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Aunque el análisis cualitativo de las imágenes es de gran ayuda para comprender la efectividad de la inclusión de fibras de polipropileno en las mezclas de concreto, es importante que a las mismas se le haga un análisis cuantitativo para de esta manera poder hablar de ordenes de magnitud y comparar los resultados junto con otros obtenidos y poder avaluar de manera más eficiente la efectividad de las fibras de polipropileno en las mezclas de concreto.

Para poder realizar lo anterior fue necesario el uso de herramientas de análisis de imágenes (La herramienta de software utilizada está siendo desarrollada por el grupo de investigación CECATA de la Pontificia Universidad Javeriana) las cuales permitieran evaluar pixel a pixel de la fotografía analizando el balance y colores presentes en la imágenes de modo que fuera posible establecer cuales de los elementos presentes en la imagen eran ruido, producto de desenfoque, manchas en la superficie del espécimen entre otras y cuales eran realmente fisuras presentes en los especímenes analizados.

Se analizaron las 4 mezclas de concreto adicionadas con fibras de polipropileno con objeto de hallar el valor del área agrietada por acción de la contracción plástica, para de esta

46 manera poder comparar su efectividad con respecto de las mezclas de concreto sin ningún tipo de adición.

Para el análisis de la muestra se toma un área de 300x300mm cuyo centro estará en todo el centro del molde o la muestra de concreto, es decir que a lado y lado del resalto ubicado en el molde y a través del cual se genera la fisura principal, se toman 150mm de cada lado de modo que haya un área de estudio de 90000mm2 para hacer el análisis cuantitativo de imágenes. Se toma una fotografía de la muestra completa o solamente del área en estudio, es recomendable tomar solamente el área de estudio puesto que el no hacerlo hace requerir en el momento de cargar la imagen al software una pre edición en la que solamente se tenga en cuenta el área de estudio, lo anterior evita que exista ruido en la imagen es decir que al hacer el análisis, se tomen datos que pueden generar desviaciones de la medición como vacìos en la superficie, marcas, entre otros.

El software toma las imágenes y al hacer el estudio pixel a pixel de la misma analiza balance de colores mediante los cuales identifica tonalidades similares en cada color, basta con tomar una fotografía y tener una distancia conocida para hacer el análisis, gran ventaja de este software, pues no hace necesario el uso de cámaras o lentes especiales para detallar la fotografía con mayor realce, por el contrario busca simplificar el análisis de las imágenes.

47 Figura 23. Imagen de software para análisis cuantía 2,4Kg

Figura 24. Imagen de software para cuantía 2,4Kg

El software requiere que la diferencia de tonalidades entre la superficie no fisurada del concreto y la fisura sea marcado, por tanto de las Figuras 18 (c) y 21(a) no es posible obtener información del área de fisuración. Así mismo para la mezcla con mayor cuantía de fibras de polipropileno no es fácilmente detectable a la vista, razón por la cual el software no esta en capacidad de detectar la fisura.

De manera paralela se analizaron las imágenes con la ayuda del programa AutoCad 2013. Se escalaron las fotografías y se demarcaron las fisuras para encontrar el área encerrada por la línea y para determinar el ancho promedio de la fisura principal. Los resultados

48 comparativo de las áreas encontradas con el software desarrollado por el grupo CECATA y haciendo uso del Autocad se presentan en la Tabla 13.

Área cm2 Convencional Nylon 3,2Kg/m3 2,8Kg/m3 2,4Kg/m3 1,8Kg/m3

AutoCad 2,6 2,42 1,20 1,70 2,40 3,20

Software NR NR 1,08 1,62 2,16 2,70

NR: No reportado

Tabla 14. Tabla comparación áreas con AutoCad y áreas con software

Como podemos ver existe una ligera diferencia entre los datos calculados mediante AutoCad y los datos generados por el software sin embargo es claro que a mayor cuantía de fibras dentro de la mezcla la capacidad para soportar las exigencias de los fenómenos asociados a la contracción plástica va a ser mayor, por tanto las fibras de polipropileno son una herramienta de mitigación de este fenómeno además del aporte que generan a la tenacidad del concreto.

A continuación presentamos los resultados correspondientes a la evaluación del efecto de la inclusión de fibras en las diferentes mezclas de concreto, en las Tablas 14-15-16, se presentan los resultados de cada una de las mezclas. Los datos aquí expuestos son el resultado de hacer los cálculos adecuados para cuantificar el efecto de la adición de fibras en las mezclas de concreto, tomados experimentalmente haciendo uso de elementos de medición manuales, la consideración de las variables asociadas a la medición haciendo uso de estos métodos, no son expuestas aquí. Sin embargo dado que los mismos fueron elaborados por la misma persona, la variabilidad de los mismos se considera baja dado que se siguieron los mismos procedimientos para la toma de datos en cada uno de los especímenes de estudio. Área*Promedio*Fisurada* por*Tipo*de*Mezcla* (cm2)* Muestra*1* Muestra*2* 6h* 24h* 6h* 24h* Convencional* 2,12! 2,70! 2,20! 2,90! Nylon* 2,12! 2,45! 1,94! 2,60! Polipropileno*3.2Kg* 0,90! 1,30! 0,85! 1,08! Polipropileno*2.8Kg* 1,20! 1,54! 1,32! 1,62! Polipropileno*2.4Kg* 1,50! 2,24! 1,62! 2,16! Polipropileno*1.8Kg* 1,90! 2,50! 1,76! 2,70!

49 Como se aprecia en la Tabla 14. los especímenes de control de concreto convencional, tienen la mayor área promedio de fisuración dado que no poseen ningún tipo de estructura en su interior que mitigue los esfuerzos superficiales y tensiones asociadas a la contracción del concreto en el estado plástico. Las fibras de nylon han demostrado ser efectivas en la mitigación de las grietas asociadas a la contracción plástica del concreto se toman también como control con objeto de comparar la eficacia de las fibras de polipropileno.

Cuantías superiores a 1,8Kg/m3 de fibras de polipropileno, demuestran ser efectivas en la mitigación de la contracción plástica reduciendo el área fisurada casi proporcionalmente al concreto adicionado con fibras de nylon, a medida que aumenta la cantidad de fibras dentro de la mezcla de concreto se aprecia como se va reduciendo el área fisurada, luego a mayor cantidad de fibras, menor es la afectación de la muestra debido a los efectos de la contracción plástica.

Los resultados del área promedio fisurada con cuantías superiores a 2,4Kg/m3 pero menores a 2,8Kg/m3 presentan una importante variabilidad entre cada una de las dos, por lo tanto la inclusión de estas fibras en las cantidades mencionadas, dependerá en gran medida de las condiciones y resultados esperados al hacer la inclusión de fibras en la mezcla de concreto, si lo que se desea es mitigar los efectos nocivos de la contracción plástica del concreto cualquiera de las dos inclusiones proveerá este efecto sin embargo, cuando la aplicación de las mismas tiene también propósitos estructurales, la mayor inclusión es la más recomendable.

Por tanto la cuantía que más influencia tiene en el área promedio fisurada es la de 3,2Kg/m3, pues reduce este parámetro significativamente de manera que la fisura aunque presente en el espécimen es casi imperceptible a la vista e incluso a los análisis de imagen.

Ancho*Promedio* Fisurada*por*Tipo*de* Mezcla*(mm)* Muestra*1* Muestra*2* 6h* 24h* 6h* 24h* Convencional* 1,60!! 1,80! 1,20! 1,70! Nylon* 0,45! 0,60! 0,55! 0,75! Polipropileno*3.2Kg* 0,05! 0,05! 0,05! 0,10! Polipropileno*2.8Kg* 0,19! 0,25! 0,15! 0,30! Polipropileno*2.4Kg* 0,24! 0,40! 0,30! 0,45! Polipropileno*1.8Kg* 0,40! 0,55! 0,45! 0,65!

50 Como se observa en la Tabla 15. en donde se muestra la influencia de las fibras en el ancho de fisura en cada uno de los especímenes, al tiempo que las comparamos cada una de las dosificaciones con las mezclas de control, es decir las convencionales con las mezclas adicionadas con fibras de cualquier tipo, se hace evidente que el ancho de las fisuras disminuye considerablemente, en concretos adicionados lo que nos deja ver que independiente de la cuantía de la dosificación, el agregar fibras a una mezcla de concreto es una solución útil para mitigar el impacto del ancho de las fisuras en una mezcla de concreto de grandes superficies. El ancho promedio de la fisura se reduce en más del 95% cuando la adición de fibras de polipropileno tiene una cuantía de 3,2Kg/m3, estas fisuras no son fácilmente visibles y pueden tomarse en el aspecto estético como aceptables dado que no hay necesidad de reparar las mismas si no únicamente aplicar medidas para cubrirlas. Aunque las demás cuantías de fibras de polipropileno no tengan una efectividad comparable con la mayor de ellas, las mismas también funcionan perfectamente como una herramienta para reducir el impacto de la contracción plástica en las mezclas de concreto, solamente la cuantía menor de todas ellas produce efectos similares que las fibras de nylon, por tanto de ese valor en adelante cualquier dosificación es ampliamente aceptada para la mitigación del efecto de la contracción plástica en el concreto. Vemos que a las 6 horas las fisuras presentan valores diferentes entre cada una de las adiciones, valores pequeños comparados con los arrojados por la mezcla de concreto convencional, sin embargo si los comparamos con los valores finales a las 24 horas de haber ejecutado el ensayo podemos concluir que en definitiva las condiciones ambientales juegan un papel fundamental en el desarrollo de estas, puesto que crecen duplicando su valor en las primeras 6 horas, por tanto el fenómeno de la contracción plástica sigue desarrollándose a medida que la muestra obtiene una resistencia considerable generando así el crecimiento de estas fisuras.

Teniendo ya la implicaciones técnicas del impacto de la adición de fibras en las mezclas de concreto, debe considerarse el impacto económico que esta clase de adiciones tienen en el costo de la misma, dado que las fibras de polipropileno comparadas con las de nylon son dos veces más costosas, es importante tener claro cual es el objetivo de adicionar fibras a la mezcla, por tanto si lo que se pretende es únicamente reducir el ancho de la fisura para su posterior reparación es más viable el uso de fibras de nylon, sin embargo deben ser tenido en cuenta que en cualquiera de los casos además de las fibras, otros costos deben ser considerados dado que se necesitara de otras adiciones para conservar condiciones como el asentamiento de la mezcla, pues la hacerse la mezcla más pesada este valor cambiara considerablemente, así mismo el personal y maquinaria requerido para la colocación incrementaran los costos de operación al trabajar con estas mezclas.

Cuando de mitigación del impacto de la contracción plástica en el acabado y reparación primaria del espécimen se trata, cualquier dosificación de fibra cumplirá con reducir el ancho de la fisura, sin embargo se debe hacer énfasis que el control de las condiciones

51 ambientales, así como las operaciones secundarias a la colocación de la mezcla como lo es el curado no deben ser prescindibles, pues aunque las fibras cumplirán con el objeto para el que fueron puestas en la mezcla, estas acciones secundarias contribuirán en mayor medida a la mitigación de las fisuras, dado que en la presente investigación no son tenidas en cuenta estas implicaciones, es importante recalcar que ambos procedimientos realizados en los estados adecuados en la mezcla, son la mejor opción para mitigar el impacto de la contracción plástica en la mezcla de concreto.

Radio*de*Reducción*de* Grieta*^CRR* Muestra*1* Muestra*2* 6h* 24h* 6h* 24h* Nylon* 71,9!%! 66,7!%! 54,2!%! 55,9!%! Polipropileno*3.2Kg* 96,9!%! 97,2!%! 95,8!%! 94,1!%! Polipropileno*2.8Kg* 87,5!%! 86,1!%! 87,5!%! 82,4!%! Polipropileno*2.4Kg* 87,5!%! 77,8!%! 75,0!%! 73,5!%! Polipropileno*1.8Kg* 75,0!%! 69,4!%! 62,5!%! 61,8!%!

Tabla 17. Calculo de CRR para Mezclas con Fibras

En la Tabla 17. se muestran los resultados del calculo del CRR (Cracking Reduction Ratio) por sus siglas en ingles, determinado por la norma ASTM C-1579-12, con el mismo se pretende evaluar el porcentaje de reducción de grietas comparado con las muestras de control, es decir el concreto convencional sin ningún tipo de adición de fibras. El mismo se calcula como se muestra en la Ecuación 3.:

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!"#ℎ!_!!"#$%&'#_!!"_!!"_!!"#$%&_!!"_!!"#$%&'"_!!"_!!"#$%"&_!!_!!"#$%#&'"#() ∗100% Ecuación 3. Ecuación Para el Cálculo del CRR

Como habíamos visto más arriba la mezcla con menor eficiencia en la mitigación de fisuras por contracción es la que tiene una cuantía de 1,8Kg/m3 comparada con las demás mezclas con fibras de polipropileno, sin embargo tiene una alta efectividad comparable a la de las mezclas elaboradas con nylon, no se debe descartar la misma como un mecanismo de mitigación de la contracción plástica, sin embargo se debe evaluar bajo que condiciones se va a poner la misma para saber si es o no la adecuada para combatir este fenómeno..

Mezclas con cuantías de fibras de polipropileno iguales y entre 2,4Kg/m3 – 2,8Kg/m3, son altamente eficientes en la mitigación de las fisuras por contracción plástica, comparadas con las fibras de nylon, en especialmente cuando las condiciones no son la mejores para el

52 curado del concreto y se espera hacer pequeñas reparaciones en los proyectos elaborados con estas, nos referimos en especial al aspecto estético y no mecánico. El CRR muestra que estas mezclas de concreto reducen al 80% el área afectada por fisuras producidas por la contracción plástica, lo cual es destacable pues la cuantía es muy pequeña para un volumen tan grande y su resultado final será mejor en comparación con un concreto elaborado con refuerzo de malla electro soldada. Indiscutiblemente cuando las condiciones lo ameriten y el costo beneficio se vea reflejado en el tiempo, la mejor alternativa para reducir la afectación por las fisuras asociadas a la contracción plástica es sin ninguna duda la incorporación de fibras de polipropileno con una cuantía igual o mayor a 3,2Kg/m3, además de mitigar la contracción plástica, la mezcla mejorar en su comportamiento mecánico dado que las fibras muestran aportar mayor capacidad de asumir cargas residuales en elementos esbeltos de concreto.

Además de la medición de los parámetros asociados a la eficiencia de las fibras en las mezclas de concreto con respecto a la mitigación de las características de las fisuras, también se hizo seguimiento a como las fibras puestas en la mezcla de concreto influyen en los tiempos de aparición de estas sobre la superficie de un espécimen con cualquier inclusión , por tanto el esfuerzo para que una fisura se propague en un espécimen debe ser mayor cuando existe una matriz que le impida su aparición rápida a través de la superficie del espécimen. Para lo anterior junto con el seguimiento de las condiciones ambientales en la cámara superior del equipo, se hizo seguimiento al momento en que aparecía la primera fisura en la superficie del espécimen de concreto, para tales efectos mediante el uso de una cámara de video enfocada al sitio donde se encuentra el resalto en el molde se registraba un video de la duración que fuera necesaria hasta notar ya fuera en el momento o más tarde revisando el video el tiempo necesario para la aparición de la fisura en el concreto, lo datos obtenidos de este seguimiento son los mostrados en la Tabla 18.

Concreto Convencional 178 min

Concreto con Fibras de Nylon 198 min

Concreto con Polipropileno 3,2Kg/m3 260 min

Concreto con Polipropileno 2,8Kg/m3 218 min

Concreto con Polipropileno 2,4Kg/m3 201 min

Concreto con Polipropileno 1,8Kg/m3 181 min

Tabla 18. Tiempos de Aparición de la Primera Fisura

Como podemos ver en la Tabla 18, la inclusión de fibras retrasa la aparición de la primera fisura en cada uno de los especímenes de concreto, por tanto este retraso puede ser aprovechado para tomar las medidas correctivas en cada caso como por ejemplo el comienzo de un curado intensivo o el cubrimiento de los especímenes con algún tipo de material impermeable que no permita la perdida de agua como el cambio irregular entre la exudación y la evaporación que magnifica los fenómenos de contracción plástica en el concreto.

53 6.4.3 Caracterización Mecánica

Para la caracterización mecánica de las mezclas de concreto, se elaboraron especímenes como vigas y cilindros de cada una de las ellas con objeto de obtener parámetros que permitieran en primer lugar verificar la calidad de las mezclas de concreto conociendo la resistencia a la compresión, dado que esta ultima nos da margen a confirmar los cálculos elaborados en el diseño de mezcla también nos permite afirmar que las mezclas elaboradas en esta investigación tienen plena aplicabilidad en el campo que sean útiles pues cumplen con uno de los parámetros básicos para la elaboración de obras en concreto como es el cumplir con la resistencia de diseño a la edad esperada.

Así mismo la resistencia nos permite conocer la variabilidad de la elaboración de cada una de las mezclas, esto quiere decir, conocer la incidencia de los factores externos a los materiales como lo son los procesos de mezclado y colocación de cada una de las mezclas en los especímenes de modo que sea posible conocer la homogeneidad de cada uno de los vaciados de la mezclas de concreto, pues como se entenderá al realizarse una cantidad de mezclas diarias variando la clase de cada una de ellas es probables que de una misma vaciada se encontraran o no dispersiones significativas en los datos que más adelante mostraremos.

Figura 25. Resistencia a la Compresión

0! 5! 10! 15! 20! 25!

3!Dias! 7!Dias! 28!Dias!

Re si st e n ci a* C o m p re si ó n *( MP a) * Edad* Convencional! Nylon! 3,2Kg/m3! 2,8Kg/m3! 2,4Kg/m3! 1,8Kg/m3!

54 En la Figura 25. se puede apreciar mediante el grafico de barras la resistencia a la compresión promedio de cada uno de los especímenes elaborados con las mezclas de concreto de esta investigación. El valor mostrado corresponde al promedio de las resistencias de las muestras. De los resultados se puede apreciar que no existe una diferencia significativa de la incorporación de fibras en los resultados de resistencia a la compresión en las diferentes edades.

Los cilindros de concreto con adiciones de fibras a pesar de cumplir con las resistencias de diseño presentaban modos de falla no convencionales (cono, corte, etc), su modo de falla se podría considerar como de aplastamiento puesto que los bordes de los cilindros eran os que fallaban hasta una altura de ¼ _{de la altura del cilindro, esta clase de falla la podemos ver en}

la Figura 26:

Figura 26. Modo de Falla Desconocido en Cilindro con Fibras

En la Figura 26. se pueden apreciar los hilos de las fibras de polipropileno embebidas dentro de la mezcla de concreto, la falla se podría describir como de corte sin embargo no cubre la longitud suficiente del espécimen por tanto no se podría calificar de este tipo, revalidando así lo mencionado más arriba frente a la clase de falla y que presentan los cilindros adicionados con fibras. Este tipo de comportamiento solo se presenta cuando la adición es de fibras de polipropileno, los cilindros elaborados con adición de fibras de nylon presentan patrones y comportamientos de fallas normales.