UNIVERSIDAD CATÓLICA SEDES SAPIENTIAE FACULTAD DE INGENIERÍA Influencia de fibras de bonote de coco y aserrín en la resistencia a la flexión y tracción del concreto f’c=210kg/cm2 en la región Lambayeque TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL AUTOR Robinson Murillo Caldas ASESOR Manuel Laurencio Luna Lima, Perú 2024 METADATOS COMPLEMENTARIOS Datos del autor Nombres Apellidos Tipo de documento de identidad Número del documento de identidad Número de Orcid (opcional) Datos del asesor Nombres Apellidos Tipo de documento de identidad Número del documento de identidad Número de Orcid (obligatorio) Datos del Jurado Datos del presidente del jurado Nombres Apellidos Tipo de documento de identidad Número del documento de identidad Datos del segundo miembro Nombres Apellidos Tipo de documento de identidad Número del documento de identidad Datos del tercer miembro Nombres Apellidos Tipo de documento de identidad Número del documento de identidad Repositorio Institucional Robinson Murillo Caldas 70831988 Manuel Ismael Laurencio Luna 42362708 https://orcid.org/0000-0002-5992-0202 Felix German Delgado Ramirez 22264222 Maiquel Lopez Silva 49087489 Alcibiades Bances Meza 44127737 DNI DNI DNI DNI DNI Campo del conocimiento OCDE Consultar el listado: Repositorio Institucional Datos de la obra Materia Código del programa Consultar el listado: Idioma (Normal ISO 639-3) Tipo de trabajo de investigación País de publicación Recurso del cual forma parte (opcional) Nombre del grado Grado académico o título profesional Nombre del programa *Ingresar las palabras clave o términos del lenguaje natural (no controladas por un vocabulario o tesauro). fibra, aserrín, concreto, flexión, tracción https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.01.00 732016 enlace SPA - español Tesis PE - PERÚ Título Profesional enlace Ingeniería Civil Ingeniero Civil * FACULTAD DE INGENIERÍA ACTA N° 096-2024-UCSS-FI/TPICIV SUSTENTACION DE TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL SEDE: LIMA Los Olivos, 17 de diciembre del 2024 Siendo las 09:20 horas del 17 de diciembre del 2024, utilizando los recursos para la videoconferencia disponibles en la Universidad Católica Sedes Sapientiae, se dio inicio a la sustentación de la Tesis: Influencia de fibras de bonote de coco y aserrín en la resistencia a la flexión y tracción del concreto f’c=210kg/cm2 en la región Lambayeque Por el Bachiller en Ciencias de la Ingeniería Civil: MURILLO CALDAS, ROBINSON Ante el Jurado calificador conformado por el: Dr. DELGADO RAMIREZ, Félix German Presidente Dr. LOPEZ SILVA, Maiquel Secretario Ing. BANCES MEZA, Alcibíades Miembro Siendo las 10:30 horas, habiendo sustentado y atendido las preguntas realizadas por cada uno de los miembros del jurado; y luego de la respectiva deliberación, el jurado le otorgó la calificación de: APROBADO En mérito a la calificación obtenida se expide la presente acta con la finalidad que el Consejo de Facultad considere se le otorgue al Bachiller MURILLO CALDAS, ROBINSON el Título Profesional de: INGENIERO CIVIL En señal de conformidad firmamos, ….……………………………….. Ing. BANCES MEZA, Alcibíades Dr. LOPEZ SILVA, Maiquel Miembro Secretario …………………….……..…..…………… Dr. DELGADO RAMIREZ, Félix German Presidente …………….…..……………..… REPOSITORIO INSTITUCIONAL DIGITAL Anexo 2 CARTA DE CONFORMIDAD DEL ASESOR(A) DE TESIS / INFORME ACADÉMICO/ TRABAJO DE INVESTIGACIÓN/ TRABAJO DE SUFICIENCIA PROFESIONAL CON INFORME DE EVALUACIÓN DEL SOFTWARE ANTIPLAGIO Lima, 17 de diciembre de 2024 Señora, CARMENATES HERNANDEZ, DAYMA SADAMI Nombres y Apellidos Jefe del Departamento de Investigación Facultad de Ingeniería - UCSS Reciba un cordial saludo. Sirva el presente para informar que la tesis / informe académico/ trabajo de investigación/ trabajo de suficiencia profesional, bajo mi asesoría, con título: Influencia de fibras de bonote de coco y aserrín en la resistencia a la flexión y tracción del concreto f’c=210kg/cm2 en la región Lambayeque, presentado por MURILLO CALDAS, ROBINSON (2016100065 y DNI 70831988) para optar el título profesional/grado académico de Ingeniero Civil ha sido revisado en su totalidad por mi persona y CONSIDERO que el mismo se encuentra APTO para ser sustentado ante el Jurado Evaluador. Asimismo, para garantizar la originalidad del documento en mención, se le ha sometido a los mecanismos de control y procedimientos antiplagio previstos en la normativa interna de la Universidad, cuyo resultado alcanzó un porcentaje de similitud de 10 %. * Por tanto, en mi condición de asesor(a), firmo la presente carta en señal de conformidad y adjunto el informe de similitud del Sistema Antiplagio Turnitin, como evidencia de lo informado. Sin otro particular, me despido de usted. Atentamente, ______________________________ LAURENCIO LUNA, MANUEL ISMAEL DNI N°: 42362708 ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5992-0202 Facultad de Ingeniería - UCSS * De conformidad con el artículo 8°, del Capítulo 3 del Reglamento de Control Antiplagio e Integridad Académica para trabajos para optar grados y títulos, aplicación del software antiplagio en la UCSS, se establece lo siguiente: Artículo 8°. Criterios de evaluación de originalidad de los trabajos y aplicación de filtros El porcentaje de similitud aceptado en el informe del software antiplagio para trabajos para optar grados académicos y títulos profesionales, será máximo de veinte por ciento (20%) de su contenido, siempre y cuando no implique copia o indicio de copia. 1 Dedicatoria A dios por permitirme gozar de buena salud y brindarme la oportunidad de desarrollar mis objetivos. A mis padres María Caldas y Odon murillo que, con gran dedicación, lograron que mi desarrollo profesional sea una realidad. A mis hermanos, por siempre ser un modelo a seguir y brindarme asistencia en lograr este anhelado sueño. 2 Agradecimiento A mi alma mater, Universidad Católica Sedes Sapientiae; a los profesores, quienes con entrega, conocimientos y dedicación me han brindado todos los mecanismos para desenvolverme en mi formación profesional; por último, a mi tutor, Manuel Laurencio Luna, por compartir día a día sus saberes para la exitosa culminación de este proyecto de investigación. 3 Resumen El objetivo de la investigación fue demostrar cómo el uso de fibra del bonote de coco (FBC) y aserrín tratado (AS) influyen en la resistencia a la flexión y tracción para concreto f′c=210kg/cm2, con un enfoque cuantitativo y una metodología experimental; se realizaron testigos de concreto para evaluar su resistencia a la flexión y tracción, 6 diseños de mezcla, cada diseño con 9 testigos, se distribuyeron 3 testigos por edad de curado de concreto, siendo 7, 14 y 28 días, se hicieron 54 testigos cilíndricos y 54 testigos primaticos. Se emplearon dosificaciones de 1.50%, 3.0% de FBC y 1.50% de AS. Los resultados mostraron que las propiedades químicas del FBC y AS no contienen sustancias nocivas para el concreto; se determinó que la dosificación de 1.5% FBC fue óptima para el ensayo de resistencia a flexión y tracción, dado que, su resistencia a la flexión a los 7 días fue de 4.30 MPA un 7.8% superior al valor de resistencia a flexión del concreto patrón (CP) que alcanzó una resistencia de 3.99 MPA. La resistencia a la tracción obtenida a los 7 días fue de 2.23 MPA 8.3% superior a la del CP que alcanzó una resistencia de 2.06 MPA. Palabras claves: fibra, aserrín, concreto, flexión, tracción 4 Abstract The main objective of this research was to demonstrate how the use of coconut coir fiber (CCF) and treated sawdust (TS) influenced the flexural and tensile strength for concrete fc=210kg/cm2. The quantitative approach was used with an experimental methodology, for this, concrete samples were made to evaluate their flexural and tensile strength. For this, a total of 6 mix designs were made, each design having a total of 9 samples, distributing 3 samples by concrete curing age, being 7, 14 and 28 days, making a total of 54 cylindrical samples and 54 primatic samples. Dosages of 1.50%, 3.0% CCF and 1.50% TS were used. The results obtained showed that the chemical properties of FBC and AS do not contain harmful substances for concrete, also, it was determined that the dosage of 1.5% FBC was the optimal dosage for the flexural and tensile strength test, since its flexural strength at 7 days was 4.30 MPA, 7.8% higher than the flexural strength value of the standard concrete (CP), which reached a strength of 3.99 MPA. Regarding tensile strength, the strength obtained after 7 days was 2.23 MPA, 8.3% higher than that of CP, which reached a strength of 2.06 MPA. Keywords: fiber, sawdust, concrete, bending, traction 5 ÍNDICE I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................... ..…..133 1.1. Formulación del problema ............................................................................................. 13 1.2. Objetivos de la investigación ......................................................................................... 16 1.3. Justificación e importancia de la investigación .............................................................. 16 1.4. Delimitación del área de investigación .......................................................................... 19 1.5. Limitaciones de la investigación .................................................................................... 20 II. MARCO TEÓRICO ................................................................................................................. 21 2.1. Antecedentes nacionales e internacionales. ................................................................... 21 2.2. Bases Teóricas ................................................................................................................ 27 2.3. Definición de términos básicos ...................................................................................... 46 III. HIPOTESIS Y VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN .................................................... 50 3.1. Hipótesis principal.......................................................................................................... 50 3.2. Hipótesis secundarias ..................................................................................................... 50 3.3. Variables e indicadores .................................................................................................. 51 3.4. Operacionalización de las variables ............................................................................... 52 IV. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ..................................................................................... 54 4.1. Diseño de ingeniería. ...................................................................................................... 54 4.2. Métodos y técnicas del proyecto. ................................................................................... 57 4.3. Diseño estadístico. .......................................................................................................... 59 4.4. Técnicas y herramientas estadísticas. ............................................................................. 59 V. DESARROLLO EXPERIMENTAL........................................................................................ 61 5.1. Proyecto piloto, pruebas, ensayos, prototipos, modelamiento. ...................................... 61 6 5.2. Aplicación estadística. .................................................................................................... 74 VI. ANALISIS COSTO/BENEFICIO .......................................................................................... 77 6.1. Beneficios no financieros. .............................................................................................. 77 6.2. Evaluación del Impacto social y/o ambiental ................................................................. 77 6.3. Evaluación Económica - Financiera ............................................................................... 78 VII. RESULTADOS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................ 83 7.1. Resultados ...................................................................................................................... 83 7.2. Conclusiones .................................................................................................................. 94 7.3. Recomendaciones ........................................................................................................... 95 APÉNDICES Y ANEXOS ........................................................................................................... 97 i. Fuentes de información ................................................................................................... 97 ii. Anexos ....................................................................................................................... 108 7 Índice de tablas Tabla 1. Coordenadas de la ubicación geográfica ........................................................................ 19 Tabla 2. Composición química de la fibra del bonote coco .......................................................... 29 Tabla 3. Propiedades Físicas del Aserrín ...................................................................................... 31 Tabla 4. Tipos de cemento ............................................................................................................ 34 Tabla 5. Tipos de cemento con adiciones ..................................................................................... 35 Tabla 6. Requisitos granulométricos para árido grueso. ............................................................... 37 Tabla 7. Requisitos granulométricos para árido fino. . ................................................................. 38 Tabla 8. Matriz de operacionalización de la variable dependiente ............................................... 52 Tabla 9. Matriz de operacionalización de la variable independiente ............................................ 53 Tabla 10. Muestra de estudio ........................................................................................... 56 Tabla 11. Pruebas estadísticas de la resistencia a la flexión a los 28 días de fraguado. .. 58 Tabla 12. Pruebas estadísticas de la resistencia a la flexión a los 28 días de fraguado. .. 74 Tabla 13. Pruebas estadísticas de la resistencia a la tracción a los 28 días de fraguado. 75 Tabla 14. APU del Concreto Convencional .................................................................... 78 Tabla 15. APU del concreto con adición del 1.5% de FBC ............................................ 79 Tabla 16. APU del concreto con adición del 3% de FBC ............................................... 79 Tabla 17. APU del concreto con adición del 1.5% de AS ............................................... 80 Tabla 18. APU del concreto con adición del 1.5% FBC y 1.5% de AS .......................... 81 Tabla 19. APU del concreto con adición del 3% de FBC y 1.5% de AS ........................ 81 Tabla 20. Resumen de Análisis de Precios Unitarios ...................................................... 82 Tabla 21. Características físicas de la fibra de bonote de coco y aserrín tratado ............ 83 Tabla 22. Propiedades químicas de la fibra de bonote de coco ....................................... 83 8 Tabla 23. Propiedades químicas del aserrín .................................................................... 84 Tabla 24. Cualidades físicas del AF de la “Cantera La Victoria” ................................... 84 Tabla 25. Características físicas del AG de la “Cantera Pacherres” ................................ 85 Tabla 26. Diseño de mezcla del concreto patrón f’c=210kg/cm2 .................................... 85 Tabla 27. Diseño de mezcla del CP con adiciones del FBC y reemplazo de AS ............ 86 9 Índice de figuras Figura 1. Localización del Laboratorio de estudio. ........................................................ 19 Figura 2. Fibra de bonote de coco ................................................................................... 27 Figura 3. Aserrín de madera ............................................................................................ 30 Figura 4. Asentamiento en el concreto ............................................................................ 39 Figura 5. Contenido de aire del concreto ........................................................................ 40 Figura 6. Temperatura del concreto ................................................................................ 41 Figura 7. Curado del concreto ......................................................................................... 42 Figura 8. Curado del concreto ......................................................................................... 43 Figura 9. Tipos de fracturas en testigos de concreto ....................................................... 44 Figura 10. Curado del concreto ......................................................................................... 45 Figura 11. Curado del concreto ......................................................................................... 46 Figura 12. Cantera La Victoria - AF ................................................................................. 61 Figura 13. Cantera Pacherrez - AG ................................................................................... 62 Figura 14. Análisis granulométrico del AF y AG ............................................................. 64 Figura 15. Peso Unitario del AF y AG .............................................................................. 65 Figura 16. Contenido de Humedad del AF y AG ............................................................. 66 Figura 17. Peso Específico y Absorción del AF ............................................................... 67 Figura 18. GDSG Peso Específico y Absorción del AG ................................................... 68 Figura 19. Prueba de asentamiento del concreto ............................................................... 69 Figura 20. Prueba de Temperatura del concreto ............................................................... 70 Figura 21. Prueba de Peso Unitario del concreto .............................................................. 71 Figura 22. Prueba de Contenido de Aire del concreto ...................................................... 72 10 Figura 23. Ensayo de probeta para la resistencia a Flexión del concreto ......................... 73 Figura 24. Ensayo de probeta para la resistencia a la tracción del concreto ..................... 74 Figura 25. Asentamientos del CP con porcentajes de FBC y AS ..................................... 87 Figura 26. Peso Unitario del CP con porcentajes de FBC y AS ....................................... 88 Figura 27. Contenido de Aire del CP con porcentajes de FBC y AS ............................... 89 Figura 28. Temperatura del CP con porcentajes de FBC y AS......................................... 90 Figura 29. Resistencia a la flexión del CP con adición de FBC y reemplazo de AS. ....... 91 Figura 30. Resistencia a la tracción del CP con adición de FBC y reemplazo de AS ...... 92 Figura 31. Dosificaciones óptimas de resistencia a flexión y tracción de concreto. ......... 93 11 Introducción La producción del concreto actualmente utiliza diferentes tipos de materiales industriales, por lo que se generan incrementos en los costos de fabricación del concreto modificado en comparación del concreto tradicional. Por otro lado, el proceso de fabricación de estos insumos, al generar una considerable contaminación ambiental, motiva a la búsqueda de materiales alternativos como sustitutos parciales o totales para su producción. El comportamiento del concreto convencional es conocido por disponer un bajo esfuerzo a tracción y flexión que evidencian la formación y distribución de grietas y microgrietas que se extienden por el testigo, generando una fractura en el concreto al ser sometidas las muestras a ensayos normalizados Existe una gran variedad de fibras naturales que pueden agregarse al concreto, como la fibra adquirida del bonote del coco, que es una fibra que se puede encontrar en la cubierta externa de la cáscara del coco de diferente tamaño y grosor. Por otro lado, el aserrín es un residuo natural procedente del corte y aserrado de madera presentado en partículas de diferentes tamaños. Estos dos materiales reciclados y orgánicos, se emplearon como materiales aditivos alternativos en el concreto de f’c=210kg/cm2 (D210) para reducir el peso del concreto, prevenir la propagación de grietas e incrementar los valores de las propiedades mecánicas del concreto. A continuación, se expone la descripción de cada capítulo que contiene la presente investigación. En el primer capítulo se describe el planteamiento del problema, el estado del arte de la problemática actual a nivel internacional y local, el planteamiento de los problemas principales y secundarios, se definen la justificación, objetivos, delimitación y limitaciones de la investigación 12 En el segundo capítulo se desarrolla el marco teórico, los antecedentes nacionales e internacionales y las bases teóricas precisando la definición de términos básicos. En el tercer capítulo se detallan la hipótesis y variables de la investigación. Se pone en relieve la hipótesis principal e hipótesis secundarias, al mismo tiempo las variables dependiente e independiente, cada una de ellas con sus respectivos indicadores, para posteriormente realizar la respectiva operacionalización de variables. En el cuarto capítulo se describe el diseño de la investigación; se detalla el diseño de ingeniería, los métodos y técnicas que se emplearon en el proyecto, el diseño estadístico utilizado para obtener los resultados del experimento, y las técnicas y herramientas estadísticas empleadas en el desarrollo de esta investigación. En el quinto capítulo se describe el desarrollo experimental, el procedimiento de obtención de resultados, la cantidad de pruebas y ensayos a realizar, tanto como la aplicación estadística. En el sexto capítulo corresponde al análisis costo/beneficio, los beneficios no financieros de esta investigación, la evaluación del impacto ambiental y social; además, la evaluación económica – financiera, una comparación económica entre la fabricación de cada diseño de concreto. En el séptimo capítulo se detalla los resultados de los experimentos, las conclusiones y recomendaciones como respuesta a los objetivos establecidos. Por último, se adjuntan los apéndices, anexos y fuentes de información utilizadas. 13 I. Planteamiento del Problema 1.1. Formulación del problema Actualmente, el concreto es el material más utilizado dentro del rubro de construcción, con una producción estimada de 7,23 mil millones de toneladas anuales (Bharat et al., 2018). Dichas cifras han incrementado la preocupación ambiental, puesto dicha industria consume grandes cantidades de recursos naturales y de manera desmesurada, a la vez que genera grandes emisiones de CO2, lo que obliga a los ingenieros a desarrollar un concreto con características novedosas, se incorpora materiales ecológicos como alternativas de refuerzo en el concreto sin afectar su eficiencia y calidad, cumpliendo con los requisitos constructivos y sobre todo proporcionar una solución para la eliminación de desechos orgánicos en el sur de Asia (Prakash et al., 2020) o residuos generados de las actividades agrícolas e industriales, resaltando en las últimas décadas por el gran impacto ambiental que ocasionan estas actividades (Babatunde et al., 2023). Por su parte, Sekar y Kandasamy (2018) afirman que el concreto convencional desarrolla micro fisuras luego de experimentar una carga puntual, a la formación de microgrietas y grietas, generadas por la concentración de esfuerzos causando deformaciones inelásticas en el concreto para finalmente terminar en una rotura por fragilidad; esto se evidencia dado que el concreto, tiene una ductilidad limitada y poca resistencia a la tracción. Por tanto, es importante considerar el uso eficaz de materiales fibrosos, como reemplazo de los componentes tradicionales, contribuyendo a la conservación de los recursos no renovables y la reducción del consumo de energía en la producción de insumos industriales para el concreto tradicional (Xiao et al., 2021). Por otro lado, en Suecia se genera 20.6 millones de m³ de residuos de aserrín y astillas de madera; en 2018 buscaron canalizar este producto para que sea convertido en materia prima con 14 fines constructivos (Amiandamhen et al., 2021) contrarrestando la gran demanda del árido fino, y logrando mitigar el problema de la polución del medio ambiente, brindándole un uso sostenible y sustentable al aserrín dentro del rubro de la construcción, sobre todo siendo alternativa de bajo costo y fácil adquisición (Che Deraman et al., 2021; Antoun et al., 2021). El Perú es considerado uno de los países con mayor actividad sísmica, lo que provoca múltiples daños estructurales, las razones principales de estos desperfectos son la mala calidad o dosificación de los materiales, por ello; para el desarrollo de un concreto idóneo, se requiere materiales de refuerzo alternativos, y una opción viable es la implementación de fibras naturales por ser una alternativa de menor costo además de promover el desarrollo sostenible. (Huachuhuilca et al., 2021). En la selva del Perú existe un clima tropical que propicia una gran diversidad de productos agrícolas, donde se desaprovecha el 58.75% de residuos orgánicos, siendo el coco uno de ellos. A diario se procesan aproximadamente 25 mil cocos, se extrae la pulpa y las cáscaras son desechadas, las cuales con el tiempo se descomponen y provocan una alta emisión de metano, convirtiéndose en una amenaza latente para el medio ambiente. (Salazar & Cruz, 2021). En Ucayali, la industria forestal es mucho mayor, produciendo volúmenes extensos de aserrín, siendo estos residuos calcinados para su eliminación, generando una altísima contaminación ambiental sin obtener provecho alguno (Pastor, 2018). Lima la capital del Perú, es una ciudad que ha tenido un gran crecimiento demográfico que ha provocado las construcciones urbanas de todo tipo, formales e informales así como urbanizaciones en sectores alejados, de manera que el incremento de la demanda del cemento ha aumentado en el tiempo, esto quiere decir que la mayor producción de cemento, mayor quema de combustibles fósiles, lo que genera un impacto negativo en el medio ambiente por las emisiones de CO2, es por ello que surge la necesidad de utilizar materiales alternativos ecológicos para 15 reducir las amenazas ambientales. Con la aplicación de fibras de bonote de coco, se busca mejorar las propiedades mecánicas del concreto y disminuir la contaminación del medio ambiente. (Navarro, 2022) Actualmente no se han realizado investigaciones para determinar las propiedades físico- mecánicas del concreto reforzado con FBC, y más aún con la incorporación de AS. La combinación de estos insumos en el desarrollo del concreto no estructural, permite establecer como objetivo, determinar el efecto del uso FBC y AS en la resistencia a flexión y tracción de un concreto D210. 1.1.1. Problema principal ¿Cómo influye uso de la fibra del bonote de coco y aserrín tratado en la resistencia a la flexión y tracción de un concreto f′c=210 kg/cm2? 1.1.2. Problemas secundarios ¿Cuáles son las propiedades físicas y químicas de la fibra de bonote de coco y aserrín tratado? ¿Cuáles son los efectos del uso de la fibra del bonote de coco y aserrín tratado en la flexión de un concreto f′c=210 kg/cm2? ¿Cuáles son los efectos del uso de la fibra del bonote de coco y aserrín tratado en la tracción de un concreto f′c=210 kg/cm2? ¿Cuál es el efecto de la incorporación de fibra de bonote de coco y aserrín tratado en dosificaciones óptimas al concreto? 16 1.2. Objetivos de la investigación 1.2.1. Objetivo principal Demostrar cómo el uso de fibra del bonote de coco y aserrín tratado influyen en la resistencia a la flexión y tracción de un concreto f′c=210 kg/cm2. 1.2.2. Objetivos secundarios Determinar las propiedades físicas y químicas de la fibra de bonote y aserrín tratado. Evaluar cómo el uso de fibra del bonote de coco y aserrín tratado influye en la resistencia a la flexión de un concreto f′c=210 kg/cm2. Evaluar cómo el uso de fibra del bonote de coco y aserrín tratado influye en la resistencia a la tracción de un concreto f′c=210 kg/cm2. Establecer la dosificación óptima del concreto al adicionar fibra de bonote de coco y aserrín tratado. 1.3. Justificación e importancia de la investigación Justificación Teórica A nivel teórico la presente investigación, se justifica debido a que se basa en referencias bibliográficas de fuentes confiables, también el uso de la NTP y ASTM que permite determinar las propiedades físicas de los agregados. Asimismo, el uso del método ACI para determinar las dosificaciones idóneas para la producción de un concreto D210 en un medio controlado y obtener el asentamiento de diseño requerido. Además, se determina la resistencia a flexión y tracción de los testigos de concreto mediante método destructivo utilizando prensas hidráulicas, estos ensayos permiten comprobar que la integración de materiales alternativos sostenibles como la FBC y AS para la producción del concreto nos brindará datos útiles para su manejo a futuro. Justificación Metodológica 17 La investigación se centra en el ámbito experimental pues se realiza la manipulación de las muestras a través de ensayos para obtener resultados de resistencia a la flexión y tracción del concreto, se realizan probetas prismáticas y cilíndricas para obtener resultados novedosos y confiables que ayuden a solucionar las diferentes problemáticas existentes dentro del ámbito de la ingeniería civil, cumpliendo con los procedimientos y normativas actuales. Justificación Práctica La presente investigación se justifica a nivel práctico dado que se determina las características físicas de los agregados, las propiedades físicas y químicas de la FBC y AS para ser añadido en el diseño de concreto D210, se realizan estudios de campo, laboratorio y prototipos para corroborar si cumplen con las necesidades del concreto, asimismo se evalúa la resistencia por diseño para certificar la dosificación requerida y de esta manera lograr una dosificación adecuada, para emplearla en concreto no estructural, puesto que aún falta verificar su comportamiento en la presencia de acero. Justificación Social El siguiente estudio se basa en que los resultados son de gran utilidad para quienes trabajan en la industria de la construcción tanto a nivel local como regional, son 362 empresas del sector privado formal del sector construcción, que representan el 1.9% de empresas del Perú que pueden utilizar el concreto modificado para fines no estructurales por lo expuesto en justificación práctica, el concreto en mención es ecológico convencional y se elabora con materiales fáciles de conseguir, para eso se debe tomar en cuenta las dosificaciones propuestas por este estudio. Justificación Ambiental 18 Ante la problemática actual de los diferentes defectos o daños que sufre el concreto y por la extracción masiva de los materiales, el empleo de fibras de bonote de coco y aserrín en los diseños de mezcla del concreto sería una opción viable dentro de este ámbito, ya que ambos insumos son naturales, renovables y no causan alteraciones al medio ambiente. Su obtención no requiere del uso de energías no renovables a comparación de otros insumos industriales que conlleva un proceso de manufactura. Por otro lado, a estos desechos se le daría un uso importante, dado que se encuentran en gran cantidad y generalmente terminan en depósitos municipales locales o lotes baldíos, generando un nivel de contaminación ambiental a escala considerable. Justificación Económica Cuando el concreto se agrieta o sufre otro tipo de daño ocasiona pérdidas económicas y tiempo por tener repararlo, por ende, nos centraremos en la FBC y AS para contrarrestar algún tipo de daño y así prolongar la vida útil del concreto utilizando materiales duraderos y sostenibles, por otro lado, la eficiencia de la obtención de FBC es de una hora hombre, pero en comparación de fibras industriales, el costo de adquisición es mucho más bajo. La importancia radica en que con la incorporación de AS, se busca sustituir parcialmente el agregado fino y con el FBC demostrar que las fibras naturales pueden presentar propiedades y características similares a las fibras industriales en el concreto ecológico desarrollado en el departamento de Lambayeque, que tengan propiedades similares o mejoradas respecto a los agregados convencionales, asimismo investigaciones anteriores emplean en su estudio estos materiales por separado, por ello está investigación plantea empelar la fibra de bonote de coco y aserrín dentro del concreto para determinar la dosificación óptima de estos materiales y ver la influencia y beneficios que se obtiene para el concreto, ya que, los resultados favorables son de 19 gran utilidad, pues se tiene mezclas disponibles con alternativas ecológicas y resistentes ante los diferentes tipos de daños que presenta el concreto antes y después de fraguar por el clima de la región. 1.4. Delimitación del área de investigación Este proyecto de investigación se efectuó en las instalaciones del laboratorio LEMS W&C de la ciudad de Chiclayo, ubicado en el Km. 3.5 de la Prolongación Bolognesi. Tabla 1. Coordenadas de la ubicación geográfica Ubicación Datos Distrito Chiclayo Provincia Chiclayo Departamento Lambayeque Región Geográfica Costa Latitud Sur 6°47'28.1148" Latitud Oeste 79°52'407748" Altitud 27m.s.n.m Nota: está tabla muestra la ubicación y coordenadas geográficas del área de estudio, localizada en el Distrito de Chiclayo del Departamento de Lambayeque Figura 1. Localización del Laboratorio de estudio. Nota: Fuente de Google Maps. 20 Para el diseño de un concreto D210 con FBC y AS se tomó como referencia la presencia de este elemento en la región de Lambayeque, sin embargo, el aserrín se consiguió de las carpinterías aledañas al laboratorio, por tanto, la investigación se centra en encontrar una solución para los daños que sufre el concreto a través de una dosificación óptima para un concreto de características previamente mencionadas. 1.5. Limitaciones de la investigación En la localidad de Lambayeque, la fibra de bonote de coco es limitada ya que no hay una cosecha a gran escala de este producto en comparación de otras regiones, tomando en cuenta el transporte de estos desechos y el proceso de obtención de estas fibras, empleando horas/ hombre para obtener cierta cantidad de FBC con fines constructivos, siendo la viabilidad económica una gran limitación. Por otro lado, los materiales empleados tienen una variabilidad considerable, lo que afecta la eficiencia y consistencia de los resultados, finalmente la complejidad de las modificaciones puede actuar de manera compleja, dificultando la predicción del comportamiento del material. 21 II. MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes nacionales e internacionales. 2.1.1. Antecedentes Internacionales Hettiarachchi & Thamarajah (2020) en su investigación tuvieron como objetivo investigar el efecto sobre las propiedades de durabilidad, flexión, compresión y tracción del hormigón mediante la incorporación de FBC, fue un tipo de investigación aplicada, con un enfoque cuantitativo y diseño experimental; se emplearon contenidos de FBC en porcentajes de 0 %, 0.5 %, 1.0 %, 1.5 % y 2.0 % en peso de cemento, previamente estas fibras fueron lavadas a fondo para eliminar todas las impurezas luego se dejaron secar en un espacio ventilado por 24 horas para luego ser cubierto uniformemente con barniz de poliuretano dos veces con ayuda de un pincel y finalmente fueron secadas durante 24 horas antes de ser añadido en la fabricación del concreto, los resultados determinaron que el asentamiento disminuye a medida que se incrementa la incorporación de FBC, siendo el porcentaje óptimo, la dosificación de 1% FBC, la cual incrementó sus propiedades como resistencia a flexión, tracción y compresión en un 12.96 %, 8.87 % y 5.59 % respectivamente en comparación del concreto patrón. Concluyendo que la FBC es una gran alternativa eco amigable, con la cual se puede obtener mejoras en las propiedades mecánicas del concreto y controlar la propagación de grietas generadas por cargas axiales, y adquirir beneficios similares a los obtenidos por concreto con fibras industriales. Bamigboye, et al. (2020) centraron su investigación en usar la fibra para mejorar la resistencia a compresión del concreto, donde la metodología se desarrolló mediante un diseño experimental, por ello, los porcentajes de adición fueron 0.25 %, 0.5 %, 0.75 % y 1 % de FBC por peso del cemento, para ello las muestras de concreto se sometieron a 250 °C y 150 °C por 2 horas antes de someterse al ensayo de resistencia, previamente las fibras se cortaron con tijeras 22 manteniendo la longitud de 15 a 35 mm, las fibras se lavaron en agua tres veces en una solución de hidróxido de sodio, se secaron en horno para eliminar el contenido de agua restante y secándose en horno a una temperatura de 110 ºC, asimismo, se utilizó un peine para cepillar las fibras, los resultados evidenciaron un aumento significativo de 3.88 % al usar un 0.5 % de FBC en la resistencia a la compresión, con dosificaciones superiores a 0.5 % su valor de resistencia a la compresión se ve ligeramente reducido. En conclusión, la FBC es eficiente incluso después de exponerlo a altos niveles de temperaturas, manteniendo sus propiedades y sobre todo brindando al concreto mejoras en sus propiedades mecánicas. Ahmad, et al. (2021) fijaron como objetivo de su estudio investigar el impacto que generan estos dos insumos sobre las propiedades de trabajabilidad, durabilidad, flexión, compresión, tracción del concreto mediante la adición de FBC y polvo de mármol (PM), donde la metodología empleada fue experimental, por ello se emplearon PM utilizados como materiales aglutinantes con porcentajes de 5, 10, 15, 20, 25 y 30% por peso de cemento para mejorar la capacidad de compresión, mientras que la FBC se utilizó en una proporción de 0.5%, 1.0%, 1.5 %, 2.0 %, 2.5 % y 3.0 % por peso del cemento para mejorar sus propiedades mecánicas del concreto, los resultados determinaron que el PM hasta en un 20 % y la incorporación de FBC en un 2.0% tienden a mejorar el desempeño mecánico del concreto endurecido, también indica que aspectos de durabilidad como la absorción de agua, la resistencia a la carbonatación y la resistencia al ataque ácido mejoraron significativamente con la sustitución de PM y FBC. En conclusión, los residuos de mármol y las fibras de coco son adecuados, accesibles en gran cantidad y económica a nivel local, que se pueden utilizar para la construcción de hormigón, en un punto de vista entre económicamente y ecológico, asimismo son favorables incrementando la resistencia del concreto convencional. 23 Shcherban, et al. (2022) establecieron como objetivo del estudio evaluar el concreto con características reforzadas con FBC dispersas, desarrollaron el método experimental, con un enfoque cuantitativo y el diseño experimental, por ello, se consideró un rango de 0 % a 2.5 % con incrementos de 0.25 % de FBC como refuerzo del concreto, los resultados indicaron que la dosis óptima fue de 1.75% de FBC, alcanzaron incrementos de 26.3 %, 42.1 %, 43.5 % y 16.2 % para los ensayos de resistencia a compresión, flexión, tracción y módulo elástico respectivamente. Concluyeron en que las FBC tienen impactos positivos en las propiedades mecánicas del concreto, cuando se le realiza un tratamiento adecuado y se incorpore en dosificaciones adecuadas. Siti Noratikah et al. (2021) plantearon como objetivos de investigación la evaluación del efecto de aserrín como reemplazo del agregado fino en la producción de concreto, y determinar la proporción óptima de aserrín, empleando el método experimental, con un enfoque cuantitativo y el diseño experimental, por ello, se emplearon dosificaciones de 5 %, 10 % y 15 % de AS, los resultados mostraron la dosificación de 5% de AS, obtuvo el mejor desempeño y puede ser usado para fines no estructurales, dado que mejora ligeramente las propiedades mecánicas del concreto. Concluyeron en que la dosificación idónea para incorporar dentro del concreto y poder obtener mejoras significativas es del 5 % de AS, al superar este porcentaje, los valores de las propiedades mecánicas del concreto se van reduciendo considerablemente. Garga y Sharma, (2022) buscaron evaluar el uso del aserrín y ladrillo de balasto en la producción de concreto, reemplazaron parcialmente la arena y grava de río, para producir concreto liviano con un costo reducido en su producción y sobre todo, adquirir propiedades mecánicas óptimas, para ello los autores emplearon el método experimental, con un enfoque cuantitativo y el diseño experimental para lo cual, se utilizaron diferentes combinaciones de AS 24 de 4 %, 8 % y 12 % y ladrillo de balasto (LB) en 8 %, 16 % y 24 %, empleados como reemplazo parcial la arena y los áridos gruesos respectivamente. Los resultados evidenciaron que la combinación de dosificaciones óptima encontrada es de 4 % de AS y 24 % de LB con un valor de resistencia a la compresión de 32,13 N/ m2. Concluyendo que estas dosificaciones se pueden emplear para elaborar concreto no estructural, adquiriendo propiedades mecánicas del concreto similares a las del concreto tradicional, asimismo son materiales importantes para el desarrollo sostenible. Prasetia et al., (2022) en su artículo científico buscaron evaluar el desempeño mecánico del concreto con AS de madera de ulin y meranti como reemplazo del agregado fino, donde tuvieron como objetivo analizar el impacto del AS, los autores emplearon el método experimental, con un enfoque cuantitativo y el diseño experimental, para lo cual se emplearon dosificaciones de 2.5 % y 5 % de ambos tipos de AS, evaluando sus propiedades mecánicas a 28 días de curado. Los resultados mostraron que la resistencia a la compresión incremento con la combinación de AS de Ulin y Meranti, especialmente cuando se usa el AS de ulin como complemento del árido fino. En conclusión, una relación de reemplazo de arena con AS de 2.5 % en reemplazo de arena pueden ser la mejor alternativa para mezclas de concreto, especialmente de madera de ulin como material para concreto eco amigable. Suliman et al. (2019) en el estudio realizado sobre la efectividad del concreto con AS en sustitución parcial de la arena, donde tuvieron como objetivo determinar la resistencia del concreto con AS, emplearon el método experimental, con un enfoque cuantitativo y el diseño experimental, se empleó diferentes porcentajes de aserrín en 5 %, 10 % y 15 % del volumen total de arena, los resultados indicaron que el porcentaje óptimo de aserrín fue el 5 % de sustitución, logrando una resistencia de 378.82 kg/ cm², determinando que la resistencia a la compresión se 25 redujo cuando se incrementó la cantidad de reemplazo de AS. En conclusión, el uso del aserrín busca hacer frente al aumento de volumen de residuos de madera de actividades de la industria maderera, de manera que su uso como material alternativo de construcción asegura el equilibrio del crecimiento medioambiental y, sobre todo, brindarle un uso técnico en la producción de concreto no estructural. 2.1.2. Antecedentes Nacionales Rodas (2021) en su estudio realizó un análisis del concreto usando FBC en las viviendas de Moyobamba, buscó determinar la resistencia a compresión del concreto integrando FBC, empleó el método experimental, para lo cual usó porcentajes de 1 %, 1.5 % y 2 % FBC, los resultados muestran un aumento en la resistencia a la compresión en 0.85 %, 4.54 % y 2.24 % respectivamente, evidenciándose que el porcentaje 1.5% es el de mejor desempeño. Concluyó en que la integración de FBC es beneficioso en la resistencia compresión del concreto, asimismo, resalta que al adicionar un porcentaje mayor al 1.5 % la resistencia disminuye. Mejía (2020) en su investigación buscó determinar las propiedades mecánicas del concreto integrando FBC, empleó el método experimental, desarrolló el tipo de investigación aplicada, con un enfoque cuantitativo y el diseño experimental, utilizó proporciones de 2 %, 3.5 %, 5 % por peso del cemento, los resultados evidenciaron que al adicionar FBC no mejoró su resistencia a compresión, pero sí mejora el comportamiento incrementando la resistencia a flexión. En conclusión, al incorporar FBC al concreto no presentó una mejora en el caso de la resistencia a compresión, pero presentó una mejora en su comportamiento en relación de la resistencia a flexión, puesto que resultó una mejora significativa en todos los porcentajes añadidos. Cigueñas (2020) en su investigación se propuso determinar el efecto de la integración de 26 aserrín en la producción de concreto, la metodología usada empleó el método experimental, se desarrolló mediante el tipo de investigación aplicada, enfoque cuantitativo y el diseño experimental, para ello, se emplearon contenidos de aserrín de madera en 0 %, 0,5 % y 1,0 % en peso de cemento, a los cuales se le incluyeron pruebas de asentamiento y pruebas de resistencia a la flexión, compresión y tracción, los resultados mostraron que empleando 0.5 % y 1 % de aserrín mejoran la resistencia a la compresión en 12 % y 1.8 % respectivamente, asimismo el asentamiento redujo en 20 % y 40 % respectivamente, esto se debe al nivel de absorción que contiene el aserrín. En conclusión, emplear aserrín en el concreto es una alternativa fundamental para reducir los desechos que acumulan las fábricas madereras. Asimismo, en este estudio se hizo evidente el aumento de la resistencia a la compresión. Velásquez (2020) en su investigación, buscó determinar con el análisis comparativo del concreto con y sin aserrín en la resistencia a la flexión y compresión, para ello el autor empleó el método experimental, con investigación aplicada, enfoque cuantitativo y el diseño experimental, por ello, se empleó AS en dosificaciones de 5 %, 10 % y 15 % por peso del cemento. Los resultados no muestran un aumento en la resistencia a la compresión, pero si a la flexión, concluyendo que el porcentaje más viable es el 5 % de aserrín, puesto que mejoran las propiedades a flexión. En conclusión, el uso de aserrín es favorable en la resistencia a la flexión, por lo mismo, es un material sostenible que se puede aprovechar aplicándolo al concreto. Rodríguez y Silva (2020) en su investigación, tuvieron como objetivo principal determinar el diseño del pavimento rígido integrando FBC, para ello el autor empleó el método experimental, con investigación aplicada, enfoque cuantitativo, por ello, se emplearon porcentajes de 0.5 %, 1 % y 1.5 % de FBC, los cuales fueron curados hasta los 28 días y posteriormente realizar las roturas para determinar la resistencia del concreto. Los resultados 27 mostraron que el porcentaje de 0.50 % de fibra logró resultados positivos correspondientes a la resistencia a la compresión. En conclusión, el empleo de FBC en el concreto es beneficioso, ya que, al utilizarlo como reemplazo de cemento ayudaría en la mitigación de dióxido de carbono, al ser un material ecológico, económico y de fácil accesibilidad. 2.2. Bases Teóricas 2.2.1. Fibra de Bonote de Coco La FBC es una fibra natural la cual se puede obtener de la cáscara de coco; asimismo, es económica y se puede adquirir localmente en muchos países tropicales y semitropicales. En comparación con otras fibras naturales, la FBC puede soportar de 4 a 6 veces más tensión (Yashwanth et al., 2021). Por su parte Gil et al. (2021) menciona que generalmente las FBC son de color marrón y se extraen de la cáscara exterior fibrosa del coco. A la vez este residuo fibroso del coco es de peso ligero y se puede descomponer en algún momento; esta fibra es tratada como fibra normal antes de ser empleado en el concreto. (Revathi et al., 2023) Figura 2. Fibra de bonote de coco. Nota. Fibra de bonote de coco cortada a 5 cm. (Wang et al., 2020) La longitud de la fibra incluida en la mezcla de concreto es una variable de influencia 28 significativa en el comportamiento mecánico; varios estudios previos han demostrado que se obtienen ejemplares con mejores características con longitudes de 5 cm aproximadamente, frente a los 2.5 cm y 7.5 cm (Vélez et al., 2022). 2.2.2. Propiedades del Bonote de Coco La incorporación de fibras al hormigón mejora considerablemente las propiedades mecánicas del concreto durante la etapa de endurecimiento (Prakash et al., 2020). Estas fibras naturales no solo tienen una mayor resistencia mecánica que las fibras sintéticas, sino que también son biodegradables y no contienen toxinas; entre las fibras naturales, la fibra de coco es una de las fibras más utilizadas porque es barata, duradera en comparación con otras fibras, es un material que contribuye con la tenacidad y durabilidad, excelente aislamiento acústico y térmico (Hettiarachchi & Thamarajah, 2020). 2.2.3. Tratamiento del Bonote de Coco Antes de ser utilizados, se limpian y se trenzan, por ello el tratamiento de las fibras debe eliminar el polvo y otros contaminantes residuales, elevando la superficie de interacción entre la fibra y la mezcla, lo que resulta en una unión más fuerte entre el refuerzo y el concreto, y como resultado, una mayor resistencia. Para liberar las fibras y extraer el polvo de coco, la fibra se lava en agua del grifo durante 30 minutos. Después de eso, se limpian y se secan durante otros 30 minutos; esta operación debe realizarse tres veces, luego de lo cual, la fibra es suavizada alisada y peinada a mano con un peine de acero. Si se desea acelerar el proceso de secado, las fibras largas húmedas se colocarán en un horno a 30 °C durante 10-12 minutos, eliminando la mayor parte de la humedad; luego se secan por completo al aire libre, se peinan una vez más, y finalmente se cortan en longitudes de 5 cm, las cuales se sumergen en aceite durante 15-20 minutos y se secan al sol durante 24 horas. (Yadav et al., 2021) 29 La FBC al ser obtenida de forma natural, debe ser tratada con NaOH por un promedio de 12 horas, para posteriormente secarse al sol por 6 horas. Luego del tratamiento los filamentos se cortan en una longitud de 5cm con un ángulo de 83.3 (Revathi et al., 2023) 2.2.4. Características Químicas del Bonote de Coco El bonote se obtiene de los frutos maduros del cocotero y contiene una gran cantidad de lignina (45.77%), por lo que no se pudre y tiene alta resistencia y elasticidad; asimismo, se compone de celulosa (43,24 %), componentes solubles en agua (5,22 %), pectina (3,30 %), elementos de ceniza (2,22 %) y hemicelulosa (0,25 %) (Shcherban et al., 2022). Tabla 2. Composición química de la fibra del bonote coco Tipo de Fibra Composición Química (%) Celulosa Lignina Agua soluble Hemicelulosa Relacionado con la pectina. Compuesto Ceniza Fibra de coco 43.44 45.84 5.25 0.25 3.33 2.22 Nota: Composición química en porcentajes de la fibra del bonote de coco (Herda et al., 2022) 2.2.5. Ventajas del Bonote de Coco La fibra de coco tiene una buena resistencia contra hongos, podredumbre y polilla, lo que ayuda a prevenir el deterioro, tiene buen aislamiento térmico y acústico, puede ser de naturaleza elástica, es decir, puede estar en su posición original incluso estresado por un período más largo, lo que lo convierte en la más fuerte entre todas las demás fibras naturales (Vivek & Prabalini, 2020). Asimismo, La fibra tiene una gran cantidad de material de lignina, lo que hace que las fibras sean versátiles, sólidas y fuertes (Ahmad et al., 2022) Adicionar una cierta cantidad de fibra de coco al hormigón puede mejorar el rendimiento 30 del hormigón, y aprovechar al máximo los productos de desecho agrícola (Lv et al., 2019). 2.2.6. Aserrín Es un desecho sólido que se obtiene como subproducto del procesamiento mecánico como cortar, moler, taladrar y desechar la madera en la industria maderera; asimismo, el aserrín está fácilmente disponible en grandes cantidades en los países tropicales y es barato, de manera que se han realizado intentos para investigar la idoneidad de este material para su posible uso en la construcción (Khan et al., 2020). Figura 3. Aserrín de madera. Nota: Aserrín de madera en estado natural (Dias et al., 2022) 2.2.7. Características Químicas del Aserrín El aserrín es una sustancia orgánica que se compone principalmente de lignina, hemicelulosa, celulosa y varios grupos hidroxilo como taninos u otros compuestos fenólicos (Ahmed et al., 2018). 31 2.2.8. Propiedades Físicas del Aserrín. El aserrín es un material de desecho agrícola, de fácil adquisición que ayuda a mejorar las propiedades de varias mezclas con diferentes proporciones de agua y aglomerante; por ejemplo: Trabajabilidad, calidad de la microestructura y también mejora las características de resistencia del hormigón (Martínez et al., 2020). Tabla 3. Propiedades Físicas del Aserrín N° Propiedades Aserrín 1 Densidad Aparente (kg/m3) 290 2 Contenido de humedad (%) 20.45 3 Gravedad específica 2.17 4 Tamaño medio de partícula (µm) 594 Nota: Principales propiedades físicas del aserrín (Ahmed et al., 2018) 2.2.9. Ventajas del Aserrín El aserrín cuando se usa en concreto tiene muchas ventajas, ya que produce concreto ecológico para aplicaciones estructurales con baja densidad aparente, mejor conservación del calor y baja conductividad térmica (Khan et al., 2020). Por su parte, la utilización de residuos de aserrín no solo puede disminuir el daño ambiental, sino también salvar los materiales de hormigón. La aplicación de residuos de aserrín también podría generalizarse al uso de paja (Prasetia et al., 2022). Al mismo tiempo, las ventajas del concreto con aserrín (reducción del peso estructural y, en consecuencia, reducción de las cargas sobre la cimentación, reducción de los fenómenos de daño y aumento de la vida útil de la estructura, junto con una mayor facilidad de manipulación y reducción del consumo de materias primas), justifican el creciente interés por este tipo de material (Sosoi et al., 2020). 32 2.2.10. Tratamiento del Aserrín El tratamiento del aserrín con cal es una de las técnicas empleadas para mejorar las propiedades del aserrín y mejorar su resistencia y estabilidad. La cal al reaccionar con el aserrín produce cambios químicos alterando su comportamiento y estructura, la proporción de cal empleada depende del tipo de aserrín, la aplicación y el resultado que se desea obtener (Hewayde & Kubba, 2021). 2.2.11. Concreto El hormigón es una mezcla constituida por cemento como ingrediente principal con una mezcla diferente de áridos finos y gruesos, el cual se puede utilizar en muchos campos, como las infraestructuras, la edificación, la construcción de puentes y carreteras (Pordesari et al., 2021). Es el material de ingeniería más extensamente usado por la capacidad de soportar la acción del agua sin sufrir deterioro alguno, convirtiéndolo en un material idónea en la construcción de estructuras de obras ingenieriles con fines hidráulicos, como transporte de agua, reservorios, presas, entre otros. En efecto, sus primeras aplicaciones conocidas en la antigua Roma fueron muros de contención y acueductos. (Kumar & Monteiro, 1998) 2.2.12. Tipos de concreto Kumar & Monteiro (1998) clasifica el concreto en 03 categorías basados en su peso unitario. El concreto tradicional, elaborado con arena y grava de roca triturada, con un peso aproximado de 2 400 kg/m³, siendo el concreto usado comúnmente con fines estructurales. Para concretos con aplicaciones donde se requiere una resistencia de diseño, pero con un peso relativamente bajo, es decir, concretos que adquieren un peso inferior a 1 800 kg/m³; se emplean agregados con una densidad de masa reducida. 33 Por otro lado, existen los concretos con aplicaciones para escudos contra radiación, siendo denominados como concreto pesado, alcanzando un peso superior a 3 200 kg/m³, siendo aquellos que son elaborados con agregados de alta densidad y peso. 2.2.13. Componentes del Concreto Agregados. Son el componente más grande del hormigón, constituyen el 70-80% del volumen de hormigón estructural, en el que el 30% está ocupado por agregado fino y el 50% está ocupado por agregado grueso (Kanojia & Jain, 2017). Agregado Fino. Es arena o grava natural procedente de las rocas, representan el 35% al 45% del volumen total del concreto, sus partículas son limpias, duras y resistentes, de tal forma se considera agregado fino a la porción pasante por el tamiz de 9.51mm (N° 3/8) (Bacalla & Vega, 2019). El agregado fino debe componerse por partículas limpias, sobre todo libre de materia orgánica, el cual se mide mediante el ensayo ASTM C 40, de no cumplir con lo estipulado en la norma, se puede emplear dicho material, siempre y cuando se realice el ensayo de compresión a 7 días para morteros de arena sana y arena en cuestión (Torre, 2004). Agregado Grueso. Es grava natural o triturada cuyas partículas deben estar libres de contaminantes; se considera agregado grueso a la porción que se mantiene en el tamiz de 4,75 mm (De la Cruz & Guerrero, 2019). Sus fragmentos estarán conformados generalmente por perfiles angulares o semi angulares, con textura rugosa y sin material escamoso o partículas blandas, su resistencia debe ser mayor a 600 kg/cm² y de ser el caso de lavado de material, se debe realizar con agua libre de materia orgánica o sólidos en suspensión (Torre, 2004). 34 Cemento. Este es un conglomerante hidráulico, el cual se elabora mediante el método de moler las materias primas y mezclarlas estrechamente en proporciones ligadas y así quemarlas en el horno a altas temperaturas, alrededor de 1500˚C (Ranjitham et al., 2019). El cemento se encuentra compuesto por Clinker Portland y la incorporación de un pequeño porcentaje de sulfato de calcio. De acuerdo a la normativa técnica, tenemos cinco tipos que se describen en la tabla siguiente (Torre, 2004): Tabla 4. Tipos de cemento Tipos Características I Para uso general, sin requerimiento de propiedades especiales II Para uso general cuando se desee una resistencia moderada a sulfatos o moderado calor de hidratación III Para uso cuando se requiere una alta resistencia inicial IV Para uso cuando se desea bajo calor de hidratación V Para emplearse cuando se requiere una alta resistencia a los sulfatos. Nota: Tipos de cemento y sus características (Torre, 2004). De los cementos portland adicionados tenemos 03 tipos que se muestran en la tabla 5: 35 Tabla 5. Tipos de cemento con adiciones Tipos Características IP e IPM Cemento con incorporación de puzolana, uso similar al tipo I, recomendado en obras con ataques de aguas agresivas, es un cemento con moderado calor de hidratación y resistencia moderada a sulfatos MS Cementos se puede emplear en construcciones de concretos resistentes a la agresión química, idóneo para suelos salitrosos-húmedos. Poseen moderada resistencia a sulfatos y moderado calor de hidratación. ICo Este cemento es similar al tipo I, mejorado con más plasticidad, empleado generalmente en obras de concreto armado, tradicional, morteros, entre otras aplicaciones Nota: Tipos de cemento portland con adiciones (Torre, 2004). Propiedades del Cemento Finura. El grado de moliendo del polvo está expresada en m²/ kg, se puede determinar por medio del ensayo de detector de permeabilidad de Blaine y tubo de turbidímetro de Wagner. Su resistencia y rapidez de hidratación incrementa con la finura, pero también incrementa el calor de hidratación y cambios en el volumen (Torre, 2004). Peso Específico. El peso por unidad de volumen de cemento se expresa en gr/cm³, es empleado para calcular el diseño de mezcla del concreto, con un peso específico aproximado de 3.15. A la vez se puede determinar por medio del ensayo sobre el frasco de Le Chatelier de acuerdo con la (NTP 334.005, 2011) Tiempo de Fraguado. Se le denomina así, al tiempo que tarda en mezclarse el agua con el cemento y la solidificación de la pasta homogénea obtenida. Su unidad de medida son los minutos, y se toman las lecturas del tiempo de fraguado inicial y final. Dentro de los métodos para calcularlo tenemos las agujas de Vicat (NTP 334.006, 2013) y las agujas de Gillmore (NTP 334.056, 2022). 36 Agua. El agua utilizada para mezclar y curar debe estar limpia y libre de ácidos, álcalis, sales y materiales orgánicos que puedan dañar el concreto, de manera, que se recomienda el uso de agua potable para la mezcla de hormigón (Ranjitham et al., 2019). 2.2.14. Propiedades Físicas de los Agregados Porcentaje de Absorción. La absorción de agua es un parámetro de suma importancia; el ensayo consiste en medir los cambios de masa en los testigos después de 24 h de curado (Dias et al., 2022). Contenido de Humedad. Representa la cantidad de agua presente en el agregado, que generalmente se considera saturado y superficialmente seco. Al estar los poros abiertos y llenos de agua en su totalidad, no existe humedecimiento en la superficie, el agregado debe encontrarse en un estado óptimo para optimizar el diseño de mezcla.(Lozano, 2018). Granulometría. Lo conforman los áridos finos y gruesos entorno a la norma NTP 400. 037 y ASTM C 33; por otro lado, las gradaciones deben cumplir con lo que estipula la NTP 400.012, expresando que, para el concreto de alto desempeño, el tamaño del agregado tiene un efecto decisivo en la optimización de la resistencia; el máximo tamaño que se debe de usar es de 3/8 " a 1/2 ", y el tamaño nominal es de 1" cuando se agrega algún tipo de aditivos químicos al concreto. Los requisitos granulométricos se muestran en la tabla 5 y 6. 37 Tabla 6. Requisitos granulométricos para árido grueso. Tamaño Nominal % Pasa por tamices normalizados Milímetros (mm) pulgadas (") 100 mm (4'') 90 mm (3 1/2'') 75 mm (3'') 63 mm (2 1/2'') 50 mm (2'') 37.5 mm (1 1/2'') 25 mm (1'') 19 mm (3/4'') 12.5 mm (1/2'') 9.5 mm (3/8'') 4.75 mm (N°04) 2.36 mm (N°08) 1.18 mm (N°16) 90 - 37.5 3 1/2" - 1 1/2" 100 90 - 100 - - 25 - 60 - - 0 - 15 - - 0 - 5 - - - - - - - - - - 63 - 37.5 2 1/2 "- 1 1/2" - - - - 100 90 - 100 35 – 70 0 - 15 - - 0 - 5 - - - - - - - - - - 50 - 25 2" - 1'' - - - - - - 100 90 – 100 35 - 70 0 - 15 - - 0 - 5 - - - - - - - - 50 - 4.75 2" - N°04 - - - - - - 100 95 – 100 - 35 - 70 - - 10 - 30 - - 0 - 5 - - - - 37.5 - 19 1 1/2'' - 3/4 - - - - - - - - 100 90 - 100 20 - 55 0 - 15 - - 0 - 5 - - - - - - 37.5 - 4.75 1 1/2'' - N°04 - - - - - - - - 100 95 - 100 - 35 - 70 - - 10 - 30 0 - 5 - - - - 25 - 12.5 1" - 1/2" - - - - - - - - - - 100 90 - 100 20 - 55 0 - 10 0 - 5 - - - - - - 25 - 9.5 1" - 3/8" - - - - - - - - - - 100 90 - 100 40 - 85 10-40 0 - 15 0 - 5 - - - - 25 - 4.75 1" - N°04 - - - - - - - - - - 100 95 - 100 25 - 65 - - 0 - 10 0 - 5 - - 19 - 9.5 3/4'' - 3/8'' - - - - - - - - - - - - 100 90 - 100 20 - 55 0 - 15 0 - 5 - - - - 19 - 4.75 3/4" - N°04 - - - - - - - - - - - - 100 90 - 100 - - 20 - 55 0 - 10 0 - 5 - - 12.5 - 4.75 1/2" - N°04 - - - - - - - - - - - - - - 100 90 - 100 40 - 70 0 - 15 0 - 5 - - 9.5 - 2.38 3/8" - N°08 - - - - - - - - - - - - - - - - 100 85 - 100 10-30 0 - 10 0 - 15 Nota: Se muestran los porcentajes pasantes por tamaño nominal para el árido grueso. (Torre, 2004). 38 Tabla 7. Requisitos granulométricos para árido fino. Tamiz Límites totales % Pasa por los tamices normalizados C M F 9.50 mm (3/8'') 100 100 100 100 4.75 mm (N°04) 89 - 100 95 - 100 85 - 100 89 - 100 2.38 mm (N°08) 65 - 100 80 - 100 65 - 100 80 - 100 1.20 mm (N°16) 45 - 100 50 - 85 45 - 100 70 - 100 0.60 mm (N°30) 25 - 100 25 - 60 25 - 80 55 - 100 0.30 mm (N°50) 5 - 70 10 - 30 5 - 48 5 - 70 0.15 mm (N°100) 0 - 15 2 - 10 0 - 12* 0 - 12* Nota: Se muestran los porcentajes pasantes por tamiz para el árido fino. (Torre, 2004). Peso Unitario del Agregado. Es el máximo peso que el agregado puede soportar en un determinado volumen; en tanto el peso unitario compactado, es el peso que ocupan las partículas varilladas y compactadas por unidad de volumen, ayudando a que sus partículas eliminen espacios vacíos. (Rivas, 2019) Porosidad. Proviene del término “poro”, viene a ser el espacio libre de materia solida en partículas de agregados. Esta propiedad influye en la estabilidad química, resistencia mecánica, propiedades elásticas, resistencia a la abrasión, gravedad específica, permeabilidad y absorción. (Torre, 2004). Módulo de Fineza (MF). Las partículas deben estar comprendidas en el rango de 2.30  m.f.  3.10. El agregado fino que posee un valor de m.f. menor de 2.30 se consideran muy finos, y con esto llegan a traer varias consecuencias para el concreto, como requerir mayor consumo de cemento, y a su vez se realizarán cambios volumétricos de este (Coronacion, 2019). 39 Porcentaje de vacíos. Se le conoce así a la medida de volumen, el cual se expresa en porcentaje de espacios entre partículas de los agregados, depende de cómo se acomoden las partículas por lo cual, su valor es relativo, 2.2.15. Ensayos Físicos del Concreto Fresco Asentamiento: La prueba determina la consistencia del hormigón fresco antes de que fragüe; se realiza para evaluar la resistencia del concreto fresco y, por lo tanto, la facilidad con la que se puede mezclar, transportar, colar y consolidar (Prakash et al., 2020) . Figura 4. Asentamiento en el concreto. Nota. Medición de la trabajabilidad de la mezcla (Bamigboye et al., 2020) Contenido de Aire. Utilizado para determinar el contenido de aire que contiene la mezcla de concreto; se puede medir empleando diversos métodos, garantizando la calidad de la mezcla in situ mediante la norma (ASTM C 231). 40 Figura 5. Contenido de aire del concreto. Nota. Olla Washington para contenido de aire del concreto. (CONSTRUYORED, 2019) Temperatura. El control de la temperatura se encuentra regulada por la norma (NTP 339.184, 2021), que indica los procedimientos para la medición de temperatura del concreto con un termómetro de 0.5° C de precisión, estando introducido dentro de la mezcla por 2 min como mínimo y máximo de 5 mín. 41 Figura 6. Temperatura del concreto. Nota: Medición de temperatura del concreto en estado fresco. (Kincha, 2023) 2.2.16. Curado del Concreto Constituye en suministrar agua para hidratar el cemento después de haber fraguado. (Paredes, 2019). Se busca mantener el ambiente húmedo por varios días luego del vaciado del concreto, la finalidad es que el concreto adquiera su resistencia de diseño especificada, para poder evitar posibles rajaduras en su superficie (Aceros Arequipa, 2024). 2.2.17. Ensayos Mecánicos del Concreto Endurecido Ensayo a compresión. Es la capacidad del material de soportar cargas axiales que tienden a disminuir el tamaño, la máquina de prueba universal se emplea para medir la 42 resistencia a la compresión, este ensayo evalúa la seguridad, durabilidad e integridad del concreto (Ranjitham et al., 2019) Figura 7. Curado del concreto. Nota: Ensayo a compresión de un testigo cilíndrico de concreto. (Wikipedia, 2022) 43 Figura 8. Curado del concreto. Nota: Testigo del concreto posterior a la rotura a compresión. (Wikipedia, 2022) Tipos de fallas del concreto. Las fallas del concreto pueden darse por muchas razones, estás son clasificadas en 6 tipos, cada una con características y causas específicas. Al ensayar a compresión los testigos del concreto, los testigos tienen patrón de fractura tal cual como se muestra en la figura 10, tipo de falla 1 - 4, la máquina de ensayo no debe ser apagada hasta que se haya registrado el 95 % de la carga más alta; por otro lado, al ensayar con cabezales no normalizados, pueden ocurrir fracturas en las esquinas, siendo del tipo 5 o 6 como se muestra en la figura 10. Estas fallas principalmente son causas por aplastamiento o pandeo a causa de la carga aplicada excediendo su resistencia frente a la compresión, provocando una flexión o curvatura en el testigo de concreto (NTC 673, 2010). 44 Figura 9. Tipos de fracturas en testigos de concreto. Nota: Modelo de fracturas típicos de testigos de concreto (NTC 673, 2010). Ensayo a flexión. Se puede definir como la capacidad del material para resistir la deformación justo antes de que falle; la prueba de resistencia a la flexión se evaluó en una muestra de viga de tamaño 150 × 150 × 500 mm de curado especificado del hormigón. (Ahmad et al., 2021) La máquina de ensayo tiene que cumplir con los requisitos de las secciones en cuanto a las verificaciones estipuladas en la norma ASTM E 4; no se permiten máquinas de ensayos 45 manuales o improvisados, que no aplican una carga de manera uniforme o que genere golpes ni interrupciones en los testigos de concreto (NTP 339.078, 2012). Figura 10. Curado del concreto. Nota: Ensayo a flexión de testigos prismáticos (Ordoñez & Eguez, 2019) Ensayo a tracción. Se refiere a las tensiones generadas cuando se aplican cargas de compresión usando equipo de prueba de compresión de tal manera que una probeta cilíndrica de hormigón se parte verticalmente por la mitad (Ahmad et al., 2022). Este método consiste en aplicar fuerza de compresión diametral en función de toda la longitud de un espécimen cilíndrico con una velocidad preestablecida hasta que el testigo falle. La falla por tracción ocurre mucho antes en comparación que la de compresión, dado que las áreas de carga de aplicación se encuentran en un estado de compresión triaxial, permitiendo soportar esfuerzos de compresión más altos que el resultado obtenido con un ensayo de compresión uniaxial (NTP 339.084, 2017) 46 Figura 11. Curado del concreto. Nota: Ensayo a tracción por compresión diametral. (Ordoñez & Eguez, 2019) Módulo Elástico. Se realiza en especímenes cilíndricos a 28 días de curado; el propósito de esta prueba es calcular el módulo de elasticidad del concreto (Huseien et al., 2018). 2.3. Definición de términos básicos Concreto Esta es una mezcla de áridos, cemento, agua y en ocasiones aditivos; estos varían según el tipo de concreto que deseemos producir. En estado fresco es muy fácil de trabajar y moldear de acuerdo con nuestros requerimientos, y al endurecer el concreto, posee la propiedad muy importante para el ámbito constructivo que es la resistencia a la compresión. Cementos portland Este es un conglomerante que tiene diversos fines como la fabricación de concretos, morteros y lechadas, este es elaborado a través de la calcinación de la piedra caliza. Agregados 47 Conocidos también como áridos, estos se extraen del proceso de triturado de los recursos naturales como la piedra, son conocidos por ser un material granular que al combinarse con cemento y agua se obtiene la mezcla denominada concreto. Agregado fino Árido obtenido de la desintegración o trituración de una roca arenosa, este árido se le denomina fino ya que por su estructura traspasa la malla 3/8” y queda retenido en la malla N ° 200. Agregado grueso Árido obtenido de la desintegración o trituración de una roca más compacta o dura, este árido se le denomina grueso ya que por su estructura esta se retiene en la malla N°4. Agua Sustancia líquida incolora e inodora, está constituido por dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno, esta se encuentra en la naturaleza del planeta tierra en estado líquido, sólido y gaseoso, en un gran porcentaje y se puede utilizar para muchos fines a favor y desarrollo de la humanidad. Granulometría Es una de las varias cualidades físicas que tiene los agregados tanto finos (AF) y gruesos (AG), se realiza con la finalidad de conocer la distribución de las partículas, para el AF se conoce su módulo de fineza y para el AG se conoce su tamaño máximo nominal (TMN) y estos servirán para calcular las dosificaciones del concreto que se quiere elaborar mediante un diseño de mezcla. Módulo de Fineza 48 Es un dato adimensional que se conoce después de realizar el ensayo de granulometría del AF, esto nos permitirá evaluar qué tan fino es el material, y se obtiene dividiendo entre 100 a la suma de todos los porcentajes retenidos acumulados por tamices normalizados. Peso Unitario Es el peso que tienen un material en un m3; en el caso del concreto este peso unitario varia de los 2200 a los 2400 kg/m3. Dosificación Son las proporciones o pesos de los agregados, cemento, agua, y para determinados fines aditivos que se requiere para la producción del concreto, con el propósito de obtener un buen desempeño de resistencia y durabilidad a futuro de este. Fraguado Es el cambio que sufre el concreto al endurecer debido al desecamiento que sufre este, procedentes de la reacción química del agua con el cemento Portland. Cabe recalcar que el concreto a los 28 días de fraguado adquiere más del 90 % de su resistencia. Curado de Probetas de Concreto Es el proceso en el cual se cubre completamente las probetas de concreto de agua para que este no se requeme o sufra algún tipo de patología debido las propiedades químicas que presenta el cemento y de esta manera se pueda alcanzar la mayor parte de su resistencia para así poder cumplir las especificaciones. Absorción Propiedad física que presenta el agregado fino y grueso, consiste en llenar los vacíos de su estructura sumergiéndolos completamente en agua en un recipiente durante 24 horas. Durabilidad 49 Es la capacidad que tiene el concreto para enfrentar diversas patologías a lo largo de su vida útil, protegiendo al acero u otro elemento que este embebido en su interior. Resistencia Es la capacidad que presenta un material o una estructura para soportar distintos tipos de esfuerzos; en el ámbito del agregado grueso esta característica es muy importante para la producción de concretos para pavimentos rígidos, ya que estos estarán sometidos a cargas diariamente. 50 III. HIPOTESIS Y VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. Hipótesis principal Ha: El uso de la fibra del bonote de coco y aserrín tratado si influye en la resistencia a la flexión y tracción de un concreto f¨c 210 kg/cm². Ho: El uso de la fibra del bonote de coco y aserrín tratado no influye en la resistencia a la flexión y tracción de un concreto f¨c 210 kg/cm². 3.2. Hipótesis secundarias HE1: Ha1: Las propiedades físicas y químicas de la fibra de bonote de coco y aserrín tratado influyen en las propiedades físicas del concreto. Ho1: Las propiedades físicas y químicas de la fibra de bonote de coco y aserrín tratado no influyen en las propiedades físicas del concreto. HE2: Ha2: El uso de la fibra del bonote de coco y aserrín tratado si influye en la resistencia a la flexión de un concreto f¨c 210 kg/cm². Ho2: El uso de la fibra del bonote de coco y aserrín tratado no influye en la resistencia a la flexión de un concreto f¨c 210 kg/cm². HE3: Ha3: El uso de la fibra del bonote de coco y aserrín tratado si influye en la resistencia a la tracción de un concreto f¨c 210 kg/cm². Ho3: El uso de la fibra del bonote de coco y aserrín tratado no influye en la resistencia a la tracción de un concreto f¨c 210 kg/cm². 51 3.3. Variables e indicadores 3.3.1. Variable dependiente Propiedades mecánicas de un concreto 3.3.2. Variable independiente Fibra del bonote de coco y aserrín Las variables independientes se manipulan de manera intencional, por el contrario, las variables dependientes no son manipuladas, esto es porque las variables dependientes, son afectadas por las manipulaciones a la variable independiente del experimento. Gracias a ello, el investigador puede estudiar los cambios producidos en el principal resultado de interés que es medido como variable dependiente influenciada por la manipulación o modificaciones de la variable independiente. (Sybing, 2024) Se debe tener en cuenta que se pueden tener diversas variables dependientes, pero es muy difícil dar rigor a la investigación para múltiples variables independientes. (Sybing, 2024) 52 3.4. Operacionalización de las variables Tabla 8. Matriz de operacionalización de la variable dependiente. Variable de estudio Definición conceptual Definición Operacional Dimensiones Indicadores Ítems Instrumento Tipo de variable Propiedades mecánicas de un concreto Es la capacidad que tiene un material de sostener cargas de axiales (Ranjitham et al., 2019) Posterior al curado, las muestras se someterán a ensayos de resistencia a la compresión, flexión y tracción en edades de 7, 14 y 28 días. Diseño de mezcla Dosificación en Volumen m3 Observación y revisión de documentos y normativas como la Numérica Propiedades mecánicas Resistencia a la flexión MPa NTP 339.084 NTP 339.078 Resistencia a la tracción MPa Además de Fichas de recolección de datos y equipos de laboratorio. Nota: Elaboración propia 53 Tabla 9. Matriz de operacionalización de la variable independiente. Variable de estudio Definición conceptual Definición Operacional Dimensiones Indicadores Ítems Instrumento Tipo de variable Fibra de bonote de coco La fibra de bonote de coco es una fibra natural que se obtiene de las cáscaras de coco, asimismo, es económica y se puede comprar localmente en muchos países tropicales y semitropicales (Yashwanth et al., 2021) Se evaluará mediante dosificaciones de concreto, la primera dosificación no contará con adición de FBC y AS, la segunda y tercera dosificación presentara solo fibra de bonote de coco, la cuarta dosificación presentará solo el reemplazo de aserrín y por último la quinta y sexta dosificación presentaran ambos insumos en su composición del concreto para un diseño de f’c de 210 Kg/cm2 Dosificación de la fibra de bonote de coco en el concreto 1.50% kg Observación, revisión de documentos, fichas de recolección de datos y equipos de laboratorio. Numérica 3.00% kg Aserrín El aserrín es un material de desecho sólido que se obtiene como subproducto del procesamiento mecánico como cortar, moler, taladrar y desechar la madera en la industria maderera, asimismo (Khan et al., 2020) Dosificación de aserrín en el concreto 1.50% kg 54 IV. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 4.1. Diseño de Ingeniería. 4.1.1. Nivel o Alcance de la Investigación La presente investigación se realizó en un nivel o alcance descriptivo-comparativo, fue un estudio descriptivo ya que se describieron las propiedades físicas y químicas de FBC y AS, también la resistencia a la flexión y tracción del concreto empleando estos dos insumos en diferentes dosificaciones, y de esta manera poder realizar un análisis comparativo del precio de fabricación de cada uno de los concretos. 4.1.2. Tipo de Investigación Este proyecto de investigación se basó en el tipo de investigación aplicada: La investigación aplicada se centra específicamente en solucionar los problemas que se generan en el día a día de las personas, y a su vez desarrollar tecnologías innovadoras. Esto se realiza mediante la búsqueda de conocimientos previos para resolver dichos problemas, porque normalmente este tipo de investigación usa metodologías empíricas. (Rogríguez, 2020) Por lo tanto, se utilizó este tipo de investigación en nuestro proyecto con toda la información recopilada de diferentes fuentes confiables que nos servirá para reducir la degradación ambiental, mejorar las propiedades mecánicas del concreto endurecido, y reducir las patologías que puedan llegar a afectar a este. 4.1.3. Enfoque de la Investigación El presente proyecto de investigación se desarrolló con un enfoque cuantitativo: El propósito de la investigación cuantitativa fue describir, explicar y predecir los fenómenos puestos en investigación, examinando las diferentes regularidades y conexiones causales que se presente entre las variables, que es el principal objetivo de este enfoque, para 55 comprobar las diferentes hipótesis planteadas y la formulación y demostración de las teorías (Hernández & Mendoza, 2018). 4.1.4. Diseño de Investigación El proyecto tuvo un enfoque cuantitativo y fue un tipo de investigación experimental. La modalidad cuasi experimental utiliza al menos una variable independiente para evaluar su impacto y su relación con una o más variables dependientes. Sin embargo, son muy diferentes de los experimentos "puros" en términos de seguridad y confiabilidad, ya que pueden depender de la equivalencia inicial de los grupos; por consiguiente, los sujetos no se agrupan, sino que estos grupos se han formado antes del experimento (Hernández y otros, 2021). Por ende, esta investigación utilizó un tipo de material sostenible para la producción de concreto, adicionando FBC por peso del cemento y AS como sustituto parcial del AF, del cual se obtendrá un porcentaje óptimo, para luego a este adicionar fibra de bonote de coco, y se recolectarán los datos observados para poder compararlo con un concreto convencional. El diseño experimental, se detalla a continuación: XA YA GCA1 - GEA - OXA GCA2 - GEA1 - OXA1 GCA3 - GEA2 - OXA2 GCA4 - GEA3 - OXA3 GCA5 - GEA4 - OXA4 GCA6 - GEA5 - OXA5 Donde: GCA1 – GCA7: Grupo Control. 56 GEA: Grupo experimental de muestra patrón. GEA1: Grupo experimental adicionando 1.5 % de FBC. GEA2: Grupo experimental adicionando 3 % de FBC. GEA3: Grupo experimental reemplazando 1.5 % de AS. GEA4: Grupo experimental adicionando 1.5 % de FBC y reemplazando 1.5 % de AS. GEA5: Grupo experimental adicionando 3 % de FBC y reemplazando 1.5 % de AS. OXA: Observación de resultados de la muestra patrón. OXA1 – OXA5: Observación de resultados reemplazando FBC y AS. Tabla 10. Muestra de estudio Dosificación Curado (días) Resistencia a la tracción Resistencia a la flexión Total, de probetas Total, de vigas CP_0% 7 3 3 9 9 14 3 3 28 3 3 CP+ 1.5% FBC 7 3 3 9 9 14 3 3 28 3 3 CP+ 3.0% FBC 7 3 3 9 9 14 3 3 28 3 3 CP + 1.5% AS 7 3 3 9 9 14 3 3 28 3 3 CP + 1.5% FBC + 1.5% AS 7 3 3 9 9 14 3 3 28 3 3 57 Dosificación Curado (días) Resistencia a la tracción Resistencia a la flexión Total, de probetas Total, de vigas CP + 3.0% FBC + 1.5% AS 7 3 3 9 9 14 3 3 28 3 3 108 Nota: Las muestras de estudios por cada día de curado fue de 3 testigos, gracias a ello se determinó la variación estadística de dichos resultados obtenidos. 4.2. Métodos y Técnicas del Proyecto. 4.2.1. Métodos Se utilizará el análisis documental para la elaboración y ejecución del proyecto, donde se analizarán normas, libros, tesis, revistas, etc., que guarden relación con nuestro tema planteado. 4.2.2. Técnicas Las técnicas para el análisis de datos se definen de acuerdo a las características de los datos obtenidos de los trabajos realizados in situ y gabinete. Será necesario codificar y analizar los datos cuantitativos en bases de datos Excel o herramientas que permitan identificar, entender y procesar los datos de la información recogida de la investigación, mediante un proceso sistemático que permita visualizar la fase experimental. Luego, se realizará el análisis cuantitativo o estadístico por cada variable de estudio (Hernández & Duana, 2020). Observación. Es el proceso de recopilación de datos e información que implica el uso de los sentidos para observar los hechos; en el laboratorio, la observación es fundamental porque a través de esta el investigador manipulará y controlará las variables de estudio para analizar cómo afectarán la experimentación (Sánchez et al., 2018). En el presente estudio se utilizará la observación directa, puesto que a través de esta nos 58 permitirá recopilar cada uno de los datos que se vaya obteniendo de los ensayos que se efectuaran en el laboratorio de la resistencia a la flexión y tracción, siguiendo rigurosamente las Normas Técnicas Peruanas. 4.2.3. Instrumentos Se crearon formatos para la recolección y procesamiento de datos, que se adjuntaron a los datos de las pruebas realizadas para identificar las características de los materiales. Además, se emplearán como instrumentos los formatos expuestos por la NTP con la finalidad de recolectar datos de las variables, además se elaborarán formatos para la recolección de datos de las muestras en laboratorio. En la tabla 5 se detallan los métodos, técnicas e instrumentos de recolección de datos utilizados. Tabla 11. Pruebas estadísticas de la resistencia a la flexión a los 28 días de fraguado. MÉTODOS TÉCNICA INSTRUMENTO Características físicas y químicas del FBC y AS Observación directa Formato de laboratorio de acuerdo a las normas: ASTM y NTP Análisis de documentos Estudio de materiales pétreos Observación directa Formato de laboratorio de acuerdo a las normas: ASTM y NTP Análisis de documentos Diseño de mezclas Revisión documentaria Tablas de acuerdo al método ACI Análisis de documentos Propiedades mecánicas del concreto (Tracción y Flexión) Observación directa Ficha técnica Formato de laboratorio de acuerdo a las normas: ASTM y NTP Análisis de documentos Revisión documentaria Procedimiento de Análisis de Datos. Luego de realizarse los ensayos correspondientes y mediante la observación directa con ayuda de fichas de recolección de datos, se procederá hacer el 59 análisis conveniente en gabinete, para posteriormente ser transportados a una hoja de cálculo en Excel, y un documento Word donde se alojarán los gráficos e imágenes de dichos ensayos realizados en laboratorio. Los procedimientos para el análisis de los agregados y concreto se realizarán de acuerdo con la normativa vigente. 4.3. Diseño Estadístico Para la siguiente investigación se realizará un análisis estadístico basado en el chi-cuadrado, ya que esta prueba al ser una prueba no paramétrica nos permitirá determinar si las frecuencias observadas que en este caso serían las muestras, se ajusten a la frecuencia esperada que seria las muestras teóricas, y como consecuencia se podrá elaborar el análisis exhaustivo de las propiedades mecánicas del concreto de resistencia D210, tanto con adiciones de FBC y AS, como sin la incorporación de estos insumos. Ecuación para determinar el chi-cuadrado 𝑋2 =∑(𝑂 − 𝐸)2𝐸 Donde: X2: chi-cuadrado O: frecuencias observadas E: frecuencias esperadas 4.4. Técnicas y Herramientas Estadísticas Las dosificaciones del CP de resistencia a la compresión de D210, y las propiedades físico- mecánicas del concreto de tracción y flexión, se obtendrán mediante cálculos, análisis e interpretación de la información obtenida en el laboratorio. Por lo tanto, se utilizarán técnicas e instrumentos de recojo de datos como los siguientes: 60 Instrumentos: Se usarán tres principales software para la anotación, procesamiento y análisis de datos tales como: Excel, Word y IBM SPSS Statistics. Observación: Consta en ver y percibir atentamente la materia prima para poder tomar esa información y posteriormente registrarla para su respectivo análisis. Por tanto, se realizó la visita a las canteras y lugares para extraer los materiales necesarios para nuestra investigación correspondiente a la fabricación de concreto con adiciones de FBC y AS, donde previamente se tuvieron que determinar sus propiedades físicas y químicas. Análisis documental: Esta investigación nos ayudará a procesar los datos obtenidos en el laboratorio sobre las características físicas del agregado fino y grueso, las propiedades mecánicas del concreto con incorporaciones de FBC y el reemplazo del agregado fino por AS. Además, esta técnica comprende el proceso analítico de artículos, tesis, reglamentos y libros para que la presente investigación sea confiable. 61 V. DESARROLLO EXPERIMENTAL 5.1. Proyecto Piloto, Pruebas, Ensayos, Prototipos, Modelamiento. 5.1.1. Recolección y Ubicación de los Insumos Agregados. Se realizó un minucioso análisis de dos canteras muy concurridas en el departamento de Lambayeque, las cuales vienen siendo la cantera La Victoria y la cantera Pacherres con la finalidad de determinar sus características físicas, las cuales tienen que cumplir con los estándares mínimos especificados por las normas técnicas peruanas. Figura 12. Cantera La Victoria – AF. Nota: Elaboración propia 62 Figura 13. Cantera Pacherrez – AG. Nota: Elaboración propia Cemento. Se empleó el cemento Pacasmayo Tipo I, el cual se obtuvo de la ferretería JJ, Ferretería e Invernegocios, ubicada en la Av. Agricultura MZ. A, LT.1-2 P. AMP Saul Cantoral carretera Ferreñafe, ya que, este cemento cuenta en su ficha técnica su peso específico, el cual fue un valor ideal para el diseño de concreto. Agua. El agua empleada para las dosificaciones del diseño de mezcla y curado del concreto fue brindada por el laboratorio LEMS W&C ubicado en el kilómetro 3.5 de la Prolongación Bolognesi de la ciudad de Chiclayo, la cual fue agua potable libre de todo tipo de impurezas. Fibra de Coco. La FBC fue obtenida del mercado Modelo ubicado frente al ex coliseo cerrado del distrito de Chiclayo, en la región de Lambayeque, ya que en este se vende grandes 63 cantidades diariamente y por ende dejan grandes cantidades de este insumo. Luego fue llevado al laboratorio donde fueron peinadas, lavadas y curadas con cal en una dosificación de x gr de cal por x ml de agua, para luego recién poder ser agregadas al concreto. Aserrín. Fue obtenido de la carpintería Olivera S.A.C ubicada en la Av. Avenida Mariano Cornejo #957, J.L.O, Chiclayo, Perú. El material fue trasladado en sacos hacia el laboratorio, para después el material pasarlo por el tamiz N°4 y luego ser pesado por cada porcentaje seleccionado en nuestro diseño de mezcla. 5.1.2. Propiedades Físicas de los Agregados Análisis granulométrico. la realización de este ensayo se elaboró basándose en la NTP 400.012, con la finalidad de conocer el módulo de fineza del AF y el TMN del agregado grueso, ya que estos valores son indispensables para el cálculo de las dosificaciones mediante un diseño de mezcla. Herramientas y equipos utilizados: Báscula (sensibilidad 0.1 g) y tamices. Procedimiento: De las muestras de las canteras estudiadas se separó un fragmento de muestra, aproximadamente 1 y 3 kg para el agregado fino y agregado grueso respectivamente, los cuales fueron vertidos en los respectivos tamices ordenados en forma descendente con abertura normalizada por la normativa, para los áridos pétreos, con el propósito de registrar los pesos retenidos de dichos agregados en cada tamiz. 64 Figura 14. Análisis granulométrico del AF y AG. Nota: Elaboración propia Peso unitario de los agregados. Se empleó la NTP 400. 012 o ASTM C 136 Herramientas y equipos utilizados: Balanza, varilla de acero, cucharon y recipiente metálico. Procedimiento. Primero, con un cucharón, se elige la proporción del material y se coloca en un recipiente a una altura inferior a 5 cm para el peso suelto. Luego se nivela con una varilla de acero y se anotan los pesos. Se selecciona una proporción de material y luego se llena hasta la tercera parte del recipiente para el peso compactado, luego se repiten 25 golpes en tres capas. 65 Figura 15. Peso Unitario del AF y AG. Nota: Elaboración propia Contenido de humedad. Se empleó la NTP 339, 185 o ASTM C 566. Herramientas y equipos utilizados: Balanza (susceptibilidad 0.1 gr), varilla de acero y cucharon, recipiente metálico, y horno. Procedimiento. La muestra de agregados se pesa primero en a temperatura ambiente, luego se coloca en un recipiente metálico y va directo al horno. Los agregados se extraen para pesarlos al día siguiente y se registran todos los datos. 66 Figura 16. Contenido de Humedad del AF y AG. Nota: Elaboración propia Peso específico y absorción para el AF. Se empleó la NTP 400. 022 o ASTM C 128. Herramientas y equipos utilizados: Balanza (susceptibilidad 0.1 gr), picnómetro, cono truncado y horno Procedimiento. El material atraviesa la malla N°04, se examina y luego se lava. Como resultado, el AF se coloca a secar en el horno, se mezcla con agua y se extrae la muestra para pesar. 67 Figura 17. Peso Específico y Absorción del AF. Nota: Elaboración propia Peso específico y absorción para agregado grueso. Se empleó la NTP 400. 021 o ASTM C 127 Herramientas y equipos utilizados: Balanza (susceptibilidad 0.1 gr), cesta de metal, balde con agua, malla N°4 y horno Procedimiento. La muestra se lava para eliminar cualquier impureza, luego se coloca en el horno para que se seque adecuadamente y se coloca bajo agua. Cada material granular se extrae y se seca. 68 Figura 18. GDSG Peso Específico y Absorción del AG. Nota: Elaboración propia Ensayos Químicos de los materiales. Se realizaron pruebas químicas de acuerdo con las normas vigentes durante el estudio. Ensayo de Cloruros y Sulfatos. Este ensayo nos permite conocer la cantidad de cloruros y la concentración de sulfatos en las muestras de agregados. Por otro lado, el valor que se obtiene de este ensayo se basa en la concentración de sulfatos presentes en las muestras a evaluar. Para ello se emplearon normativas de sulfatos NTP,339. 117 y Cloruros NTP 339. 178, para identificar los elementos que podrían ser dañinos al concreto debido a su alta concentración. Ensayo de Sales Solubles. Este ensayo busca conocer las concentraciones de sales solubles en la muestra de agregados dado que el ataque de sales al cemento causa perdida de resistencia mecánica, generado por las modificaciones moleculares que implican un incremento de volumen, causando fisuración en el concreto, para lo cual rigió la norma NTP 339. 152 69 5.1.3. Ensayos de concreto fresco. Asentamiento. Se empleó la NTP 339. 035 o ASTM C1 43 Herramientas y equipos utilizados: Balanza, varilla de acero con punta roma, cono Abrams y cucharon metálico. Procedimiento. Luego de mezclar los materiales, se coloca la mezcla en estado fresco en el cono de Abrams, previamente humedecido, se presionan las asas del cono, para colocar la mezcla en 03 capas, con 25 veces varillado en forma espiral, y golpeado con un mazo de goma, para proceder a medir la altura del asentamiento en la mezcla. Figura 19. Prueba de asentamiento del concreto. Nota: Elaboración propia Temperatura. Se utilizó la NTP 339. 184 o ASTM C 1064 Herramientas y equipos utilizados: Termómetro y carretilla Procedimiento. El termómetro se coloca en la superficie de concreto fresco por al menos cinco minutos para medir la lectura. Después de esto, se registran los datos. 70 Figura 20. Prueba de Temperatura del concreto. Nota: Elaboración propia Peso Unitario. Se utilizó la NTP 339. 046 o ASTM C 138 Herramientas y equipos utilizados: Balanza, varilla de metal con punta roma, recipiente de metal y martillo de goma Procedimiento. Se comienza colocando mezcla en un tercio de su capacidad y se compactará con 25 golpes por 3 capas. Además, se golpeará con el mazo para extraer el aire contenido dentro. Posteriormente, se utiliza una varilla para enrasar el material sobrante de la mezcla para medir el tamaño y peso del concreto 71 Figura 21. Prueba de Peso Unitario del concreto. Nota: Elaboración propia Contenido de aire. Se rigió a la NTP 339. 046 o ASTM C 138 Herramientas y equipos utilizados: Balanza, varilla de metal con punta roma, recipiente de metal y martillo de goma Procedimiento. La prueba se lleva a cabo utilizando la olla de Washington, en la que se compacta el concreto con 25 golpes, un procedimiento similar al peso unitario. Después, la olla se cierra y se agrega agua, para registrar las lecturas. 72 Figura 22. Prueba de Contenido de Aire del concreto. Nota: Elaboración propia 5.1.4. Ensayos de concreto endurecido Resistencia a la flexión. Se rigió a la NTP 339. 078 o ASTM C 78. Herramientas y equipos utilizados: Balanza, equipo de ensayo calibrado, vernier, regla y placas metálicas Procedimiento. Primero, se utiliza una regla para medir la longitud de cada viga de concreto. Después, se trazan los tercios del testigo prismático con una distancia de 2,5 cm desde los bordes. Luego, se colocan en la plataforma de metal y se aplican cargas sin superar las velocidades establecidas por la norma hasta que el concreto falle. 73 Figura 23. Ensayo de probeta para la resistencia a Flexión del concreto. Nota: Elaboración propia Resistencia a la tracción. NTP 339. 084 o ASTM C 496. Herramientas y equipos utilizados: Balanza, equipo de ensayo calibrado, vernier, regla y placas metálicas Procedimiento. Primero, se usa un Vernier para medir dos veces la altura de cada muestra de concreto, y luego se pone la probeta en forma transv