Diseño de concreto f’c = 280 kg/cm2 con fibras de polipropileno y acero para mitigar el deterioro de estructuras de concreto expuestas a incendios a través de ensayos a 350 °C en edificaciones en Cercado de Lima, Perú

Abstract

La presente investigación evalúa el impacto del fuego en estructuras de concreto expuestas a altas temperaturas, proponiendo el diseño de un concreto de f’c = 280 kg/cm² con adición de fibras de polipropileno (PP) y acero (ST) para mejorar sus propiedades antes y después de la exposición a 350 °C en edificaciones del Cercado de Lima. Se caracterizaron los materiales mediante ensayos de granulometría, peso específico, absorción y humedad, y se compararon los métodos de diseño ACI y Módulo de Fineza, seleccionando este último por su mejor equilibrio granulométrico. Se elaboraron probetas cilíndricas de 4”×8” con tres dosificaciones de PP (0.10%, 0.25% y 0.30%) y 1.00% de ST, curadas a 7, 14 y 28 días, y expuestas a 350 °C durante 3 horas. Se evaluaron el asentamiento, temperatura, peso unitario, contenido de aire, resistencia a la compresión y pérdida de masa. Los resultados mostraron que la mezcla con 0.25% de PP y 1.00% de ST incrementó su resistencia en 5.59% a los 28 días después de la exposición térmica. En conclusión, la combinación de fibras cumple los objetivos planteados, mejorando la resistencia residual y la estabilidad térmica del concreto frente a incendios urbanos.

The present research evaluates the impact of fire on concrete structures exposed to high temperatures, proposing the design of a concrete mix with a compressive strength of f’c = 280 kg/cm² incorporating polypropylene (PP) and steel (ST) fibers to improve its properties before and after exposure to 350 °C in buildings located in Cercado de Lima. The materials were characterized through granulometric analysis, specific gravity, absorption, and moisture tests, and the ACI and Fineness Modulus mix design methods were compared, selecting the latter for its better aggregate gradation balance. Cylindrical specimens (4”×8”) were prepared with three PP dosages (0.10%, 0.25%, and 0.30%) and 1.00% ST, cured for 7, 14, and 28 days, and subsequently exposed to 350 °C for 3 hours. Tests included slump, temperature, unit weight, air content, compressive strength, and mass loss. The results indicated that the mix containing 0.25% PP and 1.00% ST achieved a 5.59% increase in compressive strength at 28 days after thermal exposure. In conclusion, the proposed fiber combination meets the established objectives, improving the residual strength and thermal stability of concrete subjected to fire in urban environments.