Evaluación de la calidad de agregados para diseño de mezcla de concretos por cuatro métodos de las canteras de Cabanillas y Unocolla de la provincia de San Román. Alm. Conza Ccopa Dante(1); Alm. Ballesteros Cirineo Kevin(2)

RESUMEN.

En este artículo se presenta los estudios realizados a las canteras de agregados, ubicados en Cabanillas, Unocolla, Yocara y Monosesquen de la provincia de San Román, y su comportamiento en el concreto diseñado por cuatro métodos. La finalidad del estudio comprende la evaluación de las propiedades físicas de los agregados. Aplicar los agregados en la dosificación de mezcla de concreto, diseñado por cuatro métodos para comprobar su influencia en la resistencia, según el método aplicado. Probar la influencia de los agregados en la resistencia a compresión de acuerdo a sus propiedades físicas por cantera y su relación por método de diseño aplicado.

La evaluación realizada determina las propiedades físicas, que intervienen principalmente en un diseño de mezcla de concreto para una resistencia especificada. La principal ventaja de utilizar un método de diseño de mezcla apropiado según las propiedades físicas de los agregados, es optimizar material y reducir costos con resultados más exactos. Dada la situación indiscutible en el tema del concreto son principalmente el costo y la tecnología, el enfoque propuesto pretende encontrar un punto de cohesión entre el costo y la tecnología para obtener una resistencia a compresión del concreto mas optimo por tipo de cantera y métodos de diseño. Además la diferencia en la resistencia del concreto para la relación agua-cemento, está sujeto a varios factores, entre ellos los más determinantes son las propiedades físicas del agregado tales como: cambios del tamaño, granulometría, textura superficial, forma, resistencia y rigidez del agregado.

(1)Conza Ccopa Dante, alumno estudiante de la carrera de ingeniería civil de la Universidad Peruana Unión; (2)Ballesteros Cirineo Kevin, alumno estudiante de la carrera de ingeniaría civil de la Universidad Peruana Unión.

1. INTRODUCION1.1. Según la norma técnica peruana es importante el control de calidad del material

para ser utilizado en la construcción, es por ello que viendo que en la ciudad de Juliaca existen varias canteras de agregados en funcionamiento nace la oportunidad de analizar dichas canteras. Comenzando desde su granulometría siguiendo sus propiedades y el diseño de las mezclas por 4 métodos diferentes y terminando con la determinación de la resistencia a compresión. Diseño de mezcla de concreto normal y sus métodos.

El concreto es un material heterogéneo el cual está compuesto principalmente de la combinación de cemento, agua, y agregados fino y grueso. El concreto contiene un pequeño volumen de de aire atrapado, y puede contener también aire intencionalmente incorporado mediante el empleo de un aditivo. La selección de los diferentes materiales que componen la mezcla de concreto y de la proporción de cada uno de ellos debe ser siempre el resultado de un acuerdo razonable entre la economía y el cumplimiento de los requisitos que debe satisfacer el concreto fresco y el endurecido.

Objetivos

Evaluar las canteras de acuerdo a su utilidad en el diseño de mezclas

Recomendar un método de diseño de mezclas paras cada cantera

2. COMCEPTOS BASICOS DE LOS METODOS DE DISEÑO DE MEZCLA.

2.1. VOLUMEN UNITARIO DEL AGUA.La selección del volumen del agua se refiere a la determinación del contenido de agua que se le debe incorporar ala mescladora, por unida cubica de concreto, para determinar una consistencia adecuada para el agregado seco.La tabla a sido preparada en base a recomendaciones del comité 211 de ACI. Ella permite seleccionar el contenido de agua, para el agregado en estado seco, en concretos preparados con o sin aire incorporado; teniendo factores a ser considerados la consistencia que se desea para la mescla el tamaño máximo seleccionado del agregado.

Agua, lt/m3 concreto para TM, mm

Asentamiento, cm 3/8 1/2 3/4 1 1 1/2 2 3 6

Concreto sin aire incluido

De 1 a 2 207 199 190 179 166 154 130 113

De 3 a 4 228 216 205 193 181 169 145 124

De 6 a 7 243 228 216 202 190 178 160 ---

Concreto con aire incluido

De 1 a 2 181 175 168 160 150 142 122 107

De 3 a 4 202 193 184 175 165 157 133 119

De 6 a 7 216 205 197 174 174 166 154 ---

2.2. CONTENIDO DE AIRE.Las burbujas de aire pueden estar presentes en la pasta como resultado de a las operaciones propia del proceso de puesta en obra, cuyo caso se le conoce como aire atrapado o aire natural; o pueden encontrarse en la mescla debido a que ha sido incorporada intencionalmente, cuyo caso se le conoce como aire incorporado.

Tamaño máximo en pulgadas 3/8 1/2 3/4 1 1 1/2 2 3 6

Cantidad aprox. aire atrapado 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3 0.2

2.3. RELACION AGUA/CEMENTO.Desde la mayoría de propiedades deseables en el concreto endurecido depende de la calidad de la pasta, producto final de proceso de hidratación del cemento,Se considera que una de las etapas fundamentales en la selección de las proporciones de una mescla de concreto es la elección de la relación agua/cemento mas adecuada.

Resistencia a la compresión a los 28 días Kg/cm2 Concreto sin aire incluido Concreto con aire incluido

420 0.41 ---

350 0.48 0.40

280 0.57 0.48

210 0.68 0.59

140 0.82 0.74

2.4. SELECION DEL AGREGADO.La selección de la proporción de los agregados fino y grueso en la unidad cubica de concreto tiene por finalidad obtener una mescla en la que, con un mínimo de contenido de pasta, se puedan obtener la propiedades necesarias deseadas en le concreto.Para ello es deseable que la granulometría general de los agregados sea tal que el volumen de vacios, o espacio entre partículas, sea mínimo.

Tamaño máximo de agregado, mm

Volumen de agregado grueso varillado en seco, por volumen unitario de concreto para distintos módulos de finura de la arena

  2.40 2.60 2.80 3.00

9.5 (3/8") 0.50 0.48 0.46 0.44

12.5 (1/2") 0.59 0.57 0.55 0.53

19 (3/4") 0.66 0.64 0.62 0.60

25 (1") 0.71 0.69 0.67 0.65

37.5 (1 1/2") 0.75 0.73 0.71 0.69

50 (2") 0.78 0.76 0.74 0.72

75 (3") 0.82 0.80 0.78 0.76

150 (6") 0.87 0.85 0.83 0.81

3. METODO DEL ACI-211.

El comité 211 del ACI ha desarrollado un procedimiento de diseño de mescla bastante simple el cual, basándose en la tablas presentadas, permite tener valores de los diferentes materiales que integran la unidad cubica del concreto.La estimación de las cantidades del material requeridas para prepara una unidad cubica de concreto implica una secuencia cuyo cumplimiento permite, en función de las características de los materiales, preparar la mescla adecuada para el trabajo que se va a ejecutar.

3.1. SECUENCIA DE DISEÑO SEGÚN ACI.Independientemente las características finales del concreto sean indicadas en las especificaciones o dejadas al criterio del profesional responsable del diseño de la mescla, las cantidades por metro cubico pueden ser lo siguientes según el ACI.

- Selección de la resistencia promedio a partir de la resistencia en comprensión especificada.

- Selección del tamaño máximo nominal del agregado.- Selección del asentamiento.- Selección del volumen unitario del agua.- Selección del contenido de aire.- Selección de la relación agua /cemento por resistencia o durabilidad.- Determinación del factor de cemento.- Determinación del contenido de agregado grueso- Determinación de la suma de los volúmenes absolutos del cemento, agua,

aire y agregado grueso.- Determinación del volumen absoluto del agregado fino.- Determinación del peso seco del agregado fino.- Determinación del los valores de diseño del cemento, agua, aire, agregado

fino, agregado grueso.- Corrección de los valores de diseño por humedad del agregado.- Determinación de la proporción en peso de diseño y de obra.- Determinación de los pesos por tanda de una bolsa.

4. METODO DE MODULO DE FINEZA.

En el método de diseño del comité, se determina en primer lugar los contenidos de cemento, agua, airey agregado grueso por diferencia de la suma de volúmenes absolutos con relación de la unidad, el volumen absoluto y el peso seco del agregado fino.De esta manera, sea cual fuera la resistencia deseada en tanto se mantenga constante el tamaño máximo nominal del agregado grueso y el modulo de fineza del agregado fino el contenido total del agregado grueso en mescla será el mismo, independientemente de la pasta.Este proceso debe producir un concreto trabajable en condiciones ordinarias siempre en cuando el modulo de fineza de la combinación se aproxime a los valores indicados.

4.1. PORCENTAJE DE VOLUMEN DE AGREGADO FINO.

rf=((Mg-Mc)/(Mg-Mf))*100

DONDE:- Mc: modulo de fineza de la combinacion

- Mg: modulo de fineza del agregado grueso- Mf: modulo de fineza del agregado fino- rf: porcetaje de volumen del agregado fino.

4.2. SECUENCIA DE DISEÑO SEGÚN MODULO DE FINEZA.Independientemente las características finales del concreto sean indicadas en las especificaciones o dejadas al criterio del profesional responsable del diseño de la mescla, las cantidades por metro cubico pueden ser lo siguientes según el MODULO DE FINEZA.

- Selección de la resistencia promedio a partir de la resistencia en comprensión especificada.

- Selección del tamaño máximo nominal del agregado.- Selección del asentamiento.- Selección del volumen unitario del agua.- Selección del contenido de aire.- Selección de la relación agua /cemento por resistencia o durabilidad.- Determinación del factor de cemento.- Determinación de la suma de los volúmenes absolutos del cemento, agua,

aire.- Determinación del volumen absoluto del agregado.- Determinación del modulo de fineza de la combinación.- Calcular el valor de rf.- Determinación del volumen absoluto de los agregados.- Peso seco de lo agregados.- Determinación del los valores de diseño del cemento, agua, aire, agregado

fino, agregado grueso.- Corrección de los valores de diseño por humedad del agregado.- Determinación de la proporción en peso de diseño y de obra.- Determinación de los pesos por tanda de una bolsa.

5. METODO DE FULLER.

Tomamos los valores de los porcentajes que pasa por las mayas que se ha predefinido la granulometría de los agregados y graficamos una nueva curva comparativa para obtener lo volúmenes de los agregados finos y gruesos. Se trazara una línea vertical en la abertura de la maya nº4 en la grafica de los cuatro curvas del agregado grueso, fino

curva de fuller y curva granulométrica. Y es allí donde se determinaran lo valores de A,B,C respectos a la línea vertical, en porcentajes.

pd=100*raíz(d/D)

DONDE:

- pd: porcentaje que pasa por la maya “d”.- d= abertura de la malla referencial.- Tamaño máximo de agregado.

1º. A=tamaño fino

2º. B=tamaño grueso.

3º. C=distancia media entre curva granulométrica y curva de fuller.

6. METODO DE WALKER.

El denominado método de Walker se desarrolla debido ala preocupación del profesor norteamericano Stanton Walker en relación con el hecho de que, sea cual fuera la resistencia de diseño del concreto y por tanto su relación agua cemento, contenido de

cemento y contenido de agregado fino, la cantidad de agregado grueso era la misma, ello cuanto se aplica el procedimiento de diseño desarrollado por el comité 211 del ACI.

La tabla de Walker corresponde a concreto sin aire incorporado.

6.1. SECUENCIA DE DISEÑO SEGÚN MODULO DE FINEZA.Independientemente las características finales del concreto sean indicadas en las especificaciones o dejadas al criterio del profesional responsable del diseño de la mescla, las cantidades por metro cubico pueden ser lo siguientes según WALKER.

- Selección de la resistencia promedio a partir de la resistencia en comprensión especificada.

- Selección del tamaño máximo nominal del agregado.- Selección del asentamiento.- Selección del volumen unitario del agua.

- Selección del contenido de aire.- Selección de la relación agua /cemento por resistencia o durabilidad.- Determinación del factor de cemento.- Determinación de la suma de los volúmenes absolutos del cemento, agua,

aire.- Determinación del volumen absoluto del agregado.- Determinación del porcentaje de agregado finio en relación al volumen

absoluto total de agregado.- Determinación del volumen absoluto del agregado grueso.- Peso seco de los agregados.- Corrección de los valores de diseño por humedad del agregado.- Determinación de la proporción en peso de diseño y de obra.- Determinación de los pesos por tanda de una bolsa.

7. Materiales y métodos (metodología).

7.1. CANTERA DE CABANILLA.

7.1.1. Datos obtenidos en laboratorio de gravedad especifica de los agregados

gravedad especifica del agregado finoitem Descripción

und. cant.

1 peso en el aire de la muestra seca (Wma) A gr. 4812 peso del picnometro lleno de agua (Wpw) B gr. 6473 peso del picnometro calibrado con muestra y agua (Wpcw) C gr. 9554 peso de la muestra en estado saturado superficialmente seco (Wmsss) S gr. 500

5 peso especifico aparente 2,5052083

3

6 peso especifico aparente SSS. 2,6041666

7

7 peso especifico aparente nominal 2,7803468

2

9 Absorción %3,9501039

5

gravedad especifica del agregado gruesoitem Descripción und. cant.

1 peso en el aire de la muestra seca (Wma) A gr. 3764,772 peso del aire de la muestra con superficie seca (Wmass) B gr. 38543 peso sumergido en agua de la muestra saturada (Wmsw) C gr. 23165 peso especifico aparente 2,447834856 peso especifico aparente SSS. 2,505851767 peso especifico aparente nominal 2,598597439 Absorción % 2,37013151

7.1.2. Contenido de humendad.

contenodo de humedad del agregado fino % 1,17contenodo de humedad del agregado grueso % 1,17

7.1.3. Granulometría.

TAMICES Abertura PESO RETENIDO RETENIDO PORCENTAJE

ASTMen RETENIDO PARCIAL ACUMULADO QUE PASA

m.m. (gr) (%) (%) (%)

2 1/2" 63,500       100,002" 50,600 0,00 0,00 0,00 100,00

1 1/2" 38,100 104,00 0,89 0,89 99,111" 25,400 685,00 5,88 6,77 93,23

3/4" 19,050 1072,00 9,20 15,97 84,031/2" 12,700 1668,00 14,32 30,29 69,713/8" 9,525 1201,00 10,31 40,60 59,401/4" 6,350 1311,00 11,25 51,85 48,15    

4 4,760 718,00 6,16 58,02 41,98    

8 2,380 1611,00 13,83 71,85 28,1516 1,180 956,00 8,21 80,05 19,9530 0,425 1222,00 10,49 90,54 9,46    

50 0,250 813,00 6,98 97,52 2,48    

100 0,150 253,00 2,17 99,69 0,31    

200 0,074 25,00 0,21 99,91 0,09    

Pasa N° 200   11,00 0,09 100,00 0,00    

DESCRIPCION DE LA MUESTRA

Peso Inicial Muestra (gr) 11.650,0

T.M. = 1" 25,4mm.

7.1.4. Modulo de fineza.

modulo de fineza del agregado fino 2,90

7.1.5. Dosificación.

7.1.5.1. Método de ACI.

diseño final de mezclacemento kg/briqueta 2,299agua de efectiva lt/briqueta 1,445agregado fino seco kg/briqueta 4,298agregado grueso seco kg/briqueta 7,029

7.1.5.2. Método de modulo de fineza.

materiales a usarcemento kg/briqueta 2,299agua efectiva lt/briqueta 1,123agregado fino seco kg/briqueta 5,302agregado grueso seco kg/briqueta 6,323

7.1.5.3. Método de Walker.

materiales a usarcemento kg/briqueta 2,121agua efectiva lt/briqueta 1,018agregado fino seco kg/briqueta 5,556agregado grueso seco kg/briqueta 6,398

7.1.5.4. Método de Fuller.

materiales a usarcemento kg/briqueta 2,347

agua efectiva lt/briqueta 1,132agregado fino seco kg/briqueta 5,543agregado grueso seco kg/briqueta 5,200

7.2. CANTERA DE UNOCOLLA.

7.2.1. Datos obtenidos en laboratorio de gravedad especifica de los agregado

gravedad especifica delagregado finoitem Descripción

und. cant.

1 peso en el aire de la muestra seca (Wma) A gr. 3422 peso del picnometro lleno de agua (Wpw) B gr. 3403 peso del picnometro calibrado con muestra y agua (Wpcw) C gr. 5494 peso de la muestra en estado saturado superficialmente seco (Wmsss) S gr. 350

5 peso especifico aparente 2,4255319

16 peso especifico aparente SSS. 2,4822695

7 peso especifico aparente nominal 2,5714285

7

9 Absorción %2,3391812

9

gravedad especifica delagregado gruesoitem Descripción und. cant.

1 peso en el aire de la muestra seca (Wma) A gr. 36592 peso del aire de la muestra con superficie seca (Wmass) B gr. 37663 peso sumergido en agua de la muestra saturada (Wmsw) C gr. 22305 peso especifico aparente 2,382161466 peso especifico aparente SSS. 2,451822927 peso especifico aparente nominal 2,560531849 Absorción % 2,92429626

7.2.2. Contenido de humendad.

contenodo de humedad del agregado fino % 0,55contenodo de humedad del agregado grueso % 0,55

7.2.3. Granulometría.

TAMICES Abertura PESO RETENIDO RETENIDO PORCENTAJE

ASTMEn RETENIDO PARCIAL ACUMULADO QUE PASA

m.m. (gr) (%) (%) (%)

2 1/2" 63,500       100,002" 50,600 0,00 0,00 0,00 100,00

1 1/2" 38,100 0,00 0,00 0,00 100,001" 25,400 293,00 1,92 1,92 98,08

3/4" 19,050 580,00 3,80 5,72 94,281/2" 12,700 1416,00 9,28 15,00 85,003/8" 9,525 1109,00 7,27 22,27 77,731/4" 6,350 1179,00 7,73 29,99 70,01

4 4,760 879,00 5,76 35,75 64,258 2,380 2411,00 15,80 51,55 48,4516 1,180 1739,00 11,40 62,95 37,0530 0,425 3711,00 24,32 87,27 12,7350 0,250 1624,00 10,64 97,91 2,09

100 0,150 235,00 1,54 99,45 0,55200 0,074 56,00 0,37 99,82 0,18

Pasa N° 200   28,00 0,18 100,00 0,00

DESCRIPCION DE LA MUESTRA

Peso Inicial Muestra (gr) 15.260,0

T.M. = 3/4" 19,1mm.

7.2.4. Modulo de fineza.

mf del agregado fino 12,46479mf del agregado grueso 42,70943

7.2.5. Dosificación.

7.2.5.1. Método del ACI.

materiales a usarcemento kg/briqueta 2,442agua efectiva lt/briqueta 1,602agregado fino seco kg/briqueta 5,767agregado grueso seco kg/briqueta 5,509

7.2.5.2. Método de modulo de fineza.

materiales a usarcemento kg/briqueta 2,442agua efectiva lt/briqueta 1,606agregado fino seco kg/briqueta 5,035agregado grueso seco kg/briqueta 6,299

7.2.5.3. Método de Walker.

materiales a usarcemento kg/briqueta 2,204agua efectiva lt/briqueta 1,485agregado fino seco kg/briqueta 5,119agregado grueso seco kg/briqueta 6,757

7.2.5.4. Método de Fuller.

materiales a usarcemento kg/briqueta 2,493agua efectiva lt/briqueta 1,152agregado fino seco kg/briqueta 5,348agregado grueso seco kg/briqueta 5,128

8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

8.1. Cantera de cabanilla.

Metodo usado

Fecha de vaciado

Fecha de ensayo

Peso de briqueta superficialmente

seca saturada (gr.)Diametro cm.

Altura cm.

WALKER23/05/201

2 30/05/2012 12803 15,1 30,6

M. DE FINEZA21/05/201

2 30/05/2012 12354 15 30,5

ACI20/05/201

2 30/05/2012 12771 15,3 30,5

FULLER23/05/201

2 30/05/2012 12710 15,2 30,6

kilos aplicados area (cm2.)f'cr (kg/cm2.)

porcentaje alcanzado % densidad gr/cm3

26020 179,08 145,30 69,2 2,33635480 176,71 200,78 95,6 2,29232440 183,85 176,44 84,0 2,27735430 181,46 195,25 93,0 2,289

8.2. Cantera de unocolla.

metodo usado

fecha de vaciado

fecha de ensayo

peso de briqueta superficialmente

seca saturada (gr.)diametro cm.

altura cm.

WALKER21/05/201

2 30/05/2012 12795 15,3 30,6

M. DE FINEZA21/05/201

2 30/05/2012 12775 15,1 30,6

ACI21/05/201

2 30/05/2012 12704 15,3 30,6

FULLER23/05/201

2 30/05/2012 12333 15 30,3

kilos aplicados area (cm2.)f'cr (kg/cm2.)

porcentaje alcanzado % densidad gr/cm3

43590 183,85 237,09 112,9 2,27449490 179,08 276,36 131,6 2,33144520 183,85 242,15 115,3 2,258

36260 176,71 205,19 97,7 2,303

9. Referencias

1. Steven H. Kosmatka, Beatrix Kerkhoff, William C. Panarese, y Jussara Tanesi : Diseño y Control de Mezclas de Concreto.

2. Enrique Rivva Lopez. Maturaleza del concreto y materiales. I CONGRESO DE INGENIERIA ESTRUCTURAL Y CONSTRUCCION.

3. Michael S. Mamlouk John P. Zaniewski: Materiales para ingeniería Civil.4. Enrique Rivva López: Diseño de Mezclas.5. Javier A. Navarro Veliz, Jorge S. López Yarango; Tecnología de los materiales.6. Ana Torres Carrillo. Tecnología de concreto para residentes y supervisores.

10. Anexos

10.1. Exploración y ensayos de laboratorio de cabanilla.