estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponde, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigente a mi favor, de conformidad con lo establecido en los
artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su
Reglamento.
También, autorizo a la Universidad Central del Ecuador a realizar la digitalización
y publicación de este trabajo de investigación en el repositorio virtual, de
conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación
Superior.
Quito, 4 de agosto de 2016
Ana Belén Zambrano Sandoval
CI:1723723282
Teléfono: 022975413
v
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR
Yo, ING. ERNESTO PRO, en calidad de tutor del trabajo de titulación
“ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÁNICAS DE
BLOQUES DE HORMIGÓN CON FIBRA DE CABUYA”, elaborado por la
señorita Zambrano Sandoval Ana Belén, estudiante de la Carrera de
Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería ,Ciencias Físicas y Matemática de la
Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los requisitos
y méritos necesarios en el campo metodológico y en el campo epistemológico,
para ser sometido a la evaluación por parte del jurado examinador que se
designe, por lo que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo investigativo sea
habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por la
Universidad Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito a los 28 días del mes de julio del año 2016.
Ing. Raúl Ernesto Pro Zambrano C.C. N° 1704743317
Teléfono: 0995206780 [email protected]
vi
INFORME SOBRE LA CULMINACIÓN Y APROBACIÓN DEL TRABAJO
DE GRADUACIÓN.
Quito DM, 09 de junio de 2016.
Asunto: Informe de Culminación del Trabajo de Titulación “ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÁNICAS
DE BLOQUES DE HORMIGÓN CON FIBRA DE CABUYA”.
Señorita Ingeniera
Susana Guzmán R.
DIRECTORA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
En su despacho.
De mi consideración:
Mediante Oficio FI-DCIC-2016-135, del 14 de enero de 2016, se me designa como
TUTOR del Proyecto de Titulación de la estudiante: ZAMBRANO SANDOVAL ANA
BELÉN, el mismo que versa sobre: “ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS
FÍSICO-MECÁNICAS DE BLOQUES DE HORMIGÓN CON FIBRA DE
CABUYA”, bajo la modalidad de “Proyecto de Investigación”, para que ejecute el
seguimiento del mismo hasta su culminación y emita el informe correspondiente.
En tal virtud informo que las actividades desarrolladas para dar cumplimiento a los
objetivos propuestos en el proyecto de titulación se realizaron en dos etapas:
Primera etapa:
Recopilación de información disponible tanto bibliográfico como en normas técnicas,
reconocimiento de la bloquera artesanal “Arcoíris”, identificación de los materiales de
construcción de la zona para su análisis y caracterización en el Laboratorio del
Gobierno Provincial de Imbabura y posteriormente la fabricación de bloques huecos
de hormigón con diferentes porcentajes de fibra de cabuya.
Segunda etapa:
Ejecución de los ensayos para determinar las características tanto físicas como
mecánicas de los bloques con fibra de cabuya, actividad que se realizó bajo la
supervisión del Ing. Civil Patricio Loyo, Jefe de Laboratorio de Materiales del
Gobierno Provincial de Imbabura.
vii
Una vez los especímenes fabricados alcanzaron la edad de 28 días, se realizaron
los ensayos de: Resistencia a la compresión en bloques huecos de hormigón con
adición de fibra de cabuya tanto con sus celdas en posición vertical como con
sus celdas en posición horizontal, capacidad de absorción de agua en bloques,
resistencia al fuego de bloques , resistencia al impacto de probetas, resistencia
a la flexión, resistencia a la tracción mediante el ensayo de tensión indirecta o
compresión diametral en probetas de hormigón con y sin fibras de cabuya.
Análisis comparativo del costo de producción tanto de bloques convencionales
como de los bloques con adición de fibra que presentaron las mejores
características físico-mecánicas.
Con la información obtenida la graduando redacto la memoria del trabajo de
titulación, la cual fue revisada y corregida analizando: el contenido, el estilo y
forma; cumpliendo con las exigencias de la redacción académica.
El trabajo de titulación ha cumplido con los objetivos planteados, logrando determinar
en laboratorio las propiedades físicas y mecánicas de bloques de hormigón con fibras
de cabuya, lo cual permitió determinar que la fibra de cabuya mejora algunas
propiedades del elemento constructivo como son la resistencia a compresión, a tracción
y a impacto. Este estudio servirá como referencia para futuros trabajos de titulación
que involucren el uso de fibras naturales en elementos prefabricados de hormigón.
En virtud a lo manifestado, el presente Trabajo de Titulación ha sido concluido
satisfactoriamente, por lo que recomiendo proseguir con el trámite respectivo para la
graduación de la señorita estudiante: ZAMBRANO SANDOVAL ANA BELÉN.
Ing. Raúl Ernesto Pro Zambrano
DOCENTE DE LA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
viii
NOTAS
ix
CONTENIDO
DEDICATORIA .......................................................................................................... ii
AGRADECIMIENTO ............................................................................................... iii
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL ....................................... iv
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ............................................................................. v
INFORME SOBRE LA CULMINACIÓN Y APROBACIÓN DEL TRABAJO DE
GRADUACIÓN. ......................................................................................................... vi
NOTAS ...................................................................................................................... viii
RESUMEN ................................................................................................................ xix
ABSTRACT ............................................................................................................... xx
1. EL PROBLEMA ...................................................................................... 1
1.1. TEMA DE INVESTIGACIÓN ...................................................................... 1
1.2. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN ................................................... 1
1.2.1. Planteamiento del problema ....................................................................... 1
1.2.2. Formulación del Problema ......................................................................... 2
1.2.3. Sistematización del Problema .................................................................... 3
1.3. DELIMITACIÓN ............................................................................................ 3
1.3.1. Delimitación temporal ................................................................................ 3
1.3.2. Delimitación espacial ................................................................................. 3
1.4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................ 4
1.5. OBJETIVOS .................................................................................................... 5
1.5.1. Objetivo General ........................................................................................ 5
1.5.2. Objetivos Específicos ................................................................................. 5
1.6. HIPÓTESIS ..................................................................................................... 5
2. MARCO TEÓRICO ................................................................................ 6
2.1. HISTORIA DE LOS MATERIALES ........................................................... 6
x
2.2. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ........................................... 8
2.2.1. Cemento – Fibras del tallo de la planta de maíz ........................................ 8
2.2.2. Cemento – Fibras de sisal........................................................................... 9
2.2.3. Cemento – Coco ......................................................................................... 9
2.2.4. Cemento – Bambú .................................................................................... 10
2.3. PROPIEDADES DE HORMIGONES CON FIBRAS NATURALES ..... 13
2.3.1. Tracción .................................................................................................... 14
2.3.2. Flexión ...................................................................................................... 14
2.3.3. Tenacidad ................................................................................................. 14
2.3.4. Compresión .............................................................................................. 14
2.4. CABUYA O PENCO ..................................................................................... 14
2.4.1. Historia ..................................................................................................... 14
2.4.2. Producción de cabuya en el Ecuador ........................................................ 15
2.4.3. Usos .......................................................................................................... 16
2.4.4. Características químicas y mecánicas ...................................................... 17
2.4.5. Durabilidad ............................................................................................... 18
2.5. BLOQUES DE HORMIGÓN ...................................................................... 19
2.5.1. Clasificación de los bloques ..................................................................... 20
2.5.2. Dimensiones ............................................................................................. 21
2.5.3. Materiales ................................................................................................. 21
2.5.4. Requisitos de bloques de hormigón según Norma Técnica Ecuatoriana . 23
2.6. FUNDAMENTACIÓN LEGAL ................................................................... 24
3. METODOLOGÍA .................................................................................. 25
3.1. MODALIDAD DE LA INVESTIGACIÓN ................................................ 25
3.1.1. Bibliografía............................................................................................... 25
3.1.2. Exploratoria .............................................................................................. 25
3.1.3. Experimental ............................................................................................ 26
3.1.4. Descriptiva ............................................................................................... 26
3.1.5. Aplicada ................................................................................................... 27
xi
3.2. POBLACIÓN Y MUESTRA ........................................................................ 27
3.2.1. Población .................................................................................................. 27
3.2.2. Muestra ..................................................................................................... 28
3.3. FUNDAMENTACIÓN .................................................................................. 29
3.3.1. Variable Independiente ............................................................................ 29
3.3.2. Variable Dependiente ............................................................................... 29
3.4. FASES DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................. 30
3.4.1. Selección de los materiales ...................................................................... 30
3.4.2. Descripción de la planta procesadora de fibra ......................................... 30
3.4.3. Elaboración de bloques con fibra de cabuya ............................................ 31
3.4.4. Ensayos de laboratorio para los bloques de hormigón con fibra de
cabuya....................................................................................................... 31
3.4.5. Análisis de Resultados ............................................................................. 31
3.5. LUGAR DE FABRICACIÓN DE ESPECÍMENES DE PRUEBA .......... 31
3.6. LUGAR DE REALIZACIÓN DE ENSAYOS ............................................ 32
4. PARTE EXPERIMENTAL ................................................................... 33
4.1. MATERIA PRIMA, OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN ............... 33
4.1.1. Cemento ................................................................................................... 33
4.1.2. Agregados................................................................................................. 37
4.1.3. Agua ......................................................................................................... 39
4.1.4. Cabuya ...................................................................................................... 39
4.2. PREPARACIÓN DE LA FIBRA DE CABUYA A UTILIZARSE ........... 42
4.2.1. Determinación del tamaño óptimo ........................................................... 42
4.2.2. Tratamiento de la cabuya ......................................................................... 44
4.3. PROPORCIÓN Y PESADO DE MATERIALES ...................................... 45
4.3.1. Dosificación de mezcla ............................................................................ 45
4.3.2. Procesos de mezclado de los componentes .............................................. 47
4.4. PROCESO DE FABRICACIÓN DE LOS BLOQUES DE PRUEBA ..... 49
4.4.1. Determinación de las dimensiones del bloque a elaborarse ..................... 49
xii
4.4.2. Proceso de Vibro – Compactación ........................................................... 49
4.5. MOLDEO DE PROBETAS ADICIONALES ............................................ 51
4.6. CURADO DE BLOQUES Y PROBETAS .................................................. 53
4.7. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO .............................................................. 54
4.7.1. Ensayos para determinar las propiedades de la fibra ............................... 54
4.7.2. Ensayo para determinar las propiedades físicas de los bloques ............... 57
4.7.3. Ensayo para determinar las propiedades mecánicas de los bloques ......... 61
5. RESULTADOS ....................................................................................... 70
5.1. MATERIAS PRIMAS ....................................................................................... 70
5.1.1. Fibra de Cabuya ............................................................................................ 70
5.1.1.1. Diámetro ..................................................................................................... 70
5.1.2. Características de los agregados ............................................................... 73
5.1.2.1. Agregado grueso ........................................................................................ 73
5.1.2.2. Agregado fino............................................................................................. 74
5.2. RESULTADOS DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS
BLOQUES DE CABUYA ......................................................................................... 76
5.2.1. Medición de las dimensiones ................................................................... 76
5.2.2. Absorción de agua, densidad y volumen .................................................. 77
5.3. RESULTADOS DE LASCARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LOS
BLOQUES ................................................................................................................. 79
5.3.1. Ensayo de Resistencia a Compresión simple ........................................... 79
5.3.2. Ensayo de Resistencia al fuego de bloques .............................................. 84
5.3.3. Ensayos de Resistencia al impacto de hormigón ..................................... 84
5.3.4. Ensayos de Resistencia a Tracción del hormigón .................................... 85
5.3.5. Ensayo de Resistencia a la Flexión del hormigón .................................... 86
5.4. FALLAS DE LAS PROBETAS ENSAYADAS .......................................... 88
5.4.1. Falla a compresión de bloques ................................................................. 88
5.4.2. Falla a tensión indirecta............................................................................ 89
5.4.3. Falla a flexión ........................................................................................... 90
xiii
5.2. COMPARACIONES DE LOS RESULTADOS CON BLOQUES
ADQUIRIDOS EN EL MERCADO LOCAL......................................................... 91
5.3. COSTO DE PRODUCCIÓN DE LOS BLOQUES FABRICADOS ........ 91
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................ 94
6.1. MATERIAS PRIMAS ....................................................................................... 94
6.1.1. Fibra de Cabuya ............................................................................................ 94
6.1.2. Agregados ..................................................................................................... 96
6.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE BLOQUES ........................................... 96
6.2.1. Medición de las dimensiones ........................................................................ 96
6.2.2. Peso y densidad ............................................................................................. 97
6.3. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS ......................................................... 99
6.3.1. Resistencia a compresión en Bloques ...................................................... 99
6.3.2. Resistencia al fuego de bloques ............................................................. 101
6.3.3. Resistencia al Impacto ............................................................................ 101
6.3.4. Resistencia a flexión............................................................................... 103
6.3.5. Resistencia a Tensión Indirecta .............................................................. 103
6.4. ANÁLISIS DE COSTOS DE PRODUCCIÓN DELOS BLOQUES ...... 104
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................. 106
7.1. CONCLUSIONES ....................................................................................... 106
7.2. RECOMENDACIONES ............................................................................. 110
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 111
xiv
LISTA DE TABLAS
Tabla N° 1: Dosificaciones para bloques con bagazo. ............................................... 13
Tabla N° 2: Producción nacional de la familia Agave ............................................... 16
Tabla N° 3: Características químicas de la fibra de cabuya ....................................... 18
Tabla N° 4: Características mecánicas de la fibra de cabuya .................................... 18
Tabla N° 5: Clasificación de bloques, de acuerdo a sus usos .................................... 20
Tabla N° 6: Clasificación de bloques, de acuerdo a su densidad. .............................. 20
Tabla N° 7: Dimensiones de los bloques ................................................................... 21
Tabla N° 8: Requisitos de resistencia a compresión de bloques huecos de hormigón.
..................................................................................................................................... 23
Tabla N° 9: Normas técnicas ecuatorianas utilizadas. ............................................... 24
Tabla N° 10: Variables independientes de la investigación ....................................... 29
Tabla N° 11: Variables dependientes de la investigación .......................................... 30
Tabla N° 12: Requisitos físicos del cemento Armaduro - Lafarge ............................ 36
Tabla N° 13: Requisitos químicos del cemento Armaduro (Especial) - Lafarge ....... 36
Tabla N° 14: Volumen de producción de principales productos agropecuarios ........ 40
Tabla N° 15: Dosificación al Volumen para 23 bloques ........................................... 46
Tabla N° 16: Diámetro de fibras de cabuya en 100 especímenes .............................. 70
Tabla N° 17: Diámetro promedio de la fibra de cabuya ............................................ 71
Tabla N° 18: Resistencia a tracción de la muestra de cabuya de Santa Cecilia ......... 72
Tabla N° 19: Porcentaje de absorción en la fibra de cabuya sin tratamiento ............. 72
Tabla N° 20: Porcentaje de absorción en la fibra de cabuya con tratamiento ........... 73
Tabla N° 21: Granulometría del agregado grueso ..................................................... 73
Tabla N° 22: Curva granulométrica del agregado fino .............................................. 75
Tabla N° 23: Dimensiones promedio de bloques de 15x20x40 cm de dosificación P.
..................................................................................................................................... 76
Tabla N° 24: Dimensiones promedio de bloques de 15x20x40 cm de dosificación X.
..................................................................................................................................... 76
xv
Tabla N° 25: Dimensiones promedio de bloques de 15x20x40 cm de dosificación Y.
..................................................................................................................................... 76
Tabla N° 26: Dimensiones promedio de bloques de 15x20x40cm de dosificación Z.
..................................................................................................................................... 77
Tabla N° 27: Absorción de agua, densidad y volumen de bloques de dosificación P77
Tabla N° 28: Absorción de agua, densidad y volumen de bloques de dosificación X
..................................................................................................................................... 78
Tabla N° 29: Absorción de agua, densidad y volumen de bloques de dosificación Y.
..................................................................................................................................... 78
Tabla N° 301: Absorción de agua, densidad y volumen de bloques de dosificación Z
..................................................................................................................................... 78
Tabla N° 31: Resistencia a la compresión en bloques dosificación de P con celdas en
posición vertical .......................................................................................................... 79
Tabla N° 32: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación X con celdas en
posición vertical .......................................................................................................... 80
Tabla N° 33: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación Y con celdas en
posición vertical .......................................................................................................... 80
Tabla N° 34: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación Z con celdas en
posición vertical .......................................................................................................... 81
Tabla N° 35: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación P con celdas en
posición horizontal. ..................................................................................................... 82
Tabla N° 36: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación X con celdas en
posición horizontal. ..................................................................................................... 82
Tabla N° 37: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación Y con celdas en
posición horizontal. ..................................................................................................... 83
Tabla N° 38: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación Z con celdas en
posición horizontal ...................................................................................................... 83
Tabla N° 39: Resistencia al fuego de bloques estudiados ......................................... 84
Tabla N° 40: Número de impactos a la primera fisura en probetas rectangulares ..... 84
Tabla N° 41: Número de impactos a la rotura en probetas rectangulares .................. 85
xvi
Tabla N° 42: Resistencia a tensión indirecta en hormigón con dosificación P .......... 85
Tabla N° 43: Resistencia a tensión indirecta en hormigón con dosificación X ......... 85
Tabla N° 44: Resistencia a tensión indirecta en hormigón con dosificación Y ......... 86
Tabla N° 45: Resistencia a tensión indirecta en hormigón con dosificación Z ......... 86
Tabla N° 46: Resistencia a la flexión en probetas de hormigón con dosificación P. . 87
Tabla N° 47: Resistencia a la flexión en probetas de hormigón con dosificación X. 87
Tabla N° 48: Resistencia a la flexión en probetas de hormigón con dosificación Y. 87
Tabla N° 49: Resistencia a la flexión en probetas de hormigón con dosificación Z. 88
Tabla N° 50: Comparaciones de bloques del mercado local ..................................... 91
Tabla N° 51: Análisis de precios unitario del bloque hueco de hormigón ............... 92
Tabla N° 52: Análisis de precios unitario del bloque hueco de hormigón con cabuya
..................................................................................................................................... 93
xvii
LISTA DE FOTOGRAFÍAS
Fotografía N° 1: Lugar de fabricación de los especímenes “Bloquera Arcoíris” ...... 32
Fotografía N° 2. Cemento portland puzolánico, ARMADURO (Especial) ............... 34
Fotografía N° 3: Agregados cantera SURTIPETREOS ............................................. 37
Fotografía N° 4: Bloque de prueba para la selección del tamaño óptimo de la fibra 42
Fotografía N° 5: Fibra de cabuya de longitud entre 2 cm. ......................................... 43
Fotografía N° 6: Tratamiento de la fibra de cabuya con parafina. ............................. 44
Fotografía N° 7: Mezcladora rotatoria de tambor circular ......................................... 48
Fotografía N° 8: Molde para la fabricación de bloques ............................................. 49
Fotografía N° 9: Máquina de vibro-compactación y prensado de bloques ................ 50
Fotografía N° 10: Transporte y acomodo de bloques moldeados .............................. 51
Fotografía N° 11: Moldeo de probetas adicionales .................................................... 52
Fotografía N° 12: Curado de bloques ........................................................................ 53
Fotografía N° 13: Determinación de la capacidad de absorción de la fibra de cabuya
..................................................................................................................................... 55
Fotografía N° 14: Ensayo de tracción de la fibra de cabuya ...................................... 56
Fotografía N° 15: Medición de dimensiones de bloques ........................................... 59
Fotografía N° 16: Ensayo de absorción de agua en bloques de hormigón ................ 60
Fotografía N° 17: Ensayo de compresión en bloques huecos de hormigón ............... 62
Fotografía N° 18: Ensayo de resistencia al fuego en bloques de hormigón. ............ 64
Fotografía N° 19: Ensayo de impacto en muestras de hormigón de dosificación P. . 65
Fotografía N° 20: Ensayo de flexión en viga cargada en los tercios de la luz libre .. 66
Fotografía N° 21: Ensayo de tensión por compresión diametral ............................... 68
Fotografía N° 23: Falla de bloques de mezcla PATRÓN y Mezcla X (3.3%FC) ...... 89
Fotografía N° 24: Falla de bloques de Mezcla Y (6,6%FC) e Mezcla Z (9,9%FC) .. 89
Fotografía N° 24: Falla de cilindros de hormigón de Mezcla P y Mezcla Z (9.9%FC)
..................................................................................................................................... 90
Fotografía N° 25: Falla de vigas de mezcla X, Y e Z ............................................... 90
xviii
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico N° 1: Requisitos Mecánicos del Cemento Armaduro (Especial) - Lafarge ... 36
Gráfico N° 2: Espesores de un bloque hueco de hormigón ........................................ 58
Gráfico N° 3: Área neta y área bruta de un bloque hueco de hormigón ..................... 63
Gráfico N° 4: Curva granulométrica del agregado grueso .......................................... 74
Gráfico N° 5: Curva granulométrica agregado fino .................................................... 75
Gráfico N° 6: Diámetro de las fibras de 100 especímenes.......................................... 94
Gráfico N° 7: Peso seco promedio de bloques fabricados . ........................................ 97
Gráfico N° 8: Densidad promedio de bloques fabricados. .......................................... 98
Gráfico N° 9: Absorción de agua promedio de bloques fabricados ............................ 98
Gráfico N° 10: Resistencia a compresión neta en bloques ensayados con sus celdas en
posición vertical .......................................................................................................... 99
Gráfico N° 11: Resistencia a compresión bruta promedio en bloques ensayados con
sus celdas en posición vertical .................................................................................. 100
Gráfico N° 12: Resistencia a la compresión en bloques con celdas en posición
horizontal................................................................................................................... 100
Gráfico N° 13: Ensayo impacto a la rotura ............................................................... 102
Gráfico N° 14: Ensayo impacto a la primera fisura .................................................. 102
Gráfico N° 15: Ensayo a las 28 días, resistencia a la flexión promedio. .................. 103
Gráfico N° 16: Ensayo a las 28 días, resistencia a la tensión indirecta promedio. ... 104
Gráfico N° 17: Comparación de costo de fabricación de los bloques fabricados. .... 105
Gráfico N° 18: Comparación de rendimientos de producción de bloques fabricados.
................................................................................................................................... 105
xix
RESUMEN
“ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÁNICAS DE BLOQUES
DE HORMIGÓN CON FIBRA DE CABUYA”
Autor: Ana Belén Zambrano Sandoval
Tutor: Ing. Raúl Ernesto Pro Zambrano
La presente investigación estudia las características físico-mecánicas de bloques de
hormigón elaborados con una mezcla de fibra de cabuya ligado con cemento portland,
agua y agregados comercializados en la provincia de Imbabura, los resultados
obtenidos fueron comparados con bloques convencionales, con el objeto de determinar
si estos son económicamente sustentables y cumplen con la normativa vigente en
nuestro medio local. Las concentraciones de fibra en el hormigón fueron de 0; 3,3; 6,6
y 9,9% del peso de cemento empleado en la mezcla, proporciones que se tomaron con
el fin de poder observar el comportamiento de los bloques fabricados. Los resultados
de los ensayos evidenciaron que la adición de ésta fibra en proporciones determinadas
aumentan la resistencia a tensión diametral, a flexión y la resistencia a compresión en
bloques de hormigón, mientras que la resistencia al impacto muestra un incremento a
mayores concentraciones de fibra.
PALABRAS CLAVES: CABUYA / FIBRA NATURAL DE CABUYA/
TRATAMIENTO DE LA CABUYA/ BLOQUES DE HORMIGÓN/ ENSAYOS EN
HORMIGÓN CON FIBRAS/ HORMIGONES CON CABUYA.
xx
ABSTRACT
"STUDY OF PHYSICAL AND MECHANICAL CHARACTERISTICS
OF CONCRETE BLOCKS WITH FIBER OF AGAVE"
Author: Ana Belén Zambrano Sandoval
Tutor: Ing. Raúl Ernesto Pro Zambrano
This research studies the physical-mechanical characteristics of concrete blocks made
from a mixture of fiber agave bound with Portland cement, water and aggregates
marketed in Imbabura Province, the results were compared with conventional blocks,
in order to determine if these are economically sustainable and keep with current
standards in our local environment. Concentrations of fiber in concrete were 0; 3.3; 6.6
and 9.9% by weight of cement used in the mix, proportions were taken in order to
observe the behavior of the blocks manufactured. The test results showed that addition
of this fiber in certain proportions increase the resistance to diametrical tension, a
flexion and compressive strength in concrete blocks, while the impact resistance shows
an increase at higher concentrations of fiber.
KEY WORDS: AGAVE/ NATURAL FIBER OF AGAVE / TREATMENT OF
AGAVE / CONCRETE BLOCKS / TRIALS IN CONCRETE FIBER / CONCRETE
WITH AGAVE.
I CERTIFY that the above and foregoing is a true and correct translation of the
original document in Spanish.
Piedad Gisela Mejía Gavilánez
Certified Translator
ID: 171937186-4 SENECYT: 1005 – 13 – 86033904
1
CAPITULO I
1. EL PROBLEMA
1.1. TEMA DE INVESTIGACIÓN
“Estudio de las características físico-mecánicas de bloques de hormigón con fibra
de cabuya”
1.2. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN
1.2.1. Planteamiento del problema
Durante los últimos años el Ecuador ha tomado conciencia sobre los grandes
problemas que aquejan a nuestro planeta y la necesidad de buscar minimizar los
impactos negativos originados por las industrias una de ellas la construcción donde
se quieren investigar materiales ecológicos de construcción que permitan de alguna
manera mermar el grado de impacto negativo producido, fomentando una
conciencia ambiental y ecológica, cumpliendo con la normativa vigente que regula
al Ecuador.
La utilización de fibras naturales incorporadas a otros compuestos ofrecen muchas
ventajas, entre las cuales cabe resaltar la reducción de costo de manufactura y
menor impacto negativo ambiental, por lo que el punto de partida de la
investigación es comprender el comportamiento de los materiales que constituyen
al compuesto, sus proporciones, su distribución, entre otros, para lo cual se requiere
la fabricación del elemento a analizar, para definir sus propiedades y asignarle una
aplicación adecuada.
2
Según datos reportados por el Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y
Pesca (MAGAP), la producción de fibra de cabuya en el año 2008, fue cerca de
5400 toneladas que se generaron aproximadamente de 2348 hectáreas de cultivo,
principalmente en Imbabura (51%), Carchi (47%) y otras provincias de la Sierra
(2%). Los principales problemas que afrontan los productores son: bajo precio,
abuso de comerciantes e intermediarios, mercado restringido, escasa información
de consumidores y exportadores que imposibilitan la producción a gran escala.
Por lo anteriormente expuesto y con el fin de determinar si esta fibra puede
utilizarse en el sector de la construcción, se propone la elaboración de bloques de
hormigón con cabuya para evaluar su comportamiento físico – mecánico y
determinar si es conveniente su uso para la fabricación de estos productos, siempre
y cuando presenten calidad, sostenibilidad y bajo costo.
Iniciativa que surge de la necesidad de darle otro uso a la fibra de cabuya que
permita disminuir el impacto socio – ambiental que se produce cuando se elaboran
los bloques tradicionales, promoviendo así iniciativas de desarrollo social y
fomentando el cumplimiento de uno de los objetivos del Plan Nacional del Buen
Vivir 2013-2017, de esta manera garantizar los derechos de la naturaleza y
promover la sostenibilidad ambiental.
1.2.2. Formulación del Problema
¿Cómo disminuir costos en la construcción mediante el uso de fibra de cabuya y a
la vez repotenciar la producción de ésta fibra natural en el país?
3
1.2.3. Sistematización del Problema
¿Cuáles son las oportunidades y amenazas del entorno?
¿Cuáles son los procesos que se deben seguir para la elaboración de bloques de
hormigón con cabuya?
¿Cuáles serán las propiedades físico-químicas que se obtendrán de bloques de
hormigón con cabuya?
1.3. DELIMITACIÓN
En este literal se describen los alcances que tiene la investigación en relación a los
siguientes ítems:
1.3.1. Delimitación temporal
El estudio de investigación se lo realizó en un período de 4 meses a partir de la
aprobación del tema, tiempo en el cual se determinan todos los parámetros
necesarios para una correcta información sobre el problema planteado.
1.3.2. Delimitación espacial
El estudio de investigación se realizará dentro de la ciudad de Ibarra, inicialmente
se tenía previsto la elaboración de los bloques y las muestras adicionales en la
bloquera la Campiña, pero por falta de colaboración se realizó en la bloquera
Arcoíris de la misma ciudad por mayor acogida por parte de los propietarios. De
igual manera se tenía planteado la realización de los ensayos en el Laboratorio de
ensayo de materiales de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Central
del Ecuador, pero con el fin de evitar daños en las probetas por sacudidas durante
4
su traslado y ante la factibilidad de realizar los ensayos en las instalaciones del
laboratorio de materiales del Gobierno Provincial de Imbabura, se procedió a
realizar los ensayos en las mismas ubicadas en la ciudad de Ibarra cerca de la
bloquera Arcoíris.
1.4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
El presente proyecto de investigación pretende fomentar una ingeniería civil
ecológica, cuyos procesos constructivos disminuyan el impacto negativo
ambiental, a partir del estudio de las características físico- mecánicas de bloques
ecológicos a base de la fibra natural de cabuya procedente de la planta de penco,
cuya producción es una costumbre ancestral que se ha visto afectada por la
introducción en el mercado de las fibras de poliéster lo que ha ocasionado la
disminución de su precio y por ende generación de pobreza en los productores,
principalmente en las zonas rurales, por lo que se desea determinar si esta fibra se
puede emplear en el sector de la construcción en función de las propiedades que
éste producto pueda brindar .
Éste trabajo aspira contribuir al sector de la construcción, como un aporte técnico
e investigativo, para reducir los problemas ambientales generados por la industria
de la construcción en nuestro país, esperando que sirva como base para realizar
otros trabajos de materiales de construcción ecológicos y que sean amigables con
el medio ambiente.
Esta investigación también tiene como fin mejorar la calidad de vida de las
comunidades rurales de la provincia de Imbabura, mediante el aprovechamiento de
sus recursos, pues ésta se caracteriza por su producción de cabuya que alcanza
8.889 toneladas métricas y las cuales tiene la necesidad de mejorar sus ingresos.
5
1.5. OBJETIVOS
1.5.1. Objetivo General
Investigar y analizar las características físico- mecánicas de bloques de hormigón
elaborados con una mezcla de fibra de cabuya ligado con cemento Portland, agua
y agregados, a fin de determinar si estos son económicamente sustentables y
cumplen con la normativa vigente en nuestro medio local.
1.5.2. Objetivos Específicos
Elaborar muestras de bloque prototipo empleando como uno de sus
componentes fibra de cabuya.
Realizar ensayos de laboratorio para determinar las características físico-
mecánicas de los bloques fabricados.
Comparar el costo de elaboración del bloque ecológico con un bloque
convencional.
Comparar los resultados obtenidos con bloques existentes en el mercado.
Utilizar fibras naturales como insumos de materiales alternativos para la
construcción.
Encontrar un nuevo uso de la cabuya que permita repotenciar su producción
a través de una visión constructiva.
1.6. HIPÓTESIS
Las características físico-mecánicas de los bloques de hormigón con fibra de
cabuya indican viabilidad constructiva por ser económicos y resistentes, a la vez
que fomenta la producción de cabuya en zonas rurales de bajos recursos.
6
CAPITULO II
2. MARCO TEÓRICO
Para poder entender de mejor manera el tema de investigación, se muestran a
continuación algunos aspectos claves para su mejor concepción.
2.1. HISTORIA DE LOS MATERIALES
La iniciativa de utilizar fibras naturales como un elemento de refuerzo en la
elaboración de materiales de construcción no es nueva, pues se remonta muchos
años atrás hasta civilizaciones primitivas.
“Las casas de ladrillo de Egipto se erigieron por primera vez hace 3.800 años antes
de Cristo, se elaboraban a partir de barro tomado del fondo del Río Nilo, mezclado
con paja, los cuales eran moldeados y secados al sol hasta adquirir una consistencia
firme como una roca”. (Harris, 2016)
“En países como Ecuador, Colombia y Perú la arquitectura se caracteriza por el uso
de tierra en las construcciones, particularmente en la región andina donde el adobe
se ha utilizado desde la época prehispánica pasando por la época colonial, la
republicana y hasta la actualidad”. (Guzmán, 2012)
El adobe es una pieza de construcción que combina arcilla, arena, paja picada
y agua, moldeada en forma de ladrillo.
Avanzando un poco más en la historia, el primer material reforzado con fibra
natural de origen mineral fue el asbesto-cemento, que no es más que un material
compuesto por cemento portland reforzado con fibras de asbesto.
7
El asbesto, también conocido como amianto, es un grupo de minerales impuros de
silicato que se presentan en forma de fibras delgadas, largas y rígidas. Se caracteriza
por ser resistente al calor, pues se destruye a temperaturas superiores a los 800 °C,
es resistente a los ácidos por lo que se utiliza como aislante (tanto de frío como de
calor). Las excelentes propiedades que presentaba el asbesto y su relativo bajo
costo, permitieron explicar sus numerosas aplicaciones en muchas industrias,
principalmente en materiales de construcción para reforzar hormigón, tejas,
baldosas, azulejos, tuberías y materiales para recubrimiento de paredes.
“La Organización Mundial de la Salud (OMS) junto a la Organización
Internacional del Trabajo (OIT), en reiteradas ocasiones han afirmado el peligro
del uso de Asbesto o Amianto en todos sus tipos para la salud, por ser un mineral
altamente cancerígeno, tal es el caso del Convenio 162, este convenio vale
mencionar fue ratificado por el Ecuador teniendo carácter vinculante, por lo que
sus principios y normas desembocaron en la elaboración del Reglamento de
seguridad para uso del amianto, mediante Acuerdo Ministerial, del 9 de agosto
del 2000, este texto regula el uso y la manipulación del asbesto., pero no fueron
suficientemente estrictos con las prohibiciones y control de límites permitidos.”
(Manzano, 2011)
Por esta razón que el Ecuador en el año 2011, a través de la Norma INEN 052,
establece las siguientes limitaciones de manejo de asbesto:
Solo se permite el uso del crisotilo o asbesto blanco.
Se prohíbe la utilización de cualquier tipo de asbesto anfíbol.
Se prohíbe el crisotilo en forma disgregable, spray o por aspersión.
Se prohíbe la pulverización de productos que contengan crisotilo, excepto
en los procesos industriales y bajo la aplicación de medidas de control de
polvo.
8
En la actualidad se han realizado diversas investigaciones con el propósito de
incorporar fibras al mortero y al concreto, dando como resultado una variedad de
materiales en el sector de la construcción.
Las fibras utilizadas van desde las metálicas, de vidrio, sintéticas y hasta las de
origen vegetal como estopa de coco, bagazo de caña, entre otras. Sin embargo las
primeras fibras mencionadas no están al alcance de todas las personas, esto debido
a costos, por lo que se ha dirigido la atención hacia el estudio de las fibras naturales.
2.2. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
“Las Fibras vegetales son las fibras extraídas del reino vegetal y en todas sus formas
como semillas, tallos, hojas, frutos y raíces.”
(http://www.redtextilargentina.com.ar/index.php/fibras/f-diseno/fibras-vegetales,
s.f.)
A continuación se muestra los resúmenes de trabajos de investigación que
utilizaron fibras naturales como refuerzo en concretos para aplicaciones
constructivas, especialmente de infraestructura y vivienda.
2.2.1. Cemento – Fibras del tallo de la planta de maíz
Cesar Reyes, estudió la resistencia mecánica de concretos reforzados con
partículas de 15mm x 3mm, cortados de la pared del tallo de la planta de maíz;
y con las cuales fabricó elementos constructivos que puedan ser aprovechados
en la construcción de viviendas para países subdesarrollados. El análisis de la
resistencia a flexión y compresión se realizó en probetas con distinto contenido
de partículas (2%, 4% y 8%), con el objeto de determinar la proporción más
adecuada. Se hicieron tres tipos de tratamientos a las partículas, siendo el más
9
efectivo el lavado de las mismas durante diez minutos bajo agua del grifo,
frotándola manualmente, para posteriormente dejarlas sumergidas en
agua durante 3 días. Los resultados obtenidos indican que con la adición de las
partículas de maíz en un 8% aumentan la resistencia mecánica del concreto,
alcanzando una resistencia a compresión a los 28 días de 6,23 MPa (63,55
kg/cm2) y una resistencia a flexión de 2,85 MPa (29,07kg/cm2); mientras que
la mezcla sin fibra presento una resistencia a compresión de 2,42 MPa (24,68
kg/cm2) y una resistencia a flexión de 1,71MPa (17,44 kg/cm2). (Reyes, 2009)
2.2.2. Cemento – Fibras de sisal
Sosa, Águila y Centeno, evaluaron el comportamiento del concreto (agua, arena
y cemento) reforzado con fibra de sisal, para lo cual se estudió el
comportamiento del mismo frente a ensayos de flexión y compresión de
probetas obtenidas a partir de 10 mezclas, 1 mezcla patrón y 9 mezclas con
fibras de longitud 50, 75 y 100 mm y en porcentajes de 0,50%; 0,75 % y 1,00
%, no se realizó ningún tratamiento previo para el uso dela fibra de sisal. De los
resultados obtenidos se pudo determinar que la mezcla que presenta las mejores
características es la constituida por fibras de 5 cm de longitud y en una
proporción de 0,5 %, con la cual se obtuvo una resistencia a la flexión de 1,08
MPa (11 kg/cm2), resultado que es mayor al de la mezcla patrón de 0,98MPa
(10kg/cm2), y una resistencia a compresión de 19,61MPa (200kg/cm2), valor
que es mayor al de la mezcla patrón que alcanzo una resistencia de 15,98 MPa
(163kg/cm2). (Sosa, s.f.)
2.2.3. Cemento – Coco
Martha Novoa, realizó en México ensayos de laboratorio para evaluar las
características de tableros aglomerados a base de fibra de coco y cemento,
10
considero nueve combinaciones diferentes, en las cuales se varió el porcentaje
de fibra entre 5; 10; y 15 %, así como la cantidad de cemento entre 40, 50 y
60%. La autora trabajo con una muestra de cuatro probetas por ensayo con
dimensiones de 25 x 5 cm y un espesor de 1,2 cm; empleando fibras trituradas
y cribadas hasta obtener un tamaño de 1/4”, sin realizársele ningún tratamiento
previo. Los resultados de este estudio reportan que la adición de fibra al
concreto, generó un tablero si bien no más resistente, si más flexible y menos
quebradizo. En el ensayo a compresión, la mejor mezcla fueron 5% fibra-40%
cemento respecto al peso de la probeta, la cual alcanzo 19,61 MPa (200 kg/cm2)
y una resistencia a la flexión de 5,06 MPa (51,61kg/cm2). (Novoa, 2005)
2.2.4. Cemento – Bambú
Smith, trabajó con fibras extraídas del bambú, encontrando que el fraguado de
la mezcla se retarda al emplear la fibra sin ningún tratamiento previo, esto
debido a la acción de la glucosa presente en las mismas, mientras que la
resistencia a flexión del compuesto no presento una mejoría significativa en
comparación con un concreto sin fibras. Se probaron dos métodos como
posibles tratamientos a la fibra, el primero de ellos consistía en sumergir las
fibras durante 15 minutos en cemento diluido en agua o lechada, mientras que
el segundo método fue hervir las fibras durante el mismo intervalo de tiempo
en agua. Posteriormente, se fabricaron cubos con las fibras ya tratadas y se
ensayaron a compresión, estableciéndose que los cubos fabricados por el
segundo método presentaron mejores resultados soportando una carga de falla
de 42,2 kN (4.303,20 kg), sin embargo, esta carga es menor que la carga de falla
de un cubo sin fibra la cual fue 60,5 kN (6.169,20 kg).Por otra parte estableció
que el procedimiento de compactación al fabricar paneles afectaba
considerablemente la resistencia de los mismos, así como la adecuada
distribución de la fibra en la matriz. Otra observación que realizó fue que la
11
fibra pierde humedad dentro de la matriz de cemento y esto origina una
contracción que afecta seriamente la adherencia fibra-matriz. (Juarez, 2002)
2.2.5. Cemento – Pambil
Hernán Alvarado, evaluó la resistencia mecánica del concreto con adición de
fibras de pambil obtenidas en la provincia de Zamora Chinchipe, ubicada en la
zona sur oriental de Ecuador, la misma que se utilizó en porcentajes de 0,50 %;
1,50 %y 2,50% y cuyos tamaños de fibra fueron los retenidos en los tamices No
4 y No 8. Como resultado se obtuvo que los cilindros con adición de fibras
sometidos a esfuerzos de compresión incrementan la resistencia del hormigón
que no posee fibra, y los mejores resultados se obtuvieron en las muestras
analizadas a los 28 días con el contenido de fibra de 2,50 % para los tamaño de
fibra retenidos en los tamices No 4 y No 8, con resistencias de 28,40 MPa
(289,68kg/cm2) y 29,97 MPa (305,69 kg/cm2) respectivamente. Ninguna de las
mezclas ensayadas a flexión presentaron mejores características que la mezcla
patrón; observándose que a mayor cantidad de fibra en el hormigón disminuye
su resistencia a la flexión, se presume que estos resultados están relacionados
con el elevado contenido de parénquima, que es el tejido vegetal esponjoso que
tiene ésta fibra. Al ser el hormigón un material utilizado en elementos que
exigen resistir a esfuerzos de compresión y flexión, y al obtenerse los resultados
antes mencionados en el que uno de los dos requerimientos no es cubierto, el
autor recomienda que no se emplee esta fibra en hormigones estructurales,
debiendo realizarse más investigaciones que permitan obtener otras opciones
para su utilización. (Alvarado, 2014)
2.2.6. Cemento – Lechuguilla
César Juárez pretendiendo encontrar materiales de construcción que sean
económicos y durables para construcciones en México, realizó la investigación
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acerca de concretos a base de cemento portland reforzados con fibras naturales
(Agave Lechuguilla). Las fibras de acero, vidrio o poliméricas, son alternativas
viables pero costosas, mientras que las fibras naturales pueden ser una
posibilidad para los países en proceso de desarrollo, ya que estas fibras se
encuentran disponibles en grandes cantidades y representan una fuente
renovable continua.
La fibra es afectada principalmente por la alcalinidad de la matriz de concreto,
donde la durabilidad del compuesto dependerá entonces de la protección que
tenga la fibra y de las características de impermeabilidad propias de la matriz.
En esta investigación el autor determinó que las fibras de se ven afectadas por
la reacción alcalina de la mezcla de hormigón ya que fragiliza a la fibra y por
consiguiente su resistencia a flexión se reduce considerablemente, con lo cual
estableció que el mejor tratamiento protector de la fibra es la parafina, en
comparación con otras sustancias estudiadas, misma que es una sustancia
económica que no encarece el proceso y adicionalmente le brinda protección
contra el medio alcalino de la pasta de cemento. Mediante una serie de ensayos
el autor concluyo que las fibras de lechuguilla largas tratadas con parafina y con
0,5% en volumen del concreto, tienen la capacidad para soportar mayores
cargas de tensión y flexión en comparación con el concreto simple, esto debido
a que estas fibras permiten tener mayor área de contacto con la matriz
incrementando la adherencia. (Juarez, 2002)
2.2.7. Cemento – Bagazo
Clara Pozo, estudió la posibilidad de fabricar bloques para mampostería liviana,
usando agua, agregados (arena y cascajo) y bagazo de caña de azúcar. El pre
tratamiento del bagazo se logró mediante flujo continuo de agua durante un
periodo de 12 horas, reduciendo así la cantidad de azúcar del 25,59% al 5,75%,
lo que ayuda a obtener un correcto fraguado del concreto. Las dosificaciones
del hormigón al volumen empleadas para preparar 15 bloques fueron:
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Tabla N° 1: Dosificaciones para bloques con bagazo.
Material Dosf. Control Dosf. No 1 Dosf. No 2 Dosf. No 3
Agua 0,7 0,7 0,7 0,7
Cemento 1 1 1 1
Arena 5 4 4 3
Pómez 5 5 4 4
Bagazo 0 1 2 3
Fuente: Tesis de bloques con bagazo; Ing. Clara Pozo
Al someter a esfuerzos de compresión los bloques de las cuatro mezclas, se
obtuvo que la dosificación No 1 reportó 1,41 MPa (14,47kg/cm2) y la muestra
de control una resistencia de 1,17 MPa (11,95 kg/cm2). En cuanto a la
capacidad de absorción de los bloques se estableció que cuando se agrega una
baja cantidad de bagazo, la capacidad de absorción iguala a la muestra patrón,
mientras que al aumentar la cantidad de bagazo éste se vuelve más poroso y por
ende adquiere mayor capacidad de absorción. La autora concluyo que el uso de
bagazo de caña de azúcar en la fabricación de bloques para mampostería liviana
es posible ya que mejora las propiedades físicas y mecánicas de los bloques
normales o convencionales, además de abaratar costos en la construcción.
(Pozo, 2011)
2.3. PROPIEDADES DE HORMIGONES CON FIBRAS NATURALES
El uso de fibras en el hormigón es de interés en el sector de la construcción, por cuanto
permiten mejorar alguna de las características relacionadas con la resistencia a tracción,
flexión y corte, puesto que el hormigón por si solo tiene buena resistencia a la
compresión. A continuación detallaremos el efecto de las fibras naturales en las
características del hormigón:
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2.3.1. Tracción
Según algunos estudios realizados sobre la utilización de fibras natrales en
hormigones, algunos autores establecen que la longitud de la fibra no tiene mayor
influencia en el crecimiento de la resistencia a tracción, otros dicen que el aumento
del contenido en volumen de fibras produce un incremento de la resistencia a
tracción.
2.3.2. Flexión
Las fibras naturales pueden mejorar la resistencia a la flexión pero no
sustancialmente, esto se debe a que al estar las fibras muy cercanas, proveen al
hormigón un mejor control contra el agrietamiento.
2.3.3. Tenacidad
La presencia de las fibras naturales en el hormigón evita la propagación de fisuras,
mediante la reducción del ancho de la mismas si ésta se presenta, a la vez que
permite el adecuado funcionamiento de la estructura fisurada.
2.3.4. Compresión
Según algunas investigaciones se ha establecido que el uso de fibras naturales en el
hormigón en ciertas ocasiones ha presentado una influencia casi insignificante en
la resistencia a compresión, mientras que en otras ocasiones su uso ha sido adverso.
2.4. CABUYA O PENCO
2.4.1. Historia
La planta de cabuya genero agave, o penco como se conoce nacionalmente, es
originaria del continente americano, siendo México el país con la mayor cantidad
15
de especies nativas en donde se las conoce con los nombres de magueyes o
mezcales.
En el Ecuador se ha encontrado dos tipos de Agave americana, macho y hembra, el
macho conocido como cabuya negra se caracteriza por sus hojas de color azulado,
su cultivo está destinado para la extracción de su sabia con fines gastronómicos, y
la hembra conocida como cabuya blanca, la cual se caracteriza por tener un color
verdoso en sus hojas y estar destinada para la obtención de fibras.
2.4.2. Producción de cabuya en el Ecuador
“El cultivo de cabuya o penco se localiza en las provincias del Carchi,
Imbabura, Pichincha, Tungurahua, Chimborazo, Azuay, Cañar, Loja, Guayas y
Manabí. Por lo general se utiliza como cerco vivo para establecer linderos entre
propiedades rurales, y como planta ornamental, no obstante es una especie que
puede ser incorporada en sistemas agroforestales”.
(Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura,
s.f.)
Crece en terrenos pedregosos, arenosos y de baja productividad agrícola, existiendo
zonas donde la explotación es intensiva.
En la actualidad la planta de cabuya es de gran importancia en las sociedades rurales
y campesinas pues constituye una fuente de ingresos para gente con bajos recursos
económicos. Los principales problemas que afrontan los productores son: bajo
precio, abuso de comerciantes e intermediarios, mercado restringido, escasa
información de consumidores y exportadores.
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Según la Organización Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura
(FAO) en el año 2010 existieron 2200 hectáreas cosechadas de la familia agave
dentro de la cual se encuentra la cabuya. A pesar de la disminución por hectárea
cosechada las estadísticas reflejan un incremento en la producción comparado con
el año 2009.
Tabla N° 2: Producción nacional de la familia Agave
AGAVES
Año Área cosechada (Ha) Rendimiento (kg/Ha) Producción(T)
2005 2839.0 1220.5 3645.0
2006 2848.0 1062.1 3025.0
2007 2837.0 1350.4 3831.0
2008 2663.0 1409.3 3708.0
2009 2390.0 1232.2 2945.0
2010 2200.0 1454.5 3200.0
Fuente: FAOSTATS
2.4.3. Usos
Los productos obtenidos de la planta de cabuya tienen varios usos en el campo
ecuatoriano, entre los que se encuentran:
El chaguarmishque, bebida o líquido natural extraída del corazón de la planta
del penco, de sabor dulce con presencia de nutrientes que permiten mantener
bajos los niveles de colesterol y triglicéridos así como la estimulación de la
flora intestinal. A partir de éste líquido se puede obtener un endulzante natural
a manera de miel la cual brinda beneficiosos nutrientes al consumirla, se
pueden preparar postres, pasteles o simplemente usarlo como endulzante en
nuestras bebidas: cafés, agua, jugos, de manera sana y económica.
El guarango, bebida con grado de alcohol procedente de la fermentación del
chaguarmishque, usada para brindar en las fiestas o festividades de las
comunidades indígenas.
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Las alcaparras, son los frutos, yemas o capullos florales que no se han abierto.
Son muy apreciadas encurtidas en sal vinagre o vino y usadas comúnmente
como condimento de diversos platos gastronómicos.
La fibra de cabuya se emplea para la fabricación de sogas, soguillas, hilos,
alfombras, bolsos de mano, hamacas, rodapiés, tapices, tapetes, sombreros
y artículos decorativos en general. La línea productiva más importante es la
elaboración de sacos para embalaje de productos agrícolas destinados al
consumo interno y a la exportación de cacao.
La fibra de cabuya según varios estudios puede remplazar a la fibra de
vidrio utilizada en la industria automotriz, para la elaboración de
guardachoques.
Al ser la fibra de cabuya biodegradable, se la utiliza como biomanto o manto
natural para reducir los daños por erosión en taludes de carreteras.
La fibra de cabuya es utilizada en Brasil como refuerzo de materiales de
construcción, tales como tejas y viguetas no estructurales.
2.4.4. Características químicas y mecánicas
La composición química de la fibra de cabuya varía según la especies, las
condiciones climáticas, el tipo de suelo y el tipo de procesamiento de la fibra, pero
de manera general se ha encontrado la presencia de celulosa, hemicelulosa y lignina
como sus componentes principales.
“La finalidad de la hemicelulosa y lignina en las fibras naturales, es proteger las
fibras de celulosa de las agresiones externas y al mismo tiempo transmitir las
tensiones a las que se somete al conjunto del material”. (Salinas, 2012)
En la Tabla N° 3 se pueden apreciar los valores entre los que oscilan los
componentes de la fibra de cabuya:
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Tabla N° 3: Características químicas de la fibra de cabuya
Componentes Porcentaje Contenido
Cenizas 0.70 %
Humedad, ceras y grasas 1.90%
Pentosas 10.50 % - 17.7%
Celulosa 62.70 % - 73.80 %
Lignina 11.30 % - 15.5%
Fuente: 1er Congreso Internacional de fibras Naturales; Antioquia – Colombia
Para complementar las propiedades de la cabuya en la tabla N°4 se aprecian las
principales características mecánicas de la fibra.
Tabla N° 4: Características mecánicas de la fibra de cabuya
Tipo de Resistencia Cuantificación
Resistencia a la tracción 305MPa (3 111.00 kg/cm2)
Resistencia al Corte 112 MPa (1 142.00 kg/cm2)
Módulo de elasticidad 7.50 MPa (76.50 kg/cm2)
Densidad 1.30 g/cm3
Fuente: Tecnología de polímeros; M. Beltrán y A. Marcilla
2.4.5. Durabilidad
“Algunas fibras naturales reportan el debilitamiento de las características
tensomecánicas de los hormigones y morteros fibrorreforzados, a diferentes
edades, principalmente producidas por la descomposición química de la lignina
y la hemicelulosa. Los poros de agua alcalina rompen la unión entre las células
individuales de las fibras, en ciertos casos esta se convierten en numerosas y
pequeñas células que pierden su capacidad resistente en el hormigón. Los
lugares vacíos (lumen de la fibra) son llenados por hidróxido de calcio y las
fibras pierden su flexibilidad. (Macías, s.f.)
Por lo expuesto anteriormente, se puede decir que las fibras naturales presentan
problemas de durabilidad en el hormigón, debido a la degradación y el consecuente
agrietamiento de la fibra, razón por la cual, en la presente investigación se tratará
la fibra impregnándola en una sustancia que permita reducir este problema.
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2.5. BLOQUES DE HORMIGÓN
El bloque de hormigón es un elemento premoldeado, fabricado a base de cemento,
agua, agregados finos o gruesos ,con o sin aditivos, obedeciendo a una
granulometría, dosificación y técnica de construcción; con forma y dimensiones
que permiten su fácil transporte, almacenaje, manipuleo y colocación, en forma
manual , los cuales han sido especialmente diseñados para mampostería confinada
o reforzada.
La norma NTE INEN 638, define al bloque hueco de hormigón como una pieza
prefabricada simple hecha a base de cemento, agua y áridos finos y gruesos, en
forma de paralelepípedo, con uno o más huecos transversales en su interior, de
modo que el volumen del material sólido sea del 50% al 75% del volumen total del
elemento.
Los bloques de hormigón tienen dimensiones normalizadas, ordenadas de tal forma
que la primera medida es el ancho del bloque, la segunda medida es la altura del
mismo y la última es el largo del bloque, ejemplo 10 x 20 x 40 cm.
La mayoría de las bloques artesanales de la ciudad de Ibarra salen al mercado a la
edad aproximada entre 15 y 20 días; la dosificación establecida para la fabricación
de los mismos no siempre se cumple debido a que por facilidad de operación, los
trabajadores miden las cantidades en carretillas y no emplean instrumentos estándar
de medición.
La norma Ecuatoriana de la Construcción dice que:
La mampostería confinada, es aquella conformada por unidades de
mampostería como son el ladrillo macizo o bloque de hormigón, la cual está
unida por medio de mortero y está confinada en su perímetro por vigas,
columnas, alrededor del muro o unidades de mampostería donde se vacía el
hormigón de relleno logrando el confinamiento de la mampostería.
20
La mampostería reforzada está conformada por unidades de mampostería
de perforación vertical como arcilla cocida y Bloques de hormigón, los cuales
son unidas por medio de mortero y reforzado internamente con barras o
alambres de acero (NEC, 2015).
2.5.1. Clasificación de los bloques
2.5.1.1. Según su uso
Los bloques huecos de hormigón se clasifican, de acuerdo a su uso, en cinco clases,
como se indica en la Tabla N° 5.
Tabla N° 5: Clasificación de bloques, de acuerdo a sus usos
CLASE USO
A Paredes exteriores de carga, sin revestimiento
B Paredes exteriores de carga, con revestimiento
Paredes interiores de carga, con o sin revestimiento
C Paredes divisorias exteriores, sin revestimiento
D Paredes divisorias exteriores, con revestimiento
Paredes divisorias interiores, con o sin revestimiento
E Losas alivianadas de hormigón armado
Fuente: Norma NTE INEN 638
2.5.1.2. Según su densidad
Los bloques huecos de hormigón se clasifican, de acuerdo a su densidad, en tres
tipos, como se indica en la Tabla N°6.
Tabla N° 6: Clasificación de bloques, de acuerdo a su densidad.
TIPO DENSIDAD DEL HORMIGÓN (kg/m3)
Liviano <1680
Mediano 1680 a 2000
Normal ˃2000
Fuente: Norma NTE INEN 638
21
2.5.2. Dimensiones
El espesor de las paredes interiores de los bloques no debe ser menor de 25 mm, en
los bloques clase A y B; y de 20 mm en los bloques tipo C, D y E. Los bloques
deben tener las dimensiones indicadas en la Tabla N° 7. Los bloques de un mismo
tipo deben tener dimensiones uniformes, no se permite una variación mayor de
5mm.
Tabla N° 7: Dimensiones de los bloques
TIPO
DIMENSIONES
NOMINALES (cm)
DIMENSIONES EFECTIVAS
(cm)
Largo Ancho Alto Largo Ancho Alto
A,B 40 10,15,20 20 39 9,14,19 19
C,D 40 10,15,20 20 39 9,14,19 19
E 40 10,15,20,25 20 39 9,14,19,24 20
Fuente: Norma NTE INEN 638
Las dimensiones nominales son las medidas principales: el largo, el ancho y el alto
del bloque, establecidas en la norma NTE INEN 638 para designar el tamaño del
bloque, mientras que las dimensiones efectivas son aquellas que se obtienen por
medición directa efectuadas sobre el bloque.
2.5.3. Materiales
Los bloques se deben elaborar con cemento Portland, áridos finos y gruesos, tales
como: arena, grava, piedra partida, granulados volcánicos, piedra pómez, escorias
u otros materiales inorgánicos inertes adecuados.
2.5.3.1. Cemento
La Norma NTE INEN 151 define al cemento portland como " Cemento hidráulico
producido por pulverización de clinker, consistente esencialmente de silicatos
22
cálcicos hidráulicos cristalinos y que usualmente contiene uno o más de los
siguientes elementos: agua, sulfato de calcio, hasta 5% de piedra caliza y adiciones
de proceso.” El cemento que se utilice en la elaboración de los bloques debe
cumplir con los requisitos de la Norma NTE INEN 152.
2.5.3.2. Agregados
Los agregados o áridos, constituyen cualquier material mineral, formado de
partículas graduadas o fragmentos, de diferentes tamaños que provienen de la
fragmentación natural o artificial de las rocas.
Los áridos a utilizarse en la elaboración de bloques deben cumplir con los requisitos
de la Norma NTE INEN 872 y, además pasar por un tamiz de abertura nominal de
10 mm.
Los agregados se clasifican por el tamaño de las partículas en agregado fino y
grueso, diferenciándose entre sí por las siguientes características:
Agregado Grueso
Se define como el agregado que tienen un tamaño nominal mayor al tamiz No 4
(4.75 mm) y menor a 6 pulgadas (150 mm), tales como grava, piedra partida, piedra
pómez.
Agregado Fino
Es la fracción de agregado que pasa el tamiz No 4 (4.75 mm) y son retenidas en el
tamiz No 200 (0.075 mm), entre las que se encuentran las arenas, polvo de piedra.
También existen otros tipos de agregados que son aquellos materiales inorgánicos
inertes obtenidos a partir de procesos industriales tales como escorias de hornos,
limaduras de hierro, cenizas de carbón, aserrín, entre otros.
23
2.5.3.3. Agua
El agua que se utilice en la elaboración de los bloques debe ser dulce, limpia, de
preferencia potable y libre de cantidades apreciables de materiales nocivos como
ácidos, álcalis, sales y materias orgánicas, tal como se establece en la Norma NTE
INEN 638.
2.5.4. Requisitos de bloques de hormigón según Norma Técnica Ecuatoriana
Los bloques huecos de hormigón de cemento que se emplean en la construcción de
paredes, paredes soportantes, paredes divisorias no soportantes y losas alivianadas
de hormigón armado, deben cumplir con los requisitos que se establecen en la
norma NTE INEN 643, tal como se indican en la Tabla N° 8.
La absorción de agua en los bloques se determinará de acuerdo con la Norma NTE
INEN 642 y no puede ser mayor del 15%.
Tabla N° 8: Requisitos de resistencia a compresión de bloques huecos de hormigón.
Tipo de Bloque Resistencia mínima a la compresión
en MPa a los 28 días
A 6
B 4
C 3
D 2,5
E 2
Fuente: Norma NTEINEN 643
24
2.6. FUNDAMENTACIÓN LEGAL
La presente investigación se basa en las normas técnicas que se indican en la Tabla
N° 9.
Tabla N° 9: Normas técnicas ecuatorianas utilizadas.
NORMA AÑO DESCRIPCIÓN
INEN 638 1993 Bloques huecos de hormigón, definiciones, clasificación y
condiciones generales.
INEN 639 2012 Bloques huecos de hormigón, muestreo y ensayos.
INEN 640 1993 Bloques huecos de hormigón, determinación de la
resistencia la compresión
INEN 642 1993 Bloques huecos de hormigón, determinación de la
absorción de agua.
INEN 643 1993 Bloques huecos de hormigón. Requisitos.
INEN 694 2010 Hormigón y áridos para elaborar hormigón. Terminología.
Elaborado por: Ana Zambrano
25
CAPITULO III
3. METODOLOGÍA
El esquema metodológico para responder a una interrogante, motiva a la
recolección de información mediante encuestas realizadas en campo con los actores
directos, así como el uso de fuentes secundarias como documentos y estadísticas
que están relacionadas con datos oficiales que permiten una sólida confiabilidad de
los resultados.
La metodología empleada depende de la modalidad de investigación para lo cual a
continuación se detallan los tipos y los pasos a seguir en la presente investigación.
3.1. MODALIDAD DE LA INVESTIGACIÓN
3.1.1. Bibliografía
Para la contextualización del presente estudio se aplicó una investigación
bibliográfica pues se revisó la literatura existente para extraer y recopilar
información relevante al tema en fuentes como libros, tesis, publicaciones, artículos
técnicos de internet y más.
3.1.2. Exploratoria
La presente investigación también es exploratoria, pues la literatura reveló que hay
varias investigaciones similares pero en otros contextos, tales como otros
materiales, otras aplicaciones y otra normativa, es decir, los factores que
intervienen son diferentes pues son particulares de cada país o región específica.
26
Este tipo de investigación permite al lector familiarizarse con fenómenos
relativamente desconocidos que posteriormente le ayudaran a “determinar
tendencias, identificar relaciones entre variables y establecer un punto de partida
para otras investigaciones”. (Hernández, 1997)
3.1.3. Experimental
Adicionalmente éste estudio es de modalidad experimental, por cuanto los
resultados de los ensayos permiten generar información que sirve de base para
futuras aplicaciones de la fibra de cabuya.
La metodología empleada consiste en seguir los pasos necesarios para controlar la
experimentación, a fin de permitir la manipulación deliberada de una o más
variables independientes y observar los cambios en la variable dependiente.
La experimentación se llevó a cabo para analizar si la variable independiente afecta
a una o más variables dependientes, lo que implica fabricar un grupo de bloques de
hormigón con fibra de cabuya, denominados “grupo experimental” y otro grupo de
bloques de hormigón sin fibras, denominados “grupo patrón”. La finalidad es
comparar sus características físico-mecánicas mediante ensayos de laboratorio e
identificar sus diferencias. Adicionalmente al manipular la cantidad de cabuya
presente en los bloques, se tienen la ventaja de poder determinar los efectos de
dicha adición en distintos niveles.
3.1.4. Descriptiva
Esta investigación es descriptiva por cuanto el investigador tiene como propósito
describir todos los eventos presentes durante la experimentación, es decir detallar
como son, cómo se realizaron y que resultados se obtuvieron.
27
La metodología empleada consiste en:
Detallar cada una de las actividades realizadas.
Describir las peculiaridades observadas durante el proceso de fabricación
de los especímenes.
Describir el procedimiento de ensayo
Medición de las características físicas y mecánicas delos especímenes
objeto de estudio.
3.1.5. Aplicada
La investigación es de modalidad aplicada por cuanto al obtenerse resultados
favorables de los ensayos de laboratorio de los bloques de hormigón con adición
de fibras de cabuya, se podrá recomendar su uso como un producto alternativo para
el sector de la construcción.
3.2. POBLACIÓN Y MUESTRA
3.2.1. Población
“La población es el conjunto de todos los individuos u objetos a los cuales se quiere
investigar y a quienes se generalizará la información”. (Castañeda, 2011)
Para esta investigación, la población está constituida por la cantidad total de
bloques de hormigón con que se va trabajar, tal como se describe a continuación:
Bloques de hormigón comunes de tres empresas fabricantes de la ciudad de Ibarra
(9 unidades para ensayar únicamente a compresión).Bloques de Hormigón de la
fábrica en mención que servirá como patrón de comparación (18 unidades para
varios ensayos). Bloques de Hormigón con diferentes porcentajes de fibra de
28
cabuya y objeto de éste estudio (54 unidades para varios ensayos). Probetas
cilíndricas (8 unidades para el ensayo de tensión indirecta). Probetas prismáticas (8
unidades para el ensayo de flexión).
Se tienen una población a estudiar de 81 bloques de hormigón, que incluye tanto
bloques elaborados sin fibra, bloques elaborados con fibra de cabuya y los
adquiridos en el mercado, 8 probetas cilíndricas y 8 probetas prismáticas. Todas las
probetas son elaboradas en moldes estándar y ensayadas bajo la normativa
respectiva.
3.2.2. Muestra
“La muestra es la parte de la población de estudio que refleja las mismas
características de la población”. (Castañeda, 2011)
El muestreo probabilístico o conocido como muestreo aleatorio, se caracteriza por
que todos los sujetos de la población de estudio, tienen la misma probabilidad de
ser seleccionados para formar parte de la muestra. Con este criterio se ensayaron
bloques con un mínimo de tres ejemplares por tipo de ensayo; probetas cilíndricas
y prismáticas con un mínimo de dos ejemplares por tipo de ensayo y por cada
dosificación, las cuales serán sometidas a pruebas de laboratorio según el
procedimiento establecido en la norma correspondiente. Una vez analizados los
resultados, se procede a determinar la mezcla que presente las mejores propiedades
físico –mecánicas.
29
3.3. FUNDAMENTACIÓN
3.3.1. Variable Independiente
La variable independiente es aquella que el investigador manipula
experimentalmente, en éste estudio corresponde a los bloques de hormigón con
fibra de cabuya. En la Tabla N° 10 se muestra la variable independiente de la
investigación.
Tabla N° 10: Variables independientes de la investigación
Conceptualización Categorías Indicadores Técnicas e Instrumentos
Bloques de hormigón
elaborados con una
mezcla de fibra de
cabuya ligado con
cemento Portland,
agua y agregados.
Material
Común
Material
Compuesto
Cemento
Agua
Agregados
Cemento
Agua
Agregados
Fibra de cabuya
Observación
Ficha de datos
Normas INEN
Elaborado por: Ana Zambrano
3.3.2. Variable Dependiente
La variable dependiente es aquella que el investigador estudia, la cual varía según
los cambios que se produzcan en la variable independiente, en éste estudio son las
características físicas y mecánicas de los bloques de hormigón con fibra de cabuya,
las cuales se miden mediante ensayos de laboratorio tal como se indica en la Tabla
N° 11.
30
Tabla N° 11: Variables dependientes de la investigación
Conceptualización
Categorías
Indicadores
Técnicas e
Instrumentos
Características Físicas
Propiedades que dependen
de la estructura y el
procesamiento de un
material.
Características
Mecánicas
Comportamiento mecánico
de un material frente a la
aplicación de fuerzas, que
son evaluados mediante
ensayos normalizados y
especificaciones técnicas
de los equipos a utilizarse.
-Color
-Densidad
-Absorción
-Tracción o
Compresión
-Flexión
-Impacto
-Temperatura
Color
Densidad
Porcentaje de
Absorción
Resistencia a la
tracción o
compresión
Resistencia a la
Flexión
Resistencia al
Impacto
Resistencia al
Fuego
* Observación
* Ficha de
datos
Observación
Directa
Formatos para
toma de datos
de Ensayos
Elaborado por: Ana Zambrano
3.4. FASES DE LA INVESTIGACIÓN
3.4.1. Selección de los materiales
Elegir los materiales a emplearse.
Definir fuentes de materiales.
3.4.2. Descripción de la planta procesadora de fibra
Organización de la planta procesadora.
Proceso de producción de los bloques.
Maquinaria y equipos.
31
3.4.3. Elaboración de bloques con fibra de cabuya
Componentes y dosificación de la mezcla.
Fabricación del bloque.
Proceso de mezclado de los componentes.
Determinación de las dimensiones de los bloques.
Proceso de Vibro – Compactación a aplicarse.
Método de Secado.
3.4.4. Ensayos de laboratorio para los bloques de hormigón con fibra de
cabuya
Determinación de los parámetros estipulados en las normas.
Realización y obtención de resultados de los ensayos físico –mecánicos.
3.4.5. Análisis de Resultados
Comparaciones de los resultados con bloques adquiridos en el mercado
local.
Comparación de los resultados de la muestra con la Norma NTE INEN
correspondiente.
Análisis de costos de producción de los bloques fabricados.
Conclusiones y recomendaciones del proyecto de investigación.
3.5. LUGAR DE FABRICACIÓN DE ESPECÍMENES DE PRUEBA
La fabricación de los bloques objeto de investigación y de las probetas adicionales
se realizó en la “Bloquera Arcoíris”, constituida hace 5 años, ubicada al frente de
la Hostería el Prado en la Panamericana Norte km 1 y calle Luis Madera Negrete,
sector el Olivo de la ciudad de Ibarra.
32
En esta fábrica laboran tres obreros, donde utilizan una máquina mezcladora y una
máquina moldeadora con diferentes moldes para bloques de 10, 15 y 20 cm, en la
actualidad producen diariamente 1200 unidades.
Fotografía N° 1: Lugar de fabricación de los especímenes “Bloquera Arcoíris”
Fuente: Ana Zambrano
3.6. LUGAR DE REALIZACIÓN DE ENSAYOS
Los ensayos se realizaron en el laboratorio de materiales de la Prefectura de
Imbabura, que presta los servicios de ensayos de campo y laboratorio, a clientes
internos y externos.
Los clientes de servicio interno corresponden al personal técnico de la dirección
de infraestructura de la Prefectura de Imbabura que desarrollan proyectos de
consultoría de obras civiles, así como de la dirección de fiscalización de dicha
entidad para realizar el control de calidad en la fase constructiva de los proyectos
impulsados por la Prefectura a fin de mejorar la calidad de vida de los habitantes
de la provincia de Imbabura, principalmente en vialidad y construcción de obra
civil. Los clientes externos o particulares son las personas naturales, empresas,
entre otros, que solicitan y reciben servicios del laboratorio de materiales y que
tienen un costo establecidos por dicha entidad.
33
CAPITULO IV
4. PARTE EXPERIMENTAL
4.1. MATERIA PRIMA, OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN
Los bloques de hormigón con fibra de cabuya se elaboraron con materiales de la
provincia de Imbabura. La elección de las fuentes de materiales, se efectuó teniendo
en cuenta la disponibilidad local en los alrededores de la bloquera colaboradora, y
considerando el presupuesto a invertir. A continuación se detallan los materiales a
utilizarse:
4.1.1. Cemento
4.1.1.1. Obtención
El cemento a utilizarse es un cemento Portland Puzolánico Tipo IP, denominado
ARMADURO (Especial), con características que cumplen los requerimientos
descritos en la norma NTE INEN 490 y con una masa de 50 kg por saco. Este
producto se comercializa en nuestro país por Lafarge Cementos S.A. ubicada en
Otavalo, la cual cuenta con certificado de conformidad con sello de calidad INEN
y posee licencia ambiental.
4.1.1.2. Aplicaciones:
Con este producto se puede fabricar hormigones para la construcción de:
Elementos prefabricados de hormigón, tales como postes, adoquines,
bloques, bordillos, viguetas, tubos, entre otros.
34
Estructuras de hormigón pre o postensado.
Para obras civiles: losas, puentes, muros, pantallas, entre otros.
Fotografía N° 2. Cemento portland puzolánico, ARMADURO (Especial)
Fuente: Ana Zambrano
4.1.1.3. Características
“En el trabajo de graduación realizado por Carrillo en la Universidad Central del
Ecuador, se determinaron algunas propiedades físicas y mecánicas del cemento
Armaduro (Especial) Lafarge, adquirido en la provincia de Imbabura, y cuyos
resultados se detallan a continuación:
La densidad del cemento fue de 2.96 g/cm3 (2960 g/dm3), que se la define
como la cantidad de masa por unidad de volumen.
La finura del cemento es 89.50% que es el porcentaje del material que pasa
el tamiz calibrado No 325 (0.045 mm).
Tiempo de fraguado inicial del cemento 132 minutos, periodo de tiempo en
el cual la aguja del aparato de Vicat penetra 25mm ± 1mm en la mezcla
cemento –agua.
Tiempo de fraguado final del cemento 305 minutos, periodo de tiempo en
el cual la aguja del aparato de Vicat no debe penetrar ni dejar huella en la
mezcla cemento –agua.” (Carrillo, 2014)
35
El cemento Armaduro (Especial) según su ficha técnica presenta las siguientes
características:
Resistencia
Permite alcanzar fácilmente las resistencias a la compresión requeridas
a todas las edades.
En condiciones normales puede obtener resistencias a la compresión a
los 28 días entre 50 MPa (510 kg/cm2) y 60 MPa (612 kg/cm2).
Permite elementos prefabricados en menor tiempo por su alta
resistencia inicial.
Posee un progresivo crecimiento de las resistencias aún después de los
28 días de edad, puede alcanzar hasta un 20 % más a los 90 días.
Permite elaborar hormigones estructurales para aplicaciones
especiales.
Calor de hidratación
Desprende menos calor de hidratación que los cementos puros,
permitiendo manejar grandes masas de hormigón.
Durabilidad
Una de las características más importantes del cemento Armaduro es la
durabilidad, que es consecuencia de su resistencia a agentes agresivos
y a su continuo crecimiento de resistencia aún después de los 28 días.
Al comparar los requisitos mecánicos, químicos y físicos del cemento Armaduro
con los establecidos en la norma INEN 490, tenemos:
36
Gráfico N° 1: Requisitos Mecánicos del Cemento Armaduro (Especial) - Lafarge
Fuente: Ficha técnica del cemento Armaduro (Especial)
Tabla N° 12: Requisitos físicos del cemento Armaduro - Lafarge
Parámetro INEN 490 ARMADURO
Fraguado inicial ≥45 ≤ 5 min% 120 min
Expansión ≤ 0,8 % 0,04 %
Contenido del aire ≤ 12,0 % 4,50 %
Fuente: Ficha técnica del cemento Armaduro (Especial)
Tabla N° 13: Requisitos químicos del cemento Armaduro (Especial) - Lafarge
Parámetro INEN 490 ARMADURO
Pérdida por calcinación ≤ 5 % 1,4 %
Magnesio (MgO) ≤ 6 % 2,3 %
Sulfatos (SO3) ≤ 4 % 2,4 %
Fuente: Ficha técnica del cemento Armaduro (Especial)
Precauciones
Almacenamiento
Adquirir el cemento a distribuidores autorizados.
Evitar contacto directo con el suelo y paredes perimetrales de la
bodega.
37
En ambientes húmedos asegurar una ventilación adecuada.
No exceder los 60 días de almacenamiento.
Para aplicación
Emplear dosificaciones de hormigón diseñadas en un laboratorio
calificado.
Corregir periódicamente las mezclas para mantener constante la
relación agua/cemento.
Iniciar el curado lo más pronto posible y evitar desecación.
4.1.2. Agregados
4.1.2.1. Obtención
El agregado a emplearse es el denominado en la provincia de Imbabura como
“granillo”, obtenido de un proceso de cribado que corresponde a suelo arcilloso,
arenoso y rocoso, extraído de la cantera SURTIPETREOS, localizada en la zona de
Pisangacho.
Fotografía N° 3: Agregados cantera SURTIPETREOS
Fuente: Ana Zambrano
38
La concesión minera de SURTIPETREOS, comprende 7 hectáreas mineras,
limitada al Norte con la carretera que conduce al Lago Cuicocha, al Sur con el valle
que forma la quebrada Pisangacho, al Este con la convergencia de dos quebradas,
y al oeste con un terreno de propietario desconocido.
La cantera oferta al público arena extrafina, arena fina normal, arena gruesa,
granillo y lastre. El material pétreo es transportado en volquetas desde la cantera
hasta su sitio de destino, siendo los señores transportistas los encargados de la
distribución y venta directa en la bloquera, lo que aumenta el precio final del
material.
4.1.2.2. Características
Los áridos que se utilicen en la elaboración de bloques deben cumplir con los
requisitos de la Norma NTE INEN 872 y, además pasar por un tamiz de abertura
nominal de 10 mm.
La característica a determinarse en los agregados empleados en la elaboración de
los bloques, es la granulometría, es decir la distribución del tamaño de las partículas
componentes de una muestra, la misma debe estar en condiciones secas y de masa
conocida, las cuales serán separadas por tamaño a través de una serie de tamices de
aberturas ordenadas en forma descendente. Con los datos obtenidos del conjunto
de porcentajes en peso, de los distintos tamaños de las partículas que integran la
muestra en relación a su peso total, se realizó la curva granulométrica para
visualizar la tendencia que tienen los tamaños de las partículas, adicionalmente se
determinó el módulo de finura del agregado fino y el tamaño máximo nominal del
agregado grueso.
39
4.1.3. Agua
Uno de los componentes importantes del hormigón, es el agua, misma que se
emplea para el amasado de la mezcla y posteriormente para el curado de los
bloques.
El agua utilizada para la fabricación de los bloques de prueba, fue tomada en las
instalaciones de la bloquera en mención, directamente dela red de agua potable de
la ciudad de Ibarra, que cumple con los requisitos de clasificación como apta para
el consumo humano.
4.1.4. Cabuya
La norma ASTM C 1116 define a las fibras como: "Filamentos finos y elongados
en forma de haz, malla o trenza, de algún material natural o manufacturado que
pueda ser distribuido a través de una mezcla de hormigón fresco." A su vez, el ACI
544 considera como fibras para el hormigón los filamentos discontinuos de acero,
las fibras sintéticas, las de vidrio y las naturales.
4.1.4.1. Procedencia
La provincia de Imbabura cuenta con 613 extensiones de tierra dedicadas total o
parcialmente a la producción de cabuya conocidas también como unidad de
producción agropecuaria (UPA), alcanzando un total de 974 hectáreas de cultivo,
con una producción de 889 tm, de lo cual se vende cerca de 878 tm tal como se
muestra en la Tabla N°14.
40
Tabla N° 14: Volumen de producción de principales productos agropecuarios
Cultivos Permanente Producción (tm) Ventas (tm)
Aguacate 2.312,00 2.263,00
Cabuya 889,00 878,00
Caña de Azúcar 465.877,00 212.481,00
Naranjilla 1.632,00 1.626,00
Plátano 3.467,00 2.192,00
Tomate de árbol 2.546,00 2.514,00
Total: 476.723,00 221.954,00
Fuente: III Censo Nacional Agropecuario Imbabura, INEC –Sica, 2001
Cabe aclarar que la tonelada métrica (tm.) es una unidad de volumen, que equivale
a un metro cúbico, es decir, es el volumen ocupado por 1000 kg de agua, por lo que
para realizar la conversión a toneladas hay que utilizar la densidad de la cabuya.
La fibra de cabuya utilizada en la investigación se la obtuvo de la comunidad Santa
Cecilia, con una producción de cabuya alrededor de 100 quintales por semana. Este
cultivo que es priorizado por los comuneros de la localidad por ser un producto que
no requiere de una gran inversión para su cultivo, la misma que se localiza en la
parroquia rural Lita, a la cual se puede acceder por la vía Ibarra- San Lorenzo, en
la provincia de Imbabura.
4.1.4.2. Proceso de obtención de la fibra
La obtención de la fibra es muy importante y sencilla a la vez, la cual requiere de
un buen grupo de mano de obra para el proceso de corte, recolección y transporte
de la hoja. A continuación se describe el proceso para la obtención de la fibra:
Corte
El corte consiste en desprender periódicamente de la planta de cabuya un
número de hojas, utilizando un machete o cuchillo. Se debe tener especial
cuidado de que las hojas a cortarse sean caducas para evitar la muerte prematura
de la planta.
41
Recolección
Este proceso consiste en reunir las hojas cortadas para trasladarlas al lugar
donde se encuentra la máquina desfibradora. Las hojas una vez cortadas se
deben desfibrar dentro de las 48 horas; si se almacena en un lugar adecuado en
ausencia de sol o de lluvia, dejándolas listas para el proceso de desfibrado.
Desfibrado
El procedimiento inicia clasificando las hojas de acuerdo a su grosor, para así
regular la máquina para cada montón de fibras. El proceso más eficiente y el
más utilizado es el uso de una máquina desfibradora, la cual funciona con un
motor de 3 a 6 HP y provista de un tambor (30 a 40 cm de diámetro) con unas
15 a 20 cuchillas destinadas a raspar, golpear y limpiar, eliminando así las
gomas y pulpa que acompaña a la fibra.
Lavado
La cabuya desfibrada se sumerge en agua con la finalidad de desprender las
partículas de corteza, pulpa, lignina y espinas que acompañan a la fibra,
operación que ayuda a blanquear y limpiar la fibra hasta la obtención de un
color amarillento. Lo apropiado sería realizar el lavado de la fibra en tanques,
pero por falta de capacidad de inversión en la mayoría de zonas rurales dicha
actividad se la realiza principalmente en ríos.
Secado
Se lo realiza exponiendo la cabuya a los rayos directos del sol sobre estrados o
caballetes a fin de eliminar la humedad y evitar que se formen hongos que dañen
a la fibra. Estas deben ser sacudidas y volteados frecuentemente para un secado
parejo, sin embargo presenta un poco de dificultad por cuanto la fibra se enreda
fácilmente.
42
4.1.4.3. Características
Las propiedades físicas a obtenerse son el diámetro y la longitud de la fibra, para
lo cual se mede el diámetro de la fibra de cabuya con un calibrador digital de
0,01mm de precisión; y su capacidad de absorción de agua.
4.2. PREPARACIÓN DE LA FIBRA DE CABUYA A UTILIZARSE
4.2.1. Determinación del tamaño óptimo
Al fabricarse un producto con fibras, se deben tomar en consideración algunos
factores tales como: longitud, orientación y cantidad de la misma. Por tal motivo se
realizó un ensayo previo para establecer el tamaño de la fibra óptimo, se adicionó
a la mezcla de hormigón fibras de cabuya con longitudes de 8, 4 y 2 cm.
Fotografía N° 4: Bloque de prueba para la selección del tamaño óptimo de la fibra
Fuente: Ana Zambrano
Al utilizarse las fibras largas de 8 cm, se observó que estás se segregaron haciendo
que la mezcla no sea homogénea. Además se dificultó el proceso de moldeado del
bloque, pues las fibras se enrollaron en la máquina de vibro compactación, haciendo
43
que la misma se atasque e impida el desmolde de los bloques, quedando así
descartado el empleo de fibras con ésta longitud.
Al emplease fibras de 4 cm de longitud y en la misma proporción, se apreció que
disminuyó en gran medida el porcentaje de segregación en comparación al tamaño
anterior, sin embargo estás tienden a formar nudos de fibras medianos haciendo que
la mezcla no sea homogénea.
Mientras que al utilizarse fibras de 2 cm de longitud se observó que las fibras se
introdujeron en la mezcla con diversas orientaciones, logrando una buena unión con
la matriz, obteniéndose ésta más homogénea.
La longitud de las fibras de cabuya que se comercializa en el mercado, varía entre
1,30 a 1,60 m; no obstante para el uso requerido se debe cortar en pedazos de 2cm
de longitud por la razón indicada anteriormente.
Fotografía N° 5: Fibra de cabuya de longitud entre 2 cm.
Fuente: Ana Zambrano
Al encontrarse las fibras inicialmente en filamentos largos, se procedió a cortarlos
con la ayuda de unas tijeras de podar, labor que a pesar de ser muy sencilla es la
fase más larga pues es un trabajo mecánico –manual.
44
4.2.2. Tratamiento de la cabuya
Aún después del desfibrado mecánico en el proceso de producción de la cabuya,
quedan en las hebras algunos trozos pequeños de hoja adheridos, lo cual no es
conveniente para el experimento, por lo que es necesario realizar un desfibrado
manual separando estos fragmentos.
Siguiendo la recomendación del estudio doctoral de ingeniería de César Juárez en
el año 2002, en el que determina que la parafina es un buen protector de las fibras
de lechuguilla en hormigones, se decidió utilizar la parafina para minimizar el
deterioro de la fibra de cabuya ante el medio alcalino de la pasta de cemento,
adicionalmente se escogió esta sustancia por ser económica y no ocasionar daños
al concreto.
Este proceso se inició llevando de estado sólido que es como se adquiere en el
mercado la parafina a estado líquido, posteriormente se sumergió la fibra de cabuya,
con el tamaño óptimo ya determinado, en la parafina líquida, se introduce el
conjunto al horno durante un periodo de 5 minutos y a la temperatura de 100°C,
como se puede apreciar a continuación:
Fotografía N° 6: Tratamiento de la fibra de cabuya con parafina.
Fuente: Ana Zambrano
45
Una vez concluido éste periodo, se retiró las fibras de cabuya de la parafina diluida
con la ayuda de con una cuchareta metálica y se las estiló a través de un cedazo, a
fin de evitar que en las fibras se formen gránulos de parafina.
Finalmente se procedió a realizar la separación manual de las fibras ya que por
efecto del enfriamiento de la parafina en la superficie de las mismas, estás tienden
a pegarse y formar una especie de bolas de estambre.
Como resultado de éste tratamiento en la fibra se pudo apreciar que ésta adquirió
una mayor rigidez.
4.3. PROPORCIÓN Y PESADO DE MATERIALES
4.3.1. Dosificación de mezcla
En las investigaciones realizadas con otro tipo de fibras como el bagazo, coco,
bambú, entre otras, se establece que estas fibras le imparten propiedades mecánicas
importantes al compuesto, principalmente con adiciones entre 0,5 y 2,5 % en
relación al peso total del agregado grueso y con longitudes entre 15 y 25mm. En la
presente investigación se plantea la elaboración de cuatro tipos de mezclas de
concreto, una con adición de cabuya con una concentración de 3,3% con relación
al peso de cemento empleado en la mezcla, otra con adición de cabuya de 6,6%,
otra con una adición de 9,9% y la última sin material fibroso, es decir concreto
tradicional, denominado muestra patrón, que servirá como parámetro de
comparación de las características a estudiarse.
La dosificación patrón para la elaboración de los bloques de estudio, será la
utilizada en la bloquera “Arcoíris”. Partiendo de estos valores, se elaboraron 3
mezclas de hormigón con diferentes porcentajes de adición de fibra de cabuya de
2,0 cm longitud, sin disminuir las cantidades de la dosificación patrón, tal como se
puede apreciar en la Tabla N° 15.
46
Tabla N° 15: Dosificación al Volumen para 23 bloques
Componentes Símbolo Dosificación al Volumen (dm3),para 23 bloques
PATRÓN X Y Z
Agua A 22 22 22 22
Cemento C 4 4 4 4
Arena R 45 45 45 45
Granillo G 135 135 135 135
Fibra de Cabuya (g) F 391 782 1173
Fuente: Ana Zambrano
La nomenclatura utilizada para las dosificaciones utilizadas es:
P: Mezcla patrón
X: Mezcla con contenido de cabuya en proporción de 3,3%.
Y: Mezcla con contenido de cabuya en proporción de 6,6%.
Z: Mezcla con contenido de cabuya en proporción de 9,9%.
Como se puede observar el volumen de agua es alto, esto se debe a que los
agregados se encontraban completamente secos debido al clima soleado que se
presentó durante la semana previa la fabricación de los bloques.
Para las mezclas que contienen proporciones de cabuya (3,3%; 6,6% y 9,9%) se
utilizó la misma base de concreto. El cálculo de la cantidad en gramos de cabuya
correspondiente a los porcentajes a adicionar a las mezclas se calculó de la siguiente
manera:
Cemento
𝑉𝑐 = 4 𝑑𝑚3
𝑀𝑐 = 𝐷𝑐 𝑥 𝑉𝑐 (1)
𝑀𝑐 = 2960 𝑔
𝑑𝑚3 𝑥 4 𝑑𝑚3
𝑀𝑐 = 11 840.00 𝑔
47
Cabuya
𝑀𝐹 = % 𝑑𝑒 𝐹𝑖𝑏𝑟𝑎 𝑥 𝑀𝑐 (2)
𝑀𝐹 = 3.3 % 𝑥 11 840.00 𝑔
𝑀𝐹 = 0.033 𝑥 11 840.00 𝑔
𝑀𝐹 = 390.72 𝑔 ≈ 391.00 𝑔
Donde:
Vc: Volumen de cemento según dosificación
Mc: Masa de cemento según dosificación
𝐷𝐶 : Densidad de cemento ARMADURO
𝑀𝐹: Masa de fibra de cabuya
4.3.2. Procesos de mezclado de los componentes
El proceso de mezclado en cada una de las dosificaciones se realizó en una sola
batida a fin de evitar introducir factores que influyan en los resultados finales a
obtenerse, como por ejemplo una excesiva manipulación de los materiales,
variación del tiempo de mezclado, entre otros.
La mezcladora rotatoria a utilizar consta de un motor eléctrico, un tambor circular
y una hélice con una pala fija en cada uno de sus cuatro extremos. Para la
cuantificación en obra de los agregados pétreos se emplearon parihuelas cuadradas
de 31 cm, mientras que para el agua se empleó un recipiente con marcaciones en
litros, para la proporción de fibra correspondiente a cada dosificación se pesó
previamente en las instalaciones del laboratorio de materiales.
Una vez listas las cantidades necesarias de material y en función de la dosificación
a preparar se siguieron estos pasos:
48
Se vertió en la mezcladora un 20% del agua de la dosificación para
humedecer las paredes, paletas y fondo de la misma.
Se incorporó el agregado pétreo dejando combinar durante un minuto.
Se vertió otro 20% de agua y se dejó mezclar por un minuto.
Se incorporó el cemento y el resto de agua dejando mezclar por un minuto
adicional.
Se adicionó la cantidad de fibra correspondiente, esparciéndola sobre toda
la superficie de la mezcla de hormigón y dejándola combinar durante tres
minutos hasta obtener una mezcla homogénea. En el caso de la dosificación
patrón se realizó el mismo procedimiento a excepción de la incorporación
de la fibra de cabuya.
Una vez concluido el proceso de mezclado en la máquina, se mezcla nuevamente a
mano para posteriormente iniciar el moldeado de los bloque de hormigón.
Fotografía N° 7: Mezcladora rotatoria de tambor circular
Fuente: Ana Zambrano
49
4.4. PROCESO DE FABRICACIÓN DE LOS BLOQUES DE PRUEBA
4.4.1. Determinación de las dimensiones del bloque a elaborarse
De acuerdo al uso de la mampostería se determina el tipo y dimensiones de los
bloques. Los bloques que se van a elaborar según su peso es el Tipo “C”,
correspondiente a paredes divisorias exteriores, sin revestimiento.
Por facilidad en el proceso de fabricación de los bloques y por la demanda de los
mismos en la ciudad de Ibarra, se seleccionaron las siguientes dimensiones:
Ancho: 15 cm
Alto: 20 cm
Largo: 40 cm
4.4.2. Proceso de Vibro – Compactación
La máquina de vibro compactación está equipada con un molde que tiene las
dimensiones del bloque que se va a fabricar y una producción de cinco bloques de
hormigón por ciclo de vibrado, como se puede apreciar en la Fotografía N° 8.
Fotografía N° 8: Molde para la fabricación de bloques
Fuente: Ana Zambrano
50
El proceso inicia con la colocación de un tablero de madera, seguido de una plancha
de caucho ranurada sobre el mismo, conjunto que se dispone bajo el molde de la
máquina vibro-compactadora. Se enciende el motor eléctrico ubicado en la parte
inferior de la máquina y se realiza el llenado del molde, con la mezcla. El exceso
de material sobre el molde se retira mediante un barredor manual ubicado en la
parte superior de la máquina.
La etapa de vibración dura tres minutos, esto con el objeto de que la mezcla de
hormigón contenida en el molde se compacte y distribuya en los moldes. Para el
desmoldado de los mismos se debe manipular el barredor manual de tal forma que
se suba el molde, para que éste entre en contacto con la prensa y permita la caída
de los bloques en el tablero de madera.
Finalmente el tablero con los bloques desmoldados se transporta en un coche hacia
la zona de secado. Los bloques se levantaron de los tableros al tercer día de su
fabricación, como se observa en la Fotografía N° 9 y N° 10.
Fotografía N° 9: Máquina de vibro-compactación y prensado de bloques
Fuente: Ana Zambrano
51
Fotografía N° 10: Transporte y acomodo de bloques moldeados
Fuente: Ana Zambrano
4.5. MOLDEO DE PROBETAS ADICIONALES
La mezcla utilizada para la elaboración de los especímenes fue tomada de la
mezcladora en el proceso de la elaboración de los bloques con su respectiva
cantidad de fibra.
Para determinar la resistencia a la tracción del hormigón, las probetas deben ser
cilindros moldeados y fraguados en posición vertical, con una longitud igual a dos
veces el diámetro, se empleó probetas de 100 mm de diámetro por 200 mm de alto.
El apisonado se realizó con una barra de 10 mm de diámetro y una longitud de
300mm con el extremo en forma de semiesfera, aplicando 25 golpes por capa,
procurando una presión uniforme en toda la sección transversal del molde y en
número de dos capas de igual altura, especificaciones que corresponden a cilindros
de 100mm de diámetro según la norma ASTM C 31.
Las probetas para determinar la resistencia a la flexión del hormigón, deben ser
vigas moldeadas y fraguadas en posición horizontal. La relación entre el ancho y el
52
alto, no debe exceder de 1,5; en éste caso la probeta es de sección cuadrada de
150mm y 530 cm de longitud.
El apisonado se realizó con una barra de 16 mm de diámetro y una longitud de
500mm con el extremo en forma de semiesfera, aplicando 25 golpes por capa,
procurando una presión uniforme en toda la sección transversal del molde y en
número de dos capas de igual altura, especificaciones que corresponden a vigas de
150 mm de ancho según la norma ASTM C 31. Después de que cada capa haya
sido apisonada, se golpeó ligeramente con el mazo el exterior del molde 10 veces
para cerrar cualquier orificio dejado durante el apisonado y para liberar las burbujas
de aire que hayan sido atrapadas.
Antes de verter el concreto, los moldes fueron previamente aceitados, con el objeto
de facilitar el desencofrado y evitar que los especímenes se peguen al molde. Antes
de iniciar el moldeado, se verificó que los dispositivos de cierre de los moldes; y
las juntas entre los moldes y las placas de asiento estén selladas, a fin de evitar que
se escape la pasta de mortero a través de ellas. Las probetas se desmoldaron a los
20 minutos de su fabricación a fin de conseguir el mismo proceso de moldeado y
fraguado de los bloques fabricados, como se observa en la Fotografía N° 11.
Fotografía N° 11: Moldeo de probetas adicionales
Fuente: Ana Zambrano
53
4.6. CURADO DE BLOQUES Y PROBETAS
Una vez fabricados los bloques estos se colocaron en un amplio patio y se regaron
con agua a las 24 horas de producidos. El curado de los bloques se realizó mediante
un aspersor colocado en una manguera, una vez al día, y durante cinco días,
evitando que se sequen los bordes y cubriéndolos con una lámina de plástico color
negro. Los bloques se colocaron dejando una separación horizontal entre ellos para
poder humedecer totalmente por todos los lados, como se observa en la Fotografía
N° 12.
Fotografía N° 12: Curado de bloques
Fuente: Ana Zambrano
Las probetas cilíndricas y prismáticas fueron curadas a las 24 horas de su
fabricación, protegidas del ambiente de la misma forma que los bloques fabricados
y durante el mismo período. Al final del curado se dejaron las probetas expuestas
al medio ambiente de igual manera que se realizó con los bloques.
En el caso de las vigas, estas se introdujeron en agua a una temperatura de 23 ± 2°C
por un período de 24 horas previas a la hora del ensayo, para asegurar condiciones
uniformes de humedad de probeta a probeta.
54
4.7. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
4.7.1. Ensayos para determinar las propiedades de la fibra
4.7.1.1. Absorción de la fibra sin tratar
Para determinar la absorción de agua de la cabuya, se cortó la fibra en una longitud
aproximada de 20 mm, y se siguiendo el procedimiento de Juárez (2002), en el cual
se toman cinco muestras de aproximadamente 1 gramo cada una, y se someten a un
proceso de secado en horno a 100°C durante 24 horas, posteriormente se pesan en
una balanza de 0,01g de apreciación obteniéndose el peso seco (Ps).
Se sumergen en agua cada muestra de acuerdo a su respectivo tiempo de saturación.
Los tiempos fueron 10, 20, 30, 60min y 24 horas.
Para obtener la condición saturada superficialmente seca, se secó la fibra con papel
absorbente durante 3 minutos , hasta que no se observe la presencia de gotas entre
ellas y al pasar por última vez el papel no se evidencie presencia de humedad.
Después se pesaron las muestras obteniendo el peso saturado superficialmente seco
(Psss).
El porcentaje de absorción se obtuvo usando la siguiente expresión:
% 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑃𝑠𝑠𝑠 − 𝑃𝑠
𝑃𝑠𝑥 100 (3)
4.7.1.2. Absorción de la fibra tratada
Una vez tratada la fibra se determinó el porcentaje de absorción de agua y se
comparó con la absorción de la fibra sin tratamiento. Las fibras tratadas y secas se
cortaron a una longitud aproximada de 20 mm formando 5 muestras. Se pesaron 5g
por muestra en una balanza de 0,01 gramos de precisión obteniendo el peso seco de
la fibra tratada (Pst), como se puede apreciar en la Fotografía N° 13.
55
Luego se saturaron en agua las fibras en los mismos tiempos establecidos
anteriormente, y al término de estos periodos se trató de obtener la condición
saturada superficialmente seca. Después se pesaron obteniendo el peso saturado
superficialmente seco de la fibra tratada (Psst). De esta manera, el porcentaje de
absorción se obtuvo usando la ecuación
% 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛𝑎 = 𝑃𝑠𝑠𝑠𝑡 − 𝑃𝑠𝑡
𝑃𝑠𝑡𝑥 100 (4)
La diferencia entre Pssst - Pst es el peso del agua de absorción, el cual dividido
entre el peso seco de la fibra con tratamiento (Pst), resulta en el porcentaje de
absorción de las fibras tratadas relativo al peso seco.
Fotografía N° 13: Determinación de la capacidad de absorción de la fibra de cabuya
Fuente: Ana Zambrano
56
4.7.1.3. Resistencia a la tensión de la fibra
Esta característica mecánica se determinó en una muestra de cabuya compuesta por
un grupo de fibras, la cual se sometió a fuerzas axiales de tracción que crece hasta
que se produzca la rotura de las fibras, tal como se muestra en la Fotografía N° 14.
Para realizar este ensayo se utilizó la máquina universal, en la cual se montó la
muestra de cabuya en tuercas de gran tamaño, a la cual se sujetó la fibra mediante
nudos, cuyos elementos se acoplaron en los marcos suspendidos de la prensa,
posteriormente se aplicó la carga mediante sistemas hidráulicos hasta que se
produjo la falla.
Fotografía N° 14: Ensayo de tracción de la fibra de cabuya
Fuente: Ana Zambrano
57
4.7.1.4. Ensayo granulométrico de agregados
La muestra a ser ensayada está compuesta por tres proporciones de la unidad de
acopio, una tomada de la parte superior, otra junto a la base y la tercera en un punto
intermedio para posteriormente combinarse.
Una vez obtenida la muestra, se cuarteó el agregado, extendiendo la muestra sobre
el piso y dividiéndola en cuatro cuadrantes con ayuda de una pala. Se separaron los
cuadrantes opuestos, y el resto de la muestra se retiró. La nueva muestra se
homogeniza y nuevamente se la divide, en esta ocasión se toman los otros
cuadrantes opuestos. Se repiten los pasos anteriores hasta obtener el tamaño de
muestra deseado, para el caso del agregado grueso es de 10 kg.
Esta muestra la colocamos en la máquina de tamizado y la dejamos actuar por dos
minutos, retiramos los diferentes tamices y pesamos su contenido. En el caso del
agregado grueso se pasa por los siguientes tamices en orden descendente (1½" ,1",
¾", ½" ,3/8 “, No.4 y fondo). La cantidad de muestra retenida en cada uno de los
tamices se cuantifica en la balanza obteniendo de esta manera el peso retenido.
Se realiza el procedimiento anterior en el agregado fino, solo que en este caso el
tamizado se realiza por la siguiente serie 3/8´´, No.4, No.8, No.16, No.30, No.50,
No.100, y fondo.
4.7.2. Ensayo para determinar las propiedades físicas de los bloques
4.7.2.1. Medición de las dimensiones
Para la medición de las dimensiones de los bloques huecos de hormigón, se
seleccionaron tres unidades enteras, empleándose un flexómetro graduado con
divisiones de 1mm y un calibrador digital de apreciación 0,13mm.
58
En base a la norma NTE INEN 639, en cada unidad se mede y registra su ancho a
través de las superficies de contacto en el centro de la longitud, la altura en el centro
de la longitud de cada cara, mientras que la longitud se mede en el centro de la
altura de cada cara.
Además se mide el espesor de cara (Ep) y el espesor del tabique (Et) en el punto
más delgado de cada elemento y a 12 mm por debajo de la superficie superior de la
unidad, tal como se muestra en el gráfico N° 2.
El espesor equivalente para bloques de hormigón, se define como el espesor
promedio de material sólido en la unidad y se calcula con la siguiente ecuación.
𝐸𝑒 =𝑉𝑛
𝐿 𝑥𝐻 (5)
Donde:
Ee= Espesor equivalente (mm)
Vn=Volumen neto promedio (mm3)
L = Longitud promedio de las unidades enteras (mm)
H= Altura promedio de las unidades enteras (mm)
Gráfico N° 2: Espesores de un bloque hueco de hormigón
LW
H
Ep
Et
Elaborado por: Ana Zambrano
59
Fotografía N° 15: Medición de dimensiones de bloques
Fuente: Ana Zambrano
4.7.2.2. Ensayo de absorción de agua
La absorción de agua en los bloques se determina de acuerdo con la Norma NTE
INEN 639 y no puede ser mayor del 15%. Para la determinación de la absorción en
bloques de hormigón, según la misma norma, se ensaya un conjunto de
especímenes compuesto por tres unidades enteras.
Para este ensayo se sumergió en agua a los especímenes de prueba en la piscina del
laboratorio, durante un periodo de 24 horas. A continuación se procedió a
determinar la masa de los especímenes mientras están suspendidos de un alambre
de metal y totalmente sumergidos en agua. Se esperó el tiempo necesario hasta que
la balanza presente un valor constante, y se registran las masas sumergidas.
Seguidamente se retiran las muestras del agua y se las dejó escurrir durante un
minuto, y el exceso se retiró de la superficie con un paño húmedo. Luego se pesan
inmediatamente y se registran los valores de la masa saturada.
Posteriormente se llevó los especímenes al horno para su secado a una temperatura
de 100°C durante 24 horas. Las muestras se pesan hasta que dos pesadas sucesivas,
60
efectuadas a intervalos de dos horas, no disminuyan en más del 0,2% respecto a la
última medida, tal como se muestra en la Fotografía N° 16.
La absorción de agua del bloque de hormigón se expresa en porcentaje del peso
seco y se calcula a través de la siguiente expresión:
𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑖ó𝑛 % =𝑀𝑠 − 𝑀𝑑
𝑀𝑑𝑥 100 (6)
Donde:
Md = Masa del espécimen seco al horno, (kg)
Ms = Masa del espécimen saturado, (kg)
Fotografía N° 16: Ensayo de absorción de agua en bloques de hormigón
Fuente: Ana Zambrano
4.7.2.3. Densidad
Para determinar la densidad del bloque de hormigón se realiza el ensayo en tres
unidades y se lo calcula con la siguiente ecuación:
61
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝑀𝑑
𝑀𝑠 − 𝑀𝑖𝑥 100 (7)
Dónde:
Md = Masa del espécimen seco al horno, (kg)
Ms = Masa del espécimen saturado, (kg)
Mi = Masa del espécimen sumergido, (kg)
4.7.3. Ensayo para determinar las propiedades mecánicas de los
bloques
4.7.3.1. Ensayo de resistencia a la compresión de bloques
Según se establece en la norma NTE INEN 639, para determinar la resistencia a la
compresión de bloques de hormigón se ensaya un conjunto de especímenes
compuesto por tres unidades enteras, en este caso en particular se seleccionan al
azar de un lote de 15 bloques fabricados con los mismos materiales, diseño de
mezcla de hormigón, proceso de fabricación y método de curado.
La resistencia a la compresión de los bloques fabricados, se basa en la norma NTE
INEN 639, cuyo método de ensayo es para bloques huecos de hormigón, sin
embargo es necesario aclarar que esta norma no comprende bloques de hormigón
con materiales especiales como en este caso la fibra de cabuya. El equipo a utilizar
para el ensayo es una prensa hidráulica semiautomática modelo MQN-2, SERIE
006, colocando los especímenes con los centroides de la superficie de soporte,
alineados verticalmente con el centro de aplicación de la carga, de tal forma que las
placas estén aliadas para tener una adecuada distribución de la carga.
Los especímenes son ensayados con sus celdas en posición vertical y con sus celdas
en dirección horizontal, es decir en las posiciones que pueden tener durante el
62
servicio, y deben estar libres de humedad visible en cualquier superficie de la
unidad.
Los bloques se colocan en la máquina de ensayo conjuntamente con las placas
metálicas de tal forma que estén bien alineadas y centrando el conjunto respecto a
la rótula a fin de obtener una adecuada distribución de la carga, la cual se aplica a
una velocidad constante hasta que se produzca la falla del bloque, y posteriormente
se registra la carga máxima de compresión, como se puede observar en la siguiente
fotografía.
Fotografía N° 17: Ensayo de compresión en bloques huecos de hormigón
Fuente: Ana Zambrano
En la investigación se determinó la resistencia neta y la resistencia bruta en los
bloques huecos de hormigón, para lo cual se calculó las áreas correspondientes. El
área bruta, es el área perpendicular al eje de los huecos del bloque, sin descotar el
área ocupada por éstos, se obtiene multiplicando el largo por el ancho. El área neta,
es el área bruta descontando el área de los huecos del bloque de hormigón, según
se aprecia en el gráfico N° 3.
63
Gráfico N° 3: Área neta y área bruta de un bloque hueco de hormigón
LW
H
L
W
H
ÁREA NETA ÁREA BRUTA
Elaborado por: Ana Zambrano
La resistencia a la compresión se determina con la siguiente expresión:
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑎𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛𝑑𝑒𝑙 á𝑟𝑒𝑎𝑛𝑒𝑡𝑎 (𝑀𝑃𝑎) =𝑃𝑚𝑎𝑥
𝐴𝑛 (8)
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑎𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛𝑑𝑒𝑙 á𝑟𝑒𝑎𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 (𝑀𝑃𝑎) =𝑃𝑚𝑎𝑥
𝐴𝑔 (9)
Donde:
Pmax: carga máxima de compresión (N)
An: área neta del espécimen (mm2)
Ag: área bruta del espécimen (mm2)
4.7.3.2. Ensayo de resistencia al fuego
La capacidad de resistir en el tiempo, a la acción del fuego, se determinó
humedeciendo con gasolina una cara de un solo bloque (por dosificación), para a
continuación someterlo al efecto de las llamas provenientes de un soplete, a fin de
simular un incendio y observar el comportamiento del mismo, como se aprecia en
la Fotografía No 18.
64
Fotografía N° 18: Ensayo de resistencia al fuego en bloques de hormigón.
Fuente: Ana Zambrano
4.7.3.3. Ensayo de resistencia al impacto del hormigón
Para medir la resistencia a impacto del hormigón, se empleó el siguiente método el
cual no proporciona la característica básica del material, pero permite obtener
valores comparativos del hormigón convencional y del hormigón reforzado con
fibra de cabuya.
Este ensayo se realizó sobre probetas de hormigón de 176,0 x 50,3 mm y un espesor
de 2,3 mm, las mismas que fueron cortadas con una amoladora de disco de diamante
de las paredes de los bloques de hormigón fabricados, esto con el fin de que el
espécimen tengan las mismas características del bloque en cuanto a prensado . Las
probetas se asentaron sobre un soporte de madera circular de 25mm de espesor y
limitado por clavos en los centros de los cuatro lados. El impacto se realizó con una
esfera de acero de 25 mm de diámetro y 63 gramos.
La carga se transmite a la probeta por el peso en caída de la esfera guiada a través
de un tubo de cartón desde una altura de 48.2 cm y dispuesta en el centro de la cara
superior de la probeta de hormigón. El número de golpes que se necesitan para que
aparezca la primera fisura, se considera como resistencia a primera fisura, mientras
que el número de golpes que se necesitan para que la probeta se rompa hasta
65
separarse se considera como resistencia a la rotura, como se puede apreciar en la
Fotografía N° 19.
Fotografía N° 19: Ensayo de impacto en muestras de hormigón de dosificación P.
Fuente: Ana Zambrano
Este método nos permitirá obtener valores comparativos del concreto sin reforzar
y reforzado con fibras, realizado a los 28 días de edad de la probeta.
4.7.3.4. Ensayo de resistencia a la flexión del hormigón
Según ese establece en la norma NTE INEN 2554:2011, el método de ensayo para
determinar la resistencia a la flexión del hormigón es mediante el uso de una viga
simple apoyada en los extremos y cargada en los tercios de la luz libre.
El equipo empleado para este ensayo es una prensa hidráulica semiautomática
modelo MQN-2, SERIE 006, inicialmente se trazaron unas rectas en las probetas
para hacer coincidir con los puntos de apoyo, así como para el bloque de aplicación
de carga y de esta manera poder alinearla correctamente, como se puede observar
en la Figura No 20.
66
Fotografía N° 20: Ensayo de flexión en viga cargada en los tercios de la luz libre
Fuente: Ana Zambrano
Se ensayan dos probetas de cada tipo de mezcla a la edad de 28 días de fabricados.
Los ensayos a flexión deben ser realizados tan pronto como sea posible luego de
extraerlos del almacenamiento húmedo, pues de lo contrario estudios demuestran
que los especímenes con las superficies secas presentan una reducción en la
resistencia a la flexión. Se llevan las vigas a la máquina de ensayo, girándola 90⁰
respecto a la posición de elaboración, seguidamente se aplica la carga a una
velocidad constante, hasta que las mismas fallen.
Para el cálculo del módulo de rotura, se tomaron las dimensiones de una de las caras
fracturadas luego del ensayo, para ello se midió en cada extremo y en el centro de
la sección transversal.
Dependiendo del sitio donde se produjo la fractura (superficie de tracción), se elige
la fórmula a emplear. Si la falla ocurre dentro del tercio central, el módulo de rotura
se determina con la fórmula:
R =P x L
b x d2 (10)
67
Donde:
R: módulo de rotura en MPa
P = carga máxima aplicada, indicada por la máquina de ensayo, en N,
L = Luz libre, distancia entre apoyos de la viga en mm,
b = promedio del ancho del espécimen, en la fractura, en mm,
d = promedio de la altura del espécimen, en la fractura, en mm.
Si la fractura se produce en la superficie de tracción fuera del tercio medio de la luz
libre, pero no más allá del 5% de la luz libre se calcula el módulo de rotura con la
siguiente fórmula:
R =3P x a
b x d2 (11)
Donde:
a = distancia media entre la línea de fractura y el apoyo más cercano medido en la
superficie de la tracción de la viga, en mm
Si la fractura se produce en la superficie de tracción fuera del tercio medio de la luz
libre, en más de un 5% de la luz libre, desechar los resultados del ensayo.
4.7.3.5. Ensayo de tensión indirecta del hormigón
La resistencia a la tensión del hormigón es difícil de medir por medio de ensayos
directos, debido a las dificultades para montar las muestras y las incertidumbres
que existen sobre los esfuerzos secundarios inducidos por los implementos que
sujetan las muestras. Por lo que ante la dificultad de realizar éste ensayo, se optó
por obtener esta resistencia de forma indirecta, mediante el denominado ensayo de
tensión por compresión diametral, en el cual la resistencia a la tensión se determina
cargando a compresión el cilindro de concreto, a lo largo de dos líneas axiales
diametralmente opuestas, esta configuración provoca esfuerzos de tracción
relativamente uniforme en todo el diámetro del plano de carga vertical, la que
68
desencadena una rotura a tracción de la muestra en el plano diametral, como se
observa en la siguiente fotografía.
Fotografía N° 21: Ensayo de tensión por compresión diametral
Fuente: Ana Zambrano
Sin embargo, este ensayo presenta inconvenientes para el ensayo de hormigones
reforzados con fibras, para lo cual expertos recomiendan como solución reducir la
longitud de la muestra. En la presente investigación este ensayo se realizó en
probetas cilíndricas de hormigón de 10 cm de diámetro y 20 cm de alto y no en los
cilindros establecidos en la norma de 15cm diámetro y 30 cm de alto.
Para la ejecución de este ensayo, se utilizaron dos listones de madera prensada
como apoyos, de 3 mm de espesor, 25 mm de ancho, y una longitud igual a la del
espécimen, los cuales se proveerán para cada ensayo. Los listones de apoyo deben
ser colocados entre el espécimen y ambos bloques de apoyo, superior e inferior, de
la máquina de ensayo o entre el espécimen y las placas suplementarias, cuando se
utilicen. La función de los listones de apoyo es aplicar la carga de manera uniforme
a lo largo de la longitud del cilindro.
69
Previo a la realización del ensayo, se midieron las dimensiones utilizando un
vernier digital de aproximación 0,01mm. Adicionalmente se dibuja líneas
diametrales en cada extremo del espécimen a fin de asegurar que la carga se aplique
uniformemente. Se ensayaron 2 cilindros por dosificación a la edad de 28 días. La
tensión indirecta se calcula con la siguiente fórmula:
RT =2P
π ∗ l ∗ d (12)
Donde:
RT: Resistencia a la tracción o tensión indirecta de un cilindro (MPa)
P: Carga máxima aplicada (N)
L: Longitud del cilindro (mm)
D: Diámetro del cilindro (mm)
70
CAPITULO V
5. RESULTADOS
5.1. MATERIAS PRIMAS
5.1.1. Fibra de Cabuya
5.1.1.1. Diámetro
En las Tablas N° 16 y 17, se pueden apreciar el diámetro promedio de la fibra y la
distribución de los diámetros de diferentes rangos. El tamaño de la muestra es de 100
especímenes medidos, tomados al azar.
Tabla N° 16: Diámetro de fibras de cabuya en 100 especímenes
Muestra Diámetro (mm) Muestra Diámetro (mm) Muestra Diámetro (mm)
1 0,16 19 0,13 37 0,10
2 0,17 20 0,16 38 0,17
3 0,21 21 0,15 39 0,11
4 0,15 22 0,08 40 0,12
5 0,11 23 0,11 41 0,12
6 0,12 24 0,13 42 0,15
7 0,13 25 0,10 43 0,18
8 0,23 26 0,11 44 0,20
9 0,16 27 0,12 45 0,18
10 0,11 28 0,17 46 0,17
11 0,11 29 0,11 47 0,15
12 0,12 30 0,10 48 0,13
13 0,15 31 0,14 49 0,12
14 0,14 32 0,07 50 0,14
15 0,14 33 0,15 51 0,07
16 0,09 34 0,06 52 0,10
17 0,07 35 0,14 53 0,04
18 0,09 36 0,10 54 0,09
Elaborado por: Ana Zambrano
71
Tabla N° 16 (cont): Diámetro de fibras de cabuya en 100 especímenes
Muestra Diámetro (mm) Muestra Diámetro (mm) Muestra Diámetro (mm)
55 0,07 70 0,09 85 0,08
56 0,10 71 0,16 86 0,06
57 0,14 72 0,10 87 0,07
58 0,04 73 0,08 88 0,11
59 0,11 74 0,07 89 0,14
60 0,11 75 0,12 90 0,16
61 0,13 76 0,08 91 0,13
62 0,13 77 0,16 92 0,11
63 0,09 78 0,08 93 0,14
64 0,15 79 0,10 94 0,04
65 0,11 80 0,14 95 0,09
66 0,18 81 0,10 96 0,08
67 0,14 82 0,14 97 0,11
68 0,04 83 0,10 98 0,16
69 0,15 84 0,14 99 0,07
100 0,12
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 17: Diámetro promedio de la fibra de cabuya
Diámetro (mm) Frecuencia
0,04 - 0,06 6
0,07 - 0,09 19
0,10 - 0,12 31
0,13 - 0,15 27
0,16 - 0,18 14
0,19 - 0,21 2
0,23 1
Promedio (mm)
Desviación
Estándar
0,12 0,04
Elaborado por: Ana Zambrano
72
5.1.1.3. Resistencia a tracción de la fibra
En la Tabla N° 18 se muestra el resultado de la resistencia a tracción de la fibra de
cabuya utilizad en esta investigación.
Tabla N° 18: Resistencia a tracción de la muestra de cabuya de Santa Cecilia
Muestra de cabuya de Santa Cecilia provincia de Imbabura
Diámetro (mm) Sección (mm2) Carga (N) Tensión de Rotura (MPa)
8,32 54,370 1980,09 36,42
Elaborado por: Ana Zambrano
5.1.1.4. Porcentaje de absorción
Previo a la elaboración de las probetas, se quiso conocer la capacidad que tiene la
fibra para absorber agua, obteniéndose los resultados que se indican en la Tabla N°
19, determinándose que la fibra de cabuya puede absorber alrededor de 94,57% de
agua con respecto a su peso seco.
Tabla N° 19: Porcentaje de absorción en la fibra de cabuya sin tratamiento
Muestra
Tiempo de
saturación
(min)
Peso
Seco (g)
Peso Saturado
Superficialmente
seco (g)
Peso del
Agua
absorbida
(g)
Absorción
relativa al
peso seco (g)
1 10 0,95 1,80 0,85 89,47%
2 20 0,96 1,81 0,85 88,54%
3 30 0,96 1,84 0,88 91,67%
4 60 0,99 1,92 0,93 93,94%
5 1440 (24h) 0,92 1,79 0.87 94,57%
Elaborado por: Ana Zambrano
En la Tabla N° 20 se muestra el porcentaje de absorción de la fibra de cabuya,
después de ser tratada con parafina.
73
Tabla N° 20: Porcentaje de absorción en la fibra de cabuya con tratamiento
Muestra
Tiempo de
Saturación
(min)
Peso
Seco (g)
Peso Saturado
Superficialmente
seco (g)
Peso del
Agua
absorbida
(g)
Absorción
relativa al
peso seco (g)
1 10 5,00 6,62 1,62 32,40%
2 20 5,00 6,61 1,61 32,20%
3 30 5,00 6,65 1,65 33,00%
4 60 5,00 6,74 1,74 34,80%
5 1440 (24h) 5,00 6,79 1,79 35,80%
Elaborado por: Ana Zambrano
5.1.2. Características de los agregados
5.1.2.1. Agregado grueso
En la Tabla No 21, se muestran los resultados del ensayo de granulometría para el árido
grueso, realizado en el laboratorio. En el Gráfico N° 4, consta la curva granulométrica
de la muestra y los límites establecidos en la norma NTE INEN 872.
Tabla N° 21: Granulometría del agregado grueso
Tamiz
Abertura
Peso
Retenido
(g)
%
Retenido
Parcial
%
Retenido
Acumulado
% que
Pasa
% Pasa
Limites
1 ½ " 37,50 0 0,00 0,00 100,00 100
1 " 25,00 9,00 0,24 0,24 99,76 95 a 100
3/4 " 19,00 95,00 2,49 2,72 97,28
1/2 " 12,50 356,00 9,32 12,04 87,96 25 a 60
3/8 " 9,50 411,00 10,76 22,80 77,20
No 4 4,75 822,00 21,52 44,32 55,68 0 a 10
FONDO : 2127,00 55,68 100,00 0,00
TOTAL : 3820,00
Tamaño Max. Nominal: 1/2 "
Elaborado por: Ana Zambrano
74
Gráfico N° 4: Curva granulométrica del agregado grueso
Elaborado por: Ana Zambrano
El Tamaño Máximo Nominal del agregado grueso es 1/2´´, pues es el tamaño de la
abertura del tamiz inmediato superior el cual retiene el 15 % de su masa.
5.1.2.2. Agregado fino
En la Tabla 22, se indican los resultados del ensayo granulométrico del agregado fino
empleado en la elaboración de las probetas, cuyos datos se ven reflejados en la curva
granulométrica del material correspondiente al Gráfico N° 5.
El módulo de finura de la arena se determina dividiendo para 100 la suma de los
porcentajes acumulados retenidos en los tamices 3/8”, N° 4, No8, No16, No30, No 50
y No 100.
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
440
% Q
ue
Pas
a
Tamaño Tamiz (mm)
Curva Granulométrica
Agregado Grueso
Límite inferior
Limite Superior
75
Tabla N° 22: Curva granulométrica del agregado fino
AGREGADO FINO
Tamiz Abertura Peso
Retenido (g)
%
Retenido
Parcial
%
Retenido
Acumulado
% Que
Pasa
% Pasa
Limites
Especificación
3/8 " 9,50 0 0,00 0,00 100,00 100
No 4 4,75 0 0,00 0,00 100,00 95 a 100
No 8 2,36 0 0,00 0,00 100,00 80 a 100
No 16 1,18 202 7,28 7,28 92,72 50 a 85
No 30 0,60 702 25,30 32,58 67,42 25 a 60
No 50 0,30 847 30,52 63,10 36,90 10 a 30
No 100 0,15 608 21,91 85,01 14,99 2 a 10
FONDO : 416 14,99 100,00 0,00
TOTAL : 2775
Mod. Finura: 1.88
Elaborado por: Ana Zambrano
Gráfico N° 5: Curva granulométrica agregado fino
Elaborado por: Ana Zambrano
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0,0750,757,5
% Q
ue
Pas
a
Tamaño Tamiz (mm)
Curva Granulométrica
Agregado Fino
Límite Inferior
Límite Superior
76
5.2. RESULTADOS DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS
BLOQUES DE CABUYA
5.2.1. Medición de las dimensiones
Tabla N° 23: Dimensiones promedio de bloques de 15x20x40 cm de dosificación P.
Dosificación P ( 0 % Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Ancho
promedio
(mm)
Altura
promedio
(mm)
Longitud
promedio
(mm)
Espesor de
cara (mm)
Espesor de
tabique
(mm)
1 149,00 202,00 400,00 21,17 23,74
2 151,00 200,00 400,00 21,67 23,31
3 148,50 201,00 399,00 20,70 24,18
Promedio: 149,50 201,00 399,67 21,18 23,74
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 24: Dimensiones promedio de bloques de 15x20x40 cm de dosificación X.
Dosificación X ( 3,3% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Ancho
promedio
(mm)
Altura
promedio
(mm)
Longitud
promedio
(mm)
Espesor de
cara (mm)
Espesor de
tabique
(mm)
1 149,00 202,00 398,00 20,70 22,32
2 148,00 200,00 399,00 20,67 22,37
3 150,00 200,00 400,00 20,81 22,82
Promedio: 149,00 200,67 399,00 20,73 22,50
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 25: Dimensiones promedio de bloques de 15x20x40 cm de dosificación Y.
Dosificación Y ( 6,6% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Ancho
promedio
(mm)
Altura
promedio
(mm)
Longitud
promedio
(mm)
Espesor de
cara (mm)
Espesor de
tabique
(mm)
1 150,00 200,00 400,00 20,46 22,14
2 148,00 201,00 399,00 20,02 20,78
3 149,00 200,00 399,00 20,67 20,41
Promedio: 149,00 200,33 399,33 20,38 21,11
Elaborado por: Ana Zambrano
77
Tabla N° 26: Dimensiones promedio de bloques de 15x20x40cm de dosificación Z.
Dosificación Z ( 9,9% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Ancho
promedio
(mm)
Altura
promedio
(mm)
Longitud
promedio
(mm)
Espesor de
cara (mm)
Espesor de
tabique
(mm)
1 147,50 201,00 399,00 20,89 21,77
2 148,00 202,00 400,00 20,99 21,23
3 150,00 200,00 399,00 20,65 21,45
Promedio: 148,50 201,00 399,33 20,84 21,48
Elaborado por: Ana Zambrano
5.2.2. Absorción de agua, densidad y volumen
El uso de la fibra de cabuya en la fabricación de bloques de hormigón dio como
resultado una variación de las características físicas de los mismos en comparación con
los bloques patrón, tal como se puede constatar en las siguientes tablas:
Tabla N° 27: Absorción de agua, densidad y volumen de bloques de dosificación P
Dosificación P ( 0 % Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa Esp.
Sumergido
(Ml) (kg)
Masa Esp.
Saturado
(Ms) (kg)
Masa
Esp. seco
al horno
(Md) (kg)
Absorción
(%)
Densidad
(kg/m3)
Volumen
Neto
(dm3)
1 6,08 12,78 11,46 11,55 1710,00 6,70
2 5,80 12,22 10,99 11,22 1711,37 6,42
3 5,88 12,33 10,94 12,66 1696,74 6,45
Promedio: 5,92 12,44 11,13 11,81 1706,04 6,52
Elaborado por: Ana Zambrano
78
Tabla N° 28: Absorción de agua, densidad y volumen de bloques de dosificación X
Dosificación X ( 3,3% Fibra de Cabuya)
Espécime
n No
Masa del
Espécime
n
Sumergid
o (Ml)
(Kg)
Masa del
Espécime
n
Saturado
(Ms) (Kg)
Masa
Espécime
n seco al
horno
(Md) (Kg)
Absorció
n (%)
Densida
d
(Kg/m3)
Volume
n Neto
(dm3)
1 6,07 12,52 11,27 11,09 1747,29 6,45
2 5,55 12,07 10,80 11,76 1656,44 6,52
3 6,11 12,82 11,48 11,67 1710,88 6,71
Promedio: 5,91 12,47 11,18 11,51 1704,87 6,56
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 29: Absorción de agua, densidad y volumen de bloques de dosificación Y.
Dosificación Y ( 6,6% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa del
esp.
Sumergido
(Ms) (Kg)
Masa
Espécimen
Saturado
(Ms) (Kg)
Masa
Espécimen
seco al
horno (Md)
(Kg)
Absorción
(%) Densidad
(Kg/m3)
Volumen
Neto
(dm3)
1 6,06 12,50 11,25 11,11 1746,89 6,44
2 5,53 12,04 10,79 11,58 1657,45 6,51
3 6,09 12,79 11,45 11,70 1708,96 6,70
Promedio: 5,89 12,44 11,16 11,46 1704,43 6,55
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 301: Absorción de agua, densidad y volumen de bloques de dosificación Z
Dosificación Z ( 9,9% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa del
esp.
Sumergido
(Ml) (Kg)
Masa
Espécimen
Saturado
(Ms) (Kg)
Masa
Espécimen
seco al
horno
(Md) (Kg)
Absorción
(%) Densidad
(Kg/m3)
Volumen
neto
(dm3)
1 5,75 12,08 10,78 12,06 1703,00 6,33
2 5,47 11,48 10,18 12,77 1693,84 6,01
3 5,71 12,22 11,15 9,60 1712,75 6,51
Promedio: 5,64 11,93 10,70 11,48 1703,20 6,28
Elaborado por: Ana Zambrano
79
5.3. RESULTADOS DE LASCARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LOS
BLOQUES
5.3.1. Ensayo de Resistencia a Compresión simple
5.3.1.1. Ensayo de compresión en bloques con celdas en posición vertical
Como se puede apreciar en las Tablas N° 31 a la Tabla N° 34, se señalan los
resultados obtenidos de los ensayos a compresión de bloques de hormigón con
diferentes porcentajes de fibra tratada, ensayados de tal forma que sus celdas se
encuentran en posición vertical y cumpliendo los 28 días de edad.
Tabla N° 31: Resistencia a la compresión en bloques dosificación de P con celdas en
posición vertical
Dosificación P ( 0 % Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa tal
como se
recibe
(Mr) (kg)
Área de la sección
transversal (*) Carga
máxima
(N)
Resistencia a
compresión Celdas
posición vertical
Bruta
(mm2 )
Neta
(mm2 )
Bruta
(MPa)
Neta
(MPa)
1 11,31 59750,67 32454,39 130100,00 2,18 4,01
2 11,19 59750,67 32454,39 138200,00 2,31 4,26
3 10,96 59750,67 32454,39 134000,00 2,24 4,13
4 11,35 59750,67 32454,39 126200,00 2,11 3,89
5 10,98 59750,67 32454,39 129300,00 2,16 3,98
Promedio: 11,16 59750,67 32454,39 131560,00 2,20 4,05
Desviación Estándar: 0,08 0,14
Elaborado por: Ana Zambrano
80
Tabla N° 32: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación X con celdas
en posición vertical
Dosificación X ( 3,3% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa tal
como se
recibe
(Mr) (kg)
Área de la sección
transversal (*) Carga
máxima
(N)
Resistencia a
compresión Celdas
posición vertical
Bruta
(mm2 )
Neta
(mm2 )
Bruta
(MPa)
Neta
(MPa)
1 11,47 59451,00 32690,49 157100,00 2,64 4,81
2 10,72 59451,00 32690,49 165000,00 2,78 5,05
3 11,38 59451,00 32690,49 156800,00 2,64 4,80
4 11,41 59451,00 32690,49 169400,00 2,85 5,18
5 10,81 59451,00 32690,49 172300,00 2,90 5,27
Promedio: 11,16 59451,00 32690,49 164120,00 2,76 5,02
Desviación Estándar: 0,12 0,21
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 33: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación Y con celdas
en posición vertical
Dosificación Y ( 6,6% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa tal
como se
recibe
(Mr) (kg)
Área de la sección
transversal (*) Carga
máxima
(N)
Resistencia a
compresión Celdas
posición vertical
Bruta
(mm2 )
Neta
(mm2 )
Bruta
(MPa)
Neta
(MPa)
1 11,24 59500,17 32696,05 126100,00 2,12 3,86
2 10,90 59500,17 32696,05 117600,00 1,98 3,60
3 11,18 59500,17 32696,05 130300,00 2,19 3,99
4 11,21 59500,17 32696,05 100200,00 1,68 3,06
5 10,88 59500,17 32696,05 129900,00 2,18 3,97
Promedio: 11,08 59500,17 32696,05 120820,00 2,10 3,70
Desviación Estándar: 0,21 0,39
Elaborado por: Ana Zambrano
.
81
Tabla N° 34: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación Z con celdas
en posición vertical
Dosificación Z ( 9,9% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa tal
como se
recibe
(Mr) (kg)
Área de la sección
transversal (*) Carga
máxima
(N)
Resistencia a
compresión Celdas
posición vertical
Bruta
(mm2 )
Neta
(mm2 )
Bruta
(MPa)
Neta
(MPa)
1 11,37 59300,51 31260,36 118400,00 2,00 3,79
2 11,13 59300,51 31260,36 117100,00 1,97 3,75
3 10,98 59300,51 31260,36 116800,00 1,97 3,74
4 11,08 59300,51 31260,36 110000,00 1,85 3,52
5 11,25 59300,51 31260,36 95600,00 1,61 3,06
Promedio: 11,16 59300,51 31260,36 111580,00 1,88 3,57
Desviación Estándar: 0,16 0,31
Elaborado por: Ana Zambrano
(*) Áreas determinadas como el promedio de las tres unidades ensayadas a absorción
y se asume que son iguales a las de las unidades ensayadas a compresión.
5.3.1.2. Ensayo de compresión en bloques con celdas en posición
horizontal
En las Tablas N° 35 a la N° 38, se señalan los resultados obtenidos en los ensayos a
compresión de bloques de hormigón con diferentes porcentajes de fibra tratada,
ensayados de tal forma que sus celdas se encuentran en posición horizontal y
cumpliendo los 28 días de edad.
82
Tabla N° 35: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación P con celdas en
posición horizontal.
Dosificación P ( 0 % Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa tal
como se
recibe
(Mr) (kg)
Área de la sección
transversal (*) Carga
máxima
(N)
Resistencia a
compresión Celdas
posición horizontal
Bruta
(mm2 )
Neta
(mm2 )
Bruta
(Mpa)
Neta
(Mpa)
1 14,72 80333,00 80333,00 137000,00 1,71 1,71
2 14,15 80333,00 80333,00 146700,00 1,83 1,83
3 14,00 80333,00 80333,00 164600,00 2,05 2,05
4 14.07 80333,00 80333,00 148500,00 1,85 1,85
5 14.56 80333,00 80333,00 139100,00 1,73 1,73
Promedio: 14,29 80333,00 80333,00 147180,00 1,83 1,83
Desviación Estándar: 0,14 0,14
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 36: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación X con celdas
en posición horizontal.
Dosificación X ( 3,3% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa tal
como se
recibe
(Mr) (kg)
Área de la sección
transversal (*) Carga
máxima
(N)
Resistencia a
compresión Celdas
posición horizontal
Bruta
(mm2 )
Neta
(mm2)
Bruta
(MPa)
Neta
(MPa)
1 14,65 80066,00 80066,00 130800,00 1,63 1,63
2 14,13 80066,00 80066,00 151200,00 1,89 1,89
3 14,02 80066,00 80066,00 161700,00 2,02 2,02
4 13,95 80066,00 80066,00 149800,00 1,87 1,87
5 14,34 80066,00 80066,00 146300,00 1,83 1,83
Promedio: 14,22 80066,00 80066,00 147960,00 1,85 1,85
Desviación Estándar: 0,14 0,14
Elaborado por: Ana Zambrano
83
Tabla N° 37: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación Y con celdas
en posición horizontal.
Dosificación Y ( 6,6% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa tal
como se
recibe
(Mr) (kg)
Área de la sección
transversal (*) Carga
máxima
(N)
Resistencia a
compresión Celdas
posición horizontal
Bruta
(mm2 )
Neta
(mm2)
Bruta
(MPa)
Neta
(MPa)
1 14,55 79999,78 79999,78 115000,00 1,44 1,44
2 14,05 79999,78 79999,78 105900,00 1,32 1,32
3 14,00 79999,78 79999,78 99800,00 1,25 1,25
4 14,23 79999,78 79999,78 107300,00 1,34 1,34
5 14,41 79999,78 79999,78 109300,00 1,37 1,37
Promedio: 14,25 79999,78 79999,78 107460,00 1,34 1,34
Desviación Estándar: 0,07 0,07
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 38: Resistencia a la compresión en bloques de dosificación Z con celdas en
posición horizontal
Dosificación Z ( 9,9% Fibra de Cabuya)
Espécimen
No
Masa tal
como se
recibe
(Mr) (kg)
Área de la sección
transversal (*) Carga
máxima
(N)
Resistencia a
compresión Celdas
posición horizontal
Bruta
(mm2 )
Neta
(mm2)
Bruta
(MPa)
Neta
(MPa)
1 14,62 80266,00 80266,00 95200,00 1,19 1,19
2 14,11 80266,00 80266,00 98300,00 1,22 1,22
3 14,03 80266,00 80266,00 102900,00 1,28 1,28
4 13,98 80266,00 80266,00 99300,00 1,24 1,24
5 13, 93 80266,00 80266,00 96900,00 1,21 1,21
Promedio: 14,19 80266,00 80266,00 98520,00 1,23 1,23
Desviación Estándar: 0,03 0,03
Elaborado por: Ana Zambrano
84
5.3.2. Ensayo de Resistencia al fuego de bloques
En la Tabla N° 39 se muestra la información del ensayo de resistencia al fuego
del bloque convencional y de los bloques de hormigón con fibra de cabuya.
Tabla N° 39: Resistencia al fuego de bloques estudiados
Probeta Muestra
No
Tiempo expuesto
al Fuego Observaciones
Bloque
convencional 1 10 minutos
Incineración superficial, presenta
un color obscuro en la misma.
2 60 minutos No se observa fisuras.
Bloque con
fibra de cabuya
(Dosif. X, Y, Z)
3 10 minutos Incineración superficial de las
fibras y del hormigón.
4 60 minutos No se observa fisuras.
Elaborado por: Ana Zambrano
5.3.3. Ensayos de Resistencia al impacto de hormigón
En las Tablas N° 40 y N° 41 se muestra la información obtenida del ensayo de
impacto aplicado a probetas con diferentes cantidades de fibra de cabuya.
Tabla N° 40: Número de impactos a la primera fisura en probetas rectangulares
Hormigón:
N° de impactos de 64 g desde 48.2 cm de caída libre
A la 1ra fisura
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio
Dosificación P (0% FC) 4 4 4 4
Dosificación X (3,3% FC) 6 4 5 5
Dosificación Y (6,6% FC) 5 6 6 6
Dosificación Z (9,9% FC) 6 6 7 6
Elaborado por: Ana Zambrano
85
Tabla N° 41: Número de impactos a la rotura en probetas rectangulares
Hormigón:
N° de impactos de 64g desde 48.2cm de caída libre.
A la Rotura
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Promedio
Dosificación P (0% FC) 7 8 7 7
Dosificación X (3,3% FC) 30 29 31 30
Dosificación Y (6,6% FC) 34 33 34 34
Dosificación Z (9,9% FC) 46 48 49 48
Elaborado por: Ana Zambrano
5.3.4. Ensayos de Resistencia a Tracción del hormigón
A continuación se presentan los resultados obtenidos del ensayo de tensión
indirecta de las probetas de la diferente mezcla, a la edad de 28días.
Tabla N° 42: Resistencia a tensión indirecta en hormigón con dosificación P
Dosificación P ( 0% Fibra de Cabuya)
Muestra Longitud el
cilindro (mm)
Diámetro del
cilindro (mm)
Carga Máxima
(N)
Tensión
Indirecta (MPa)
1 201,00 102,13 38100,00 1,18
2 200,00 102,08 36900,00 1,15
Promedio: 1,17
Desviación Estándar 0,02
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 43: Resistencia a tensión indirecta en hormigón con dosificación X
Dosificación X ( 3,3% Fibra de Cabuya)
Muestra Longitud el
cilindro (mm)
Diámetro del
cilindro (mm)
Carga Máxima
(N)
Tensión
Indirecta (MPa)
1 198,00 102,60 52400,00 1,64
2 200,00 102,11 58400,00 1,82
Promedio: 1,73
Desviación Estándar 0,13
Elaborado por: Ana Zambrano
86
Tabla N° 44: Resistencia a tensión indirecta en hormigón con dosificación Y
Dosificación Y ( 6,6% Fibra de Cabuya)
Muestra Longitud el
cilindro (mm)
Diámetro del
cilindro (mm)
Carga Máxima
(N)
Tensión
Indirecta (MPa)
1 199,00 102,70 33900,00 1,06
2 201,00 102,11 32800,00 1,02
Promedio: 1,04
Desviación Estándar 0,03
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 45: Resistencia a tensión indirecta en hormigón con dosificación Z
Dosificación Z ( 9,9% Fibra de Cabuya)
Muestra Longitud el
cilindro (mm)
Diámetro del
cilindro (mm)
Carga
Máxima (N)
Tensión Indirecta
(MPa)
1 198,00 102,50 29600,00 0,93
2 199,00 102,39 32400,00 1,01
Promedio: 0,97
Desviación Estándar 0,06
Elaborado por: Ana Zambrano
5.3.5. Ensayo de Resistencia a la Flexión del hormigón
La Tabla N° 43, muestra los resultados de los ensayos para la determinación de
la resistencia a la flexión de las probetas ensayadas a los 28 días de curado.
87
Tabla N° 46: Resistencia a la flexión en probetas de hormigón con dosificación P.
Dosificación P ( 0% Fibra de Cabuya)
Viga
No.
Cara
Fracturada
Ancho (mm)
Cara
Fracturada
Alto (mm)
Luz
Libre
(mm)
Carga
(N)
Módulo de
Rotura
(MPa)
Ubicación
de la falla
1 151,58 151,41 450,00 11700,00 1,52 Tercio
Medio
2 151,63 151,57 450,00 12300,00 1,59 Tercio
Medio
Promedio: 1,56
Desviación Estándar: 0,05
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 47: Resistencia a la flexión en probetas de hormigón con dosificación X.
Dosificación X ( 3,3% Fibra de Cabuya)
Viga
No.
Cara
Fracturada
Ancho (mm)
Cara
Fracturada
Alto (mm)
Luz
Libre
(mm)
Carga
(N)
Módulo de
Rotura
(MPa)
Ubicación
de la falla
1 151,63 151,55 450,00 9700,00 1,25 Tercio
Medio
2 151,41 151,60 450,00 8300,00 1,07 Tercio
Medio
Promedio: 1,16
Desviación Estándar: 0,13
Elaborado por: Ana Zambrano
Tabla N° 48: Resistencia a la flexión en probetas de hormigón con dosificación Y.
Dosificación Y ( 6,6% Fibra de Cabuya)
Viga
No.
Cara
Fracturada
Ancho (mm)
Cara
Fracturada
Alto (mm)
Luz
Libre
(mm)
Carga
(N)
Módulo de
Rotura
(MPa)
Ubicación
de la falla
1 151,70 151,52 450,00 7800,00 1,01 Tercio
Medio
2 152,12 151,30 450,00 7500,00 0,97 Tercio
Medio
Promedio: 0,99
Desviación Estándar: 0,03
Elaborado por: Ana Zambrano
88
Tabla N° 49: Resistencia a la flexión en probetas de hormigón con dosificación Z.
Dosificación Z ( 9,9% Fibra de Cabuya)
Viga
No.
Cara
Fracturada
Ancho (mm)
Cara
Fracturada
Alto (mm)
Luz
Libre
(mm)
Carga
(N)
Módulo de
Rotura
(MPa)
Ubicación
de la falla
1 152,20 151,10 450,00 73200,00 0,81
Fuera del
tercio
medio
2 151,89 151,49 450,00 6800,00 0,88 Tercio
Medio
Promedio: 0,85
Desviación Estándar: 0,05
Elaborado por: Ana Zambrano
5.4. FALLAS DE LAS PROBETAS ENSAYADAS
5.4.1. Falla a compresión de bloques
En los ensayos de compresión realizados a los bloques huecos de hormigón de mezcla
patrón como en los bloques de hormigón con diferentes porcentajes de fibras, se pudo
observar que se produjo una falla por corte que género fisuras verticales y diagonales
a lo largo de las paredes de los bloques.
Los bloques elaborados con la mezcla patrón presentaron un mayor número de fisuras
y un mayor ancho de la grieta en comparación a las bloques con fibra, como se puede
apreciar visualmente en las siguientes fotografías.
89
Fotografía N° 22: Falla de bloques de mezcla PATRÓN y Mezcla X (3.3%FC)
Fuente: Ana Zambrano
Fotografía N° 23: Falla de bloques de Mezcla Y (6,6%FC) e Mezcla Z (9,9%FC)
Fuente: Ana Zambrano
5.4.2. Falla a tensión indirecta
En el ensayo de tensión indirecta, se observó que la probeta falló verticalmente a lo
largo de la longitud de aplicación de la carga. Las probetas de mezcla patrón al ocurrir
la falla se partieron en la mitad formando dos piezas, mientras que las probetas con
adición de fibra se mantuvieron parcialmente unidas en el centro del cilindro formando
una única pieza, esto se debe a la adherencia que proporciona la fibra al hormigón,
como se puede muestra en la Fotografía N° 24.
90
Fotografía N° 24: Falla de cilindros de hormigón de Mezcla P y Mezcla Z (9.9%FC)
Fuente: Ana Zambrano
5.4.3. Falla a flexión
En las probetas ensayadas a flexión tanto de la mezcla patrón como de la mezcla de
hormigón con adición de fibras, la falla ocurrió en el tercio medio de la viga, sin
apreciarse diferencia alguna entre estas, como se observa en la Fotografía N° 25.
Fotografía N° 25: Falla de vigas de mezcla X, Y e Z
Fuente: Ana Zambrano
91
Al presentar las probetas un solo plano de falla, se pudo observar que las fibras fallaron
por extracción y no por ruptura, lo que sugiere que los esfuerzos no se transfirieron
adecuadamente entre la fibra y la matriz, por falta de adherencia.
5.2. COMPARACIONES DE LOS RESULTADOS CON BLOQUES
ADQUIRIDOS EN EL MERCADO LOCAL
Para realizar la comparación del bloque fabricado con los bloques existentes en el
mercado, se adquirieron tres bloques de hormigón tradicionales, de tres empresas
diferentes de la ciudad de Ibarra. Para efecto del trabajo de investigación se utilizaron
bloques de 15 x 20 x 40 cm, según se aprecia en la Tabla N°50.
Tabla N° 50: Comparaciones de bloques del mercado local
Sitio de
Procedencia Muestra
Área
Neta
(mm2)
Carga
Máxima
(N)
Resistencia Compresión
(MPa)
Parcial Promedio
Bloque con Cabuya
Dosificación "X"
1
32.690,49
162.000 4,96
5,00 2 171.000 5,23
3 156.800 4,80
Bloquera La
Campiña
4
31.770,00
150.000 4,72
4,90 5 159.000 5,00
6 158.000 4,97
Fábrica Prensblock
10
27.260,00
102.000 3,74
4,05 11 120.000 4,40
12 109.000 4,00
Fábrica A
7
30.000,00
135.000 4,50
4,02 8 112.000 3,73
9 115.000 3,83
Elaborado por: Ana Zambrano
5.3. COSTO DE PRODUCCIÓN DE LOS BLOQUES FABRICADOS
Se determina el costo de los bloques huecos de hormigón elaborados con la
dosificación Patrón, es decir del bloque tradicional, de igual forma se determina el
92
costo de los bloques con adición de fibra de 3,3% correspondiente a la dosificación
“X”, pues ésta presentó mejoras en cuanto a la resistencia a compresión del grupo
estudiado. El análisis de precios unitarios de los bloques de hormigón de dimensiones
estándar 15x20x40 cm se realiza tomando en cuenta costos actuales y rendimientos
reales, a continuación las tablas.
Tabla N° 51: Análisis de precios unitario del bloque hueco de hormigón
Elaborado por: Ana Zambrano
TÍTULO : “Estudio de las características físico-mecánicas de bloques de hormigón con fibra de cabuya”
RUBRO: Bloque Hueco de Hormigón de 20 x 15 x 40 cm UNIDAD: U
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C = A x B R D = C / R
Herramienta menor 1.00 1.50 1.50 130.000 0.01
Máquina Mezcladora 1.00 1.50 1.50 130.000 0.01
Maquina moldeadora 1.00 1.50 1.50 130.000 0.01
SUBTOTAL M 0.03
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD JORNAL /HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C = A x B R D = C / R
Albañil-Estruc.Ocup. D2 1.00 4.50 4.50 130.000 0.03
Peón-Estruc.Ocup. E2 2.00 3.85 7.70 130.000 0.06
SUBTOTAL N 0.09
MATERIALES
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD P. UNITARIO COSTO
A B C = A x B
Cemento kg 66.30 0.182 12.04
Arena dm3 254.35 0.011 2.80
Granillo dm3 763.04 0.009 6.78
Agua lt 124.35 0.001 0.12
SUBTOTAL O 21.74
TRANSPORTE
DESCRIPCION UNIDAD DISTANCIA CANTIDAD TARIFA COSTO
U A B C = A x B
SUBTOTAL P 0.00
21.86
ESTOS PRECIOS NO INCLUYEN EL IVA 4.81
26.67
0.21
0.09
0.30
CERO dólares TREINTA centavos
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
OBRA : PROYECTO DE TITULACIÓN
TOTAL COSTO DIRECTO (CD=M+N+O+P)
COSTOS INDIRECTOS: 22% CD
COSTO TOTAL DE LA PRODUCCIÓN: (CT=CD+CI)
COSTO DIRECTO POR BLOQUE : (CDB=CT/ R)
COSTO DE VENTA DEL BLOQUE : (CVB=CDB+G)
GANANCIA : (G)
93
Tabla N° 52: Análisis de precios unitario del bloque hueco de hormigón con cabuya
Elaborado por: Ana Zambrano
TÍTULO : “Estudio de las características físico-mecánicas de bloques de hormigón con fibra de cabuya”
RUBRO: Bloque Hueco de Hormigón con fibra de cabuya de 20 x 15 x 40 cm UNIDAD: U
EQUIPOS
DESCRIPCION CANTIDAD TARIFA COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C = A x B R D = C / R
Herramienta menor 1.00 1.50 1.50 125.000 0.01
Máquina Mezcladora 1.00 1.50 1.50 125.000 0.01
Maquina moldeadora 1.00 1.50 1.50 125.000 0.01
SUBTOTAL M 0.03
MANO DE OBRA
DESCRIPCION CANTIDAD JORNAL /HR COSTO HORA RENDIMIENTO COSTO
A B C = A x B R D = C / R
Albañil-Estruc.Ocup. D2 1.00 4.50 4.50 125.000 0.04
Peón-Estruc.Ocup. E2 2.00 3.85 7.70 125.000 0.06
SUBTOTAL N 0.10
MATERIALES
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD P. UNITARIO COSTO
A B C = A x B
Cemento kg 63.75 0.182 11.58
Arena dm3 244.57 0.011 2.69
Granillo dm3 733.70 0.009 6.52
Agua lt 119.57 0.001 0.12
Cabuya tratada con parafina g 2,125.00 0.005 10.63
SUBTOTAL O 31.54
TRANSPORTE
DESCRIPCION UNIDAD DISTANCIA CANTIDAD TARIFA COSTO
U A B C = A x B
SUBTOTAL P 0.00
31.67
ESTOS PRECIOS NO INCLUYEN EL IVA 6.97
38.64
0.31
0.09
0.40
TOTAL COSTO DIRECTO (CD=M+N+O+P)
CERO dólares CUARENTA centavos
ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS
OBRA : PROYECTO DE TITULACIÓN
COSTOS INDIRECTOS: 22% CD
COSTO TOTAL DE LA PRODUCCIÓN: (CT=CD+CI)
COSTO DIRECTO POR BLOQUE : (CDB=CT/ R)
COSTO DE VENTA DEL BLOQUE : (CVB=CDB+G)
GANANCIA : (G)
94
CAPITULO VI
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.1. MATERIAS PRIMAS
6.1.1. Fibra de Cabuya
Diámetro de la fibra
Los ensayos realizados en la fibra de cabuya (género agave), permitió conocer que la
misma posee un diámetro promedio de 0,12mm, con una desviación estándar de 0,038;
presentando un diámetro máximo entre 0,15 a 0,20 mm, un diámetro mínimo de
0,04mm, una longitud promedio de 2,5m, los datos se presentan el Gráfico N° 6.
Gráfico N° 6: Diámetro de las fibras de 100 especímenes
Elaborado por: Ana Zambrano
6
19
31
27
14
2 10
5
10
15
20
25
30
35
0.04 - 0.06 0.07 - 0.09 0.10 - 0.12 0.13 - 0.15 0.16 - 0.18 0.19 - 0.21 0.23
FREC
UEN
CIA
DIÁMETRO DE LA FIBRA (mm) DE 100 ESPECÍMENES
FIBRA DE CABUYA
95
Capacidad de Absorción
La fibra estudiada presenta una capacidad de absorción de agua del 94,57% con
respecto a su peso seco. Al comparar los porcentaje de absorción de las fibras de la
familia agave, se establece que la fibra de cabuya proveniente de la parroquia Lita,
provincia de Imbabura, absorbe el 94,57% respecto a su peso seco, porcentaje que
es menor con respecto a “la lechuguilla que absorbe 98%, y mucho mayor con
relación al maguey que absorbe el 69,9%ambas cultivadas en México” (Juarez,
2002).
La fibra en mención, presenta un porcentaje de absorción de agua alto, lo cual ocasiona
problemas al momento del mezclado ya que absorbe el agua de la mezcla, alterando la
hidratación completa del cemento. Por otra parte, el agua tiende a hinchar las fibras
especialmente las de origen vegetal, y por consiguiente al secarse la fibra ésta se
contrae produciendo una pérdida de adherencia entre la fibra y la matriz.
Los resultados de absorción de agua de la fibra tratada con parafina demuestran que se
redujo el porcentaje de absorción de agua en un 58,77% respecto a la fibra sin
tratamiento, esto puede deberse a que la parafina actúa sobre la fibra como un repelente
al agua, pues es un material insoluble en agua.
Resistencia a la tracción de la fibra
Para realizar éste ensayo se tuvo inconvenientes en la colocación de la muestra de
cabuya, esto se evidenció en la falla de la muestra, la cual ocurrió en la zona donde se
ató la fibra a los tornillos de sujeción. Debió fallar en la mitad de la longitud de ensayo
o cercana a esta zona, por esta razón los datos obtenidos no concuerdan con el
comportamiento del material pues según el dato bibliográfico esta puede alcanzar hasta
305 MPa (3.111,00 kg/cm2).
96
Sin embargo el conjunto de hilos de cabuya ensayados soportaron una carga de
1.980,09N (201,91kg), que dividido para la sección transversal equivalente del
conjunto de fibras se tienen un esfuerzo a tracción de 37,42 MPa (38.157,78 kg), valor
que es mucho menor al bibliográfico, motivo por el que se recomienda para próximas
investigaciones realizar este ensayo con máquinas mucho más sensibles que la
utilizada.
6.1.2. Agregados
Los agregados utilizados para la investigación, según se detalló anteriormente
provienen de la mina SURTIPETREOS, los cuales son de uso común en las fábricas
de bloques de la ciudad de Ibarra. En el caso del árido fino se realizó el estudio
granulométrico, los resultados obtenidos, indican que la curva granulométrica de la
muestra en general está fuera de los límites recomendados (NTE INEN 696:2011), lo
que significa que no existe una distribución adecuada del tamaño de los granos.
La curva granulométrica obtenida para el agregado grueso, no está dentro de los límites
recomendados por la Norma Técnica, es decir, que tampoco cumple la condición de
bien graduado, osea no ésta constituida por partículas de todos los tamaños, así se
dificulta el llenado de los vacíos dejados por las partículas de mayor tamaño.
6.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE BLOQUES
6.2.1. Medición de las dimensiones
Las dimensiones de los bloques de hormigón huecos fabricados con diferente
porcentaje de fibra de cabuya son similares a los bloques de hormigón sin fibra.
Cumplen con el requisito de tener una variación en sus dimensiones menor a 5 mm, así
como también de un espesor mayor a 20 mm correspondiente al tipo “C” de la
clasificación de los bloques de acuerdo a su uso.
97
6.2.2. Peso y densidad
El peso seco promedio de los bloques patrón y de la dosificación X e Y, son similares,
mientras que los bloques con dosificación Z correspondiente al 9,9% de adición de
fibras, presenta menor peso que los anteriores, como se puede apreciar en el Gráfico
N° 7.
Gráfico N° 7: Peso seco promedio de bloques fabricados .
Elaborado por: Ana Zambrano
La densidad promedio de los bloques fabricados con la dosificación patrón
1706,04kg/cm3, es ligeramente mayor a la densidad de las muestras de dosificación X
e Y que oscila alrededor de 1704,50 kg/cm3, mientras que la muestra de dosificación
Z presento una densidad de 1703,20 kg/m3, valor que es ligeramente menor en
comparación a las muestras anteriores.
Los bloques fabricados según la norma NTE INEN 638, se clasifican por su densidad
en bloque tipo mediano, puesto que la densidad obtenida durante la experimentación
está dentro del rango de 1680 kg/m3 a 2000 kg/m3, como se tiene en el Gráfico N° 8.
11,13 11,18 11,16 10,70
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
Dosif. P (0% F.C.) Dosif. X (3,3 % F.C.) Dosif. Y (6,6% F.C.) Dosif. Z (9,9% F.C.)
PES
O S
ECO
PR
OM
EDIO
(kg
)
DOSIFICACIÓN
ENSAYO A LOS 28 DÍAS
98
Gráfico N° 8: Densidad promedio de bloques fabricados.
Elaborado por: Ana Zambrano
6.2.3. Absorción de agua en bloques
Cuando la cantidad de cabuya en los bloques es alta, el porcentaje de absorción
disminuye en comparación con el bloque patrón, lo que puede deberse a que las fibras
rellenan los espacios entre los agregados del mortero, haciéndolo menos poroso.
Como se puede apreciar en el Gráfico N° 9, el valor promedio de la capacidad de
absorción de los bloques patrón es de 11,81%, la dosificación X presentan un 11,51%,
mientras que la dosificación Y e Z tienen una capacidad de absorción de agua
aproximadamente 11,48%; valores que están por debajo del porcentaje de absorción
máximo de 15% establecido en la norma NTE INEN 642.
Gráfico N° 9: Absorción de agua promedio de bloques fabricados
Elaborado por: Ana Zambrano
1706,041704,87 1704,43
1703,20
1701,00
1702,00
1703,00
1704,00
1705,00
1706,00
1707,00
Dosif. P (0% F.C.) Dosif. X (3,3 % F.C.) Dosif. Y (6,6% F.C.) Dosif. Z (9,9% F.C.)
DEN
SID
AD
PR
OM
EDIO
(k
g/m
3)
DOSIFICACIÓN
ENSAYO A LOS 28 DÍAS
11,8111,51 11,46 11,48
10,00
10,50
11,00
11,50
12,00
Dosif. P (0% F.C.) Dosif. X (3,3 % F.C.) Dosif. Y (6,6% F.C.) Dosif. Z (9,9% F.C.)
AB
SOR
CIÓ
N P
RO
MED
IO (
%)
DOSIFICACIÓN
ENSAYO A LOS 28 DÍAS
99
6.3. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS
6.3.1. Resistencia a compresión en Bloques
Los resultados obtenidos en el ensayo de compresión de bloques huecos de
15x20x40cm ensayado con sus celdas en posición vertical, muestran que la fibra de
cabuya tratada con parafina mejora la resistencia a compresión a los 28días con una
adición de fibra de 3,3%, aumentando la resistencia a compresión tanto en el área neta
como en el área bruta en un 24% comparado con los bloques sin fibra, mientras que los
bloques con adición de fibra mayor al 3,3% presentan una disminución de la resistencia
a compresión de forma considerable, tal como se puede apreciar en los Gráficos N° 10
y N° 11.
Gráfico N° 10: Resistencia a compresión neta en bloques ensayados con sus celdas
en posición vertical
Elaborado por: Ana Zambrano
4,055,02
3,70 3,57
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Dosif. P (0% F.C.) Dosif. X (3,3% F.C.) Dosif. Y (6,6% F.C.) Dosif. Z (9,9 % F.C.)
Res
iste
nci
a a
Co
mp
resi
ón
Net
a P
rom
edio
(M
Pa)
DOSIFICACIÓN
Bloques con celdas en posición vertical
100
Gráfico N° 11: Resistencia a compresión bruta promedio en bloques ensayados con
sus celdas en posición vertical
Elaborado por: Ana Zambrano
En el ensayo de compresión de los bloques huecos de 15 x 20 x 40 cm ensayados con
sus celdas en posición horizontal, se reporta que las mezclas con adición de fibra mayor
al 3,3% producen una disminución considerable de la resistencia a la compresión en
esta posición. Mientras que los bloques de mezcla con adición de 3,3% de fibra
presentan un incremento mínimo de la resistencia a la compresión en comparación con
la muestra patrón en dicha posición, lo cual se puede observar en el Gráfico N° 12.
Gráfico N° 12: Resistencia a la compresión en bloques con celdas en posición
horizontal
Elaborado por: Ana Zambrano
2,202,76
2,10 1,88
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
Dosif. P (0% F.C.) Dosif. X (3,3% F.C.) Dosif. Y (6,6% F.C.) Dosif. Z (9,9 % F.C.)
Res
iste
nci
a a
Co
mp
resi
ón
B
ruta
Pro
med
io (
MP
a)
DOSIFICACIÓN
Bloques con celdas en posición vertical
1,83 1,85
1,34 1,23
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
Dosif. P (0% F.C.) Dosif. X (3.3% F.C.) Dosif. Y (6.6% F.C.) Dosif. Z (9.9% F.C.)
Res
iste
nci
a a
la C
om
pre
sió
n
Pro
med
io (
MP
a)
DOSIFICACIÓN
Bloques con celdas en posición horizontal
101
La resistencia a compresión de los bloques fabricados y ensayados en las posiciones
indicadas presentaron una disminución conforme se aumentó el porcentaje de fibra,
esto pudo deberse a que al tener mayor cantidad de fibra disminuye el volumen de
hormigón resistente.
Los boques elaborados con la mezcla patrón presentaron un mayor número de fisuras
y un mayor ancho de la grieta en comparación a las mezclas con fibra, como se puede
apreciar visualmente en la falla de los bloques.
6.3.2. Resistencia al fuego de bloques
En el ensayo de la resistencia al fuego, se puedo observar que tanto los bloques con
fibra de cabuya como los bloques de hormigón convencional, presentaron el mismo
comportamiento ante un incendio, demostrándose que los bloques estudiados impiden
la propagación del fuego hacia la cara no expuesta, principalmente debido a que al ser
elementos huecos , encierran en sus orificios considerable cantidad de aire , el cual es
un mal conductor de calor, lo que le otorga a los bloques la característica de ser un buen
aislante térmico.
6.3.3. Resistencia al Impacto
De los resultados obtenidos del ensayo de impacto se puede apreciar que a mayor
contenido de fibra en el hormigón, mayor será su resistencia al impacto, como se puede
apreciar en el siguiente gráfico.
102
Gráfico N° 13: Ensayo impacto a la rotura
Fuente: Ana Zambrano
En las probetas de hormigón elaboradas con la mezcla patrón presentan menor
resistencia a la rotura en comparación con el hormigón con adición de fibras.
Adicionalmente se observó que la resistencia a la primera fisura permanece
relativamente constante en las probetas con adición de fibras, mientras que la
resistencia a la rotura no sufre un incremento proporcional a la cantidad de fibra
adicionada, como se aprecia en el Gráfico N° 14.
Gráfico N° 14: Ensayo impacto a la primera fisura
Elaborado por: Ana Zambrano
7
30 3448
0
10
20
30
40
50
60
Dosif. P (0% F.C.) Dosif. X (3,3 % F.C.) Dosif. Y (6,6% F.C.) Dosif. Z (9,9% F.C.)
No
. DE
IMP
AC
TOS
A L
A
RO
TUR
A (
u)
DOSIFICACIÓN
ENSAYO DE IMPACTO
45
6 6
0
1
2
3
4
5
6
7
Dosif. P (0% F.C.) Dosif. X (3,3 % F.C.) Dosif. Y (6,6% F.C.) Dosif. Z (9,9% F.C.)
No
. DE
IMP
AC
TOS
A L
A 1
RA
FI
SUR
A (
u)
DOSIFICACIÓN
ENSAYO DE IMPACTO
103
6.3.4. Resistencia a flexión
La utilización de fibra de cabuya como refuerzo en el hormigón fabricado disminuyó
la resistencia a la flexión, tal como se detalla en el Grafico N° 15, ya que ninguna de
las mezclas con adición de fibras presentó mejores características que la mezcla patrón.
Los especímenes sin fibra presentaron una falla frágil, mientras que la falla de los
especímenes con fibra fue dúctil, al aparecer la primera grieta, ésta fue incrementando
su ancho durante la aplicación de la carga, generándose un solo plano de falla, en la
cual se pudo observar que las fibras fallaron por extracción y no por ruptura, lo que
sugiere que los esfuerzos no se transfirieron adecuadamente entre la fibra y la matriz,
por falta de adherencia.
Gráfico N° 15: Ensayo a las 28 días, resistencia a la flexión promedio.
Elaborado por: Ana Zambrano
6.3.5. Resistencia a Tensión Indirecta
De los resultados obtenidos en el ensayo de tensión indirecta, se puede observar en el
Gráfico N° 16, que la mezcla de hormigón con el 3,3% de adición de fibras de cabuya,
experimento un incremento de la resistencia en un 48% en relación con la mezcla
patrón.
1,561,16 0,99 0,85
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
Dosif. P (0% F.C.) Dosif. X (3,3% F.C.) Dosif. Y (6,6% F.C.) Dosif. Z (9.9% F.C.)
Res
iste
nci
a P
rom
edio
a
Flex
ión
(M
Pa)
DOSIFICACIÓN
ENSAYO A LOS 28 DÍAS
104
Gráfico N° 16: Ensayo a las 28 días, resistencia a la tensión indirecta promedio.
Elaborado por: Ana Zambrano
En el caso de las mezclas de hormigón con adición de 6,6 y 9,9% de fibra de cabuya,
se apreció que la resistencia a la tensión disminuyó conforme se incrementa la cantidad
de fibra, lo cual pudo deberse a la falta de uniformidad en la distribución de la misma.
6.4. ANÁLISIS DE COSTOS DE PRODUCCIÓN DELOS BLOQUES
Del análisis del Grafico N° 17, se puede apreciar que el costo de fabricación de bloques
de hormigón con fibra de cabuya es mayor que el costo de fabricación de bloques de
hormigón convencional, esto se debe principalmente a que el costo de la fibra tratada
con parafina casi alcanza el costo del cemento, lo cual no es conveniente por cuanto al
sustituir el costo de la fibra por más cantidad de cemento se tendría bloques de
hormigón con mayor resistencia y mayor fragilidad.
1,171,73
1,04 0,97
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
Dosif. P (0% F.C.) Dosif. X (3,3% F.C.) Dosif. Y (6,6% F.C.) Dosif. Z (9,9% F.C.)
Res
iste
nci
a P
rom
edio
a la
Te
nsi
ón
Ind
irec
ta (
MP
a)
DOSIFICACIÓN
ENSAYO A LOS 28 DÍAS
105
Gráfico N° 17: Comparación de costo de fabricación de los bloques fabricados.
Elaborado por: Ana Zambrano
Como se puede apreciar en el Gráfico N° 18, los bloques de hormigón con fibra de
cabuya tienen un menor rendimiento por hora de la mano de obra, en comparación con
los bloques tradicionales, esto se debe a que hay que tomar un periodo de tiempo
relativamente corto para esparcir la fibra en la mezcladora a fin de tener una mezcla de
hormigón lo más homogénea posible. El rendimiento disminuye alrededor de un 4%,
que equivale a 5 bloques menos por hora.
Gráfico N° 18: Comparación de rendimientos de producción de bloques fabricados.
Elaborado por: Ana Zambrano
26,67
38,64
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
BLOQUE TRADICIONAL BLOQUE CON 3,3% FIBRA DE CABUYACO
STO
DE
FAB
RIC
AC
IÓN
(D
OLA
RES
)
TIPO DE BLOQUE HUECO DE HORMIGÓN
Comparación de costo de fabricación
130 125
0
25
50
75
100
125
150
BLOQUE TRADICIONAL BLOQUE CON 3,3% FIBRA DE CABUYA
REN
DIM
IEN
TO
(BLO
QU
ES/H
OR
A)
TIPO DE BLOQUE HUECO DE HORMMIGÓN
Comparación de rendimientos de producción de bloques
106
CAPITULO VII
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1.CONCLUSIONES
En los dos primeros objetivos se planteó investigar y analizar las características
físico- mecánicas de bloques de hormigón elaborados con una mezcla de hormigón
con diferentes porcentajes de fibra de cabuya, mediante la realización de ensayos
de laboratorio de los especímenes fabricados.
El tratamiento de la fibra de cabuya con parafina, le proporcionó una reducción
del 58.77% de su capacidad de absorción de agua con respecto a la fibra sin
tratamiento.
Al realizar el ensayo de compresión de los bloques con sus celdas en posición
vertical, se obtuvo que los bloques de hormigón con 3,3% de fibra de cabuya
de 2 cm de longitud, incrementaron su resistencia a compresión tanto neta como
bruta en un 24% aproximadamente en comparación con los bloques de
hormigón sin fibra.
Al realizar el ensayo de compresión de los bloques con sus celdas en posición
horizontal, se obtuvo que los bloques de hormigón con 3,3% de fibra de cabuya
de 2 cm de longitud, incrementaron su resistencia a compresión en un 1% en
comparación con los bloques de hormigón sin fibra.
107
El porcentaje de absorción de agua de los bloques de hormigón con fibra,
disminuye conforme se incrementa la cantidad de cabuya tratada en la mezcla.
Tanto los bloques con adición de fibra como los bloques sin fibra presentaron
un porcentaje de absorción de agua alrededor de 12% de la masa del bloque,
valor que es menor al límite de15% establecido en la norma NTE INEN 642.
Los resultados obtenidos de los ensayos, indican que la adición de fibra de
cabuya tratada en la mezcla de hormigón disminuye la resistencia a flexión de
la misma en comparación con el hormigón convencional, estableciéndose que
a mayor cantidad de fibra, mayor será la disminución de dicha resistencia.
En el ensayo de tensión indirecta por compresión diametral, se obtuvo
experimentalmente que la probeta de hormigón con 3,3% de fibra, incremento
la resistencia en un 48% en comparación con la probeta de hormigón
convencional.
Los resultados del ensayo de impacto establecen que a mayor cantidad de
cabuya, mayor es la resistencia al impacto de rotura, obteniéndose el mejor
resultado con el 9,9% de adición de fibra en el hormigón, mientas que el
incremento de la resistencia al impacto a la primera fisura es prácticamente
despreciable. Adicionalmente se puede confirmar que las probetas de
dosificación patrón tuvieron una falla frágil en la cual la pieza se rompió en dos
mitades, en cambio las probetas con fibra presentaron mayor ductilidad (baja
fragilidad), pues estas se agrietaron pero se mantuvieron siempre en una sola
pieza.
El concreto reforzado de fibras de cabuya tratada con parafina en la cantidad
adecuada es viable para elementos constructivos, como son la fabricación de
bloques de hormigón u otros elementos constructivos de espesores delgados,
sin embargo es necesario estudiar a fondo la durabilidad del concreto con fibras
ante diferentes condiciones climáticas y a lo largo del tiempo.
108
La fibra de cabuya en proporción y tamaño óptimo contribuye a la resistencia a
la compresión de los bloques de hormigón, sin embargo su distribución en la
mezcla de concreto varía enormemente en función del volumen adicionado, lo
que dificulta su uso de forma confiable.
Las probetas de hormigón fibrorreforzadas con cabuya, presentaron un menor
agrietamiento durante la ejecución de los ensayos, observándose que éstas son
de menor abertura, profundidad y longitud en comparación con las probetas
fabricadas con hormigón convencional.
Durante el ensayo de tensión indirecta por compresión diametral, se pudo
observar que la fibra de cabuya impide una falla frágil del cilindro de hormigón,
manteniendo las partes del espécimen relativamente en su posición.
En el tercer objetivo se planteó comparar el costo de elaboración del bloque
ecológico con un bloque convencional, a fin de determinar si estos son
económicamente sustentables.
Del análisis de costos, se puede establecer que los bloques de hormigón con
fibra de cabuya tienen un mayor costo de fabricación, a su vez el rendimiento
por hora de la mano de obra disminuye alrededor de un 4 %, que equivale a 5
bloques menos por hora. Es decir que el bloque de hormigón con fibra de
cabuya no es competitivo con el bloque convencional en cuanto a costo de
elaboración y venta, sin embargo hay que considerar que se estaría adquiriendo
un bloque más resistente y menos frágil.
En términos generales se puede decir que los bloques de hormigón no son
económicamente sustentables por cuanto no es económico en comparación con
los bloques convencionales existentes en el mercado de la ciudad de Ibarra , sin
embargo otorga beneficios sociales por cuanto mejoraría el bienestar
109
económico de los pequeños productores de cabuya, y medioambientales porque
ayuda a disminuir en un pequeño porcentaje el consumo de material virgen por
materiales renovables como es la cabuya, a la vez que no comprometemos los
recursos de futuras generaciones para satisfacer sus necesidades.
En el último objetivo se planteó comparar los resultados obtenidos con bloques
existentes en el mercado, a fin de determinar si cumplen con la normativa vigente
en nuestro medio local.
El hormigón convencional alcanzo una resistencia a compresión de
4,05MPa, mientras con la adición de fibra de 3,3% alcanzo una resistencia
de 5,09 MPa cumpliendo con el requisito de resistencia de bloques tipo “B”,
correspondientes a Paredes exteriores de carga, con revestimiento y Paredes
interiores de carga, con o sin revestimiento.
Los bloques con 3,3% de fibra de cabuya tratada, tuvieron un porcentaje de
absorción del 11,5% de la masa del bloque, valor que es menor al límite
máximo de 15% establecido en la norma NTE INEN 642.
110
7.2.RECOMENDACIONES
La fibra de cabuya es una buena alternativa para la disminución de fisuras en
bloques de hormigón, sin embargo, se recomienda que se continúe con
investigaciones de este material compuesto en futuros proyectos de titulación.
Al no haber muchos estudios al respecto, se recomienda realizar más ensayos
para poder establecer ciertos aspectos que escaparon al alcance de esta
investigación, como por ejemplo la caracterización química de la fibra y su
durabilidad a lo largo del tiempo en el medio alcalino de los bloques de
hormigón.
Se sugiere, el estudio de otras sustancias para tratar la fibra de cabuya natural
previo su uso en la elaboración de hormigón.
Investigar el efecto del tamaño de las fibras en la elaboración de los bloques
huecos de hormigón.
Las canteras que proveen material pétreo deberían contar con ensayos que
proporcionen información de los agregados que ofrecen al consumidor.
Para realizar el ensayo de tensión en la fibra de cabuya se recomienda buscar
una máquina que tenga la sensibilidad para fallar hilos de diámetro pequeño, a
fin de realizar más ensayos, para las siguientes investigaciones que se
desprendan de ésta, y así poder tener un ensayo representativo para hacer una
depuración de datos.
111
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