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Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016) 315 4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación Acapulco, Guerrero 22, 23 y 24 de septiembre 2016 Memorias MODELACION DE DATOS DE MORTEROS EXPERIMENTALES ELABORADOS CON AGREGADOS TRITURADOS. Luis Fernando Ruiz Cruz Facultad de ingeniería P.E. Ingeniero Constructor. Universidad Autónoma de Guerrero Programa Verano UAGro. [email protected] Ingeniería M.C. Alfredo Cuevas Sandoval, (Asesor-Investigador) Profesor-investigador de la Facultad de Ingeniera de la UAGro. [email protected] Resumen Los morteros forman parte de los materiales de construcción que se han utilizado desde la más remota antigüedad, y actualmente siguen teniendo una gran importancia, especialmente en la conformación de mampostería de las diversas obras de ingeniería. Para conocer el comportamiento de las arenas trituradas de la región centro del estado de Guerrero en el campo de la industria de la construcción se utilizó el método de volúmenes absolutos para determinar los diseños de mezclas en el caso de concreto hidráulico a una resistencia 200 Kg/cm 2 , donde la arena triturada de la región centro influyo como el agregado fino, así como también se realizó el diseñó de morteros con f´c 135 Kg/cm 2 donde la arena triturada contenía partículas mayores a 4.75 mm llamándole a esta mezcla Microconcreto.
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4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 22, 23 y 24 de septiembre 2016 Memorias
MODELACION DE DATOS DE MORTEROS EXPERIMENTALES
ELABORADOS CON AGREGADOS TRITURADOS.
Luis Fernando Ruiz Cruz Facultad de ingeniería P.E. Ingeniero Constructor. Universidad Autónoma de Guerrero
Programa Verano UAGro.
Ingeniería
M.C. Alfredo Cuevas Sandoval, (Asesor-Investigador) Profesor-investigador de la Facultad de Ingeniera de la UAGro.
Resumen
Los morteros forman parte de los materiales de construcción que se han utilizado desde la
más remota antigüedad, y actualmente siguen teniendo una gran importancia, especialmente en la
conformación de mampostería de las diversas obras de ingeniería.
Para conocer el comportamiento de las arenas trituradas de la región centro del estado de
Guerrero en el campo de la industria de la construcción se utilizó el método de volúmenes
absolutos para determinar los diseños de mezclas en el caso de concreto hidráulico a una
resistencia 200 Kg/cm2, donde la arena triturada de la región centro influyo como el agregado
fino, así como también se realizó el diseñó de morteros con f´c 135 Kg/cm2 donde la arena
triturada contenía partículas mayores a 4.75 mm llamándole a esta mezcla Microconcreto.
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Palabras Clave: Polvo de trituración, Microconcreto, Mortero, Calidad, Norma, Especificación,
Resistencia a Compresión
Introducción
El mortero es una mezcla de arena, cemento y agua que se usa en la construcción. Que
tiene la propiedad de fraguar tanto en el aire como en el agua (NMX-C-021, 2010.). Se utiliza
para unir tabiques, ladrillos, rocas, tender firmes y plantillas, trabajos de mampostería, acabados,
zarpeados, recubrimientos exteriores e interiores de muros, su fabricación debe ser con materiales
que cumplan requisitos de calidad [1]. La mezcla de mortero debe tener plasticidad, adherencia,
trabajabilidad y resistencia a la compresión.
El objetivo de dosificar una mezcla de concreto es determinar la combinación más
práctica y económica de los agregados disponibles, cemento, agua y en ciertos casos aditivos, con
el fin de producir una mezcla con el grado requerido de manejabilidad, que al endurecer a la
velocidad apropiada adquiera las características de resistencia y durabilidad necesarias para el
tipo de construcción en que habrá de utilizarse.
Para encontrar las proporciones más apropiadas, será necesario preparar varias mezclas de
prueba, las cuales se calcularán con base en las propiedades de los materiales y la aplicación de
leyes o principios básicos preestablecidos. Las características de las mezclas de prueba indicarán
los ajustes que deben hacerse en la dosificación de acuerdo con reglas empíricas determinadas.
En la actualidad existe una gran variedad de Métodos de Diseño de Mezclas que están
normalizados, pero solamente se usan en circunstancias que se necesite un certificado de un
organismo a nivel nacional para fines administrativos y técnicos de las obras.
El método tradicional especifica que al mezclar el cemento, el agua, el aire atrapado, el
agregado (arena y piedra y/o agregado grueso y agregado fino) y en algunos casos aditivos, se
obtiene finalmente un material llamado concreto.
En el presente trabajo de investigación, se aplicó un diseño de mezclas con una resistencia
de proyecto de 200 kg/cm2, utilizando las combinaciones de los banco Papagayo (grava) y
Xochimilco (arena), colando cilindros estándar y se ensayaron a la compresión simple de 7,14 y
28 días, que cumplen con las características que marcan las normas, aplicando previamente las
pruebas básicas de control de calidad.
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El polvo de piedra es un residuo obtenido como resultado de la trituración de las piedras
(gravas) y es conveniente tratarlo por la importancia que tiene como filler (fino) en las mezclas
de hormigón por tal motivo se diseñó microconcreo con el método de diseño de morteros debido
a sus tamaño de partícula que este árido contiene .
Los principales ensayos de calidad que se aplican a los morteros son la fluidez y la
resistencia, esta última se determina por medio de cubos de 5X5X5 cm y cilindros de 5X10 cm,
(NMX-C-085, 2010).
Materiales y Métodos
Para realizar el estudio de la presente investigación primero se visitó el banco de material
llamado “Alarcón”, Cuevas” y “Grupo Xochomulco” y así poder llevar a cabo un muestreo
adecuado y obtener el agregado (Polvo de trituración). Los bancos de material se ubican al norte
de la Ciudad de Chilpancingo a una distancia de 4.5 km desviación ala izquierda a 120 m, sobre
la carretera Federal Chilpancingo-Chichihualco. Estos bancos son de la zona de la presa “Cerrito
Rico”, el material se obtiene de la cantera que es procesado por medio de trituradoras y cribas
vibratorias para separar los finos de la grava.
Para saber si las arenas de trituración en cuestión cumplen con las especificaciones y
normas, este fue sometido a las pruebas básicas de control de calidad en el Laboratorio de
Materiales de la Facultad de Ingeniería, las cuales fueron las siguientes:
Ø Contenido de humedad
Ø Clasificación de material en greña
Ø Peso Volumétrico Seco Suelto
(PVSS)
Ø Peso Volumétrico Varillado Seco
(PVVS)
Ø Granulometría
Ø Material que pasa la malla # 200
Ø Impurezas Orgánicas
Ø Absorción
Ø Densidad de Solidos
Se describirá solamente el procedimiento de las pruebas de laboratorio aplicadas a los
agregados pétreos del banco Xochomulco para el caso de las arenas trituradas y del banco de
Papagayo que fue donde proviene el agregado grueso. Las cuales se muestran en las figuras de las
figuras de la 1.1 a la 1.6.
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Figura 1.1 vista de la planta trituradora.
Figura 1.2 trituración de la cenicilla.
Figura 1.3 Prueba del peso Volumétrico seco suelto (PVSS.) de la cenicilla
Figura 1.4 prueba de absorción y de humedad de la cenicilla.
Figura 1.5 prueba de impurezas inorgánicas en la cenicilla.
Figura 1.6 prueba de la densidad de la cenicilla.
Figura 1.7 Secado del material
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La tabla 1.1 se muestra en resumen los resultados de las pruebas realizadas de la arena
triturada (polvo de trituración) y a la grava así como también la información considerada al
cemento.
Tabla 1.1. Resultados de las pruebas físicas a los materiales.
Grava
Pvss. (kg/m3) 1233
Pvvs. (kg/m3) 1504
Densidad (gr/cm3) 2.60
% absorción 0.61
% humedad 0.041
banco Banco papagayo
Polvo de trituración
Pvss. (kg/m3) 1605
Pvvs. (kg/m3) 1727.15
Densidad (gr/cm3) 2.55
% absorción 2.12
M.f. 3.45
Impurezas orgánicas Negativo
Banco cerrito rico
Cemento
PVSS (kg/m3) 400
Densidad (g/cm3) 3
Fuente: Elaboración propia.
Diseño de mortero
El diseño de mortero, para este trabajo de investigación consistió en determinar las proporciones de cemento, arena y agua que intervienen en la elaboración de 1 m3 de mortero de máxima compacidad y con resistencia a la compresión de 200 kg/cm2 a la edad de 28 días.
Se dispuso de una arena de peso volumétrico de 1605 kg/m3 y una densidad de 2.55 g/cm3, también de cemento CPO 30 R (Tolteca), el cual obtuvo un peso volumétrico de 1420 kg/cm3 .
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Se partió de una resistencia de 200 kg/cm2, se utilizó la formula modificada de Lyse [4] y la tabla de correspondencia entre la relación agua/cemento, así como la resistencia a la compresión del concreto [2,3], para determinar la cantidad de materiales que se deben usar.
De acuerdo a los resultados de las pruebas físicas de los materiales se tienen los siguientes datos:
F´c = 200 kg/cm2
PVSS: 1605 kg/m3
Densidad: 2.55 g/cm3
PVSS del cemento: 1420 kg/m2.
Densidad del cemento: 3.0 g/cm3
Datos:
N= (ver paso 4,) bultos de cemento.
n= 36 litros de arena por saco de cemento.
s= 2.
v= (ver paso 2) volúmenes vacíos.
p= (ver paso 3) cantidad de lechada.
N= !"""!.! ! ! !( !!!.! !"#)
ecuación (1.1)
N= número de sacos de cemento por m3 de mortero
n= litros de arena por saco de cemento.
s= partes de arena por una de cemento.
v= % volúmenes vacíos en arena seca.
p= número de litros de lechada por saco de cemento (se toma de manera aleatoria)
N= número de sacos de cemento por m3 de mortero.
n= número de litros de arena por saco.
s= partes de arena por cada una de cemento.
n= % de vacíos en la arena seca.
P= número de litros de lechada por saco de cemento (se toma de manera arbitraria).
1.1 y 0.9= coeficiente o constantes. El siguiente procedimiento se retomó de una tesis de la UAI-UAGRO [6].
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1. cantidad de agua (ver paso 3) 2. volumen de vacíos.
𝑧
=11− (peso vol. arena)
peso especifico arena x 1000 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (1.2)
z= 0.37 = 37% = 370%. 3. obtención de la lechada.
Cemento= 50 kg / 3 = 16.67 litros.
Se determina la relación A/C en peso (xp) aplicando formula modificada de Lyse (Suarez, 2006) y considerando un f´c de 200 kg/cm2. ƒ´c= !"#.!!!"!.!
!" ecuación (1.3)
XP= 0.54 Cantidad de agua por bulto de cemento = 0.54 x 50 = 27 litros. Cemento = 16.67 Agua = 27.00 Lechada = 43.67 litros
4. determinación de bultos de cemento para llenar los vacíos. Usando la ecuación 1.1 se obtuvo lo siguiente:
N= !"""
!.! ! ! !( !!!.! !"#) = 11
De acuerdo a la fórmula de Guillete, resultan 11 bultos de cemento, por lo que se procede
a hacer otro calculo [6] x bultos de cemento. 1 bulto = 43.67 litros (lechada).
x= !"# ( !"#$%&)
!".!" ( !"#!!"!) = 8.5 bultos de cemento
5. obtención de la mezcla, usando el resultado del número de bultos de cemento por regla de
tres. Cemento 8.5 bultos x 50 kg = 425 kg Agua 8.5 bultos x 27 kg = 229.5 kg Arena = 1000 kg
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En la tabla (1.2) se muestran las cantidades de materiales para la mezcla en volumen absoluto.
Tabla 1.2. Cantidad de materiales para 1 m3 de mortero proporción cemento-arena de 1:3:8 y una relación A/C de
0.54.
Materiales Volumen aparente (litros)
Densidad (g/cm3)
Volumen absoluto (kg/m3)
Cemento 141.44 3 424 Agua 229.14 1.0 229 Arena 629.41 2.55 1605
Fuente: Elaboración propia.
Una vez que se obtuvo el proporciona miento del mortero, para las probetas: 18 cubos de
5 x 5 x 5 cm y 12 cilindros de 5 cm por 10 cm de altura, se calcularon para un volumen de 0.0258
m3. Tabla 1.3. Materiales para 0.0258 m3 de mortero cemento-arena.
Materiales Kg/m3 M3 Kg Cemento 424 0.0258 10.94
Agua 229 0.0258 5.908 + 0.1028 kg ( se agregó durante el mezclado) = 6.011
Polvo de trituración 1605 0.0258 41.409
Fuente: Elaboración propia.
Con esta dosificación la relación A/C de diseño fue de 0.54, sin embargo durante la
elaboración de la mezcla, requirió más agua, por lo que hubo la necesidad de agregarle más, con lo que la relación A/C también se incrementó a 0.66. Elaboración de mezcla de mortero cemento-arena y ensaye de especímenes.
Para elaborar la mezcla de mortero se procede el mismo método establecido en la ASTM
C 1992 para la elaboración de mezclas en el laboratorio, ya sea de microconcreto o morteros;
debido a que la mezcla se encontraba un poco seca al realizar le prueba de fluidez, 48.2 %, se
agregó 102.8 gr de agua, se midió nuevamente la fluidez, resultando esta de 122. 3 %, por lo que
la mezcla se presentó más trabajable que la anterior; después de esta prueba se procedió al
llenado de cubos y cilindros, se le dio acabado y se colocaron en el cuarto de curado para
controlar la temperatura.
Una vez transcurridas 24 horas se desembraron las probetas y se colocaron el cuarto de
curado a través del método de inversión de agua.
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Figura 1.8 Material para 0.0258 m3 de mortero..
Figura 1.9 Moldes engrasados para el llenado de cubos y cilindros.
Figura 1.10. Mezclado del mortero con la mezcladora eléctrica.
Figura 1.11. Prueba de fluidez.
Figura 1.12. Extensión de la fluidez.
Figura 1.13. Llenado de cubos.
Figura 1.14. Llenado de cilindros.
Figura 1.15. Descimbrados de cubos.
Figura 1.16. Curado de cubos inmersión total en agua.
Para el llenado de moldes. Así como para el curado de las muestras se efectuaron los
procedimientos establecidos en la norma NMX-C-159-ONNCCE, referente a la elaboración y
curado en el laboratorio de especímenes de concreto. Como se muestran en las figuras de la 1.8 a
la 1.16.
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Figura 1.17. Preparación de cubos (secado).
Figura 1.18. Pesado de los cilindros.
Figura 1.19. Prueba de compresión simple.
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149.55146.33
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CUBOSCILINDROS
Los especímenes se retiraron del agua, se secaron se pesaron se dimensionaron y se
calculó su área. Finalmente a cada ensaye se le aplico carga y se obtuvo su resistencia respectiva.
Como se muestra en las figuras 1.8 al 1 para la realización de las pruebas a compresión simple.
Resultados
Las siguientes graficas muestran la resistencia a compresión simple de los cubos y
cilindros ensayados a 7 y 14 días de edad. (Véase la gráfica 1 y 2)
Grafica 1.- edad-resistencia a compresión simple en cilindros y cubos de mortero. Fuente: Elaboración propia.
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CILINDROS MORTEROCILINDROS MICROCONCRETO
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146.33
191.27
141.04
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CUBOS MORTEROCUBOS MICROCONCRETO157.14
201.10
149.55
114.21
Grafica 2.-cilindros microconcreto y morteros.
Fuente: Elaboración propia
En la gráfica se presentó una comparación de cada carga que se obtuvo, tanto del cilindro como de los cubos a los 14 días tomando en cuenta solo un promedio de los 6 ensayes. (Véase grafica 3 y 4)
Grafica 3.-cilindros microconcreto y morteros.
Fuente: Elaboración propia
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Ensayes de cubos a 7 y 14 días de edad
Microconcreto fj (kg/cm²)
Serie1
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Ensayes de cubos a 7 y 14 días de edad
Mortero fj (kg/cm²)
Serie1
Serie2
En la gráfica 4 se realizó una comparación tomando en cuenta cada uno de los ensayes a los 7 días y a los 14 días del-microconcreto.
Se muestra la relación edad-esfuerzo para microconcreto.(véase en la Grafica 4)
Fuente: Elaboración propia
En la gráfica 5 se indica una comparación tomando en cuenta cada uno de los ensayes a los 7 días y a los 14 días del mortero.
Grafica 5.- edad-esfuerzo para morteros.
Fuente: Elaboración propia
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Ensayes de cubos a 14 días de edad
Comparación de fj (kg/cm²) de cubos de Microconcreto y Mortero
Serie1
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En la gráfica número 6 se presenta una comparación entre el microconcreto y el mortero a 7 días de curado y se observó que el microconcreto obtuvo mayor resistencia.
Grafica 6.- edad-esfuerzo para morteros y microconcreto.
Fuente: Elaboración propia.
En la gráfica número 7 se presenta una comparación entre el microconcreto y el mortero a 14 días de curado.
Grafica 7: Edad-esfuerzo para morteros y microconcreto
Fuente: Elaboración propia.
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Ensayes de cubos a 7 días de edad
Comparación fj(kg/cm²) de cubos de Microconcreto y Mortero
Serie1
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Microconcreto fj (kg/cm²)
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Ensayes de cilindros a 7 y 14 días de edad
Mortero fj (kg/cm²)
Serie1
Serie2
En la gráfica 8 se presenta los resultados obtenidos de los cilindros ensayados a los 7 y 14 días de edad.
Grafica 8: Edad-esfuerzo para microconcreto
Fuente: Elaboración propia.
Grafica 9: Edad-esfuerzo para mortero
Fuente: Elaboración propia.
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Grafica 10: Edad-esfuerzo para cilindros de mortero y microconcreto a 7 días.
Fuente: Elaboración propia.
Grafica 11: Edad-esfuerzo para cilindros de mortero y microconcreto a 14 días
Fuente: Elaboración propia.
Finalmente se muestran los resultados de resistencias promedios entre los ensayos de las probetas, (véase la tabla 1.4), cabe mencionar que el presente trabajo de investigación está en proceso en el cual se pretende obtener las proporciones a diferentes F´c, el cual estamos dispuestos a llevar a acabo como se ha estado realizando.
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Ensayes de cilindros a 7 días de edad
Comparación fj(kg/cm²) de cilindros de Microconcreto y Mortero
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Grafica 11 Comparación fj(kg/cm²) de cilindros de Microconcreto y Mortero
Serie1
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Tabla 1.4. Resistencia a la compresión simple del microconcreto. FECHA DE ENSAYE
EDAD (DIAS)
Resistencia promedio a la compresión (kg/cm2)
Cubos Cilindros F´c Promedio
11/ago./2016 7 114.21 105.28 109.75 18/ago./2016 14 149.55 146.33 147.94
Fuente: Elaboración propia.
Discusión y conclusiones
Se logró notar que cuando se utilizó lo que es microconcreto se obtuvo una elevada
resistencia, debido a que las partículas de grava presentaban mayor adherencia. Pero no quiere
decir que no se puede utilizar el mortero ya que también cumple con las especificaciones de
diseño. La mezcla de mortero en proporción cemento-arena de 1:3:8, es adecuada para utilizarse
en la construcción, también se han utilizado en áreas específicas en construcciones de bóvedas o
cascarones de ferrocemento, ya que en ambos casos este material si alcanzado la resistencia a
compresión simple de 200 kg/cm2 eh incluso hasta mayores, estas pruebas están en proceso.
La fluidez de las mezclas de mortero y microconcreto elaboradas con polvo de trituración
se recomienda de 60 % con la cual las mezclas son más trabajables y fáciles de colocar.
Cabe mencionar que la investigación está en proceso y se continúa el trabajo para poder
obtener finalmente las proporciones de materiales para microconcreto y morteros a determinadas
resistencias, donde se utilizaran diferentes materiales de la región y así emplear estas
dosificaciones bajo los estándares que indica la norma.
Agradecimientos
A la Universidad Autónoma de Guerrero, por confiar en mí y brindarme la oportunidad de superarme en el ámbito académico.
Al M.C. Alfredo cuevas Sandoval por la atención, colaboración, sugerencias y la orientación brindada, con lo cual fue posible lograr los objetivos de esta investigación. Muchas gracias.
Referencias
Se presentarán en orden alfabético. Cite sólo las referencias necesarias para la buena
comprensión del informe y asegúrese de que todas las referencias citadas en el texto aparezcan en
las referencias al final del texto. Verifique que todas las citas en el texto y en la sección de
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referencias cumplan con las especificaciones solicitadas en la guía de citas y referencias que en
párrafos subsecuentes se describen. No se deben incluir referencias de folletos y cualquier otra
publicación de circulación restringida. Consulte la guía de autores para una mayor información.
[1.]- Arnal Simón, L., & Betancourt Suárez, M. (2005). Reglamento de Construcciones
para el Distrito Federal. México, D.F.: Trillas.
[2.]- Cuevas A., (2007), tecnología del concreto hidráulico, material de apoyo para el
curso de laboratorio e ingeniería de materias, Unidad Académica de Ingeniería, Universidad
Autónoma de Guerrero, Chilpancingo, Guerrero, México,63 PP.
[3.]- Steven H. Kosmatka y William C. Panarese, Diseño y control de mezclas de
concreto 1a edición, Instituto Mexicano de Cemento y del Concreto (IMCYC), 1992.
[4.]- Suarez, C., (2006), costo y tiempo en edificación, editorial Limusa, tercera edición,
México, 451 pp.
[5.]- Mendoza, C.J; Mena, M,; Fuentes, A,; Erazo, E., (1997), Propiedades del
ferrocemento, Universidad Nacional Autónoma de México, México, México, 109 pp.
[6.]- Mosqueda, S., (1989), Introducción a la construcción, tesis de licenciatura,
Chilpancingo, Guerrero, México, 227 pp.
NOMAS MEXICANAS
Agregados
NMX-C-30-ONNCCE-Muestreo de agregados
NMX-C-73-ONNCCE-Metodo de prueba para la determinación de la masa volumétrica
de los agregados para concreto.
NMX-C-77-ONNCCE-Metodo de prueba de análisis granulométrico.
NMX-C-111-ONNCCE-Especificaciones de los agregados para el concreto.
NMX-C.164-ONNCCE-Determinacion de la densidad y absorción del agregado fino.
NMX-C-165-ONNCCE-Determinacion de la densidad y absorción del agregado grueso.
Cementos
NMX-C-83-ONNCCE-Determinacion de la resistencia a la compresión del concreto.
NMX-C-109-ONNCCE-Cabeceo de especímenes de cilindros.
NMX-C-159-ONNCCE-Elaboracion y curado de especímenes de concreto en laboratorio.
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 22, 23 y 24 de septiembre 2016
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NMX-C-219-ONNCCE-Método de prueba de la resistencia a la compresión a edades
tempranas y predicción de las mismas a edades posteriores.
Otras Normas
ASTM CN 192: Para la elaboración de mezclas de laboratorio (Morteros o/y
Microconcreto)
