Análisis en las propiedades físico-mecánicas de mezclas de concreto convencionales modificado con poliestireno expandido para ser empleado en fundaciones de edificaciones en Venezuela

AUTOR: MARIA RITA FLORES

C.I.: V-

CARRERA: Ing. Civil

SEMESTRE: 9no

TUTOR ACADÉMICO: MANUEL GUARAN

POSIBLE TÍTULO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

Análisis en las propiedades físico-mecánicas de mezclas de concreto convencionales modificado con poliestireno expandido para ser empleado en fundaciones de edificaciones en Venezuela.

PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

El constante crecimiento de las construcciones en vertical es uno de los retos que la ingeniería civil a nivel mundial siempre se ha impuesto a superar nuevos materiales de construcción están en constante estudios y análisis para ser empleados en edificaciones cada vez más alta, donde predomina el acero y aleaciones del mismo. Sin embargo, las mezclas de concreto siguen siendo uno de los materiales que predomina, aunque con modificaciones de acuerdo a los agregados o aditivos para mejorar sus características originales.

Ceballos (2016). “Entre las soluciones para enfrentar los retos de la construcción de infraestructura a nivel mundial destaca el desarrollo de materiales de alto desempeño, tecnologías innovadoras que ayuden a optimizar los procesos constructivos y prolongar la vida útil de las estructuras. Sin lugar a dudas el concreto es la mejor alternativa al respecto”

Por otro lado, las investigaciones y estudios que en el transcurrir de los años se han realizado, han dado origen a una variedad de concretos especiales Ruiz, (2006). “los concretos livianos presentan como principal característica su reducido peso específico, pero con mayor grado de plasticidad, por lo tanto, es necesario su investigación para dar soluciones innovadoras a los retos que enfrenta la ingeniería”, claros ejemplos obras civiles en el mundo con el empleo de concreto liviano como el puente de Raftsundet en el norte de Noruega o en la plataforma de petróleo Hibernia en Canadá.

Con respecto a Venezuela en las construcciones se utiliza materiales con construcción tradicional tales como: cemento, agregados y agua, en algunos casos se utiliza aditivos distintos bien sea por el costo o por el desconocimiento de las propiedades que se modifican al usarse en las mezclas de concreto, sin embargo se emplea elementos estructurales de bloque piñata de poliestireno expandido entre otros.

Con respecto al uso de este último material (poliestireno expandido) se ha venido aumento en el uso dentro de las construcciones, por su versatilidad y por el peso final de las estructuras, que es uno de los retos que la ingeniería constantemente viene colocando a prueba en sus edificaciones.

En el mismo orden de ideas, las fundaciones en las edificaciones en Venezuela, se utiliza concreto convencional y/o concreto ciclópeo, lo que permite mayor resistencia de las edificaciones de gran envergadura, con el pasar del tiempo el asentamiento de la mezcla de concreto o del suelo hace que estas presente fallas, lo que hace menos duradera la calidad a la cual se fabrico la edificación.

El concreto convencional es la mezcla de arena, agregado güero, cemento y agua, el tipo de cemento usado es el tipo I, II, III, entre los más usados en Venezuela, este tipo de concreto es usado en cimentaciones, columnas, losas y muros de contención, teniendo una densidad entre 2200-2400 kg/m3 aproximadamente, con el uso del poliestireno dentro de las mezclas de concreto se obtiene un concreto ligero y de calidad.

En base a lo antes planteado, el concreto ligero tiene características propias; por un medio espumoso o incorporador de aire adicionando a la mezcla, con la aplicación en miembros estructurales hace que las edificaciones tengan una mejor reacción a los asentamientos en el procesos de endurecido, lo que reduce el riesgo de falla interna en las fundaciones o columnas que son reflejadas en fallas de desprendimientos de paredes de los mientras estructurales, entre otros.  

Con base a lo anteriormente expresado, se plantea las siguientes interrogantes: ¿Qué agregados convencionales y livianos se utilizan en el concreto bajo las normas ASTM-COVENIN para ser empleados en fundaciones de edificaciones en Venezuela? ¿Cuáles son las características físico-mecánicas modificadas con poliestireno expandido bajo las norma ASTM-C143, ASTM-C39, para ser empleada en fundaciones de edificaciones en Venezuela? ¿Cuál es el diseño de la mezcla de concreto mediante el método ACI-211 para ser empleado en fundaciones de edificaciones en Venezuela?

OBJETIVO GENERAL

Analizar las propiedades físico-mecánicas de mezclas de concreto convencionales modificado con poliestireno expandido para ser empleado en fundaciones de edificaciones en Venezuela.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Caracterizar los agregados convencionales y livianos a utilizar en el concreto, bajo las normas ASTM-COVENIN para ser empleados en fundaciones de edificaciones en Venezuela.
• Determinar las características físico-mecánicas modificadas con poliestireno expandido bajo la Norma ASTM-C143, ASTM-C39, para ser empleada en fundaciones de edificaciones en Venezuela.
• Calcular el diseño de mezcla de concreto mediante el método ACI-211 para ser empleado en fundaciones de edificaciones en Venezuela.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

Erraso. D., Quimbay. C., Méndez M. (2021). Trabajo de grado “uso de poliestireno expandido como agregado al concreto”. Para optar al título de ingeniero civil, presentado a la universidad cooperativa de Colombia. Los autores implementaron una metodología tipo documental descriptiva donde su objetivo general fue; demostrar la viabilidad del uso de poliestireno expandido como agregado al concreto a través de una revisión de literatura, realizaron revisiones literarias de diferentes autores en las cuales se enfocaron en como el poliestireno expandido modificaba las propiedades de las mezcla de concreto, y como me puede implementar además de las formas convencionales ya conocidas.

Los autores concluye que; la adición de poliestireno expandido modifica las propiedades mecánicas de los concretos, catalogándolo como componente de alta funcionalidad en concretos livianos, proporcionando muchas ventajas al rubro de la construcción, también, este material tiene una alta funcionalidad como concreto liviano, es una alternativa de reemplazo de agregados finos y gruesos siempre y cuando se garanticen que las propiedades mecánicas no presentan cambios significativos.

En referencia a la investigación en curso, se toman antecedentes y conclusiones para su comprobación, como lo es el uso en sustitución de agregados (finos o gruesos) además de tomar tabla en comparación de los ensayos que se pretenden realizar para el estudio de la mezcla de concreto con uso de poliestireno expandido como superplastificantes.

En el mismo orden de ideas, se tiene el trabajo de grado presentado por Arboleda. K., Salazar. O. (2020) titulado “Diseño de concreto liviano mediante adición de poliestireno para observar su resistencia y funcionalidad a diferentes porcentajes” como requisito para optar al título de ingeniero civil, presentado en la universidad Libre seccional Pereira, Colombia.

Esta investigación se manejó bajo la modalidad de investigación de tipo experimental, cuantitativo, la cual tenía como objetivo general; determinar una mezcla de concreto liviano mediante la adición de poliestireno expandido con el fin de reducir cargas muertas en las obras civiles, esta investigación se realiza con el fin de observar si se obtiene un concreto liviano y eficiente estructuralmente, adicionando este material a una razón volumétrica del 0%, 3%, 5% y 7% del volumen de la misma, con la cual se obtiene la resistencia: para esto se emplean muestras que se ensayan a los 7, 14 y 28 días para un diseño de mezcla de 21 MPa. Los testigos que presenten adición del 3%, 5% y 7% se comparan con la muestra del 0% para observar los resultados y concluir que de acuerdo a la cantidad de poliestireno expandido varia su resistencia pudiéndose emplear en elementos estructúrales de cargas no superando las dos plantes, o en elementos como falsos muros o decorativos entre otros.

Para efecto de la investigación que se pretende realizar se toma de esta la metodología de los ensayos que se emplearon y los diferentes porcentajes en estudios, además se toma como referencia la utilización de las normas que reglan las cargas de acuerdo a el tipo de estructura a fabricar.

Por su parte Avalos. K., (2020) en su trabajo titulado “Influencia del superplastificante y poliestireno expandido en un concreto ligero en losas sobre, conductividad acústica, asentamiento y compresión” para optar al título de ingeniero de materiales, presentado a la universidad nacional de Trujillo Perú. El autor se baso en una investigación de tipo descriptiva de diseño experimental, donde coloco a prueba diferentes muestras con porcentajes distinto de poliestireno y otras muestras con superplastificantes de marca especifica, con el fin de comparar los resultados para verificar un diseño que se adecua a las características de normas de construcción.

Como conclusión de los ensayos empleados se hace relevante que aumentar el uso del poliestireno expandido en mezcla de concreto disminuye la capacidad de resistencia a tracción de los elementos estructúrales, la trabajabilidad aumento con el uso del poliestireno sin embargo el uso de este aumento la segregación del elemento estructural en procesos de endurecido. En referencia a la investigación a realizar se toman los resultados para ser corroborados, así como también la metodología de cómo ensayar las resistencia de las mezcla de concreto de manera convencional, del mismo modo se intenta representar el grafico de trabajabilidad según lo diferentes  porcentajes para así dejar un resultado confiable para los nuevos investigadores, esto bajo los parámetros de las normas COVENIN.

SUSTENTOS O BASES TEÓRICAS

Poliestireno expandido: Es un polímero, la base del poliestireno es el estireno, un líquido cuyas moléculas se polimerizan, dando origen a las macromoléculas de poliestireno. El estireno se mezcla íntimamente con agua y un agente de expansión lo que da o como resultado las perlas de poliestireno, en la ingeniería se emplean en bloque de aligeramiento de entre pisos y fundaciones, se emplea en paneles para paredes entre otros.

Diseño de mezcla de concreto: son los diseños que se le realizan a una muestra tanto de concreto como de mortero, los cuales se deben de realizar tanto en estado fresco como después de fraguado, este último observando la resistencia esperada y comparando con lo que se tiene; en el estado fresco debe de cumplir con respecto a la dosificación es la manejabilidad, resistencia, durabilidad y se debe realizar con el menor costo posible sin que vaya a afectar el resultado esperado, en el mayor de los casos el diseño de mezcla que se realiza es el 1:2:3, el cual se explica como 1 cantidad de cemento, por el doble de arena y el triple de grava.

Superplastificante: Riera (2016) “Permite reducir en más de un 12% para obtener la consistencia del concreto”. En realidad es empleado como un aditivo para mejoramiento de las características físico mecánicas de las mezclas de concreto, en pocos casos se emplea como un sustituyente de algún agregado, todo lo contrario, se emplea como un apoyo a estos en diferentes porcentajes.

Fundaciones o zapatas: son la base de toda construcción o edificación, aunque su construcción es igual en todas las construcciones, la resistencia de las cargas es un factor delicado a la hora de realizar los cálculos, pues debe soportar el peso de la estructura tanto cargas vivas como muertas. Si una fundación o zapata falla se debe desalojar la edificación por prevención pues son la base de la edificación, en algunos las fallas se pueden visualizar con el desprendimiento de las paredes o grietas en las uniones con las columnas.  

DEFINICIÓN DE LAS VARIABLES

Variables dependientes: poliestireno expandido como superplastificante.

Variables independientes: mezclas de concreto convencional.

LINEA DE INVESTIGACIÓN

Desarrollo sustentables y comunidad (UNEFA 2012) la cual establece que “Generar los conocimientos o insumos pertinentes a la integración de lo ambiental, social, económico y lo energético, que coadyuve al manejo sustentable de los recursos naturales y que tome en consideración los principios de equidad generacional y participación, hacia una cultura ambiental integral” en referencia a la investigación se hace mención que se realizara un análisis del poliestireno expandido como superplastificantes en las mezclas de concreto convencionales para ser empleado en fundaciones de edificaciones en Venezuela.

METODOLOGÍA PROPUESTA

En este proyecto presentado se mide con una mayor caracterización de una investigación cuantitativa, teniendo en cuenta que son necesarios datos únicamente numéricos para obtener resultados ya sean favorables o desfavorables. En el ámbito cuantitativo se cataloga como una investigación de tipo experimental debido a que permite crear condiciones controladas, determina propiedades del objeto de estudio; pretende realizar una serie de ensayos de laboratorio secuenciales; evalúa y muestra las diferentes propiedades y características del material y establece un nuevo concepto para los cilindros estudiados con los cuales se plantea la obtención de resultados.

TIPO DE INVESTIGACIÓN

Descriptiva Según Tamayo y Tamayo (2006), “el tipo de investigación descriptiva, comprende la descripción, registro, análisis e interpretación de la naturaleza actual y la composición o procesos de los fenómenos; el enfoque se hace sobre conclusiones dominantes o sobre cómo una persona, grupo, cosa funciona en el presente…” aplicado a la investigación se pretende realizar la descripción de la mezcla de concreto con modificaciones a diferentes porcentajes con la implementación del poliestireno expandido, con el fin de dar resultado según las características físico-mecánicas modificadas..

DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

A efecto de esta investigación se realiza de diseño aplicada, para Arias, F. (2019) “Este tipo de investigación genera conocimientos que pueden ser utilizados en la solución de problemas prácticos” (p. 23) a efectos de esta investigación se aplica porque se evalúa la mezcla de concreto convencional o concreto hidráulico con modificación en referencia al uso del poliestireno expandido, también se enmarca en una investigación cuasi experimental, Arias, F (2019) “este tipo de investigación, maneja dos o una variable del fenómeno en estudio” para efecto de esta investigación se pretende verificar las propiedades físico-mecánicas modificadas.

POBLACIÓN Y MUESTRA

Para Arias (2012) define como “…población un conjunto finito o infinito de elementos con características comunes para las cuales serán extensivas las conclusiones de la investigación…” (p.81). para efecto de esta investigación se hace mención de la población infinita. Y la muestra según; Tamayo y Tamayo (2006), define la muestra como: "el conjunto de operaciones que se realizan para estudiar la distribución de determinados caracteres en totalidad de una población universo, o colectivo partiendo de la observación de una fracción de la población considerada" (p.176). Para esta investigación se selecciona una muestra al azar.

RESULTADO DE LA COMISIÓN

APROBADO:                      APROBADO CON OBS:                    NO APROBADO:[pic 2][pic 3][pic 4]

LAS OBSERVACIONES SON:

NO FUE APROBADO POR:

FECHA: _____________

POR LA COMISIÓN

[pic 5][pic 6][pic 7]

COOR. DE CARRERA                     METODÓLOGO              MIEMBRO DE LA COMISIÓN

[pic 8]

COORDINACIÓN DE TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

[pic 9]

JEFE DE UNIDAD ACADÉMICA