INFLUENCIA DEL TIPO DE AGREGADO GRUESO EN EL CONTENIDO DE AGUA Y EN LA MANEJABILIDAD DEL CONCRETO FRESCO

MODESTO JR. BARRIOS PADILLA

RAUL ARNEDO PACHECO

YESSID SIERRA PASSO

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

CARTAGENA D.T. Y C., OCTUBRE 02 DE 2008

INFLUENCIA DEL TIPO DE AGREGADO GRUESO EN EL CONTENIDO DE AGUA Y EN LA MANEJABILIDAD DEL CONCRETO FRESCO

ANTEPROYECTO

MODESTO JR. BARRIOS PADILLA

RAUL ARNEDO PACHECO

YESSID SIERRA PASSO

DIRECTOR

Ing. MODESTO BARRIOS FONTALVO

Patrocinado por: MER INGENIERIAS Y SERVICIOS SA. COLOMBIA

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

CARTAGENA D. T. Y C., OCTUBRE DE 2008

CONTENIDO

LINEA DE INVESTIGACION Y AREA TEMATICA

DESCRIPCION DEL PROBLEMA

JUSTIFICACION

HIPOTESIS

1. OBJETIVOS

GENERALESESPECIFICOS

2. MARCO TEORICO

2.1 CEMENTO

2.1.1 Definición2.1.2 Características esenciales del cemento2.1.3 Composición química2.1.4 Clasificación del cemento

2.2 AGUA

2.2.1 Definición2.2.2 Agua de Mezclado

2.3 AGREGADOS

2.3.1 Definición2.3.2 Clasificación.2.3.3 Propiedades

2.4 CONCRETO

2.4.1 Definición2.4.2 Clasificación2.4.3 Propiedades Físicas del concreto en estado fresco

3. METODOLOGIA4. RECURSOS DISPONIBLES5. CRONOGRAMA6. BIBLIOGRAFIA

LINEA DE INVESTIGACION Y AREA TEMATICA

El presente proyecto Influencia del Tipo de Agregado Grueso en el Contenido de Agua y en la Manejabilidad del Concreto Fresco, se encuentra enmarcado dentro de la línea de investigación, caracterización de materiales perteneciente al grupo de investigación GEOMAT (Geotecnia y Materiales) a cargo del ingeniero MODESTO BARRIOS FONTALVO

DESCRIPCION DEL PROBLEMA

En la mayoría de los casos en los diseños de mezclas de concreto se involucra el contenido de agua necesario para la hidratación eficiente y completa del cemento utilizado para fabricar la mezcla. Además de esta agua de mezclado se debe incluir el agua de curado interno que es aquella necesaria para mantener las condiciones graduales e ideales del fraguado u endurecimiento del cemento y del concreto. El problema consiste en determinar cual es la cantidad de agua optima desde el punto de vista técnico y Económico para que la mezcla alcance la manejabilidad optima y el estado de plasticidad ideal para unir la pasta de cemento con la arena y la grava de la mezcla para formar el sólido único o la piedra artificial conocida con el nombre de hormigón. Esta cantidad de agua se vera afectada directamente por la forma, la gradación y la textura del agregado grueso.

En el desarrollo de las sociedades modernas se hace necesario la construcción de estructuras esbeltas o sea en un área de espacio reducida se deben construir edificaciones altas para aumentar en lo mayor posible las unidades habitacionales ya sea en conjuntos residenciales hoteles, plantas industriales y edificios para oficina y establecimientos comerciales. Esto conlleva a la necesidad de diseñar elementos estructurales con secciones mínimas y con una gran cantidad de acero para resistir los esfuerzos transmitidos por las cargas muertas vivas y sísmicas; por lo que las mezclas de concreto deberán cumplir científicamente los requisitos de resistencia a la compresión pero a la vez deben tener la suficiente manejabilidad para poder ser colocada en la formaleta y entre los espacios de las barras de refuerzo sin causar perjuicio de las demás propiedades del concreto.

El agregado grueso constituye junto con el agregado fino el setenta a ochenta porciento del volumen unitario (1m3) de la mezcla de concreto, de los cuales el agregado fino que corresponde a la arena presenta una gran facilidad de ser manejado cuando se mezcla con el cemento u el agua mientras que el agregado grueso es el que realmente representa el grado de dificultad para fabricar, manipular y colocar la mezcla al momento del vaciado en las formaletas de los elemento estructurales. Este grado de oposición del agregado grueso dependerá de la forma y la textura de las partículas gruesas haciéndose necesario aumentar la cantidad de agua de diseño a medida que el agregado presenta más oposición.

Los agregados gruesos por lo tanto aportan un alto porcentaje en la resistencia final del concreto, pero a la vez se convierten el parámetro fundamental para determinar la cantidad de agua desde el punto de vista de la manejabilidad y la trabajabilidad de la mezcla. Desde este punto de vista por ejemplo se podría decir que los agregados gruesos de canto rodado son más manejables que los de triturado calizo pero a su vez estos últimos aportan un mayor factor de resistencia a la compresión por la mayor trabazón o adherencia de sus partículas por la pasta de cemento. Lo anterior se debe a que los cantos rodados tienen textura lisa y redondeada mientras que el triturado calizo anguloso y rugoso.

JUSTIFICACION

Este tema se encuentra enmarcado dentro de la línea de investigación de diseños de mezclas de concreto especiales, por lo cual es un aporte académico y científico para el desarrollo de la tecnología del concreto en nuestro medio.

También se convertirá esta investigación en una herramienta para que el sector de la construcción y los profesionales de la ingeniería civil puedan establecer diseños equilibrados desde el punto de vista técnico y económico ya que el diseño de mezclas elaborado con una manejabilidad adecuada u con la cantidad de agua ideal cumplirá los requisitos de especificaciones y a los mejores precios.

En el marco local no se tiene ninguna experiencia de esta clase sino que los diseñadores optan por utilizar tablas establecidas en otras ciudades del país o del mundo desarrolladas por autores especializados en la materia.

Los diseños de mezclas de concreto para una obra determinada deberá cumplir primero que todo el requisito su resistencia a la compresión, el cual es aportado en un setenta ochenta por ciento por el agregado grueso de la mezcla, pero a la vez la mezcla debe ser lo suficientemente manejable para poder se coloca en el interior de las formaletas de los elementos estructurales desde este punto de vista es el agregado grueso con su capacidad de acomodamiento y absorción de agua el que regula la cantidad de este elemento en la mezcla, por que es enteramente necesario experimentar con agregado de diferentes formas y texturas para que podamos cumplir los niveles de resistencia adecuados pero con una manejabilidad optima dada por la fluidez de la mezcla la cual es aportada exclusivamente por el agua.

HIPOTESIS

“Las partículas de agregado grueso de forma angulosa y textura rugosa requieren mayor cantidad de agua para obtener una buena manejabilidad del concreto fresco pero al final ofrecen un mayor de resistencia a la compresión del concreto en estado endurecido”

1. OBJETIVOS

GENERAL:

Determinar la influencia de la forma y la textura del agregado grueso en la manejabilidad de las mezclas en estado fresco y dela resistencia de concreto en estado endurecido.

ESPECÍFICOS:

1. Realizar la granulometría de dos tipos diferente de agregados grueso.

2. Determinar la forma y la textura de cada agregado por medio de la norma británica S-812.

3. Hallar la cantidad de agua para preparar una mezcla de concreto de tres y cuatro PSI para un asentamiento de cinco pulgadas cada uno usando agregado triturado calizo y arena patrón.

4. Hallar la cantidad de agua para preparar una mezcla de concreto de tres y cuatro PSI para un asentamiento de cinco pulgadas cada uno usando china liza de Ingecosta y arena patrón.

5. Realizar ensayos de asentamientos mediante el Cono de Abrams tanto para la mezcla de triturado calizo como para las mezclas de china liza.

6. Realizar ensayos de resistencia a compresión sobre tres muestras de cilindro de cada mezcla a los 28 días de fundida.

7. Realizar un análisis comparativos sobre los valores de manejabilidad y resistencia obtenidos con cada uno

2. MARCO TEORICO

Las teorías desarrolladas para determinar la influencia de la forma u la textura del agregado grueso sobre la manejabilidad del concreto son resultado de estudios empíricos y experimentales de autores recientes sobre todo en estados unido y en gran Bretaña, básicamente estas teorías se basan en estudios previos los cuales tratan de solucionar el problema de obtener una buena manejabilidad de la mezcla sin necesidad de agregar cantidades excesivas de agua ya que como es de conocimiento general al aumentar la relación entre el agua y la mezcla y el contenido de cemento se disminuye ostensiblemente la propiedad fundamental ingenieril y estructural del concreto como lo es su resistencia a la compresión.

En líneas generales se ha encontrado que las partículas lisas y redondeadas (Canto Rodado - China Lisa) permiten obtener una mejor manejabilidad que las partículas rugosas y angulosas (Triturado Calizo), sin embargo se entra en la incertidumbre de cuanto se afecta la resistencia a la compresión por la falta o disminución de la adherencia entre la pasta (Cemento mas Arena) y el agregado grueso.

A continuación desarrollamos algunos conceptos básicos necesarios para la investigación.

2.1 CEMENTO

2.1.1 Definición. En términos generales la palabra cemento indica un material

aglomerante que posee propiedades de adherencia y cohesión, las cuales permiten acoplar fragmentos minerales entre si, para formar un todo compacto con resistencia y durabilidad adecuadas. La palabra cemento también abarca una gran variedad de materiales de cementación además de los cementos propiamente dicho, tales como las cales, los asfaltos, y los alquitranes.En el campo de la construcción, y mas específicamente en el de la fabricación de concreto para estructuras, es reconocido como cemento portland, el cual tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua ya que con ella experimenta una reacción química. Este proceso se llama hidratación por lo cual son llamado cementos hidráulicos.

2.1.2 Características esenciales del cemento. La influencia que el cemento portland ejerce en el comportamiento y propiedades de la pasta cementante y del concreto, proceden principalmente de la composición química del clinker y de su finura de molienda. En el caso de los cementos portland-puzolanico, habría que añadir a esos dos factores los referentes a las características físicas y químicas de la puzolana y el contenido de esta en el cemento.

2.1.3 Composición química. Una vez que el cemento y el agua se integran para formar pasta cementante, se inicia una serie de reacciones químicas que en forma global se designan como la hidratación del cemento. Estas reacciones se manifiestan inicialmente por la rigidizacion gradual de la mezcla, que culmina

con su fraguado, y continúan para dar lugar al endurecimiento y adquisición de resistencia mecánica en el productoAun cuando la hidratación del cemento es sumamente compleja, existen simplificaciones que permiten interpretar sus efectos en el concreto. Conforme a esto, puede decirse que la composición química de un clinker portland, se define convenientemente mediante la identificación de de cuatro compuestos principales, cuyas variaciones relativas determinan los diferentes tipos de cemento portland:

Silicatos de calcio Son los compuestos mas deseables, porque al hidratarse forman los silicatos B hidratados de calcio (S-H-C) que son responsables de la resistencia mecánica y otras propiedades del concreto. Normalmente el C3S aporta resistencia a corto y mediano plazo, y el C2S a mediano y largo plazo, es decir, que tienes una buena complementación para que la adquisición de la resistencia se realice en forma sostenida.

Silicato tricalcico 3CaO SiO2 (C3S)Silicato dicalcico 2CaO SiO2 (C2S)

Aluminato tricalcico 3CaO Al2O3 (C3A) es tal vez el compuesto que se hidrata con mayor rapidez, y por ello favorece al proceso de fraguado haciéndolo mas rápido, al igual que al desarrollo del calor de hidratación en el concreto. Sin embargo su presencia en el cemento hace al concreto más susceptible de sufrir daño por efecto del ataque de sulfatos. Por ello se tiende a limitarlo en la medida que es compatible con el uso del cemento.

Aluminoferrito tetracalcico 4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF es un compuesto relativamente inactivo pues contribuye poco a la resistencia del concreto, y su presencia útil como fundente durante la calcinación del clinker y favorece la hidratación de los otros compuestos.

Otro aspecto importante con respecto a la composición química del cemento portland hace alusión a los álcalis, óxidos de sodio (Na2O) y de potasio (K2O), cuyo contenido esta limitado para evitar reacciones dañinas del cemento con ciertos agregados del concreto.

2.1.4 Clasificación del cemento. Dependiendo de la composición química y la propiedades físico-mecánicas del cemento portland es posible obtener diferentes características diferentes cuando se hidrata dando lugar a diferentes tipos de cemento. En Colombia la clasificación del cemento según las normas Icontec se da en:

Tipo I: es el destinado a obras de concreto en general que no exigen propiedades especiales.

Tipo I – M: es el destinado a obras de concreto en general pero posee resistencias superiores a las del tipo I.

Tipo II: destinados en general a obras de hormigón expuestas a la acción moderada de sulfatos y obras donde se requiere moderado calor de hidratación.

Tipo III: es el que se desarrolla altas resistencias iníciales.

Tipo IV: es el que se desarrolla bajo calor de hidratación.

Tipo V: ofrece altas resistencias a la acción de los sulfatos.

2.2 AGUA

2.2.1 Definición. Es el componente del concreto en virtud del cual el cemento es capaz de experimentar reacciones químicas que le permitan el fraguado y el endurecimiento para la formación de un solido con los agregados.

2.2.2 Agua de mezclado. Es la cantidad de agua necesaria para producir pasta suficientemente hidratada con una fluidez tal que permita la adecuada lubricación de los agregados cuando la mezcla se encuentra en su estado plástico

2.3 AGREGADOS

2.3.1 Definición. Son aquellos materiales, minerales, inertes y de propiedades permanentes, que al mezclarse con el agua y el cemento, forma un todo compacto llamado concreto u hormigón. Generalmente constituyen el 70 y 80% del concreto, por tal razón son responsables de la mayoría de sus características y propiedades.

2.3.2 Los agregados varían según su procedencia, tamaño y densidad en las tablas 1, 2 y 3 se puede apreciar los diferentes agregados existentes.

Tabla 1 Clasificación de los agregados según su procedencia

TIPO DE AGREGADO CARACTERISTICAS

Natural

Son todos los provenientes de fuentes naturales, tales como ríos, canteras y piedras naturales.

Artificial Se obtienen a partir de productos y procesos industriales. Por

Tabla 2 Clasificación de los agregados según su tamaño

TAMAÑO DE LAS PARTICULAS EN

mm

DENOMINACION MAS CORRIENTE

CLASIFICACION CLASIFICACION COMO

AGREGADO PARA CONCRETO

Inferior a 0.002

Entre 0.002 – 0.074

Arcilla

Limo

Fracción muy

fina

No

Recomendable

Entre 0.074 – 4.76 Arena Agregado fino

Entre 4,76 – 19.1

Entre 19.1 – 50.8

Entre 50.8 – 152.4

Superior a 152.4

Gravilla

Grava

Piedra

Rajón, piedra bola

Agregado

grueso

Material apto para producir concreto

Tabla 3 Clasificación de los agregados según su densidad

TIPO DE CONCRETO

DENSIDAD CONCRETO

(Kg/m3)

DENSIDAD AGREGADO

(Kg/m3) UTILIZACION

Ligero

500-800

950-1350

1450-1950

480-1040

Concreto para aislamiento, para

rellenos y mampostería no

estructural.

Normal 2250-2450 1300-1600 Concreto estructural y no estructural.

Pesado 3000-5600 3400-7500 Concreto para protección contra

radiación gamma o X y contrapesas.

2.3.2 PROPIEDADES. Con la finalidad de evaluar la posibilidad de utilización de los agregados en la elaboración de concretos, estos deben cumplir una serie de requisitos que dependen principalmente de sus propiedades químicas, físicas y mecánicas. En las tablas 4, 5 y 6 se muestran las propiedades que se le evalúan a los agregados finos y gruesos.

Tabla 4 evaluación de las propiedades químicas de los agregados

PROPIEDAD AGREGADO

GRUESO

AGREGADO

FINO

Epitaxia X

Reacción álcali-agregado X

Tabla 5 evaluación de las propiedades físicas de los agregados

PROPIEDAD AGREGADO

GRUESO

AGREGADO

FINO

Granulometría X X

Modulo de finura X

Tamaño máximo X X

Forma X

Textura X

Superficie especifica X X

Densidad X X

Porosidad y absorción X X

Contenido de humedad X X

Masa unitaria X X

Abultamiento X

Tabla 6 evaluación de las propiedades mecánicas de los agregados

PROPIEDAD AGREGADO

GRUESO

AGREGADO

FINO

Resistencia X

Tenacidad X

Adherencia X

Dureza X

2.4 CONCRETO

2.4.1 Definición. en términos generales, el concreto u hormigón puede definirse como la mezcla de un material aglutinante ( Cemento Portland Hidráulico), un material de relleno (agregado o áridos), agua y eventualmente aditivos que al endurecerse forma un todo compacto (piedra artificial) y después de cierto tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión.

2.4.2 Clasificación. Los concretos pueden ser clasificados según su densidad y resistencia como se muestran en las tablas 7 y 8.

Tabla 7 clasificación del concreto según su densidad

TIPO DE

CONCRETO

DENSIDAD

(Kg/m3)

Pesado 2500-6400

Normales 2100-2400

Ligeros estructurales 1350-1850

Aisladores 250-1300

Tabla 8 clasificación del concreto según su resistencia

TIPO DE

CONCRETO

RESISTENCIA

Kg/cm2 PSI

Ultra resistente ˃1000 ˃14000

Alta resistencia 420-1000 6000-14000

Normales 175-350 2500-5000

Ligeros estructurales 70-170 1000-2500

Aisladores 17-70 100-1000

2.4.3 Propiedades físicas del concreto en estado fresco. Debido a que todas las propiedades del concreto en estado endurecido depende de en mayor o menor grado de sus características en estado fresco, especialmente en lo que se refiere a los procesos de mezclado, transporte, colocación, compactación y terminado, esta parte pretende dar una visión general de las tres mas importantes propiedades del concreto en estado fresco.

Manejabilidad:

Conocida también como trabajabilidad, se considera como aquella propiedad del concreto mediante la cual se determina su capacidad para ser colocado y consolidado apropiadamente y para hacer terminado sin segregación dañina alguna.

Consistencia:

En términos generales, se refiere a su estado de fluidez, es decir, que tan dura (seca) o blanda (fluida) es una mezcla de concreto cuando se encuentra en estado plástico, por lo cual se dice que es el grado de humedad de la mezcla.

Plasticidad:

Se denomina plasticidad a una consistencia del concreto tal que pueda ser fácilmente moldeado pero que le permita al concreto fresco cambiar de forma lentamente si se saca del molde. Por tal razón no pueden considerarse como mezclas de consistencias plástica ni las muy secas ni las muy fluidas.

3. METODOLOGIA

La metodología utilizada en el presente proyecto es de tipo mixta, porque se realizara primero un análisis cuantitativo de manejabilidad y resistencia, pero también se darán a conocer parámetros y cualidades del concreto en estado endurecido según el tipo de agregado.

4. RECURSOS DISPONIBLES

Director: Modesto Barrios Fontalvo

Laboratorista: Benjamín Berdugo Castilla

Co-Investigadores: Yessid Sierra Passo

Modesto Jr. Barrios Padilla

Raul Arnedo Pacheco

Laboratorio: Laboratorio De Suelos Y Concretos – Propiedad Del Ingeniero Barrios Fontalvo

5. CRONOGRAMA

ACTIVIDAD DURACION FECHA DE INICIO

FECHA DE FINALIZACION

Recolección de muestra

1 SEMANA LUNES, OCTUBRE 6

LUNES, OCTUBRE 13

Ensayo de laboratorio

2 SEMANAS MARTES, OCTUBRE 14

MARTES, OCTUBRE 28

Calculo de cantidad de agua

1 SEMANA MIERCOLES, OCTUBRE 29

MIERCOLES, NOVIEMBRE 5

Preparación de mezcla

1 SEMANA JUEVES, NOVIEMBRE 6

JUEVES, NOVIEMBRE 13

Ensayos de asentamiento

1 DIA VIERNES, NOVIEMBRE 14

SABADO, NOVIEMBRE 15

Preparación de cilindro

1 DIA LUNES, NOVIEMBRE 17

MARTES, NOVIEMBRE 18

Ensayo de cilindros

1 SEMANA MIERCOLES, NOVIEMBRE 19

MIERCOLES, NOVIEMBRE 26

Análisis e interpretación de datos

1 SEMANA JUEVES, NOVIEMBRE 27

JUEVES, DICIEMBRE 4