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Análisis Comparativo de las Propiedades de Cubos de Mortero: Estándar y con
Adición de Fibra de Vidrio al 3%
Comparative Analysis of Mortar Cube Properties: Standard and with 3% Fiberglass
Addition
Hennry Franck Andersson Miranda Gallardo, Ing.^1 ; Jhon Antony Mejía Briones, Ing.^2 ;
Jhon Aldair Huamán Boy, Ing.^3
1 Universidad Privada del Norte (UPN)
2 Universidad Privada del Norte (UPN)
3 Universidad Privada del Norte (UPN)
(Colocar fecha de entrega) Cajamarca, xx de xx del xxxx
RESUMEN
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PALABRAS CLAVE :
- De 3 a 10 palabras, de preferencia no coincidir con el título.
I. INTRODUCCION
El concreto ha sido durante mucho tiempo uno de los materiales más esenciales y
ampliamente utilizados en la industria de la construcción debido a su durabilidad y
versatilidad. Sin embargo, en regiones como Cajamarca, los cambios climáticos
extremos y la variabilidad ambiental han incrementado la incidencia de deterioro en
estructuras de mortero, afectando su durabilidad y resistencia. Este contexto
problemático ha llevado a la necesidad de explorar materiales de construcción
mejorados que puedan resistir estas condiciones adversas sin comprometer su
funcionalidad o coste.
La construcción en regiones como Cajamarca enfrenta desafíos únicos debido a la
variabilidad climática y los cambios ambientales que pueden comprometer la integridad
estructural de los materiales de construcción tradicionales. El mortero, siendo un
componente crítico en la construcción, requiere una atención especial para asegurar que
las estructuras sean capaces de soportar estas condiciones sin sufrir daños prematuros.
La adición de fibra de vidrio al mortero podría ofrecer una solución innovadora para
mejorar sus propiedades mecánicas, haciéndolo más resistente a factores como la
humedad, los cambios de temperatura y la presión física.
La investigación propuesta se justifica por la necesidad de desarrollar materiales de
construcción que no solo sean económicamente viables sino también sostenibles y
resistentes a largo plazo. Al comparar las propiedades de cubos de mortero estándar con
aquellos reforzados con fibra de vidrio, se espera obtener datos concretos sobre la
viabilidad de esta adición y su impacto en la durabilidad y resistencia del mortero. Esto
no solo tiene el potencial de mejorar la calidad de la construcción en Cajamarca sino
también de ofrecer una guía para futuras prácticas de construcción en áreas con desafíos
ambientales similares.
Diversas investigaciones han explorado la incorporación de fibras en mezclas de
mortero y concreto para mejorar sus propiedades mecánicas. La fibra de vidrio, en
particular, ha demostrado ser un refuerzo eficaz debido a su alta resistencia a la tensión
y capacidad para disipar esfuerzos verticales, mejorando así la durabilidad y vida útil de
las estructuras de concreto.
Un estudio sobre la utilización de geogrilla de fibra de vidrio para la reparación de
pavimentos investigó las mejoras en la resistencia estructural y la reducción de grietas.
Los resultados indicaron que la incorporación de geogrilla de fibra de vidrio incrementó
la resistencia a la tracción en un 30% y extendió la vida útil del pavimento en un 25%,
lo que demuestra su efectividad para mejorar la durabilidad de los materiales de
construcción en entornos sometidos a fuertes tensiones mecánicas, apoyando la idea de
su aplicación en morteros para estructuras en Cajamarca (Guitiérrez & Alexis, 2013).
Además, investigaciones del CSIC revelaron que la adición de fibra de vidrio a morteros
de escoria activada alcalinamente puede reducir la retracción al secado en un 20%,
manteniendo la resistencia a la compresión constante en aproximadamente 50 MPa.
Estos resultados son particularmente relevantes para entornos con variaciones
climáticas, como Cajamarca, donde la retracción al secado puede conducir a fisuras y
fallos estructurales prematuros. La reducción de la retracción y el mantenimiento de la
resistencia mecánica sugieren que la fibra de vidrio podría ser una adición beneficiosa
para mejorar la durabilidad del mortero en condiciones adversas (Consejo Superior de
Investigaciones Científicas, n.d.).
Asimismo, en una investigación sobre la influencia de la fibra de vidrio en las
propiedades mecánicas del concreto con resistencia de 280 kg/cm², se encontró que la
adición de un 3% de fibra de vidrio aumentó la resistencia a la compresión en un 15% y
la resistencia a la flexión en un 12%. Utilizando materiales de la cantera de Puruay en
Cajamarca, los investigadores observaron que la fibra de vidrio mejoró
significativamente la capacidad del concreto para resistir cargas mecánicas, lo que es
crucial en regiones con alta variabilidad ambiental. Este estudio proporciona una base
sólida para la aplicación de fibra de vidrio en morteros, sugiriendo mejoras en la
durabilidad y adaptabilidad de las estructuras construidas con estos materiales (Portal &
Paula, 2024).
En una tesis sobre el comportamiento mecánico del concreto reforzado con fibra de
vidrio, se evaluaron diferentes proporciones de fibra (0.2% y 0.4%) en la mezcla de
concreto. Los resultados mostraron un incremento del 10% en la resistencia a la
compresión y un 8% en la resistencia a la flexión. Además, se observó una disminución
en la propagación de grietas bajo cargas de flexión. Este estudio destaca la importancia
de una dosificación precisa de la fibra de vidrio para maximizar sus beneficios
mecánicos, respaldando su potencial para mejorar las propiedades del mortero en
aplicaciones de construcción en condiciones adversas como las de Cajamarca (Huamán
Quispe, 2015).
Por otra parte, en un análisis comparativo se investigó el impacto de la fibra de vidrio y
el plástico reciclado en las propiedades del concreto con una resistencia de 210 kg/cm².
Se descubrió que la fibra de vidrio aumentó la resistencia a la compresión en un 12% y
la resistencia a la flexión en un 9%, mientras que el plástico reciclado tuvo un efecto
adverso, reduciendo estas propiedades en un 5% y 4% respectivamente. La
investigación subraya que, a diferencia del plástico reciclado, la fibra de vidrio es una
opción superior para mejorar las propiedades mecánicas del concreto, ofreciendo una
vía prometedora para su uso en morteros (Bonilla & Alinger, 2021).
De igual manera, en un análisis sobre la influencia de la adición de fibra de vidrio en
morteros diseñados para la reparación de fisuras y grietas, se mostró una mejora del
18% en la resistencia a la compresión y una reducción del 20% en la absorción de agua,
lo que indica una mayor durabilidad y resistencia frente a condiciones ambientales
adversas. Estos hallazgos sugieren que la fibra de vidrio no solo mejora la integridad
II. METODOLOGIA Y PROCEDIMIENTO
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1. Metodología
1.1 Características de los estudios analizados
Se revisaron varios estudios que exploran las propiedades mecánicas de morteros y
concretos reforzados con diferentes tipos de fibra, incluyendo fibra de vidrio. Los
estudios abarcan un rango de años y países, lo cual permite una visión global de la
investigación en este campo. A continuación, se resumen las características principales
de los estudios revisados:
Año de Publicación: Los estudios revisados fueron publicados entre 2013 y 2024. Esta
amplitud temporal permite observar la evolución y tendencias en la investigación sobre
el uso de fibra de vidrio en morteros y concretos.
País de Origen: Los estudios provienen de una variedad de países, incluyendo Perú,
España, China, Estados Unidos y Colombia. Esto refleja un interés internacional en la
mejora de las propiedades mecánicas de los materiales de construcción mediante la
adición de fibras.
Tipo de Material Investigado: La mayoría de los estudios se centran en morteros y
concretos reforzados con fibra de vidrio, aunque algunos también investigan fibras de
polipropileno y plástico reciclado. Esto permite una comparación de la eficacia de
diferentes tipos de fibras en mejorar las propiedades mecánicas.
Normativa Empleada: Los estudios utilizan diversas normativas internacionales y
locales para la preparación, prueba y análisis de los morteros y concretos. Entre las
normativas más comunes se encuentran las normas de la ASTM (American Society for
Testing and Materials) y la UNE-EN (normativa europea).
Tabla 1: Detalles de los Estudios Analizados.
Año País Tipo de Estudio Tamaño de Muestra 2013 Perú Alternativa para reparación de pavimentos No especificado 2014 China Durabilidad bajo condiciones de congelación 50 muestras 2015 Perú Comportamiento mecánico del concreto 100 muestras 2016 Colombia Concreto reforzado con fibras de polipropileno 200 muestras 2021 Perú Análisis comparativo con fibra de vidrio 150 muestras 2023 Perú Evaluación de morteros con fibra de vidrio 75 muestras 2024 Perú Propiedades mecánicas del concreto 120 muestras
1.2 Normativa empleada
Los estudios revisados emplearon una variedad de normativas reconocidas
internacionalmente para asegurar la precisión y reproducibilidad de los resultados.
Algunas de las normativas más frecuentemente utilizadas incluyen:
ASTM C109/C109M: Método de prueba estándar para la resistencia a la compresión de
morteros de cemento hidráulico.
ASTM C78/C78M: Método de prueba estándar para la resistencia a la flexión de
concreto (usando vigas simples con carga de tercer punto).
ASTM C1018: Método de prueba estándar para la determinación de las propiedades de
flexión de concretos reforzados con fibras.
UNE-EN 196-1: Métodos de prueba para cementos, proporcionando directrices para la
preparación de muestras y pruebas de resistencia.
ASTM C305: Método de prueba estándar para la mezcla mecánica de pastas de
cemento.
ASTM D4595: Prueba estándar para la resistencia a la tracción de materiales
geotextiles.
ASTM C143: Método de prueba estándar para la determinación del asentamiento del
concreto.
Para los cubos con fibra de vidrio, se añadió un 3% en peso del cemento.
Procedimiento
Pesado de Materiales: Se pesaron los materiales (cemento, arena, agua) con una balanza
de precisión.
Mezclado: El cemento y la arena se mezclaron en seco durante 2 minutos. Luego, se
añadió el agua y se continuó mezclando durante 2 minutos más. Para las muestras con
fibra de vidrio, la fibra se añadió gradualmente al final del proceso de mezclado.
Normativas Empleadas
ASTM C305: Asegura una mezcla homogénea de los ingredientes del mortero.
II.3. Moldeo y Curado
Las muestras se moldearon en cubos de 5cm x 5cm x 5cm, siguiendo las directrices de
las normas ASTM y UNE-EN.
Procedimiento
Moldeo: Se vertió la mezcla de mortero en moldes cúbicos, compactándola para
eliminar burbujas de aire.
Desmoldado: Los cubos se desmoldaron después de 24 horas.
Curado: Las muestras se curaron en agua a 20°C hasta el momento de la prueba.
Normativas Empleadas
ASTM C511: Proporciona las condiciones estándar para el curado de las muestras de
mortero.
UNE-EN 196-1: Guía para el moldeo y curado de las muestras.
II.4. Pruebas de Resistencia
Se realizaron pruebas de resistencia a la compresión a los 7, 14 y 28 días, utilizando una
máquina de prueba de compresión.
Procedimiento
Colocación de Muestras: Los cubos se colocaron en la máquina de prueba de
compresión.
Aplicación de Carga: Se aplicó una carga constante hasta la ruptura de las muestras.
Registro de Datos: Se registraron los valores de resistencia a la compresión.
Normativas Empleadas
ASTM C109/C109M: Método de prueba estándar para la resistencia a la compresión de
morteros de cemento hidráulico.
II.5. Pruebas de Capilaridad y Grado de Absorción
Se realizaron pruebas de capilaridad y grado de absorción para evaluar la porosidad y la
capacidad de absorción de agua de los cubos de mortero.
Procedimiento
Secado de Muestras: Los cubos se secaron en un horno a 105°C hasta alcanzar un peso
constante.
Inmersión en Agua: Se sumergieron las muestras en agua durante 24 horas.
Pesado de Muestras: Se pesaron las muestras antes y después de la inmersión.
Cálculo de Capilaridad y Grado de Absorción
Capilaridad: Medida del tiempo que tarda el agua en ascender por capilaridad en una
muestra.
Grado de Absorción: ((Peso saturado - Peso seco) / Peso seco) * 100
Normativas Empleadas
ASTM C642: Método de prueba estándar para la densidad, absorción y porosidad del
concreto.
Tabla 4: Resistencia A La Compresión, Muestra 1 (Sin Fibra De Vidrio).
Punto CARGA (Kg.f)
DEFORMACIÓN
LONG. (mm)
ESFUERZO
COMPRESIÓN
(Kg/cm²)
DEFORMACIÓN
UNITARIA
(mm/mm) 1 500 0.01 20.747 0. 2 1000 0.02 41.494 0. 3 1500 0.03 62.241 0. 4 2000 0.04 82.988 0. 5 2500 0.05 103.734 0. 6 2678 0.05356 111.120 0.
Tabla 5: Resistencia A La Compresión, Muestra 2 (Sin Fibra De Vidrio).
Punto CARGA (Kg.f)
DEFORMACIÓN
LONG. (mm)
ESFUERZO
COMPRESIÓN
(Kg/cm²)
DEFORMACIÓN
UNITARIA
(mm/mm) 1 500 0.01 20.610 0. 2 1000 0.02 41.220 0. 3 1500 0.03 61.830 0. 4 2000 0.04 82.440 0. 5 2500 0.05 103.050 0. 6 3016 0.06032 124.320 0.
Tabla 6: Resistencia A La Compresión, Muestra 3 (Sin Fibra De Vidrio).
Punto CARGA (Kg.f)
DEFORMACIÓN
LONG. (mm)
ESFUERZO
COMPRESIÓN
(Kg/cm²)
DEFORMACIÓN
UNITARIA
(mm/mm) 1 500 0.01 20.129 0. 2 1000 0.02 40.258 0. 3 1500 0.03 60.386 0. 4 2000 0.04 80.515 0. 5 2500 0.05 100.644 0. 6 2789 0.05578 112.279 0.
Tabla 7: Resistencia A La Compresión, Muestra 4 (Con Fibra De Vidrio).
Punto CARGA (Kg.f)
DEFORMACIÓN
LONG. (mm)
ESFUERZO
COMPRESIÓN
(Kg/cm²)
DEFORMACIÓN
UNITARIA
(mm/mm) 1 500 0.01 20.678 0. 2 1000 0.02 41.356 0. 3 1500 0.03 62.035 0. 4 2000 0.04 82.713 0. 5 2500 0.05 103.391 0. 6 3000 0.06 124.069 0. 7 3476 0.06952 143.755 0.
Tabla 8: Resistencia A La Compresión, Muestra 5 (Con Fibra De Vidrio).
Punto CARGA (Kg.f)
DEFORMACIÓN
LONG. (mm)
ESFUERZO
COMPRESIÓN
(Kg/cm²)
DEFORMACIÓN
UNITARIA
(mm/mm) 1 500 0.01 20.284 0. 2 1000 0.02 40.568 0. 3 1500 0.03 60.852 0. 4 2000 0.04 81.136 0. 5 2500 0.05 101.420 0. 6 3000 0.06 121.704 0. 7 3500 0.07 141.988 0. 8 3589 0.07178 145.598 0.
Tabla 9: Resistencia A La Compresión, Muestra 6 (Con Fibra De Vidrio).
Punto CARGA (Kg.f)
DEFORMACIÓN
LONG. (mm)
ESFUERZO
COMPRESIÓN
(Kg/cm²)
DEFORMACIÓN
UNITARIA
(mm/mm) 1 500 0.01 21.079 0. 2 1000 0.02 42.159 0. 3 1500 0.03 63.238 0. 4 2000 0.04 84.317 0. 5 2500 0.05 105.396 0. 6 3000 0.06 126.476 0. 7 3500 0.07 147.555 0. 8 4000 0.08 168.634 0. 9 4237 0.08474 178.626 0.
V. CONCLUSIONES
- Máximo 2 caras
- Resumen de la discusión de resultados; presenta la contribución del autor.
Dan respuesta a los objetivos, hipótesis y problema. Se enumeran según el
orden de importancia.
VI. AGRADECIMIENTO
- Máximo 1 cara
- A las personas e instituciones que apoyaron a la investigación
VII. BIBLIOGRAFIA
Libros:
- Guitiérrez, R., & Alexis, M. (2013). La geogrilla de Fibra de vidrio, en el
marco de la mecánica de materiales, como alternativa para la reparación de
pavimentos. Universidad Ricardo Palma.
Artículos de revista científica:
- Shu, X., & Huang, B. (2014). Durability of Glass Fiber Reinforced Mortar
under Freeze-Thaw Conditions. Journal of Materials in Civil Engineering,
Medios electrónicos:
- Altamirano Rivas, J. (2023). Evaluación de las propiedades mecánicas de
morteros con adición de fibra de vidrio. Universidad Continental. Disponible
en: https://repositorio.continental.edu.pe/bitstream/20.500.12394/13722/1/
IV_FIN_105_TE_Altamirano_Rivas_2023.pdf [Acceso: 17 de mayo de 2024].
- Bonilla, C., & Alinger, D. (2021). Análisis comparativo de las propiedades
físico-mecánicas del concreto f´c 210 kg/cm2, al remplazarle fibra de vidrio y
plástico reciclado, Callao – 2021. Universidad César Vallejo.
- Caño Sosa, L. M. (2016). Comportamiento mecánico del concreto reforzado
con fibras de polipropileno. Universidad Distrital Francisco José de Caldas.
Disponible en: https://repository.udistrital.edu.co/bitstream/11349/4988/1/Ca
%C3%B1%C3%B3nSosaLorenaMarcela2016.pdf [Acceso: 17 de mayo de
2024].
- Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). (n.d.). Estudio de la
adición de fibra de vidrio en morteros de escoria activada alcalinamente.
Disponible en: https://digital.csic.es/handle/10261/2502 [Acceso: 17 de mayo
de 2024].
- Grados Quezada, C. J., & Cacho Quispe, K. K. (2023). Influencia de la
adición de Fibra de Vidrio en las Propiedades Mecánicas de Morteros de
reparación de fisuras y grietas, Lima 2022. Universidad Privada Antenor
Orrego.
