UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL DECANATO DE...

"DETERMINACION COMPRESIÓN A LOS 28, 56, Y 90 DÍAS DE MEZCLAS DE CONCRETO CON LA SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL CEMENTO ADICIONADO PARENA DE SÍLICE.

UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL

“LISANDRO ALVARADO”

DECANATO DE INGENIERIA CIVIL

"DETERMINACION DE LA INFLUENCIA SOBRE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 28, 56, Y 90 DÍAS DE MEZCLAS DE CONCRETO CON LA SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL CEMENTO ADICIONADO PARENA DE SÍLICE.

Barquisimeto, 2014

DE LA INFLUENCIA SOBRE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 28, 56, Y 90 DÍAS DE MEZCLAS DE CONCRETO CON LA SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL CEMENTO ADICIONADO P OR

"DETERMINACION COMPRESIÓN A LOS 28, 56, Y 90 DÍAS DE MEZCLAS DE CONCRETCON LA SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL CEMENTO ADICIONADO P OR ARENA DE SÍLICE.

UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL

“LISANDRO ALVARADO”

DECANATO DE INGENIERIA CIVIL

"DETERMINACION DE LA INFLUENCIA SOBRE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 28, 56, Y 90 DÍAS DE MEZCLAS DE CONCRETCON LA SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL CEMENTO ADICIONADO P OR ARENA DE SÍLICE.

Elaborado por:

Br. VICTOR CRESPO

Br. EDWIN ALEXADER MOGOLLON

TUTOR: Ing. Alejandro Giménez.

Barquisimeto, 2014

DE LA INFLUENCIA SOBRE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 28, 56, Y 90 DÍAS DE MEZCLAS DE CONCRETO CON LA SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL CEMENTO ADICIONADO P OR

AGRADECIMIENTOS

Primeramente queremos agradecer a Dios, por habernos guiado a lo largo de

nuestra carrera, por ser nuestra fortaleza en los momentos difíciles y brindarnos una

vida llena de gratos momentos y darnos la oportunidad de cumplir una de las metas

más importantes de nuestras vidas.

A la Universidad Centroccidental "Lisandro Alvarado" por ser nuestra casa

de estudios, permitiendo nuestra formación como profesionales integrales, resaltando

la ética, valores y el compromiso con nuestro país.

Queremos agradecer de la forma más sincera posible a todas y cada una de las

personas que prestaron su apoyo de forma incondicional para el desarrollo del

presente trabajo de grado brindándonos su colaboración y motivación haciendo de

alguna forma nuestro trabajo más sencillo, entre los cuales se encuentran nuestro tutor

y amigo Profesor Alejandro Giménez por guiarnos en esta etapa de la carrera y

habernos brindado de manera gentil sus conocimientos a lo largo de todo nuestro

trabajo.

Al Técnico Héctor Encinoza, por su valiosa colaboración, asesoría y

dedicación durante cada uno de los ensayos realizados en el Laboratorio de

Materiales de Construcción.

A todos nuestros compañeros, amigo y familiares queremos darle las gracias por ser

parte de este gran logro.

Víctor Crespo y Edwin Mogollón

DEDICATORIA

En primer lugar quiero agradecer a mi DIOS bueno y verdadero

JESUCRISTO por permitirme gozar de una buena vida llena de salud y colocar en

mi camino a todas las grandes personas que de una u otra forma formaron parte

fundamental en alcanzar una de las muchas metas pautadas.

A mi madre Silvia de Mora por apoyo incondicional en cada uno de los

momentos difíciles en esta etapa de mi vida, dándome ánimos en cada momento,

recordándome que uno puede transformar su destino con las acciones que ejercemos.

Muchas gracias mama no tengo como pagar tanto amor y sacrificio.

A mis hermanos Cristina, Marlín, David por siempre apoyarme en todo y

demostrar su cariño de las maneras posibles esto es parte de ustedes.

A mí cuñado Erizón y amigo Luis Morillo y Exequiel Mora por ser

excelentes personas la cuales han sido incondicionales, serviciales, buenas para

conmigo, apoyándome en todo momento y más aun por siempre animarme y darme

palabras de aliento cuando las necesite.

A mis amigos y panas Marcelinicus quintus meridius, el pequeño Juan,

Llijad , Víctor (margaro), Didson, Carlos (mamera), Carlos (Mr. burns), imanuel

(panadeiro) por siempre compartir los buenos y malos momentos pero siempre con

una buena aptitud, dando lo mejor para ser en algún momento de la vida los mejores.

A madre, padre y hermana Marlene y Tomas, Patricia, por siempre recibirme

en su casa con la mejor disposición del mundo gracias por ser tan generosos y

amables para conmigo.

Y por ultimo pero no menos importante a mi novia Leiddy por ser tan

amorosa conmigo, por darme apoyo en cada momento desde que estamos juntos y

más aun por comprenderme siempre. Por todo eso y más quiero decirte que eres la

mujer perfecta.

DEDICATORIA

A Jesús, María y José, por estar presentes día a día en cada momento de mi

vida, llenándome de bendiciones, salud y fuerzas para seguir adelante, superando los

obstáculos que se presentan a lo largo de mi camino y permitir alcanzar el éxito.

A mi madre Madeleine Mogollón, por la educación que me ha dado, basada

en valores, respeto y amor. Gracias a usted he llegado a esta gran etapa de mi carrera.

Sin su apoyo incondicional, su gran esfuerzo, palabras de aliento y confianza en mí,

esto no sería posible. Mi logro lo comparto con usted así como he compartido el

amor mutuo del lazo que nos une. Te admiro madre.

A mis hermanas y hermanos Maigle, Raudy, Yiretzi, Wilmer, Lisbeth, Edgar

y Jorge por los sabios consejos y ayudarme en todo lo que fue posible a lo largo de

mi carrera sin esperar nada a cambio, es una bendición tenerlos a todos, los quiero

mucho.

A mí cuñado Carlos, Sobrina Camila y sobrino Jorge por tenerme presente y

brindarme su apoyo.

A la memoria de quien fue una persona muy especial para mí, Sra Petra Pérez,

quien me hizo sentir como un miembro más de su familia en su hogar, brindándome

momentos de alegría con sus lindas ocurrencias, Te extrañamos.

A mis amigas y amigos Jeaneth, Aura, Armanda, Anamileth, Gisela, Mirla,

Yadira, Felenny, Fabiola, Kleiwer, Octavio, Jhon, Marcelino, Didson, Frerikson,

José Miguel y Hugo con quienes he compartido grandes e importantes momentos.

A todas aquellas personas que formaron parte de mi vida y me motivaron para

lograr este mérito. A TODOS, muchísimas gracias por ser parte de este gran logro.

Edwin Mogollón

INDICE GENERAL

Pag. RESUMEN……………………………………………………………………….. I

INTRODUCCIÓN………………………………………………………………... 1

CAPITULO I. EL PROBLEMA

Planteamiento del Problema……………………………………………………… 3

Objetivos de la investigación…………………………………………………….. 6

Objetivo General……………………………………………………………......... 6

Objetivos Específicos….…………………………………………………………. 6

Justificación………………………………………………………………………. 7

Alcances………………………………………………………………………….. 8

Limitaciones……………………………………………………………………… 9

CAPITULO II. MARCO TEÓRICO

Antecedentes de la Investigación………………………………………………… 10

Bases Teóricas……………………………………………………………………. 16

Componentes De Concretos Convencionales……………………………………. 16

Definición De Términos Básicos………………………………………………… 23

CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO

Tipo de Investigación…………………………………………………………….. 25

Método de Diseño………………………………………………………………... 27

Composición de la Mezcla……………………………………………………….. 27

Mezcla Patrón…………………………………………………………………….. 28

Caracterización de los Agregados………………………………………………... 28

Caracterización de la Arena de Sílice…………………………………………….. 36

Granulometría…………………………………………………………………….. 36

Evaluación Física de las mezclas en estado fresco……………………………….. 39

Evaluación Mecánica de las mezclas en estado endurecido……………………… 41

CAPITULO IV. ANALISIS DE RESULTADOS

Análisis E Interpretación de los Resultados……………………………………… 43

Caracterización de los Agregados………………………………………………... 43

Propiedades del Concreto en Estado Fresco……………………………………… 47

Asentamiento…………………………………………………………………... 47

Peso Unitario…………………………………………………………………... 48

Propiedades Del Concreto En Estado Endurecido……………………………….. 49

Resistencia a la Compresión.…………………………………………………... 49

Criterio De Aceptación Y Rechazo………………………………………………. 54

CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones……………………………………………………………………... 58

Recomendaciones………………………………………………………………… 60

REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS...…………………………………………. 61

FIGURAS………………………………………………………………………… 64

ANEXOS…………………………………………………………………………. 74

INDICE DE FIGURAS

FIGURAS Pag.

Figura N° 1. Método de Cuarteo para agregado fino……………………………... 64

Figura N° 2. Método de Cuarteo para agregado grueso…………………………... 64

Figura N° 3. Tamizadora para agregado fino……………………………………... 64

Figura N° 4. Tamizado para agregado grueso…………………………………….. 64

Figura N° 5. Peso de agregado grueso seco………………………………………. 65

Figura N° 6. Agregado fino y grueso sumergido…………………………………. 65

Figura N° 7. Agregado grueso Sss………………………………………………... 65

Figura N° 8. Balanza Hidrostatica………………………………………………... 65

Figura N° 9. Secado en hornilla, agregado grueso………………………………... 66

Figura N° 10. Agredo fino Sss……………………………………………………. 66

Figura N° 11. Peso de agregado fino seco……………………………………….. 66

Figura N° 12. Matraz de chapman………………………………………………... 67

Figura N° 13. Secado en hornilla, agregado fino…………………………………. 67

Figura N° 14. Secado en hornilla, agregado grueso………………………………. 67

Figura N° 15. Envase con muestra suelta para agragdo Fino……………………. 68

Figura N° 16. Envase con muestra suelta para agregado fino……………………. 68

Figura N° 17. Envase con muestra compactada para agregado fino…………….. 68

Figura N° 18. Envase con muestra compactada para agregado grueso…………... 69

Figura N° 19. Ensayo de cloruro de sulfato………………………………………. 69

Figura N° 20. Ensayo de cloruro de sulfato………………………………………. 69

Figura N° 21. Lavado del agrgado fino…………………………………………… 69

Figura N° 22. Lavado del agrgado grueso………………………………………... 69

Figura N° 23. Mezclado de concreto……………………………………………... 70

Figura N° 24. Compactacion del concreto en cono de ABRAMS……………….. 70

Figura N° 25. Medicion del asentamiento de la mezcla de concreto……………... 70

Figura N° 26. Mezclado de concreto……………………………………………... 71

Figura N° 27. compactacion de la mezcla en los moldes normalizados…………. 71

Figura N° 28. Colocacion de la mezcla en los moldes normalizados……………. 71

Figura N° 29. Fraguado de la mezcla……………………………………………... 72

Figura N° 30. cilindros sumergidos………………………………………………. 72

Figura N° 31. Compresion de provetas en prensa Universal……………………... 72

Figura N° 32. Lectura de carga aplicada………………………………………….. 72

INDICE DE CUADROS

CAPÍTULO III Pag.

Cuadro N° 1. Ensayo de Granulometría…………………………………………... 29

Cuadro N° 2. Ensayo de Peso Específico Agregado Grueso……………………... 30

Cuadro N° 3. Ensayo de Peso Específico Agregado Fino………………………... 31

Cuadro N° 4. Ensayo de Peso Unitario de los Agregados………………………... 32

Cuadro N° 5. Ensayo de Impurezas Orgánicas...…………………………………. 33

Cuadro N° 6. Ensayo de Cloruros y Sulfatos……………………………………... 34

Cuadro N° 7. Ensayo del Material más fino que el cedazo #200…………………. 35

Cuadro N° 8. Método de Mezcla de Concreto……..……………………………. 38

Cuadro N° 9. Ensayo de Asentamiento…………………………………………… 39

Cuadro N° 10. Ensayo de Peso Unitario de los agregados………………………. 40

Cuadro N° 11. Ensayo de Compresión de cilindros de Concreto.………………... 41

INDICE DE GRAFICOS

CAPÍTULO IV Pag.

Gráfico N˚ 1. Granulometría del Agregado Grueso………………………………. 44

Gráfico N˚ 2. Granulometría del Agregado Fino…………………………………. 46

Gráfico N˚ 3. Asentamiento………………………………………………………. 47

Gráfico N˚ 4. Peso unitario de las mezcla de estudio…………………………….. 48

Gráfico N˚ 5. Resistencia a compresión a los 28 días…………………………….. 50



Gráfico N˚ 8. Resistencia a compresión de las diferentes mezclas de estudio…… 53

Gráfico N˚ 9. Evaluación de las mezclas a los 28 días…………………………… 54

Gráfico N˚ 10. Evaluación de las mezclas a los 28 días…………………………. 55



Gráfico N˚ 13. Evaluación de las mezclas a los 90 días………………………….. 56

Gráfico N˚ 14. Evaluación de las mezclas a los 90 días………………………….. 57

ANEXOS

Gráfico N˚ 9. Combinación de agregados β………………………………………. 80

INDICE DE TABLAS

CAPÍTULO III Pag.

Tabla N° 1. Granulometría de Arena de Sílice…………………………………… 36

Tabla N° 2. Dosificación para concreto 250 Kg/cm2 PATRON………………….. 37

Tabla N° 3. Dosificación para concreto 250 Kg/cm2 SUSTITUCION…………… 37

CAPITULO IV

Tabla N° 4. Caracterización del Agregado Grueso……………………………….. 43

Tabla N° 5. Caracterización del Agregado Fino………………………………….. 45

ANEXOS

Tabla N° 6. Granulometría del Agregado Grueso………………………………… 74

Tabla N° 7. Granulometría del Agregado Fino…………………………………… 74

Tabla N° 8. Peso Específico y Absorción del Agregado Grueso………………… 75

Tabla N° 9. Peso Específico y Absorción del Agregado Fino…………………… 75

Tabla N° 10.Peso Unitario Suelto y Compacto del Agregado Grueso…………... 76

Tabla N° 11. Peso Unitario Suelto y Compacto del Agregado Fino……………… 76

Tabla N° 12. Valores Usuales de las Relaciones Peso/Volumen de los Agregados no Livianos………………………………………………………………………...

77

Tabla N° 13. Material más Fino que el Cedazo #200. Agregado Grueso………… 77

Tabla N° 14. Material más Fino que el Cedazo #200. Agregado Fino…………… 77

Tabla N° 15. Impurezas Orgánicas……………………………………………….. 78

Tabla N° 16. Agua de Mezclado………………………………………………….. 85

Tabla N° 17. Resistencia a la Compresión y Relación Agua Cemento………….. 86

Tabla N° 18. Volumen de Agregado Grueso Para un Volumen Unitario de Concreto…………………………………………………………………………...

86

Tabla N° 19. Corrección Higroscópica Para F’c 250 Kg/Cm2…………………… 90

Tabla N° 20. Asentamiento Para F’c 250 Kg/Cm2……………………………….. 91

Tabla N° 21. Peso Unitario Para F’c 250 Kg/Cm2……………………………….. 91

Tabla N° 22. Resistencia a Compresión Para f’c 250 Kg/cm2 a los 28 días……... 92



"DETERMINACION DE LA INFLUENCIA SOBRE LA RESISTENC IA A COMPRESIÓN A LOS 28, 56, Y 90 DÍAS DE MEZCLAS DE CONCRETO CON LA SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL CEMENTO ADICIONADO P OR ARENA DE SÍLICE”.

Elaborado por:

Br. CRESPO VICTOR Br. MOGOLLON EDWIN ALEXADER

TUTOR: Ing. Alejandro Giménez. Departamento de Construcción

RESUMEN

El presente trabajo de investigación tiene como finalidad evaluar el comportamiento de las propiedades físicas y mecánicas de mezclas de concreto de resistencia normales utilizados en elementos estructurales, sustituyendo parte del peso del cemento por arena de sílice. Para ello, se realizaron diseños de mezclas tomando como variable fija la resistencia de diseño, asentamiento y el tamaño del agregado a utilizar determinando la relación agua-cemento. Esto, siguiendo la metodología establecida por Joaquín Porrero en el Manual del Concreto Estructural, de acuerdo a la Norma COVENIN 1753-03 y el método ACI. Las propiedades físicas estudiadas en las diversas mezclas en estado fresco fueron asentamiento y peso unitario. Por otra parte, las propiedades mecánicas en estado endurecido fueron la resistencia a la compresión. El tipo de cemento empleado para la ejecución del estudio fue CPCA 2 mientras que la adición considerada fue arena de sílice. Para lograr el estudio, fue necesario elaborar cilindros normalizados de concreto los cuales fueron ensayados a compresión, a veintiocho (28), cincuenta y seis (56) y noventa (90) días. Los resultados obtenidos se analizaron y compararon con las Normas COVENIN, para determinar si los ensayos realizados a las mezclas de concreto durante su confección se encontraban dentro de los límites establecidos. Durante el proceso se observó la evolución de las mezcla a diferentes edades establecidas con sus respectivas resistencias alcanzadas. Evidenciando incrementos de resistencia, destacando que los métodos utilizados para la mezcla patrón cumplieron con las expectativas establecidas al comienzo de presente trabajo dando respuesta a muchas interrogantes sobre su utilización en obras para elementos estructurales. En cuanto a la utilización de los métodos con sus respectiva sustitución, se observa que el método porrero cumple con los parámetros presentando incrementos de resistencias aunque menores que su mezcla patrón, en cambio para el método ACI no es recomendable ya que para ninguna de las edades la adición no reacciono de la manera esperada asumiendo que para este método su velocidad es muy baja como para implementarlo en obras que es el objetivo de todas las investigaciones que se realizan en la actualidad, ya que eso permite conocer las cualidades de los materiales empleados actualmente.

Palabras claves: diseño de mezcla, asentamiento, arena de sílice, cementos adicionados y resistencia a compresión.

INTRODUCCIÓN

En los últimos años se han intensificado investigaciones relacionadas con el

mejoramiento de los materiales utilizados en obras de ingeniería, con el objeto de

mejorar sus propiedades y disminuir el costo de fabricación y los que en su

utilización implique. Una de las últimas tecnologías desarrolladas con muchas

aplicaciones en este campo es la utilización de cementos adicionados y la

incorporación de humo de sílice, cenizas volantes, escorias de alto horno o de

fundición y las cenizas de cascaras de arroz, ya que en la actualidad se han estado

probando nuevas relaciones con diferentes productos, buscando un mejor desempeño

en obra y logrando de esta manera corregir algunos de los innumerables problemas

que atacan a las edificaciones y medio ambiente.

Es en el marco de esta tecnología que se desarrolla el presente trabajo, que

tiene como objetivo principal la determinación de la influencia sobre la resistencia

mecánica y las propiedades físicas de concretos modificados con la incorporación de

arena de sílice y cementos adicionados, para ello, se realizaran diseños de mezclas

utilizando la aplicación de los métodos planteados en el Manual de Concreto

Estructural y ACI cumpliendo con lo establecido en la norma COVENIN. (1753-03)

Las adiciones pueden ser añadidas a la mezcla de concreto como un cemento

o como un ingrediente dosificado pero necesitan cumplir con normas establecidas

para su uso en el concreto, Entre las adiciones se puede considerar el arena de sílice,

partículas finas que cuando se le añade al concreto, físicamente llena los espacios

vacíos entre las partículas de cemento obteniéndose un concreto extremadamente

denso e impermeable y a su vez mejora la durabilidad y la resistencia.

También se encuentran los cementos adicionado, es decir, aquellos logrados

restando una porción al portland e incorporando otros aditivos de adhesión, por

ejemplo, mas piedra caliza triturada, pero sin ser sometida a altas temperaturas.

En Venezuela aunque pudiera colaborar a degradar menos el ambiente, la

razón para fabricar cementos adicionados es el déficit que existe del producto, se

desconocen las razones por las cuales el cemento tradicional ha desaparecido, no se

sabe si es un problema de producción, comercialización o de materia prima. Dada

esta condición, producir cementos adicionados puede ser una solución al problema

por que ahorra materia prima y contamina menos el ambiente. En nuestro país se

están produciendo dos tipos de cementos adicionados el CPCA1 y el CPCA2 la

diferencia es que uno contiene mayor porcentaje de adición que el otro.

Para determinar la influencia de sílice y cementos adicionados en el concreto,

se realiza un trabajo experimental que consiste en la inspección visual de la mezcla en

cuanto a su trabajabilidad, asentamiento y también en la resistencia mecánica, el cual

consta de un ensayo de inmersión de pequeños cilindros normalizado de concreto la

cual después de un proceso de curado habiendo cumplido con el tiempo estipulado

son ensayados a compresión, Al finalizar los ensayos, se analizan los resultados

obtenidos y se verifica si cumple con los requerimientos de resistencia y se decide

cuál de las mezclas elaboradas por ambos métodos es la más conveniente.

CAPITULO I

EL PROBLEMA

Planteamiento del Problema

En nuestro país durante años se ha utilizado el cemento como elemento

primordial en todos los trabajos relacionado con la construcción, durante ese tiempo

los adelantos tecnológicos y los requerimientos de obras han influido en la creación

de nuevos materiales que han implicado el estudio exhaustivo de las propiedades del

cemento usado tradicionalmente para garantizar su resistencia, durabilidad,

trabajabilidad entre otras.

El cemento es el componente activo del concreto e influye en todas las

característica de este material, constituye aproximadamente un 20 % del peso del

concreto y se obtiene a partir de materias primas abundantes en la naturaleza, Cuando

se habla de cemento implícitamente se alude al cemento portland ya que es usado

exclusivamente con fines estructurales y que presenta una muy buena calidad. El

cemento portland es una especie de cal hidráulica perfeccionada, se produce haciendo

la combinación de materias de carácter acido provenientes de arcillas con otras de

carácter básico aportadas por calizas.

Existen diversos tipo de cemento, el portland debido a sus propiedades y

composición ha marcado pauta en todas las obras a nivel nacional por su

confiabilidad, que al mezclarlos con agua, agregado fino (arena), agregado grueso

(piedra) y en algunos casos la incorporación de un cuarto componente denominado

aditivo, que mejora algunas de sus propiedades, produce una pasta que al reaccionar

químicamente da vida a lo que denominamos concreto.

De esta manera la unión de los componentes antes mencionados del concreto

producen una masa plástica y fluida que en estado fresco adopta casi cualquier forma,

esta mezcla puede ser colocada y moldeada con relativa facilidad, pero gradualmente

pierde esta característica y al cabo de algún tiempo se vuelve rígida y comienza a

adquirir las propiedades, aspecto y comportamiento de un cuerpo solido, para

convertirse finalmente en el material mecánicamente resistente que es el concreto

endurecido.

También se encuentran los cementos adicionado, es decir, aquellos logrados

restando una porción al portland e incorporando otros aditivos de adhesión, por

ejemplo, mas piedra caliza triturada, pero sin ser sometida a altas temperaturas. Si le

quitamos algunos componentes mineralógicos al cemento y le adicionamos caliza, las

propiedades químicas y alcalinas tienden a variar de manera significativas.

Los cementos adicionados son un tema novedoso y se ha convertido en un

fenómeno mundial ya que las industrias cementeras son altamente contaminantes por

su producción de dióxido de carbono (CO2), entre otros elementos. En la búsqueda

de la disminución de emanación de este agente contaminante, se comienza a producir

internacionalmente lo que se denomina cemento adicionado. Con esto se busca

evaluar el comportamiento de dichos cementos en la elaboración de concreto armado,

ya que este material sirve para levantar estructuras de las cuales deben garantizarse

resistencia, durabilidad y seguridad.

En Venezuela aunque pudiera colaborar a degradar menos el ambiente, la

razón para fabricar cementos adicionados es el déficit que existe del producto, se

desconocen las razones por las cuales el cemento tradicional ha desaparecido, no se

sabe si es un problema de producción, comercialización o de materia prima.

Dada esta condición, producir cementos adicionados puede ser una solución al

problema por que ahorra materia prima y contamina menos el ambiente. En nuestro

país se están produciendo dos tipos de cementos adicionados el (CPCA 1) y el

(CPCA 2) la diferencia es que uno contiene mayor porcentaje de adición que el otro.

Por todo lo expuesto anteriormente, se establece que la finalidad de esta

investigación es hacer uso de cementos adicionados e incorporar el arena de sílice en

la dosificación de mezclas de concreto, para obtener una mezcla alternativa que

contribuya a disminuir los factores dañinos al medio ambiente y comparar sus

características físicas y propiedades (resistencia, manejabilidad, entre otras) con

respecto a las de una mezcla patrón tradicional.

Es por ello que los profesionales de la Ingeniería Civil deben asumir el reto de

poner en práctica nuevas tecnologías haciendo uso de subproductos industriales, para

responder satisfactoriamente las exigencias de la construcción y de esta manera

determinar cuan confiable y útil seria la combinación de la incorporación de arena de

sílice y cementos adicionados (CPCA 2) en el comportamiento físico-mecánico de las

muestras de cemento.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION

Objetivo General

• Evaluar la influencia sobre la resistencia a compresión a los 28, 56, y 90 días

de mezclas de concreto con la sustitución parcial del cemento adicionado por

arena de sílice.

Objetivos Específicos

• Diseñar y elaborar mezclas de concreto utilizando el método PORRERO con

sustitución del 15% de arena de sílice para resistencia de 250 kg/cm2.

• Diseñar y elaborar mezclas de concreto utilizando el método ACI con

sustitución del 15% de arena de sílice para resistencia de 250 kg/cm2.

• Evaluación física de mezclas de concreto con sustitución del 15% de arena

de sílice para resistencia de 250 kg/cm2.

• Evaluación mecánica de mezclas de concreto con sustitución del 15% de

arena de sílice para resistencia de 250 kg/cm2.

• Comparación de mezclas patrón con las evaluadas

JUSTIFICACIÓN

En el área de la construcción se ha utilizado el cemento como elemento

primordial en los trabajos relacionado con las obras civiles y ha surgido la necesidad

de mejorar la calidad del concreto, por tal motivo el ingeniero civil debe estar en la

capacidad de proponer el uso de diferentes adiciones en mezclas de concreto que

puedan brindar soluciones tomando en consideración los costos y medio ambiente.

El concreto empleado en la construcción está conformado por: agregados (fino

y grueso), agua y cemento. Este concreto es de tipo convencional pero puede ser

transformado en concreto de alta resistencia al agregarle aditivos y adiciones en su

composición. Los primeros se encargan de mejorar las propiedades de la mezcla

antes, durante y después de la elaboración de la misma, mientras que las adiciones

son un subproducto industrial, integrados por granos sumamente pequeños, con una

finura similar a la del cemento que se emplean generalmente como material

reemplazante del mismo, contribuyendo en el incremento de las resistencias a

compresión y garantizando la durabilidad de las estructuras.

Entre las adiciones más comunes se pueden mencionar las escorias de alto

horno, el polvo de cuarzo, la cascarilla de arroz, las cenizas volantes y por supuesto el

polvo de sílice.

Por ello, esta investigación se enfoca en desarrollar nuevas opciones

para el mejoramiento de las características del concreto, mediante la incorporación de

polvo de sílice y cementos adicionados en su composición. De esta manera, se

aportan nuevos resultados técnicos que podrán ser empleados como materiales de

consulta por los estudiantes y profesionales del área, además de impulsar el desarrollo

de edificaciones con materiales novedosos.

ALCANCES

Esta investigación se desarrollará en los Laboratorios de la Universidad

Centroccidental Lisandro Alvarado, con el fin de evaluar la utilización del arena de

sílice como sustituto parcial del cemento. El estudio tiene la finalidad de ofrecer una

mezcla de concreto innovadora y ecológica en el ámbito de la construcción.

Los diseños de mezcla estudiados cumplirán con las siguientes descripciones:

Resistencia del Concreto Fc'= 250Kg/cm2 se sustituirá parcialmente el cemento en un

15% para cada diseño.

Es importante mencionar que el polvo de sílice será empleado sin proceso de

tamizado previo, es decir, tal cual como se obtiene en la empresa procesadora.

En relación a todo lo anterior, el análisis de este trabajo está enfocado en la

comparación de las propiedades de la mezcla patrón con las elaboradas haciendo uso

de adiciones de arena de sílice, y a su vez recomendar su uso.

LIMITACIONES

No se pudo evaluar una mayor cantidad de probetas con respaldado estadístico debido

a:

• Los costó y disponibilidad asociados a los materiales (cemento y agregados)

a utilizar para la elaboración de las mezcla.

• Cantidad de equipos y espacio físicos insuficientes para la confección de las

probetas y el curado de las mismas.

Sin embargo se realizó una caracterización de las mezclas de concreto a evaluar con

el número mínimo recomendado.

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

En la antigüedad las civilizaciones preocupadas por mejorar su condición de

vida debido al crecimiento poblacional adoptaron nuevas técnicas o métodos de

construcción que obligo la utilización de nuevos materiales que pudiesen satisfacer

sus necesidades a corto, mediano o largo plazo. Los romanos conocían sobre la

actividad de la ceniza volcánica, cuando ella se combinaba con la cal. De hecho esa

mezcla era usada en sus construcciones de las cuales hoy perduran ejemplos

admirables. En el siglo XX, la producción de cementos adicionados ha sido

practicada por muchas décadas, particularmente en Europa, pero también en Japón y

en la India y en la actualidad se realiza estas incorporaciones en nuestro país. El uso

de la escoria granulada de altos hornos también tiene una historia de más de cien

años, desde cuando las industrias del hierro y el acero de Europa central y occidental

operaron sus propias fábricas de cemento. En cuanto a cementos con puzolanas

naturales su uso ha sido muy arraigado por varias décadas en Grecia e Italia,

prácticamente en todas las construcciones de concreto, y hoy su uso es generalizado

en muchos países del mundo (Salamanca, 2000).

Los cementos adicionados son mezclas de Clinker de cemento portland,

sulfato de calcio (yeso) y adiciones minerales; estos cementos pueden ser producidos

por molienda conjunta de esos componentes o por la mezcla de los componentes

finamente molidos. Entre las adiciones minerales de uso más frecuentes se encuentran

las adiciones Puzolánicas, las cuales son adiciones que sólo endurecen en la presencia

de Clinker de cemento portland, debido a que la reacción ocurre entre los silicatos

activos del material puzolánico y el hidróxido de calcio liberado por el Clinker en el

transcurso de la hidratación. Los materiales más comunes pertenecientes a este grupo

son: la puzolana natural, por lo general de origen volcánico y la ceniza volante

(Salamanca, 2000). Las razones para el uso de los cementos adicionados se ha

venido incrementado por múltiples motivos entre los cuales se destaca, el

mejoramiento de las propiedades del cemento y de su calidad, la posibilidad de

producir cementos especiales para aplicaciones específicas, la opción de usar

subproductos de otras industrias, entre otros.

Blarasin, A. (2011); En la presente investigación se evaluó el

comportamiento físico y mecánico de los concretos de altas resistencia, variando la

granulometría y sustituyendo dosis de cemento por arena de sílice para esto se

elaboraron diseños experimentales de mezclas con diferentes dosificaciones, para

estudiar las propiedades del concreto variando la granulometría de los agregados.

Todos los diseños de mezcla fueron realizados siguiendo la metodológica descrita en

el Manual de Concreto estructural Conforme a Norma COVENIN 1753:03 de Joaquín

Porrero S. Se elaboraron dos probetas cilíndricas por mezclas de 10cm de diámetro y

20cm diámetro y 20 cm altura para ser ensayados a compresión a los 3, 7, 14, 28, 56,

90 días además se realizaron dos probetas cilíndricas por mezclas de 15cm de

diámetro y 30 cm de altura para ser ensayadas a tracción indirecta a los 28 días.

También se realizaron probetas de 10 cm de diámetro y 5 cm de altura

aproximadamente, para analizar la porosidad; así como los correspondientes ensayos

de los agregados. Los resultados de la pruebas se tabularon, analizaron y compararon

con la Norma COVENIN, ACI y el manual DURAR - CYTED (1998) para

comprobar si el concreto elaborado y sus ensayos cumplían con los límites

establecidos por la norma correspondiente, obteniéndose resistencia de 595.80 y

250.60 Kg/cm2 en mezclas patrón y de 659.75 y 385 kg/cm2 en mezclas con

adiciones como valores mínimos y máximos a compresión y 62.5 y 15.69 Kg/cm2

para sus similares en tracción indirecta. Además de catalogar el concreto de buena

calidad y compacidad apto para ambientes agresivos al alcanzar valores inferiores a

10 en porosidad total.

Kratz, M. (2008); La obtención de hormigones de alta resistencia requiere el

empleo de altas dosis de cemento de clase resistente elevada, lo que puede conducir a

pastas viscosas y a valores elevados del calor de fraguado, con el consiguiente peligro

de fisuración de los elementos de hormigón. Por ello, casi siempre es necesario

sustituir una parte del cemento por ciertas adiciones minerales, especialmente arena

de sílice. El concreto ultra resistente se plantea que es aquel que posee una textura

especialmente compacta con una granulometría máxima de <1 mm. En función del

empleo de agregados muy finos así como la adición de arena de sílice, este concreto

alcanza una resistencia a la compresión de más de 150 N/mm2. Otra característica del

concreto ultra resistente es la baja relación agua/cementante. Para alcanzar valores

<0.2 y a la vez asegurar una buena capacidad de procesamiento, se deben adicionar

fluidificantes de altas prestaciones. Sin embargo, los concretos ultra resistentes sin

refuerzo, como lo demostraron los ensayos, presentan una falla de fragilidad súbita y

una baja resistencia a la tensión con relación a la resistencia a la compresión. Para

alcanzar una suficiente ductilidad, se requiere adicionar fibras de acero,

eventualmente también en combinación con fibras de polipropileno. Para garantizar

una suficiente homogenización del material, se requieren procedimientos de mezcla

controlables y ante todo, reproducible; el mismo material de construcción puede

presentar diferentes propiedades según el modo de producción. Por esta razón es

importante unificar el proceso de fabricación.

Byung-Wan, J. (2007); En la universidad Hanyang, Seoul-Korea, se estudió

la elaboración de un mortero de cemento con nano sílice, en donde especifican lo

siguiente, el sílice amorfo o vítreo, que es el componente principal de una puzolana,

reacciona con el hidróxido de calcio (resultante de la hidratación del silicato de

calcio). La tasa de la reacción puzolánica es proporcional al área disponible para la

reacción. Esta área aumenta con nano partículas, de ahí que sea posible agregar nano-

SiO2, con el propósito de mejorar el desempeño del concreto. Fueron evaluadas las

resistencias de mortero de cemento con diferentes proporciones agua-cemento (a/c).

Estas proporciones fueron 0.23, 0.25, 0.32, 0.35 y 0.48, y cuatro contenidos de nano

sílice: 3, 6, 9 y 12% por peso de cemento. Los resultados fueron comparados con las

resistencias a la compresión de mortero de cemento con la adición de arena de sílice

también evaluada a una relación a/c de 0.35 y tres contenidos de arena de sílice: 5, 10

y 15% por peso de cemento. Los resultados experimentales muestran que las

resistencias a la compresión de morteros con nano sílice fueron todos más altos que

aquellos conteniendo arena de sílice a los 7 y 28 días. Las nano-partículas mostraron

ser mejores en incrementar la resistencia que la arena de sílice.

Montoya, M. (2009); En este proyecto se identifica la reacción entre sílices

de diferentes tamaños de partículas, tal como el humo de sílice ( microsilice) y el

pirosil (sílice porosa) y el cemento portland cemento portland tipo III por métodos de

caracterización como difreccion de rayos x y ensayos de resistencias mecánicas para

cuantificar el incremento en las resistencias a la compresión y así reconocer y

cuantificar las mejoras en las propiedades que le atribuye las diversas sílices a la

mezcla cementicias.

Los resultados mostraron que la reacción entre las dos sílices y el hidróxido

de calcio del cemento aumentan las resistencias mecánicas y además hacen que su

reacción con el hidróxido de calcio forme complejos de silicatos cálcicos, factor que

se ve incrementado en ambos casos por el carácter amorfo de los materiales utilizados

y el área superficial, siendo la de pirosil 140 veces más alta que la del cemento, la

cual favorece la reactividad y aumenta su carácter puzolánico.

Finalmente las resistencias desarrolladas por el humo de sílice permiten

demostrar que después de un 10 % de sustitución esta ya no es efectiva, ya que las

resistencias disminuyen frente a una muestra patrón, lo que lleva a concluir que la

situación óptima de humo de sílice es del 10% mientras que para el pirosil las

resistencias constituyen un dato prometedor inclusive para adiciones de tan solo 5%

esto debido a la densificación de la matriz que le proporciona mayores resistencias a

la compresión con incrementos hasta el 20 % a 28 días de curado, pero con la

desventaja de que la demanda de agua se incrementa a causa de la reologia misma del

pirosil.

Con las adiciones activas se busca mejorar propiedades en el cemento portland

como el desarrollo de resistencias, el desarrollo de calor de hidratación y la

durabilidad. Estas mejoras pueden lograrse de manera aceptable con adiciones más o

menos conocidas como el humo de sílice, las cenizas volantes, el metacaolin y las

cenizas de la cascarilla de arroz entre otras.

Cada día los cementos, como el resto de materiales ingenieriles, se les exige

un mejor desempeño en cuanto a la resistencia mecánicas y al ataque de agentes

agresores, es por esto, que algunos investigadores en el mundo han realizado ensayos

adicionales.

En general los resultados de resistencia mecánica han sido muy

prometedores, algunos de los cuales han estado por encima de los obtenidos con la

adición más utilizada en el mundo hoy en día que es el humo de sílice, evaluando el

desempeño mecánico de un cemento portland tipo III al ser adicionado con sílice de

diferentes tamaños de partícula buscando desarrollar un producto de alto desempeño a

costo razonable.

Bolívar, N. Gómez, R. González, N. (2012); El presente trabajo de

investigación tiene como finalidad evaluar el comportamiento de las propiedades

físicas y mecánicas de mezclas de concreto de altas resistencias, sustituyendo parte

del cemento por arena de sílice. Para ello, se realizaron diseños de mezclas tomando

como variable fija las resistencias de diseño y determinando las diferentes relaciones

agua-cemento. Esto, siguiendo la metodología establecida por Joaquín Porrero en el

Manual del Concreto Estructural, de acuerdo a la Norma COVENIN 1753-03.

Las propiedades físicas estudiadas en las diversas mezclas en estado fresco

fueron asentamiento, peso unitario y tiempo de fraguado. Por otra parte, las

propiedades mecánicas en estado endurecido fueron la resistencia a la compresión,

porosidad e índice de actividad Puzolánica.

El tipo de cemento empleado para la ejecución del estudio fue Portland Tipo I

mientras que la adición considerada fue arena de sílice.

Para lograr el estudio, fue necesario elaborar cilindros normalizados de

concreto los cuales fueron ensayados a compresión, a siete (07) y veintiocho (28)

días. También se realizaron probetas cilíndricas de diez centímetros de diámetro y

cinco centímetros de altura para realizar el estudio de la porosidad, además de

probetas cubicas de cinco centímetros de lado, las cuales se emplearon para

determinar el Índice de Actividad Puzolánica. Los resultados obtenidos se analizaron

y compararon con las Normas COVENIN y el Manual DURAR-CYTED, para

determinar si los ensayos realizados a las mezclas de concreto se encontraban dentro

de los límites establecidos. De acuerdo a lo anterior, se establece que para esta

investigación, el porcentaje de sustitución más óptimo de cemento por arena de sílice

fue de 15% logrando mayores resistencias a compresión. En cuanto a la porosidad, se

clasifica al concreto como de durabilidad moderada e inadecuada, no apto para

soportar los efectos de ambientes agresivos. Y al estudiar la arena de sílice, se

comprobó que es puzolanicamente activa para ser empleada en mezclas de concreto.

BASES TEÓRICAS

Para el desarrollo de la presente investigación, fue necesario el conocimiento

de una serie de conceptos relacionados con el área de estudio, entre los cuales

destacan: El concreto y sus agregados, arena de sílice y cementos adicionados como

principal material de la mezcla a ensayar; por último los fundamentos teóricos de los

ensayos a realizar.

COMPONENTES DE CONCRETOS CONVENCIONALES

El concreto es una mezcla de dos componentes: La pasta y los agregados. La

pasta, compuesta de cemento Portland y agua, une a los agregados (arena y grava o

piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca debido a la reacción

química entre el agua y el cemento (Bran, 2005).

A continuación se describen los componentes esenciales para una mezcla de

concreto convencional:

� AGUA: Es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de

hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas

las formas conocidas de vida. El agua como componente del concreto

determina la consistencia de la mezcla. Su objetivo es hidratar el cemento y

lograr una mezcla trabajable y homogénea. Debe estar libre de sustancias tales

como ácidos, aceites, materia orgánica o cualquier otra que pueda ocasionar

alteraciones durante el proceso de fraguado, disminución de la resistencia e

incluso afectar la durabilidad.

� CEMENTO: Es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y

arcillas calcinadas y posteriormente molidas. Tiene la propiedad de endurecer

al contacto con el agua (Rivva, 2000). En Venezuela, el cemento

generalmente usado es el Portland tipo I, el cual tiene como objetivo

primordial proveer el mecanismo de adhesión mortero-unidad así como

también la resistencia a la compresión.

� AGREGADO FINO: Está conformado por arenas naturales o

manufacturadas, con tamaños de partículas que pueden llegar hasta diez

milímetros (Rivva, 2000). El agregado fino que se obtiene del procesamiento

de rocas se conoce comúnmente como piedra triturada; si dicho material pasa

casi totalmente el cedazo #50 recibe el nombre de polvo de piedra. El

agregado fino o arena debe ser bien gradado, para que pueda llenar los

espacios vacíos, además actúa como lubricante en la mezcla dándole

trabajabilidad a la misma.

� AGREGADO GRUESO: Está conformado por gravas o piedras trituradas

con tamaños de partículas que oscilan entre nueve y treinta y ocho milímetros.

Debe ser bien gradado, además de poseer un tamaño máximo adecuado a las

condiciones de la estructura. En general, los agregados deben cumplir con

algunas normas para que su empleo se optimice: deben ser partículas

resistentes, y libres de impurezas y productos químicos absorbidos,

revestimiento de arcilla u otros materiales finos en cantidades que puedan

afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento (Rivva, 2000).

MATERIALES CEMENTANTES

Los materiales cementantes son sustancias que por sí solas tienen propiedades

hidráulicas cementantes (fraguan y endurecen en presencia de agua). Estos materiales

incluyen a la escoria granulada de alto horno molida, al cemento natural, a la cal

hidráulica hidratada y, a las combinaciones de estos y de otros materiales (Rivva,

2000).

DISENO DE MEZCLA

Proporcionar o diseñar una mezcla de concreto consiste en determinar las

cantidades relativas de materiales que hay que emplear en la mezcla para obtener un

concreto adecuado para un uso determinado. La dosificación puede ser: Netamente

empírica (proporciones arbitrarias) basado en observación y cierta experiencia;

basada en consideraciones teóricas (método de proporcionamiento fundamentado en

relaciones vacíos- cemento o vacíos morteros); Método empírico directo respaldado

por principios y consideraciones técnicas (método de tanteos recomendado en la

actualidad). Este último método, consiste en proporcionar y hacer masada de prueba,

basadas en un control de la relación agua-cemento y tomando en cuenta los factores

que afectan al concreto resultante (cemento, graduación y propiedades del agregado,

etc.). Las propiedades del concreto se comprueban prácticamente y pueden hacerse

después de los ajustes necesarios para obtener las mezclas de proporciones

adecuadas, que de la calidad deseada (Bran, 2005).

ADITIVOS

Son productos que, al ser agregados en la mezcla de concreto durante su

amasado, producen modificaciones especificas en estado fresco o luego de

endurecida, siendo la principal el logro de una mejor trabajabilidad.

Según Porrero (2004) los aditivos son agrupados, de acuerdo a los efectos

sobre las propiedades del concreto:

a. Modificadores de la Relación Triangular: Se encargan de

modificar una o varias de las |constantes k, m y n, según el

efecto que predomina en su acción final, la cual puede

clasificarse en acción plastificante, ahorrador de cemento,

reductora de agua o una combinación de cualquiera de ellos.

b. Mejoradores de la Tixotropía o Superplastificante: Logran

un incremento de moderado a significativo del asentamiento

medido con el Cono de Abrams. Este incremento de fluidez se

logra sin modificar la dosis de cemento ni la relación de

agua/cemento.

c. Modificadores del Tiempo de Fraguado: Se encargan de

acelerar o retardar los tiempos de fraguado.

� Aceleradores: Se consideran de alta

velocidad de reacción y los de ganancia más

moderada en la aceleración de la reacción. En el

primer caso, el fraguado puede producirse a los

pocos segundos de su aplicación, generando una

elevada temperatura en la masa de concreto.

Los aditivos de moderada aceleración en

la velocidad de fraguado son empelados

principalmente en climas fríos.

� Retardadores: Se emplean cuando el tiempo

requerido para las operaciones de transporte,

colocación y vibrado del concreto es mayor que

el lapso estimado para el fraguado inicial de la

mezcla.

d. Impermeabilizantes: Son aditivos integrales cuyas moléculas

se orientan en las superficies de los canales y poros de la masa

creando un efecto hidrófobo

e. Incorporadores de aire: Generan un conjunto de vacíos, los

cuales usualmente ocupan un volumen entre el 3 y el 7 % de la

pieza de concreto

CONCRETOS ADICIONADOS

Son mezclas cuyo contenido de cemento es sustituido parcialmente por

adiciones minerales, según lo reseña Rodrigo Salamanca, docente de la Universidad

Militar Nueva Granada, en su trabajo "Los Concretos Adicionados". Las adiciones

minerales de uso más frecuente se clasifican en tres grupos, dependiendo de su

actividad y de su contribución al desarrollo de la resistencia de la mezcla:

� Adiciones hidráulicas: Poseen un potencial hidráulico natural, pero requieren

un activador para su endurecimiento bajo agua. Dicho activador puede ser cal,

yeso, clinker de cemento Portland o un activador químico. La adición más

común de este grupo es la escoria (Salamanca, 2000).

� Adiciones Puzolánicas: Son aquellas que endurecen en presencia de clinker

de cemento Portland, debido a la reacción que ocurre entre los silicatos

activos del material puzolánico y el hidróxido de calcio liberado por el clinker

en el transcurso de la hidratación. Las adiciones más comunes son la puzolana

natural generalmente de origen volcánico y las cenizas volantes (Salamanca,

2000).

� Adiciones Inertes: No poseen actividad hidráulica ni puzolánica, pero

contribuyen al desarrollo de otras propiedades del cemento. Se usa

comúnmente el llenante calizo (polvo de piedra caliza, cenizas de carbón,

entre otros), en especial cuando se produce cemento para mampostería

(Salamanca, 2000).

PUZOLANAS

Son materiales silíceos o aluminio-silíceos que poseen poco valor cementante,

pero al ser finamente molidos y en presencia de agua reaccionan químicamente con el

hidróxido de calcio para formar compuestos cementantes (Herrera, 2007).

Entre los diferentes tipos de puzolanas que se pueden encontrar se tiene:

Puzolanas Naturales:

Rocas volcánicas, en las que el constituyente amorfo es vidrio producido por

enfriamiento brusco de la lava. Por ejemplo las cenizas volcánicas, la pómez y la

escoria.

� Rocas o suelos en las que el constituyente silíceo contiene ópalo, ya sea por la

precipitación de la sílice de una solución o de los residuos de organismos de

lo cual son ejemplos las tierras de diatomeas, o las arcillas calcinadas por vía

natural a partir de calor o de un flujo de lava.

Puzolanas Artificiales:

� Cenizas volantes: Se producen en la combustión de carbón mineral (lignito),

fundamentalmente en las plantas térmicas de generación de electricidad.

� Arcillas activadas o calcinadas artificialmente: Por ejemplo residuos de la

quema de ladrillos de arcilla y otros tipos de arcilla que hayan estado

sometidas a temperaturas superiores a los 800 °C.

� Escorias de fundición: Principalmente de la fundición de aleaciones ferrosas

en altos hornos. Estas escorias deben ser violentamente enfriadas para lograr

que adquieran una estructura amorfa.

� Cenizas de residuos agrícolas: La ceniza de cascarilla de arroz, ceniza del

bagazo y la paja de la caña de azúcar. Cuando son quemados

convenientemente, se obtiene un residuo mineral rico en sílice y alúmina,

cuya estructura depende de la temperatura de combustión.

ARENA DE SÍLICE

La arena de sílice, al que también se le conoce como arena de sílice o humo de

sílice condensado, es otro material que se emplea como aditivo puzolánico (Rivva,

2000). El Instituto Americano del Concreto (ACI) la define como un subproducto que

se obtiene de la producción de silíceo metálico o ferro silicio, en hornos de arco

eléctrico. En cuanto a su tamaño, establece que son conjunto de partículas

extremadamente finas, de las cuales más del 95% son menores a 1µm.

Este producto en forma de polvo de color gris claro a oscuro o en ocasiones

gris azulado verdoso, es resultado de la reducción de cuarzo muy puro con carbón

mineral en un horno de arco eléctrico durante la manufactura del silicio o de

aleaciones de ferro silicio(Rivva,2000). El humo de sílice asciende como vapor

oxidado de los hornos a 2000°C. Se enfría, se condensa y se recolecta en enormes

bolsas de tela. Entonces se le procesa para retirarle las impurezas y para controlar su

tamaño de partícula.

De acuerdo a la Asociación de Humo de Sílice (SFA, Abril 2005), los

beneficios de adicionar arena de sílice resultan en cambios de la micro estructura de

las mezclas de concreto. Dichos cambios provienen de dos procesos diferentes pero

igualmente importantes:

� El aspecto físico de las partículas de arena. Al agregar miles de

pequeñas partículas a la mezcla de concreto, éstas se encargan de

llenar los espacios vacíos entre el agregado grueso y entre las

partículas de cemento. Este fenómeno es conocido como micro-filling

o micro-llenado. Incluso, si la arena no reacciona químicamente, el

efecto de micro llenado brinda importantes mejoras en la naturaleza

del concreto.

� La contribución química. A causa del gran contenido de dióxido de

silicio, es un material puzolánico muy reactivo en el concreto.

DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS

Es necesario definir conceptos esenciales que serán empleados a lo largo de la

investigación. Éstos, fueron extraídos del Manual del Concreto Estructural (Porrero,

2004).

ASENTAMIENTO: Es la medida de la consistencia del concreto en estado

fresco, evaluada mediante el ensayo del Cono de Abrams. Según la norma COVENIN

339, es un índice bastante práctico, aunque no mide todas las propiedades prácticas de

la mezcla, ni las valora con el mismo grado de influencia que ellos realmente tiene en

el concreto, ofrecen una información útil sobre todo en términos comparativos.

CALOR DE HIDRATACIÓN: Es el calor que se desarrolla durante la

reacción química del cemento con el agua, tales como las producidas durante el

proceso de fraguado y endurecimiento del cemento.

COMPACTACIÓN: Es un procedimiento manual o mecánico por medio de

la cual se trata de densificar la masa de concreto fresco, logrando la reducción al

mínimo de los espacios vacíos.

CURADO: Proceso de modificar las condiciones ambientales que rodea la

pieza, mediante riego o inmersión en agua, suministro de calor o vapor.

CURVA GRANULOMÉTRICA: Representación gráfica de la

granulometría de un agregado.

DOSIFICACIÓN: Proporción en peso o volumen, según la cual se mezclan

los componentes del concreto.

FRAGUADO: Proceso de hidratación de los componentes de un aglomerante

hidráulico.

LEY DE ABRAMS: Establece la correspondencia entre la resistencia del

concreto y la relación agua/cemento en peso. Se simboliza como "valor α".

PESO ESPECÍFICO DEL CONCRETO: Peso por unidad de volumen de

concreto, excluyendo el volumen de poros.

RELACIÓN AGUA/CEMENTO: Expresa la íntima relación que existe

entre el peso del agua utilizada en la mezcla y el peso del cemento.

RETRACCIÓN: Disminución de volumen que sufre el concreto. A medida

que el ambiente sea más desecante, la disminución será tanto mayor.

SEGREGACIÓN: Tendencia de separación de agregados, que ocurre cuando

hay presencia de granos con tamaños muy diferentes.

TRABAJABILIDAD: Conjunto de propiedades del concreto en estado fresco

que permiten manejarlo, colocarlo en los moldes y compactarlo, sin que se produzca

segregación.

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

Tipo de investigación

La presente investigación es de tipo Descriptiva-Experimental.

Es descriptiva, porque nos permite llegar a conocer detalladamente la

metodología, procesos y cualidades predominantes a través de la descripción exacta

de las actividades. Su objetivo no se limita a la recolección de datos, sino a la

predicción e identificación de las relaciones que existen entre dos o más variables.

Los investigadores recogen los datos sobre la base de una hipótesis o teoría, exponen

y resumen la información de manera cuidadosa y luego analizan minuciosamente los

resultados, a fin de extraer generalizaciones significativas que contribuyan al

conocimiento. Van Dalen y Meyer en el Manual de Técnica de la Investigación

Educacional (2006).

Por otra parte es, experimental ya que en este tipo de diseños de investigación se tiene

un alto grado de control, en ellos se provoca o manipula el fenómeno. Se trabaja con

una variable independiente que es controlada y donde los efectos en variables

dependientes son estudiados, de igual manera se tiene control máximo de todas las

variables extrañas más Significativas que puedan intervenir en los efectos que genera

la variable Independiente. (Tamayo: 1995)

La metodología se basara en ensayos de laboratorio presididos por las Normas

COVENIN.

� Método de Cuarteo, de acuerdo a las especificaciones establecidas en

la Norma COVENIN 290, para la obtención de muestras

representativas de agregados finos y agregados gruesos.

� Composición Granulométrica de Agregados Finos y Gruesos,

empleando el procedimiento de la Norma COVENIN 255-98.

� Determinación Cualitativa de Impurezas Orgánicas en el Agregado

Fino para concreto, según la Norma COVENIN 256 - 77.

� Determinación de Partículas más finas que el Cedazo Nro. 200 en el

Agregado Fino, de acuerdo a la Norma COVENIN 258 - 77.

� Determinación de Peso Unitario en estado suelto (P.U.S.) y Peso

Unitario en estado compacto (P.U.C.) del agregado fino y grueso,

según la metodología establecida en la Norma COVENIN 263-78.

� Resistencia al Desgaste del Agregado Grueso con partículas menores a

38,2 mm (1 ½ “) haciendo uso de la Máquina de Los Ángeles,

siguiendo el procedimiento de la Norma COVENIN 266-77.

� Peso Específico y Absorción del Agregado Fino, según las

especificaciones de la Norma COVENIN 268-98.

� Peso Específico y Absorción del Agregado Grueso, según la Norma

COVENIN 269-98.

MÉTODO DE DISEÑO

En esta investigación se evaluaran las propiedades de mezclas de concreto

elaboradas con arena de sílice como sustituto parcial del cemento. En estado fresco

se determina el asentamiento y el peso unitario de la mezcla. En estado endurecido se

obtiene la resistencia a la compresión.

Para aplicar el diseño de mezclas de concreto es necesario caracterizar los agregados.

Posteriormente, se realizara el diseño de acuerdo al Método del Manual Concreto

Estructural (Método de Porrero), conforme con la Norma COVENIN 1753-2003

"Proyecto y Diseño de Obras en Concreto Estructural" y el método estadounidense

ACI (American Concrete Institute ) que establece los Requisitos de reglamento para

concreto estructural (ACI 318S-05) y comentario (ACI 318SR-05), con sustitución

del 15% de cemento por polvo de sílice.

COMPOSICIÓN DE LA MEZCLA

El concreto elaborado para la presente investigación está conformado por

agregados minerales como son arena natural de río y piedra picada, mezclados con

cemento adicionados(CPCA2), agua y adición de polvo de sílice, formando una pasta

de consistencia plástica, que se endurece y desarrolla resistencias a la compresión.

Los componentes empleados deben cumplir con la Norma COVENIN vigente,

con la finalidad de garantizar mezclas de buena calidad. Los agregados específicos

que se utilizaran son:

� Agregado fino: Arena natural de río proveniente de la ciudad de

ACARIGUA SECTOR LA BALONERA.

� Agregado grueso: piedra picada N°1 proveniente de ciudad de

ACARIGUA SECTOR LA BALONERA.

� La adición de arena de sílice proviene de la Reprocesadora Industrial de

Arena Sílice, C.A. (RIAS, C.A.), ubicada en la Zona Industrial II de la

ciudad de Barquisimeto en el Estado Lara.

MEZCLA PATRÓN

Es aquella pasta de concreto que se prepara cada vez en la mezcladora sin

adiciones, es decir, con los componentes convencionales (agua, cemento, agregado

fino y grueso) la cual servirá para la comparación de las mezclas adicionadas y poder

dar las conclusiones pertinentes al tema estudiado.

CARACTERIZACION DE LOS AGREGADOS

A continuación se describen de forma sistemática todos los procedimientos

para la caracterización de agregados que se realizaron en el laboratorio, para luego

confeccionar las mezclas de concreto en estudio.

ENSAYO DE GRANULOMETRIA

NORMA COVENIN 255-1998

AGREGADOS. DETERMINACION DE LA COMPOSICION GRANULOM ETRICA OBJETIVO: * Calcular el tamaño máximo del agregado grueso. * Calcular el módulo de finura del agregado fino.

MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

Balanza Tamices

Tamizadora de agregado fino Tamizadora de agregado

grueso (manual). Agregados en condición de

humedad seca. Cuarteador de agregados

PROCEDIMIENTO 1. Se hizo la toma de muestras en la pila, en la base de la misma, en el centro y

en el tope.

2. Se pesaron 15 kilogramos aproximadamente de piedra y aproximadamente

1000 gramos de arena, por cuarteo. (FIG. 1 y 2)

3. Se colocó el agregado fino en la tamizadora, por un periodo aproximado de

tres (03) minutos. (FIG. 3)

4. Se colocó el agregado grueso en los tamices, siendo agitado de forma manual,

por un periodo aproximado de tres (03) minutos. No fue posible usar la

tamizadora mecánica por encontrarse averiada. (FIG. 4)

5. Se pesaron los agregados retenidos en cada tamiz.

6. Se determinó el peso pasante sumando los pesos retenidos y restándolos al

peso total de cada muestra.

7. Se obtuvieron los porcentajes retenidos, retenidos acumulados y pasantes.

8. Se calculó el tamaño máximo de la piedra y el módulo de finura de la arena.

9. Se realizaron las gráficas.

CUADRO N˚ 1. Ensayo de Granulometría

Fuente Propia: Crespo, Mogollón (2014)

ENSAYO PARA LA DETERMINACION DEL PESO ESPECIFICO Y PORCENTAJE DE ABSORCION DEL AGREGADO GRUESO


METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL PESO ESPECIFICO Y ABSORCION DEL

AGREGADO GRUESO OBJETIVO: * Calcular el peso específico del agregado grueso. * Calcular el porcentaje de absorción del agregado grueso.


Balanza

Hornillas eléctricas

Recipientes

PROCEDIMIENTO

1. Por el método de cuarteo manual, se tomaron 2500 gramos de la muestra.

2. Se tomó el peso de la misma en la balanza. (FIG. 5)

3. La muestra fue colocada en un recipiente con agua, dejándola sumergida más

o menos 24 horas. (FIG. 6)

4. Transcurrido el tiempo, se retiró el agregado del recipiente y se procedió a

secar la superficie con un paño, dejándolo en condición de humedad saturada

con superficie seca. (FIG. 7)

5. Se registró el peso en gramos.

6. Se colocó el agregado en la balanza hidrostática y se tomó la lectura de la

misma. (FIG. 8)

7. Se determinó el peso específico.

8. Luego, el agregado fue colocado en un recipiente y llevado a la hornilla

eléctrica para eliminar la humedad del mismo. (FIG. 9)

9. Se retira del calor, se deja enfriar un intervalo de tiempo.

10. Se pesa la muestra y se calcula el porcentaje de absorción.

CUADRO N˚ 2. Ensayo de peso específico. Agregado grueso


ENSAYO PARA LA DETERMINACION DEL PESO ESPECIFICO Y PORCENTAJE DE ABSORCION DEL AGREGADO FINO


METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL PESO ESPECIFICO Y ABSORCION DEL

AGREGADO FINO OBJETIVO: * Calcular el peso específico del agregado fino.

* Calcular el porcentaje de absorción del agregado fino.

MATERIAL Y EQUIPO A

UTILIZAR

Balanza Matraz de Chapman

Hornillas eléctricas Secador eléctrico

Recipientes metálicos Compactador metálico

PROCEDIMIENTO

1. Por el método de cuarteo manual, se tomaron 1000 gramos aproximadamente

de la muestra. (FIG. 1)

2. Se tomó el peso de la misma en la balanza.

3. La muestra fue colocada en un recipiente con agua, dejándola sumergida más

o menos 24 horas. (FIG. 6)

4. Transcurrido el tiempo, se extendió la muestra en una bandeja plana y se

procedió a secar haciendo uso de un secador eléctrico. (FIG. 10)

5. Se colocó la muestra en el molde metálico y se compactó con 25 golpes.

6. Se pesan 500 gramos (FIG. 11), los cuales se colocan en el Matraz de

Chapman y se agregan 200 centímetros cúbicos de agua. (FIG. 12) y Se deja

en reposo.

7. Se determina el volumen total y se calcula el peso específico saturado con

superficie seca.

8. Los 500 gramos sobrantes, se colocan en un recipiente metálico y se llevan a

secar en la hornilla eléctrica.

9. Se registró el peso en gramos.

10. Se obtiene el porcentaje de absorción.

CUADRO N˚ 3. Ensayo de peso específico. Agregado fino


ENSAYO PARA LA DETERMINACION DEL PESO UNITARIO DE L OS AGREGADOS


METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL PESO UNITARIO D EL AGREGADO

OBJETIVO: * Calcular el peso unitario del agregado


Balanza

Barra compactadora

Recipiente cilíndrico

PROCEDIMIENTO

1. Se toma la muestra de manera aleatoria.

2. Se coloca en el envase metálico.

3. Se pesó el envase con la muestra suelta. (FIG. 15 y 16)

4. Se determina el peso unitario suelto del agregado.

5. Para el peso unitario compacto, con la barra compactadora se le da 25 golpes a

la primera capa de la muestra.

6. Se añade la segunda capa y se repite el procedimiento descrito anteriormente

y se enrasa.

7. Se pesó el envase con la muestra compactada. (FIG. 17 y 18)

8. Se determina el peso unitario compactado del agregado

CUADRO N˚ 4. Ensayo de peso unitario de los agregados


ENSAYO CUALITATIVO PARA LA DETERMINACION DE IMPUREZAS ORGANICAS


METODO DE ENSAYO PARA LA DETERMINACION CUALITATIVA DE IMPUREZAS

ORGANICAS EN ARENAS PARA CONCRETO OBJETIVO: * Determinar la presencia o no de impurezas orgánicas en el

agregado fino.

MATERIAL Y EQUIPO A

UTILIZAR

Balanza Agregado Fino

Vaso de Precipitado Hidróxido de sodio

Patron Gadner (Test de colores)

PROCEDIMIENTO


2. Se le realiza un cuarteo manual.

3. Se selecciona una porción del cuarteo y se vierte en el vaso precipitado, de

forma tal que llene hasta un tercio de su altura.

4. Se añade la solución de NaOH al 3% a la muestra, hasta que el volumen de

arena y de líquido después de agitar sea igual a dos tercios de la altura del

envase.

5. Se agita de forma circular.

6. Se deja reposar por un día.

7. Se visualiza la muestra.

8. Se compara esta muestra con la escala de colores (Patrón Gadner) para

determinar el grado de impurezas.

CUADRO N˚ 5. Ensayo de impurezas orgánicas


ENSAYO PARA LA DETERMINACION CUALITATIVA DE CLORURO S Y SULFATOS


METODO DE ENSAYO CUALITATIVO PARA DETERMINAR CLORUR OS Y SULFATOS. OBJETIVO: * Determinar la presencia de cloruros y sulfatos

MATERIAL Y EQUIPO A

UTILIZAR

Balanza, agregado fino, Hidróxido de sodio

Agua destilada Papel de filtro

Reactivos: Solución de nitrato de plata al 1% Solución de cloruro de bario al 10% Ácido nítrico diluido al 5% Ácido clorhídrico diluido al 5 %

PROCEDIMIENTO


2. Se le realiza un cuarteo manual.

3. En un vaso de precipitado, se colocan alrededor de 10 gramos de arena, se

añade agua destilada y se agita cuidadosamente la mezcla.

4. Luego se filtra. Este procedimiento se realiza hasta que desparezca la turbidez.

5. En un tubo de ensayo se colocan 2 cm3 del líquido filtrado previamente. Se

acidifica con 1 cm3 de la solución de ácido nítrico y se añaden unas gotas de

solución de nitrato de plata. Un precipitado blanco indica presencia de

cloruros. (FIG. 19)

6. Aparte, en otro tubo de ensayo, se introducen unos 2 cm3 del líquido filtrado,

el cual se acidifica con 1 cm3 de la solución de ácido clorhídrico y se le

añaden algunas gotas de solución de cloruro de bario. Se tapa el tubo y se

agita. Cualquier precipitado, aun fino y transparente indica presencia de

sulfatos. (FIG. 20).

CUADRO N˚ 6. Ensayo de Cloruros y Sulfatos


ENSAYO PARA LA DETERMINACION DEL MATERIAL MAS FINO QUE EL CEDAZO NUMERO 200


METODO DE ENSAYO PARA LA DETERMINACION POR LAVADO D EL CONTENIDO

DE MATERIALES MAS FINOS QUE EL CEDAZO NUMERO 200 EN AGREGADOS MINERALES

OBJETIVO: * Determinar por lavado el porcentaje más fino que el tamiz # 200

MATERIAL Y

EQUIPO A

UTILIZAR

Balanza Recipientes

Hornilla Eléctrica Tamices

Agregados en condición de

humedad seca.

PROCEDIMIENTO

1. Se selecciona una muestra de arena y de piedra de manera aleatoria.

2. Se pesó de agregado fino 999.99 gr y de agregado grueso 2500.3 gr.

3. Se agrega la arena en un recipiente transparente y este se coloca sobre el

tamiz Nro. 16 y Nro. 200. (FIG. 21)

4. Se lava, agitándolo de manera continua.

5. En el caso del agregado grueso, se puede lavar directamente sobre el

tamiz Nro. 16. (FIG. 22)

6. Liberando las partículas ultra finas del agregado, se lleva a la hornilla

eléctrica para secarlo.

7. Se dejar enfriar un poco para luego ser pesada la muestra.

8. Se determina el porcentaje más fino que el tamiz #200.

CUADRO N˚ 7. Ensayo del material más fino que el cedazo #200


CARACTERIZACION DE ARENA DE SILICE

1. GRANULOMETRÍA

Es proporcionada por la empresa procesadora del material y, se muestra en

la tabla siguiente:

Tabla N˚1. Granulometría de Arena de Sílice

TAMIZ % RETENIDO

80 0,00

100 1,00

140 4,90

200 5,80

325 11,70

400 10,10

500 10,10

635 6,30

B 50,1

Fuente: Reprocesadora Industrial de Arena de Sílice (RIASCA)

Barquisimeto, Estado Lara.

Luego de haber realizado la caracterización de los agregados, se procedió a

determinar el diseño de mezcla para la resistencia de diseño estipulada basado en el

método del manual del concreto estructural de Porrero y método estadounidense ACI

(American Concrete Institute ).

Para realizar la dosificación de las mezclas de concreto usadas en esta

investigación, se deben conocer los datos que se detallan a continuación:

� Resistencia F’c = 250 Kg/cm2

� Edad a ensayar = 28, 56, 90 días.

� Sustitución de cemento por arena de sílice 15%.

� Asentamiento T = 10 cm

� Ambiente = Normal no agresivo

� Mf = módulo de finura � Tamaño del agregado � PUC = Peso unitario compacto � Peso específico de = Agua, arena, piedra, y sílice.

Tabla N˚2. Dosificación para concreto 250 Kg/cm2 PATRON

METODO PORRERO (Kg) ACI (Kg) Agua 21,29 21,45

Cemento 42,2 34,60

Arena 97,42 113,52

Piedra 97,42 90,74

Tabla N˚3. Dosificación para concreto 250 Kg/cm2 SUSTITUCION

METODO PORRERO (Kg) ACI (Kg) Agua 21,29 21,45

Cemento 35,90 29,41

Arena 96,14 111,45

Piedra 96,14 90,74

Sílice 6,33 5,19

Los diferentes tipos de mezclas fueron elaboradas en función de un diseño

previamente determinado (ver anexo N° 2 diseños de mezclas). En las mismas fue

utilizado cemento Portland Tipo CPCA2. Al momento de ejecutar cada diseño de

mezcla se realizó la respectiva corrección por humedad tanto para el agregado fino

como para el grueso (Ver Anexo Tabla N° 19). Luego se procedió a elaborar las

probetas cilíndricas cuyas dimensiones normalizadas son de 15 x 30 cm.

A continuación se describe el procedimiento realizado para la elaboración de

mezclas de concreto especificado en las normas COVENIN para garantizar la calidad

de la mezcla.

MEZCLADO DE CONCRETO EN LABORATORIO


METODO PARA EL MEZCLADO DE CONCRETO EN EL LABORATO RIO.

OBJETIVO: * Realizar mezclas de concreto en el laboratorio.

MATERIAL Y

EQUIPO A

UTILIZAR

Trompo Mezclador Carretilla o recipiente limpio

Herramientas

PROCEDIMIENTO

1. Se hace una revisión de los materiales a emplear en la mezcla: agregado

grueso, agregado fino, cemento, agua y adiciones.

2. Se vierte el agregado grueso y la mitad del agua en el trompo mezclador.

3. Se enciende el trompo mezclador.

4. Se añade el agregado fino, el cemento (mezclado con la adición) y el agua

restante.

5. Se mezcla durante tres (03) minutos. (FIG. 23)

6. Se detiene el trompo por un periodo de tres (03) minutos.

7. Se enciende nuevamente el equipo y se mezcla por dos (02) minutos.

8. Finalizado el tiempo, se vierte el concreto en la carretilla o recipiente

destinado para tal fin, el cual debe estar limpio y húmedo.

CUADRO N˚ 8. Método de Mezcla de Concreto


EVALUACIÓN FÍSICA DE LAS MEZCLAS EN ESTADO FRESCO

Para la evaluación de las propiedades físicas de las mezclas de concreto, se

realizaron los siguientes ensayos:

ENSAYO DE ASENTAMIENTO (CONO DE ABRAMS)


METODO PARA LA MEDICION DEL ASENTAMIENTO CON EL CON O DE ABRAMS.

OBJETIVO: *Determinar el asentamiento de cada tipo de mezcla de concreto.

MATERIAL Y

EQUIPO A

UTILIZAR

Molde Cónico Cinta Métrica

Bandeja Metálica Barra para compactar

Cuchara metálica

PROCEDIMIENTO

1. Se llenó con concreto fresco un cono truncado de doce pulgadas de altura.

(FIG. 24)

2. Una vez lleno el molde, éste se levanta de manera totalmente vertical.

3. Se mide el asentamiento, que no es más que la diferencia de altura entre el

cono truncado y la pila de concreto. (FIG. 25)

CUADRO N˚ 9. Ensayo de Asentamiento


ENSAYO PARA LA DETERMINACION DEL PESO UNITARIO DE L OS AGREGADOS


METODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL PESO UNITARIO D E LOS AGREGADOS

FINOS Y GRUESOS OBJETIVO: * Calcular el peso unitario de la mezcla es estado fresco

MATERIAL Y EQUIPO A

UTILIZAR

Balanza Cuchara metálica

Barra compactadora

Recipiente cilíndrico

PROCEDIMIENTO

1. Se toma la muestra y se llena el recipiente con una pala hasta rebosar y se

descarga el agregado con una altura no mayor de 5 cm por encima de la parte

superior del recipiente.

2. Se debe tomar precauciones para impedir las segregaciones de partículas.

3. El agregado sobrante se desecha con una rejilla, luego se coloca en la balanza

para determinar el peso del agregado suelto, fino y grueso.

4. Se determina el peso unitario suelto del agregado dividiendo el peso obtenido

entre el volumen del recipiente.

5. Para el peso unitario compacto, con la barra compactadora se le da 25 golpes a

la primera capa de la muestra que corresponde a 1/3 del recipiente. (FIG. 26)

6. Se añade la segunda y tercera capa repitiendo el procedimiento descrito

anteriormente y se enrasa.

7. Se pesa el envase con la muestra compactada.

8. Se determina el peso unitario compactado del agregado dividiendo el peso

obtenido entre el volumen del recipiente

CUADRO N˚ 10. Ensayo de Peso Unitario de la mezcla de concreto


EVALUACIÓN MECANICA DE LAS MEZCLAS EN ESTADO

ENDURECIDO

Se realiza la evaluación mecánica para las distintas mezclas de concreto

realizadas, para esto se ensayaron las probetas cilíndricas a los veinte y ocho (28),

cincuenta y seis (56) y noventa (90) días en una prensa universal de manera centrada,

de forma tal que la carga sea perpendicular.

El siguiente cuadro describe el procedimiento a seguir como lo indica la

norma COVENIN 338 -1994.

ENSAYO DE COMPRESION DE CILINDROS DE CONCRETO


METODO PARA LA ELABORACION, CURADO Y ENSAYO A COMPR ESION DE CILINDROS DE CONCRETO

OBJETIVO: * Realizar mezclas de concreto en el laboratorio.

MATERIAL Y

EQUIPO A

UTILIZAR

Moldes cilíndricos (15 cm x 30 cm)

Barras compactadoras,

Cucharas de albañilería,

Martillo de goma

Aceite Prensa

Concreto en estado fresco

PROCEDIMIENTO

1. Se hace una limpieza de los moldes, retirando cualquier escombro o

partícula de suciedad, para luego aceitarlos.

2. Con el concreto en estado fresco en el recipiente o carretilla, se procede a

llenar los moldes en tres capas. (FIG. 27 y 28)

3. Cada capa es compactada con veinticinco (25) golpes, distribuidos de

manera uniforme.

4. Se extraen las posibles burbujas del interior de los cilindros, dando suaves

golpes sobre las paredes de los moldes con un martillo de goma.

5. Se enrasa la superficie de cada probeta con la cuchara de albañilería.

6. Se dejan reposar los cilindros durante un periodo de veinticuatro (24)

horas. (FIG. 29)

7. Transcurrido el tiempo, se desmoldan los cilindros, se identifican y se

sumergen en agua. (FIG. 30)

8. Los cilindros se retiran del agua el día anterior a la fecha de ensayo.

9. Se toman las medidas de cada cilindro (ancho y alto) en centímetros y, se

registra su peso en kilogramos.

10. Se traslada cada cilindro a la prensa, donde le será colocado el molde.

(FIG. 31)

11. Se centra el cilindro y se procede a comprimir.

12. Se registra el valor de la carga suministrado por la prensa, para luego

proceder a calcular el valor de la resistencia. (FIG. 32)

CUADRO N˚11. Ensayo de Compresión de cilindros de Concreto


CAPITULO IV

ANALISIS DE RESULTADOS

A continuación se presentan los resultados de cada uno de los ensayos

realizados para la caracterización de los agregados, así como la evaluación física y

mecánica de todas las mezclas de concreto comprobando que todos los resultados

cumplan con la normativa venezolana.

CARACTERIZACION DE LOS AGREGADOS

El siguiente resumen refleja los resultados provenientes de la caracterización

tanto del agregado grueso como del fino aportando la información necesaria para su

comparación con los valores mínimos aceptables reseñados en la norma COVENIN

para cada uno de los ensayos.

Tabla N°4. Caracterización del Agregado Grueso


AGREGADO GRUESO ENSAYOS VALORES

NORMATIVOS

Peso Unitario Suelto (Kg/m3) 1448.75 1400 a 1500

Peso Unitario Compacto (Kg/m3) 1465.25 1500 a 1700

Peso Específico (gr/cm3) 2.67 2.5 a 2.7

% Absorción 0.90 1.5

% Desgaste 16.31 40

Tamaño Máximo 1" 1”

En la Tabla N˚4 se observa, las características obtenidas mediantes los

ensayos realizados el cual nos permitió conocer y comparar con los valores

establecidos para cada uno de los parámetros que allí se muestran. Donde se

evidencio que el porcentaje de absorción es menor al 1 %, el peso específico se

encuentra dentro de los valores referenciales, el porcentaje de desgaste es menor al

40% lo que se puede decir que es un agregado resistente al desgaste que absorbe una

pequeña cantidad de agua lo cual no afecta la plasticidad. Además se puede afirmar

que el agregado corresponde a una piedra con un tamaño nominal 1”.

En cuanto los valores relacionados al peso unitario suelto y compacto no se

reflejar una gran diferencia entre ellos y a su vez observa que uno de ellos no cumple

con los límites establecidos, lo que está relacionado propiamente a las características

de su gradación el cual es gruesa lo que no permite un buen llenado de los espacios

vacíos. Estos límites se representan en manual de concreto estructural de porrero (Ver

Anexo N° 1, Tabla N˚12), teniendo así un agregado aceptable para ser usado en el

diseño de mezcla.

Gráfico N˚1. Granulometría del Agregado Grueso.

Fuente Propia: Crespo, Mogollón (2014).

0

20

40

60

80

100

120

1" 3/4"1/2"3/8"7/8"1/4"N° 4 N° 8 N°

16

N°

50

N°

100

% P

asan

te

AGREGADO GRUESO

LIMITE

GRANULOMETRICO

INFERIOR

AGREGADO GRUESOS

LIMITE

GRANULOMETRICO

SUPERIOR

La gráfica mostrada anteriormente evidencia que la tendencia de la

curva granulométrica del agregado grueso utilizado se encuentra en su mayoría de

tamices fuera de los límites establecidos excepto en los tamices ¾” y 1”. Lo que

refleja que es una gradación gruesa, reflejando poco porcentaje de pasante en los

tamices siguientes a los antes mencionados. A su vez es importante destacar que se

encuentra fuera de los rangos en su mayoría de los límites establecidos en la Norma

COVENIN 277:2000 "CONCRETO, AGREGADOS, REQUISITOS". Sin embargo, se

cuenta con este material para la elaboración de las probetas y se tendrá el especial

cuidado al momento de la elaboración por posibles problemas de segregación que se

generen por el uso de esa granulometría inadecuada.

Tabla N˚ 5. Caracterización del Agregado Fino.

AGREGADO FINO ENSAYOS VALORES

NORMATIVOS

Peso Unitario Suelto (Kg/m3) 1874.31 1500 a 1600

Peso Unitario Compacto (Kg/m3) 1922.22 1600 a 1900

Peso Específico (gr/cm3) 2.57 2.5 a 2.7

% Absorción 1.38 5

% Pasante 200 1.68 15

Cloruros NO NO

Sulfatos NO NO

Materia Orgánica Nro. 02 (Patrón Gadner) N° 3

Modulo de Finura 3.87 Gruesa > 3.1


De acuerdo a los resultados expresados en la Tabla N˚ 5, el módulo de finura

supera el valor de 3,1 considerándose una arena gruesa y como consecuencia una

posible baja trabajabilidad de la mezcla. Los valores de peso unitario en estado suelto

y compacto se encuentran por encima del rango máximo lo que sugiere un mejor

acomodo de las partículas con la cantidad de finos incorporados en la granulometría,

además del peso específico se encuentran en el rango de los valores usuales de las

relaciones peso/volumen.

A su vez, el material más fino que el cedazo COVENIN 200 (75 µm) está

libre de arcilla o esquisto, por lo tanto el porcentaje máximo se puede aumentar del

13% al 15%, permitiendo que el agregado fino pueda ser empleado en mezclas de

concreto.

En el ensayo de determinación de impurezas orgánicas, se obtuvo un color

semejante al Nro. 02 del patrón Gadner, indicando que el agregado se encuentra libre

de cantidades nocivas de las mismas. Por lo tanto, cumple con las especificaciones de

la Norma COVENIN 277: 2000, donde el agregado fino no debe producir un color

más oscuro que el Nro. 03 del test de colores. Además no presenta cloruros ni

sulfatos, asegurando que el agregado fino utilizado no está contaminado.

Gráfico N˚ 2. Granulometría del Agregado Fino.


La grafica granulométrica presentas variaciones y no se ajusta perfectamente a

los límites establecidos en la Norma COVENIN 277:2000 "CONCRETO.

0

20

40

60

80

100

120

3/8" N° 4 N° 8 N° 16 N° 30 N° 50 N°

100

Pasa

N°

100

% P

asan

te

AGREGADO FINO

LIMITE

GRANULOMETRICO

INFERIOR

AGREGADO FINO

LIMITE

GRANULOMETRICO

SUPERIOR

AGREGADOS. REQUISITOS". Aunque no cumple en su lo cual nos permite

inferir que es una arena relativamente gruesa.

PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO

� ASENTAMIENTO

El asentamiento, también conocido como trabajabilidad, es realizado mediante

el procedimiento mostrado en la Norma COVENIN 339-94, "Concreto. Método para

la medición del asentamiento con el Cono de Abrams".

Gráfico N˚3. Asentamiento de las diferentes mezclas en estudio.

Fuente Propia: CRESPO, MOGOLLON (2014).

Para nuestro diseño se estipulo como asentamiento esperado 4 pulgadas las

cuales se ve representado en el Gráfico Nº 3 el cual refleja los resultados del

asentamiento obtenido para una resistencia de 250 Kg/cm2, elaboradas con los

métodos Porrero y ACI para la mezcla patrón y sustitución. Se observa que entre

métodos no existe una diferencia significativa de asentamientos entre los métodos.

� PESO UNITARIO

Se muestra los diferentes pesos unitarios para cada una de las mezclas de

diseño del presente estudio.

Tabla N˚ 4. Peso Unitario de las diferentes mezclas en estudio


La Tabla N˚ 4 se muestra los pesos unitarios de las diferentes mezclas

realizadas evidenciando una disminución de cada patrón con sus respectivas

sustituciones. Esto se debe a la porción de cemento que fue retirada del diseño

original y sustituido por arena de sílice el cual su peso específico es mucho menor

que el del cemento lo que ocasiona un aumento del volumen disminuyendo el peso

retenido por unidad de volumen. Aunque la diferencia más significativa se encuentra

en el método ACI esto se debe a mayor cantidad de agua proporcionada por el

método lo que al sustituir la parte del cemento por sílice queda una pasta con mayor

agua la cual ocupa más espacio y genera la disminución de su peso. Aunque al

observar el comportamiento de las mismas se puede evidenciar que es el método

quien hace la diferencia. Ya que en el porrero se evidencian más chequeos lo que

permite controlar mejor la mezcla y aunado con lo bondadoso en cuanto a la cantidad

de cemento incorporado en comparación con el otro método en estudio (ACI).

PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO

RESISTENCIA A LA COMPRESION

La resistencia a compresión de probetas cilíndricas de concreto a los 28

días alcanza su máxima resistencia de diseño, aunque después de ese tiempo el

concreto sigue desarrollando muy lentamente resistencias a edades superiores. Esto

va concatenado con una correcta elaboración, curado y ensayo de las probetas a las

que se les practicara según la Norma COVENIN 338:02, “Concreto. Método para la

elaboración, curado y ensayo a compresión de cilindros de concreto”.

A continuación se presenta los siguientes gráficos mostrando las

resistencias a compresión alcanzadas para 28, 56 y 90 días, para una resistencia de

diseño establecida en 250 Kg/cm2.

Gráfico N˚5. Resistencia a compresión a los 28 días de las diferentes mezclas.


De acuerdo con la Gráfica N° 5 se puede observar por medio de la

comparación realizada los diseños de mezcla patrón y sustitución de los respectivos

métodos en estudio. Para esta primera evaluación podemos destacar que cada uno de

los métodos en cuanto a su mezcla patrón cumplieron con la resistencia establecida de

diseño, El porrero en mayor proporción que el ACI diferencia que se debe a la

cantidad de cemento incorporado en los mismos. Aunque la discrepancia más

notable se observa en la sustitución con respecto a su método patrón, reflejado que

para una sustitución del 15% del peso del cemento por arena de sílice al ser esta una

puzolana tiende a tener una reacción con la materia cementante, en este caso muy

lenta lo que permite determinar para la primera edad (28 días) las resistencias de las

mezclas en sustitución por método ACI no cumplieron con la resistencia de diseño

quedando por debajo del valor esperado, resultando que existe una mayor

susceptibilidad en cuanto a la dosis de cemento sustraída.



En la Gráfica N° 6 se identifica que el comportamiento del método porrero

mantiene una tendencia de aumento de la resistencia progresivamente tanto en la

mezcla patrón como en la sustitución, también se observa que los valores relacionado

con el método ACI para mezcla patrón presentaron una resistencia inferior respecto a

los anteriormente mostrados y por debajo de la resistencia de diseño, lo que indica

presuntamente problemas relacionados con la confección de las muestras, aunque

para los valores relacionados con la sustitución del mismo método presenta un

pequeño incremento lo que indica que los componentes han comenzado a reaccionar

con el material sustituido.



En la gráfica N° 7 se evidencia que después de haberse cumplido el tiempo

estipulado para el desarrollo final de las resistencias se puede afirmar que el método

porrero se comportó de gran manera superando la resistencia de diseño establecidas al

inicio, manteniendo un incremento gradual de las resistencias tanto para la mezcla

patrón como para las sustitución, de manera similar se evidencio el comportamiento

para el método ACI el cual mantuvo una buena resistencia durante las diferentes

edades para la mezcla patrón, no así la sustitución la cual presento gran

susceptibilidad al retirar el porcentaje de cemento, lo que permite presumir que la

mezcla ya se encontraba con el mínimo aceptable para cumplir con la resistencia

establecida en el diseño, la cual no fue suficiente para las edades en consideración

haciendo la reacción de manera lenta sin lograr cumplir con la resistencia de diseño

en ninguna de las edades de ensayo.

Gráfico N˚8. Resistencia a compresión a las diferentes edades de estudio.


En el grafico 8 se observa la evolución de las mezcla a diferentes edades

establecidas con sus respectivas resistencias alcanzadas. Evidenciando los

incrementos de resistencia anteriormente mencionados, destacando que los métodos

utilizados para la mezcla patrón cumplieron con las expectativas establecidas al

comienzo de presente trabajo dando respuesta a muchas interrogantes sobre su

utilización en obras para elementos estructurales. En cuanto a la utilización de los

métodos con sus respectiva sustitución, se observa que el método porrero cumple con

los parámetros presentando incrementos de resistencias aunque menores que su

mezcla patrón, en cambio para el método ACI no es recomendable ya que para

ninguna de las edades la adición no reacciono de la manera esperada asumiendo que

para este método su velocidad es muy baja como para implementarlo en obras que es

el objetivo de todas las investigaciones que se realizan en la actualidad, ya que eso

permite conocer las cualidades de los materiales empleados actualmente.

CRITERIO DE ACEPTACIÓN Y RECHAZO

En la norma COVENIN 1753 se establecen dos criterios que deben

cumplir el concreto cuando se compra o se prepara, independiente de las

características estadísticas del material. Para que el concreto sea aceptado es

necesario que se cumplan, simultáneamente, los requisitos exigidos por los dos

criterios que se mostraran a continuación.

1. X ≥ Fć -35 kgf/cm2

2. X ≥ Fć

Gráfico N˚9. Evaluación de las mezclas a los 28 días












CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

• El método porrero sustitución se comportó de manera adecuada cumpliendo

con la resistencia de diseño preestablecida y superando las expectativas

evidenciando un incremento de (10.5%) a los 28 días, (12.39%) a los 56 días y

(24.18%) a los 90 días. No así el método ACI sustitución resultando muy

sensible en cuanto a la sustitución, implicando que su resistencia de por

debajo a la establecida de diseño quedando descartado su uso para este

porcentaje.

• El método porrero cumple con los parámetros presentando incrementos de

resistencias aunque menores que su mezcla patrón.

• El método ACI no es recomendable ya que para ninguna de las edades la

adición no reacciono de la manera esperada asumiendo que para este método

su velocidad es muy baja como para implementarlo en obras.

• Tanto el agregado fino como el grueso no cumplieron con lo establecido en

las NORMAS COVENIN en cuanto a parámetros de calidad, aunque para

todos los demás criterios de aceptación y rechazo se comporto de manera

aceptable, el cual origino tener los cuidados necesarios para la elaboración de

las mezclas.

• Con respecto al arena sílice esta no influyo en el método ACI

considerablemente debido a su reacción fue lenta con respecto a las edades de

ensayos evaluadas.

• Los asentamientos de los diferentes métodos tanto para Porrero como ACI y

sus respectivas sustituciones, cumplieron con lo establecido en los parámetros

de diseño entre 4 ± 1 pul.

RECOMENDACIONES

• Se recomienda utilizar solamente el método porrero e incrementar el

porcentaje de sustitución hasta conseguir el máximo admisible para obtener la

resistencia de diseño planteada, con el fin de disminuir las cantidades de

cemento utilizado en la mezcla y abaratar los costos de la misma.

• Aumentar el alcance de un estudio posterior enfocado en la calidad y

durabilidad del concreto, estableciendo los ensayos respectivos para lograr tal

fin.

• Aumentar la edad de ensayo para el método ACI variando el porcentaje de

sustitución que se pudiera utilizar.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

• BRAN, D. (2005); “Diseño de mezclas y ensayos en concreto fresco”.

http://www.arqhys.com/contenidos/concreto-ensayos.html.

• ACI; “Instituto Americano del Concreto”.

• BLARASIN, A. (2011); “Evaluación del comportamiento físico y mecánico

de concretos de altas resistencia, variando la relación agua-cemento, el

tamaño máximo del agregado, sustituyendo dosis de cemento por microsilice

y agregando superplastificante”. Barquisimeto, Venezuela.

• KRATZ, M. (2008); “Aditivos y Adiciones en la moderna tecnología del

hormigón”.

• BYUNG-WAN, J. (2007); “Mortero de cemento con nano sílice”. Hanyang

University. Seoul, Korea.

• PORRERO, Joaquín (2004); “Manual del Concreto Estructural”. SIDETUR.

Caracas, Venezuela.

• Montoya, M. (2009) Evaluación de la reacción entre sílices de diferentes

tamaños de partículas, tal como el humo de sílice ( microsilice) y el pirosil

(sílice porosa) y el cemento portland cemento portland tipo III por métodos

de caracterización como difreccion de rayos x y ensayos de resistencias

mecánicas para cuantificar el incremento en las resistencias a la compresión y

así reconocer y cuantificar las mejoras en las propiedades que le atribuye las

diversas sílices a la mezcla cementicias.

• Bolívar, N. Gómez, R. González, N. (2012). Determinación de la

influencia sobre la resistencia a compresión a los 28, 56, y 90 días de mezclas

de concreto combinadas con la incorporación de polvo de sílice y cementos

adicionados.

• Materials and Structures y se reproduce con la autorización de la RILEM

http://www.imcyc.com/revista/1999/dic99/concreto1.htm.

• Aldana. C. El tipo de cemento puede determinar la vida útil de las estructuras

(Entrevista hecha al ingeniero Humberto bolognini por el diario el impulso).

• NORMA COVENIN 290. Método de Cuarteo, de acuerdo a las

especificaciones establecidas, para la obtención de muestras

representativas de agregados finos y agregados gruesos.

• Norma COVENIN 255-98. Composición Granulométrica de

Agregados Finos y Gruesos.

• Norma COVENIN 256 - 77.Determinación Cualitativa de Impurezas

Orgánicas en el Agregado Fino para concreto.

• Norma COVENIN 258 - 77. Determinación de Partículas más finas

que el Cedazo Nro. 200 en el Agregado Fino.

• NORMA COVENIN 263-78. Determinación de Peso Unitario en

estado suelto (P.U.S.) y Peso Unitario en estado compacto (P.U.C.) del

agregado fino y grueso.

• NORMA COVENIN 266-77.Resistencia al Desgaste del Agregado

Grueso con partículas menores a 38,2 mm (1 ½ “) haciendo uso de la

Máquina de Los Ángeles.

• NORMA COVENIN 268-98. Peso Específico y Absorción del

Agregado Fino.

• Peso Específico y Absorción del Agregado Grueso, según la Norma

COVENIN 269-98.

Granulometria

Agregados Finos Agregados Grueso

Figura N˚1: Método de Cuarteo para agregado fino Figura N˚2: Método de Cuarteo para agregado grueso

Fuente Propia: Crespo, Mogollon, (2014) Fuente Propia: Crespo, Mogollon, (2014)

Figura N˚3: Tamizadora para agregado fino Figura N˚ 4: Tamizado para agregado grueso


Peso específico y porcentaje de absorción de agregado grueso

Figura N˚ 5 : Peso de agregado grueso seco Figura N˚ 6 : Agregado fino y grueso sumergido


Figura N˚ 7 : Agregado grueso Sss Figura N˚8 : Balanza Hidrostatica


Figura N˚ 9: Secado en hornilla, agregado grueso

Fuente Propia: Crespo, Mogollon, (2014)

Peso específico y porcentaje de absorción de agregado grueso

Figura N˚ 10: Agredo fino Sss Figura N˚11 : Peso de agregado fino seco

Fuente Propia: Crespo, Mogollon, (2014) Fuente: Bolívar, Gómez, González (2012)

Figura N˚12 : Matraz de chapman


Peso unitario de los agregados

Figura N˚ 13: Secado en hornilla, agregado fino. Figura N˚ 14: Secado en hornilla, agregado grueso.


Figura N˚ 15: Envase con muestra suelta para agragdo Figura N˚16: Envase con muestra suelta

Fino. para agregado fino.


Figura N˚ 17: Envase con muestra compactada para Figura N˚18: Envase con muestra compactada

agregado fino. para agregado grueso


Cloruro De Sulfato

Figura N˚19 : Ensayo de cloruro de sulfato Figura N˚20 : Ensayo de cloruro de sulfato


Material más fino que el cedazo n° 200

Figura N˚21: Lavado del agrgado fino Figura N˚22 : Lavado del agrgado grueso


Preparación de mezcla

Figura N˚23 : Mezclado de concreto


Asentamiento

Figura N˚ 24: Compactacion del concreto en cono Figura N˚25: Medicion del asentamiento de la

de ABRAMS. mezcla de concreto.


Peso unitario de la mezcla

Figura N˚26 : Mezclado de concreto


Resistencia a la compresión

Figura N˚ 27: Colocacion de la mezcla en los Figura N˚28: compactacion de la mezcla en los

moldes normalizados. moldes normalizados.


Figura N˚29 : Fraguado de la mezcla. Figura N˚30 : cilindros sumeidos


Figura N˚29 : Compresion de provetas en prensa Figura N˚30 : Lectura de carga aplicada.

Universal.


1. CARACTERIZACION DE LOS AGREGADOS

Tabla N˚6. Granulometría del Agregado Grueso

CONTROL DE CALIDAD AGREGADO: GRUESO PROCEDENCIA : Acarigua, Sector “La Balonera”

ANALISIS GRANULOMETRICO (SEGÚN NORMA COVENIN 255-19 98)

CEDAZO PESO

RETENIDO (gr.)

% RETENIDO % RETENIDO ACUMULADO

% PASANTE

1 " 266 2.12 2.12 97.88

3/4" 1774 14.17 16.29 83.71

1/2" 6385 51.01 67.3 32.7

3/8" 2545 20.33 87.63 12.37

1/4" 1080 8.62 96.26 3.74

#4 54 0.43 96.69 3.31

PASANTE # 100 414 3.30 100 0

PESO MUESTRA 12518 TAMANO MAXIMO 1"


Tabla N˚7. Granulometría del Agregado Fino

CONTROL DE CALIDAD AGREGADO: FINO PROCEDENCIA : Acarigua, Sector “La Balonera”

ANALISIS GRANULOMETRICO (SEGÚN NORMA COVENIN 255-19 98)

CEDAZO PESO

RETENIDO (gr.)

% RETENIDO % RETENIDO ACUMULADO

% PASANTE

3/8 " 49.00 9.97 90.03 9.97

# 4 116.80 23.76 66.27 33.73

# 8 86.10 17.51 48.76 51.24

# 16 12.30 2.50 46.26 53.74

#30 81.90 16.66 29.60 70.40

#50 56.10 11.41 18.19 81.81

#100 21.5 4.37 13.82 86.18

PASANTE # 100 67.9 13.81 0 100

PESO MUESTRA 491.60 MODULO DE FINURA 3.87


Tabla N˚8. Peso Específico y Absorción del Agregado Grueso

CONTROL DE CALIDAD DE LOS AGREGADOS

PESO ESPECÍFICO Y PORCENTAJE DE ABSORCION. AGREGADO GRUESO (SEGÚN NORMA COVENIN 269-78)

PESO DE LA MUESTRA SECA (gr) (Wo): 2477.6

PESO DE LA MUESTRA SATURADA CON SUPERF. SECA (gr) (Wsss): 2500

PESO EN EL AGUA DE LA MUESTRA SATURADA (gr) (Wsusp): 1564.4

PORCENTAJE DE ABSORCION (Abs): 0.90

PESO ESPECIFICO SATURADO CON SUPERFICIE SECA (gr/cm3) (ϒsss): 2.67


Tabla N˚9. Peso Específico y Absorción del Agregado Fino


PESO ESPECÍFICO Y PORCENTAJE DE ABSORCION. AGREGADO FINO (SEGÚN NORMA COVENIN 268-78)

PESO DE LA MUESTRA SECA (gr) (Wo): 493.2

PESO DE LA MUESTRA SATURADA CON SUPERF. SECA (gr) (Wsss): 500

VOLUMEN DE AGUA ANADIDO AL FRASCO (ml) (Va): 200

VOLUMEN DEL AGUA + MUESTRA (ml) (V): 394

PORCENTAJE DE ABSORCION (%): 1.38

PESO ESPECÍFICO SAT. CON SUPERFICIE SECA (gr/cm3) (ϒsss): 2.57


Tabla N˚10. Peso Unitario Suelto y Compacto agregado grueso


PESO UNITARIO SUELTO Y COMPACTO (SEGÚN NORMA COVENIN 263-78)

VOLUMEN RECIPIENTE (cm3): 14400

P.U.S (Kg/m3):

1448.75 PESO RECIPIENTE (gr): 8900

PESO RECIPIENTE + MUESTRA SUELTA (gr): 29762

PESO RECIPIENTE + MUESTRA COMPACTA (gr): 30000

P.U.C. (Kg/m3):

1465.28 PESO MUESTRA SUELTA (gr): 20862

PESO MUESTRA COMPACTA (gr): 21100


Tabla N˚11. Peso Unitario Suelto y Compacto agregado fino


PESO UNITARIO SUELTO Y COMPACTO (SEGÚN NORMA COVENIN 263-78)

VOLUMEN RECIPIENTE (cm3): 2880

P.U.S (Kg/m3):

1874.31 PESO RECIPIENTE (gr): 6120

PESO RECIPIENTE + MUESTRA SUELTA (gr): 11518

PESO RECIPIENTE + MUESTRA COMPACTA (gr): 11746

P.U.C. (Kg/m3):

1922.22

PESO MUESTRA SUELTA (gr):

5398

PESO MUESTRA COMPACTA (gr): 5536


Tabla N˚ 12. Valores usuales de las relaciones peso/volumen de los agregados no

livianos.

PROPIEDAD GRUESOS ARENA

Peso Unitario Suelto (Kg/lt) 1.4 a 1.5 1.5 a 1.6

Peso Unitario Compacto (Kg/lt) 1.5 a 1.7 1.6 a 1.9

Fuente: Manual del Concreto Estructural. Porrero (2004)

Tabla N˚13. Material más fino que el cedazo #200. Agregado Grueso

CONTROL DE CALIDAD DE LOS AGREGADO S

MATERIAL MAS FINO QUE EL CEDAZO # 200 (SEGÚN NORMA COVENIN 258-77)

GRUESO PESO SECO INICIAL DE LA MUESTRA (gr) (Wo):

1500

PESO SECO FINAL DE LA MUESTRA LAVADA (gr) (Wi):

1490.5

PORCENTAJE MAS FINO QUE CEDAZO # 200 (F):

0.63


Tabla N˚14. Material más fino que el cedazo #200. Agregado Fino


MATERIAL MAS FINO QUE EL CEDAZO # 200 (SEGÚN NORMA COVENIN 258-77)

FINO PESO SECO INICIAL DE LA MUESTRA (gr) (Wo):

500

PESO SECO FINAL DE LA MUESTRA LAVADA (gr) (Wi):

491.6

PORCENTAJE MAS FINO QUE CEDAZO # 200 (F):

1.68


Tabla N˚15. Impurezas Orgánicas

ENSAYO CUALITATIVO DE IMPUREZAS ORGANICAS (SEGÚN NORMA COVENIN 256-77)

COLOR NRO. 2 X NO PRESENTA IMPUREZAS ORGANICAS

SI PRESENTA IMPUREZAS ORGANICAS


2. DISEÑO DE MEZCLA PARA F’c 250 Kg/cm2

� MÉTODO PORRERO

DATOS:

• Asentamiento (cm) = 10

• Zona = Ambiente normal no agresivo.

• A = Arena natural de rio.

• G = Piedra picada.

• Tmax = 1”

• β = 0.50

• α Durabilidad= 0.504

• Grado de Control = Bueno

• σ = 32

• Cuantil % 9

• Z = -1.34

• Piedra (Kr) = 1

• Arena (Ka) = 0.97

• C1 = 1 (por tener un Tmax = 1”)

• C2 = 0.93 (Arena natural semitriturados)

• ��emento = 3.33 kg/lts

• ��= 1 kg/lts

• ��= 2.2 kg/lts

• �= 2.57 kg/lts

• ��= 2.67 kg/lts

• Sustitución 15%

Gráfico N˚9. Gráfica de combinación de agregados β


� METODO PORRERO PATRON

Fcr = Fc� − Zxσ = 292.88Kg/cm2

� = 3.147 − 1.065&'(�)*�+, = 0.520

�-(++��.( = �&/+&/� = 0.504

�-(++��.( < �1�+�2��.�.3/

Calculo del cemento mediante la relación triangular

- =117.2&45.67

�6.8= 9:;. <=>?

Corrección del cemento

-�(++ = -&-1&-2 = =<=. @=AB

Chequeando cantidad de cemento por durabilidad

No se corrige por durabilidad ya que no estamos en ningunos de los casos que

establece el método

Calculo del Volumen de aire atrapado

C = -

D= :E, :;GB/H=

Calculo del Volumen absoluto de los granos de cementos

C� = -

��IJK(= ::E. ;@LMN

Calculo del Volumen absoluto de agua

C� =�&-�(++

��= :@=. @ELMN

Cálculos de los componentes

γA = 2.57 γG= 2.67

Υ) + �, = Q&ΥA + )1 − β,&ΥG = 2.62

C� + C� + C +U + V

2.62= 1000'K�

A+G = 1771.34 kg

Cantidad de Finos

= Q) + �, = <<E. WX>?/Y=

Cantidad de Grueso

� = )1 − Q, ∗ ) + �, = <<E. WX>?/Y=

� METODO PORREO SUTITUCION

Fcr = Fc� − Zxσ = 292.88Kg/cm2

� = 3.147 − 1.065&'(�)*�+, = 0.520

�-(++��.( = �&/+&/� = 0.504

�-(++��.( < �1�+�2��.�.[A

Calculo del cemento mediante la relación triangular

- =117.2&45.67

�6.8= 9:;. <=>?

Corrección del cemento

-�(++ = -&-1&-2 = =<=. @=AB

Chequeando cantidad de cemento por durabilidad

No se corrige por durabilidad ya que no estamos en ningunos de los casos que

establece el método

Calculo del contenido de sílice

\ = 0.15 ∗ -�(++ = 57.59]�


C� = \

��= ;W. :<^MN

Calculo del Volumen de aire atrapado

C = -

D= :E, :;^MN

Calculo del Volumen absoluto de los granos de cementos

C� = )- − \,

��IJK(= @<. __LMN


C� =�&-�(++

��= :@=. @ELMN

Cálculos de los componentes

γA = 2.57 γG= 2.67

Υ) + �, = Q&ΥA + )1 − β,&ΥG = 2.62

C� + C� + C + C� + + �

2.62= 1000'K�

A+G = 1748.06 kg

Cantidad de Finos

= Q) + �, = <X9. _=>?/Y=

Cantidad de Grueso

� = )1 − Q, ∗ ) + �, = <X9. _=>?/Y=

� MÉTODO ACI

El procedimiento dado a continuación para establecer las proporciones de los componentes de una mezcla se utiliza para concreto de peso normal, sin embargo los principios básicos y procedimientos, también se usan para el diseño de mezclas de concretos pesados. Dicho método solo trabaja con PUC.

La estimación de los materiales por peso del concreto. Es un desarrollo que tiene una secuencia lógica, mediante pasos de avance que se adaptan a las características de los materiales disponibles a fin de conseguir una mezcla adecuada de trabajo, para ello se requiere conocer los siguientes datos: Resistencia del concreto, tamaño máximo, máxima relación agua cemento, elemento a vaciar, contenido de cemento, aditivo y aire.

DATOS:

• F’c = 250 kg/cm2

• Asentamiento T= 10 cm • Tamaño del agregado = 1” • α = relación agua- cemento

• C = cemento • A = agua

• G = agregado grueso • F = agregado fino

• Sin aire incorporado

• Mf = 3.87 módulo de finura • S = sílice

• Sustitución 15% • PUC = 1465.28 kg/m3

• ��= 2.2 kg/lts

• �= 2.57 kg/lts

• ��= 2.67 kg/lts

� ACI PATRÓN

Estimación del agua de mezclado y el contenido de aire:

Para la determinación del agua de mezclado entramos en la Tabla 2. Con el valor del asentamiento T= 10 cm y el tamaño máximo = 25 mm en el cual interceptaremos en la tabla para obtener el valor del agua y el porcentaje de aire atrapado.

Tabla 16. Agua de mezclado (aproximado)

Asentamiento (cm)

Agua (kg/cm3) de concreto para tamaño indicado en mm 10 12.5 20 25 50* 70* 150*

Concreto sin aire incorporado

3 a 5 205 200 185 180 160 155 145 125 8 a 10 225 215 200 195 175 170 160 140 15 a 18 240 230 210 205 185 180 170 -

% aprox. De aire

incorporado 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3 0.2

Concreto con aire incorporado

3 a 5 180 1.75 165 160 145 140 135 120 8 a 10 200 190 180 175 160 155 150 135 15 a 18 215 205 190 185 170 165 160 -

% aprox. De aire

incorporado 8 7 6 5 4.5 4 3.5 3

*Los asentamientos han sido medidos con materiales sin fricción de tamaño mayor a 40mm

A = 195 lts.

% aire atrapado = 1.5

Selección de la relación agua-cemento (a/c):

Con el valor de la resistencia de diseño fć = 250 kg/�I` ingresamos en la Tabla 3 e interceptamos con la primera columna ya que la mezcla no posee aire incorporado.

Tabla 17. Resistencia a la compresión y relación agua cemento

Resistencia a la compresión (kg/aY;)

A los 28 días.

Relación agua-cemento (peso)

Sin aire incorporado


Con aire incorporado 450 0.38 - 400 0.43 - 350 0.48 0.40 300 0.55 0.46 250 0.62 0.53 200 0.70 0.61 150 0.80 0.71

αCorr = 0.62

Calculo del contenido de cemento(C):

- =

�-(++= 314.52 ]� I8b

Estimación del contenido del agregado grueso:

Los volúmenes apropiados de agregados gruesos para el volumen unitario de concreto se dan en la Tabla 18. Se considera para una determinada trabajabilidad (asentamiento) el volumen del agregado grueso solamente depende del tamaño máximo y del módulo de finura. El volumen de agregado obtenido en la tabla se convierte en el peso seco del agregado grueso requerido para 1 I8 de concreto, multiplicando el valor de la tabla por el peso unitario compacto del agregado grueso.

Para un agregado de tamaño máximo 1” y módulo de finura Mf = 3.87 entramos en la Tabla 18.

Tabla 18. Volumen de agregado grueso para un volumen unitario de concreto

Tamaño máximo del agregado

Volumen del agregado por Y= para diferentes módulos de

finura mm Pulgadas 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 10 3/8 0.50 0.48 0.46 0.44 0.42 0.40 0.38 0.36 0.34

12.5 ½ 0.59 0.57 0.55 0.53 0.51 0.49 0.47 0.45 0.43 20 ¾ 0.66 0.64 0.62 0.60 0.58 0.56 0.54 0.52 0.50 25 1 0.71 0.69 0.67 0.65 0.63 0.61 0.59 0.57 0.55

40 1 1/2 0.76 0.74 0.72 0.70 0.68 0.66 0.64 0.62 0.60 50 2 0.78 0.76 0.74 0.72 0.70 0.68 0.66 0.64 0.62 70 3 0.81 0.79 0.77 0.75 0.73 0.71 0.69 0.67 0.65 150 6 0.87 0.85 0.83 0.81 0.79 0.77 0.75 0.73 0.71

Como el resultado se encuentra entre dos valores interpolamos:

VG = 0.563 m8

Calculamos el valor del peso del agregado grueso.

G = VG * PUC

G = 824.95 kg

Método volumétrico: este método nos permite calcular la cantidad en peso de los componentes de la mezcla en relación a mil litros de agua.

+-

��IJK(+

%aireatrapado

100+

�

��+

k

�*= 1000

Despejamos a F de la ecuación anterior:

F = 1032.02 kg.

� ACI SUSTITUCIÓN:

Estimación del agua de mezclado y el contenido de aire:

Para la determinación del agua de mezclado entramos en la Tabla 2. Con el valor del asentamiento T= 10 cm y el tamaño máximo = 25 mm en el cual interceptaremos en la tabla para obtener el valor del agua y el porcentaje de aire atrapado.

Tabla 16. Agua de mezclado (aproximado)

Asentamiento (cm)

Agua (kg/cm3) de concreto para tamaño indicado en mm 10 12.5 20 25 50* 70* 150*

Concreto sin aire incorporado

3 a 5 205 200 185 180 160 155 145 125 8 a 10 225 215 200 195 175 170 160 140 15 a 18 240 230 210 205 185 180 170 -

% aprox. De aire

incorporado 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3 0.2

Concreto con aire incorporado

3 a 5 180 1.75 165 160 145 140 135 120 8 a 10 200 190 180 175 160 155 150 135 15 a 18 215 205 190 185 170 165 160 -

% aprox. De aire

incorporado 8 7 6 5 4.5 4 3.5 3

*Los asentamientos han sido medidos con materiales sin fricción de tamaño mayor a 40mm

A = 195 lts.

% aire atrapado = 1.5

Selección de la relación agua-cemento (a/c):

Con el valor de la resistencia de diseño fć = 250 kg/�I` ingresamos en la Tabla 17 e interceptamos con la primera columna ya que la mezcla no posee aire incorporado.

Tabla 17. Resistencia a la compresión y relación agua cemento

Resistencia a la compresión (kg/aY;)

A los 28 días.


Sin aire incorporado


Con aire incorporado 450 0.38 - 400 0.43 - 350 0.48 0.40 300 0.55 0.46 250 0.62 0.53 200 0.70 0.61 150 0.80 0.71

αCorr = 0.62

Calculo del contenido de cemento(C):

- =

�-(++= 314.52 ]� I8b

Estimación del contenido del agregado grueso:

Los volúmenes apropiados de agregados gruesos para el volumen unitario de concreto se dan en la Tabla 18. Se considera para una determinada trabajabilidad (asentamiento) el volumen del agregado grueso solamente depende del tamaño máximo y del módulo de finura. El volumen de agregado obtenido en la tabla se convierte en el peso seco del agregado grueso requerido para 1 I8 de concreto, multiplicando el valor de la tabla por el peso unitario compacto del agregado grueso.

Para un agregado de tamaño máximo 1” y módulo de finura Mf = 3.87 entramos en la Tabla 18.

Tabla 18. Volumen de agregado grueso para un volumen unitario de concreto

Tamaño máximo del agregado

Volumen del agregado por Y= para diferentes módulos de finura

mm Pulgadas 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 10 3/8 0.50 0.48 0.46 0.44 0.42 0.40 0.38 0.36 0.34

12.5 ½ 0.59 0.57 0.55 0.53 0.51 0.49 0.47 0.45 0.43 20 ¾ 0.66 0.64 0.62 0.60 0.58 0.56 0.54 0.52 0.50 25 1 0.71 0.69 0.67 0.65 0.63 0.61 0.59 0.57 0.55 40 1 1/2 0.76 0.74 0.72 0.70 0.68 0.66 0.64 0.62 0.60 50 2 0.78 0.76 0.74 0.72 0.70 0.68 0.66 0.64 0.62 70 3 0.81 0.79 0.77 0.75 0.73 0.71 0.69 0.67 0.65 150 6 0.87 0.85 0.83 0.81 0.79 0.77 0.75 0.73 0.71

Como el resultado se encuentra entre dos valores interpolamos:

VG = 0.563 m8

Calculamos el valor del peso del agregado grueso.

G = VG * PUC

G = 824.95 kg

Cantidad de sílice:

S = C*0.15 = 47.18 kg/m3

Cantidad de cemento:

Cs = 314.52 – 47.18 = 267.34 kg/m3

Método volumétrico:

+-

�-+

%aireatrapado

100+

�

��+

k

�*+

\

��= 1000

F = 1013.32 kg

3. CORRECCION HIGROSCOPICA

Corrección por humedad el día de elaboración de la mezcla

Tabla N˚19. Corrección higroscópica para f’c 250 Kg/cm2.

METODOS PORRERO PATRON Agregado Grueso Agregado Fino

Humedad(w) 0.26 1.99 Absorción (abs) 0.90 1.38

Gsss 97.42 97.42 Gw 96.80 98.00

PORRERO SUST. Agregado Grueso Agregado Fino Humedad(w) 0.06 1,94

Absorción (abs) 0.90 1.38 Gsss 96.14 96.14 Gw 95.34 96.67

ACI PATRON Agregado Grueso Agregado Fino Humedad(w) 0 1.41


ACI SUST. Agregado Grueso Agregado Fino Humedad(w) 0.30 1.85



4. ASENTAMIENTO DE LA MEZCLA

Tabla N˚20. Asentamiento para f’c 250 Kg/cm2.

METODOS ASENTAMIENTO (Pulg)

PORRERO PATRÓN 3.54

PORRERO SUSTITUCIÓN 3.05

ACI PATRÓN 3.74

ACI SUSTITUCIÓN 3.15


5. PESO UNITARIO DE LA MEZCLA Tabla N˚21. Peso unitario para f’c 250 Kg/cm2.

METODOS PESO UNITARIO (kg/lts)

PORRERO PATRÓN 2,33

PORRERO SUSTITUCIÓN 2,30

ACI PATRÓN 2,29

ACI SUSTITUCIÓN 2,29


6. EVALUACION EN ESTADO ENDURECIDO DE LA MEZCLA DE CONCRETO

Tabla N˚22. Resistencia a compresión para f’c 250 Kg/cm2 a los 28 días

N˚ DESCRIPCION FECHA DE EDAD

(días)

RESISTENCIA DE

DISEÑO Φ (mm) H (cm) PESO (Kg) CARGA (Kg)

F’c (kg/cm2)

Elaboración Ensayo

1

PORRERO

PATRON 26/07/2013 28/08/2013 28 250

150 300 12.250 57.890 327,60

2 150 299 12.200 54.870 310,51

3 150 300 12.050 59.940 339,20

4 150 300 12.250 56.790 321,38

5 150 299 12.200 53.230 301,23

6 150 299 12,200 53,230 301,32

7

PORRERO

SUSTITUCION 29/07/2013 28/08/2013 28 250

150 300 12.400 44.200 250,13

8 150 300 11.900 53.600 303,32

9 150 300 12.100 52.000 294,27

10 150 299 12.300 51.910 293,76

11 150 300 12.200 42.370 239,77

12 150 300 12,200 42,370 239,80

13

ACI

PATRON 30/07/2013 28/08/2013 28 250

151 300 12.300 47.980 267,93

14 150 299 12.400 47.810 270,56

15 150 300 12.300 54.780 310,00

16 150 300 12.600 53.400 302,19

17 150 300 12.300 54.060 305,93

18 150 300 12,300 54,060 305,93

19

ACI

SUSTITUCION 31/07/2013 28/08/2013 28 250

150 300 12.100 28.330 160,32

20 150 301 12.200 26.670 150,93

21 150 297 11.900 28.740 162,64

22 150 300 12.200 27.760 157,09

23 150 300 12.200 25.120 142,15

24 150 300 12,200 25,122 142,16




(días)

RESISTENCIA DE

DISENO Φ (mm) H (cm) PESO (Kg) CARGA (Kg)

F’c (kg/cm2)

Elaboración Ensayo

1

PORRERO PATRON 26/07/2013 25/09/2013 56 250

151 300 12.250 50.920 284,353

2 150 300 12.200 60.240 340,899

3 150 300 12.300 58.820 332,863

4 150 301 12.200 59.450 336,428

5 150 301 12.300 64.690 366,081

6 151 301 12.350 61430 343,044

7

PORRERO SUSTITUCION 29/07/2013 25/09/2013 56 250

150 300 12.200 58.100 328,79

8 150 301 12.200 48.850 276,44

9 151 302 11.900 48.960 273,41

10 150 302 12.250 54.150 306,44

11 151 301 12.250 61.990 346,17

12 150 300 12.250 58.580 331,50

13

ACI PATRON 30/07/2013 25/09/2013 56 250

150 299 12.200 40.240 227,72

14 150 300 12.000 34.060 192,75

15 151 301 12.100 41.440 231,41

16 150 300 12.100 42.930 242,94

17 150 301 12.200 39.040 220,93

18 150 301 12.200 37.660 213,12

19

ACI SUSTITUCION 31/07/2013 25/09/2013 56 250

150 301 12.100 28.550 161,56

20 150 301 12.150 33.270 188,28

21 150 300 12.150 26.020 147,25

22 150 301 12.200 35.700 202,03

23 150 299 12.100 25.730 145,61

24 150 302 12.300 30.880 174,75




(días)

RESISTENCIA DE

DISENO Φ (mm) H (cm) PESO (Kg) CARGA (Kg)

F’c (kg/cm2)

Elaboración Ensayo

1

PORRERO PATRON 26/07/2013 29/10/2013 90 250

150 300 12.300 64.330 364,044

2 150 300 12.300 63.390 358,725

3 150 300 12.200 62.470 353,518

4 150 300 12.400 66.790 377,965

5 150 299 12.200 68.490 387,586

6 150 299 12.200 66.870 378,418

7

PORRERO SUSTITUCION 29/07/2013 29/10/2013 90 250

150 300 12.300 44.010 249,05

8 150 301 12.200 50.310 284,70

9 150 301 12.400 54.290 307,23

10 151 302 11.900 45.380 253,42

11 150 300 12.300 50.450 285,50

12 150 299 12.300 54.060 305,93

13

ACI PATRON 30/07/2013 29/10/2013 90 250

150 300 12.200 41.670 235,81

14 150 301 12.000 53.890 304,96

15 150 299 12.400 65.200 368,97

16 151 301 12.400 65.830 367,61

17 151 299 12.200 50.090 279,72

18 151 300 12.300 62.490 348,96

19

ACI SUSTITUCION 31/07/2013 29/10/2013 90 250

150 300 12.200 38.070 215,44

20 150 301 12.200 38.090 215,55

21 150 300 12.200 41.840 236,77

22 150 300 12.200 39.490 223,47

23 150 299 12.000 35.370 200,16

24 150 300 12.100 40.360 228,40


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