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UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL “LISANDRO ALVARADO” DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL BARQUISIMETO – ESTADO LARA ESTUDIO DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 28 DÍAS EN DOSIFICACIONES DE CONCRETO CON SUSTITUCIÓN PARCIAL DEL CEMENTO POR FILLER CALIZO (CARBONATO CÁLCICO) AUTORES: GREGORY FIGUEROA CARLOS GARBIS BARQUISIMETO, JUNIO 2014
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UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
BARQUISIMETO – ESTADO LARA
ESTUDIO DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 28 DÍAS EN
DOSIFICACIONES DE CONCRETO CON SUSTITUCIÓN PARCIAL
DEL CEMENTO POR FILLER CALIZO (CARBONATO CÁLCICO)
AUTORES:
GREGORY FIGUEROA
CARLOS GARBIS
BARQUISIMETO, JUNIO 2014
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
ESTUDIO DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 28 DÍAS EN
DOSIFICACIONES DE CONCRETO CON SUSTITUCIÓN PARCIAL
DEL CEMENTO POR FILLER CALIZO (CARBONATO CÁLCICO)
BARQUISIMETO, JUNIO 2014
ESTUDIO DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 28 DÍAS EN
DOSIFICACIONES DE CONCRETO CON SUSTITUCIÓN PARCIAL
DEL CEMENTO POR FILLER CALIZO (CARBONATO CÁLCICO)
AUTORES:
FIGUEROA GREGORY
GARBIS CARLOS
TUTOR:
ING. ANGEL VILANOVA
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL “LISANDRO ALVARADO” COMO
REQUISITO FINAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
BARQUISIMETO, JUNIO 2014
ÍNDICE GENERAL
Pp.
LISTA DE TABLAS vi
LISTA DE GRÁFICAS vii
RESUMEN viii
INTRODUCCIÓN 01
CAPÍTULOS
I EL PROBLEMA 03
Planteamiento del Problema 03
Objetivos de la investigación 08
Objetivo General 08
Objetivos Específicos 08
Justificación 09
Alcances 11
Limitaciones 11
II MARCO TEÓRICO 12
Antecedentes 12
Bases Teóricas 17
III MARCO METODOLÓGICO 47
Población 47
Muestra 47
Diseño de la Investigación 49
IV ANÁLISIS DE RESULTADOS 62
Resultados 63
V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 75
Conclusiones 75
Recomendaciones 76
REFERENCIAS 77
LISTA DE TABLA
Tabla Pp.
4.1 Resistencias obtenidas a realizar el ensayo a compresión de probetas
de concreto según norma COVENIN 338:202…………………….63
4.2 Porcentajes de pérdidas de resistencias de concreto normal y
concreto bomba con sustitución parcial del cemento por Filler
calizo……………………………………………………………….73
LISTA DE GRÁFICAS
Gráfica Pp.
4.1 Resistencia a compresión – Relación Agua / Cemento en concreto
convencional y concreto con Filler calizo (General)………………64
4.2 Resistencia a compresión – Relación Agua / Cemento en concreto
convencional y concreto con Filler calizo (Normal)………………66
4.3 Resistencia a compresión – Relación Agua / Cemento en concreto
convencional y concreto con Filler calizo (Bomba)……………….67
4.4 Resistencia a compresión vs porcentaje de reemplazo de cemento por
Filler calizo. Concreto normal y bomba 180 kg/cm²………………68
4.5 Resistencia a compresión vs porcentaje de reemplazo de cemento por
Filler calizo. Concreto normal y bomba 300 kg/cm²……………...69
4.6 Resistencia a compresión vs porcentaje de reemplazo de cemento por
Filler calizo. Concreto normal y bomba 450 kg/cm²……………...70
4.7 Resistencia a compresión vs porcentaje de reemplazo de cemento por
Filler calizo. Concreto normal…………………………………….71
4.8 Resistencia a compresión vs porcentaje de reemplazo de cemento por
Filler calizo. Concreto bomba…………………………………….72
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
BARQUISIMETO – ESTADO LARA
ESTUDIO DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN A LOS 28 DÍAS EN
DOSIFICACIONES DE CONCRETO CON SUSTITUCIÓN PARCIAL
DEL CEMENTO POR FILLER CALIZO (CARBONATO CÁLCICO)
AUTORES: Figueroa Gregory
Garbis Carlos
TUTOR: Ing. Vilanova Angel
RESUMEN
En el mundo actual el concreto de cemento portland se ha convertido en el
material de elección para la construcción de un gran número y variedad de
estructuras. Por lo tanto, no es sorprendente que muchos avances en la tecnología del
concreto hayan ocurrido como resultado de dos fuerzas impulsoras, específicamente
velocidad de construcción y la durabilidad del concreto, por tal motivo la presente
investigación tiene como objetivo evaluar la resistencia a compresión en
dosificaciones de concreto con sustitución parcial del cemento por filler calizo
(Carbonato Cálcico). Se elaboraron un total 36 probetas cilíndricas de 15 x 30cm con
la finalidad de evaluar la resistencia a compresión en mezclas con distintos
porcentajes de sustitución. Se compararon los resultados de las muestras con
adiciones y la muestra patrón, lo que permitió determinar el porcentaje óptimo
de sustitución de cemento por filler calizo, concluyendo que solo es factible el uso
de esta adición mineral como sustituto parcial del cemento en porcentajes hasta del
10% del peso total del cemento si afectar de manera negativa la resistencia a
compresión a los 28 días.
Descriptores: resistencia a compresión, dosificaciones y filler calizo.
1
INTRODUCCIÓN
El gran impacto ambiental de la producción de cemento ha influido, sin duda,
parcialmente en el cambio climático, lo que hace según Keill (1973), que para el
mantenimiento sostenido del uso de este material a lo largo del tiempo, sea necesario
considerar alternativas que permitan disminuir los efectos desequilibrantes que
producen al ecosistema los procesos de obtención de las materias primas para su
elaboración y se incluya necesariamente medidas para frenar el consumo de clinker, a
través de la sustitución parcial del cemento por adiciones minerales como el filler
calizo (carbonato cálcico). Lo cual disminuye las emisiones de CO2/Ton de cemento.
Es por ello, que en este trabajo de investigación se sustituirá parte del peso del
cemento por filler calizo en varias dosificaciones, para determinar cuál será la
combinación más eficiente, a través de realización de cilindros de 15 x 30 con
mezclas de concreto de dichas dosificaciones, para luego de su respectivo curado a
los 28 días practicarles el ensayo a compresión, a fin de proporcionar las conclusiones
y recomendaciones pertinentes para la optimización de dicho proceso.
Por ello, se presenta este estudio estructurado en cinco (5) capítulos.
El Capítulo I. El Problema, se plantea el problema, se establecen los objetivos
que se persiguen y la justificación de la investigación.
El Capítulo II. Marco Teórico, se reseñan estudios previos y las bases teóricas que
sustentan la investigación.
El Capítulo III. Marco Metodológico, contiene el tipo de investigación, población,
muestra y el diseño de la investigación.
En el Capítulo IV, se analiza los resultados obtenidos, siendo representada a
través de cuadros y gráficos, lo cual permitirá una mejor visualización de los
resultados.
2
En el Capítulo V, se presentan las conclusiones y recomendaciones de la
investigación. Finalmente, se muestran las referencias de diferentes autores que
sustentan el estudio.
3
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento del Problema
El concreto de uso común, o convencional, se produce mediante la mezcla de
tres componentes esenciales, cemento, agua y agregados, a los cuales se incorpora un
cuarto componente que genéricamente se designa como aditivo. Al unir estos
componentes y producir lo que se conoce como una mezcla de concreto, se introduce
de manera simultánea un quinto participante representado por el aire. (Porrero,
Ramos, Grases y Velazco (2004)
Asimismo señalan, que el comportamiento mecánico de este material y su
durabilidad en servicio dependen de cuatro aspectos básicos:
1. Las características, composición y propiedades de la pasta de cemento, o matriz
cementante, endurecida.
2. La calidad propia de los agregados, en el sentido más amplio.
3. La afinidad de la matriz cementante con los agregados y su capacidad para
trabajar en conjunto.
4. El ambiente al que va a estar expuesto.
Por otro lado, las adiciones al concreto son materiales inorgánicos, algunas veces
son referidos como adiciones minerales, ellas pueden ser utilizadas en combinación
en el concreto, en diferentes porcentajes, con el fin de mejorar el desempeño del
concreto en su estado fresco y endurecido. Son principalmente utilizadas para mejorar
la trabajabilidad, durabilidad y la resistencia. Pueden ser añadidas a la mezcla de
concreto como un cemento que contenga la adición o como un ingrediente en el
4
diseño de mezcla. Estos materiales le permiten al productor de concreto diseñar y
modificar la mezcla de concreto para satisfacer la aplicación deseada.
El filler calizo es una adición mineral muy fina compuesta de materias
inorgánicas, artificiales o naturales especialmente seleccionadas que luego de una
preparación apropiada en función de su granulometría mejoran las propiedades físicas
del concreto como la trabajabilidad, retención de agua aumentando su deformabilidad
y fluidez. Lo ideal del Filler calizo, es que su tamaño no exceda las 125 micras y en
general es deseable que más de un 70% pase por el tamiz N˚200. Estos finos
pequeños tienen la ventaja de mejorar la uniformidad de la distribución de tamaño de
la partícula entre amasados, generando un mayor control en la demanda de agua. Al
igual que cualquier adición mineral de similar finura en el concreto, el carbonato
cálcico presenta un efecto de relleno de hueco debido a su granulometría, reduciendo
la porosidad y mejorando la compacidad lo cual aumenta la resistencia y la
durabilidad (Keil, 1973); en comparación con un concreto sin adición mineral usando
una misma relación a/c.
|
Figura Nº1.1. Filler Calizo (www.imecosa.com)
5
El filler calizo está compuesto por carbonato de calcio ( ) superior al
75% en masa y debe estar libre de materia orgánica y arcilla. Esta adición interactúa
con los constituyentes del clinker, jugando básicamente un rol físico y contribuyendo
al desarrollo a la resistencia a compresión. ( Keil, 1973)
Cabe destacar que Venezuela posee importantes depósitos de calizas, con la
excepción del escudo de Guayana. Enormes depósitos de calizas de óptima calidad
afloran extensamente a lo largo de Falcón septentrional y oriental constituyendo la
materia prima de varias fábricas de la construcción. En la región central, Distrito
Federal, Estado Miranda, Carabobo, desde Petare hasta Valencia existen grandes
yacimientos de calizas cristalina. (PDVSA, 2010)
El concreto se ha convertido en el material de elección para la construcción
de un gran número y variedad de estructuras en el mundo actual. Esto se atribuye
principalmente al bajo costo relativo de los materiales y la construcción para
estructuras de concreto, así como también al bajo costo del mantenimiento. Por lo
tanto, no es sorprendente que muchos avances en la tecnología del concreto hayan
ocurrido como resultado de dos fuerzas impulsoras, específicamente la velocidad de
construcción y la durabilidad del concreto. (PDVSA, 2010).
Por otra parte, es importante destacar que según Keil (1973), el impacto
ambiental negativo, que produce la explotación de los recursos naturales para la
obtención de la materia prima, empleada en la elaboración del concreto,
específicamente el cemento, lo cual ha impulsado en tiempos recientes a la
determinación de alternativas que permitan disminuir el efecto de desgaste del medio
ambiente, sin decremento de las propiedades inherentes del material.
La producción de cemento tradicional (cemento Portland) es una gran fuente
de CO2 a nivel mundial. Es un proceso de gran gasto en energía y de alta
contaminación atmosférica. Para transformar la mezcla de materiales que constituyen
la materia prima en el producto final se usan hornos con temperaturas de 1500 grados
6
centígrados. Además, la reacción química de transformación de los materiales libera
CO2 a la atmosfera contaminando el medio ambiente. (Fundación ICA, 2010)
El cemento tal como se produce hoy en día, es responsable del 5% de las
emisiones de CO2 a nivel mundial, debido a que el proceso de fabricación del
cemento, libera 0,8 toneladas de CO2 a la atmósfera por cada tonelada de cemento
fabricado, aunque cuando se mezcla con el agua para su uso en la construcción, cada
tonelada de cemento absorbe 0,4 toneladas de CO2, por tanto, la huella de carbono del
cemento portland actual es de 0.4 toneladas. (Porrero y Otros 2004)
Las industrias producen, en su mayoría, desechos de manera constante, los
cuales, sino son tratados generan degradación del ambiente. De igual manera, es
considerable el hecho que para el tratamiento de gran parte de dichos desechos
industriales es necesario el gasto de energía. Esto conlleva a la búsqueda de la manera
de incluir los materiales de desechos en los procesos productivos que permitan su
empleo. Por tal motivo, las empresas cementeras a nivel internacional están
produciendo un nuevo tipo de cemento modificando la composición del cemento
portland tradicional con la finalidad de reducir el impacto ambiental. Este nuevo
producto se le conoce como cementos adicionados. Sin embargo en Venezuela, la
razón para fabricar cementos con adiciones es el déficit del producto convencional;
colaborando a degradar menos el ambiente. Dada esta condición, producir este tipo de
cemento, pareciera una solución parcial al problema porque se ahorraría materia
prima. (Gonzales, Juan 2008).
A raíz de la escasez de cemento en Venezuela, las cementeras a nivel
nacional han comenzado a producir de forma continua y a mayor escala los cementos
con adiciones de caliza, también conocidos como CPCA. Estos cementos
adicionados muchas veces están siendo usados de la misma manera que el cemento
convencional para así superar el déficit en el mercado, sin llegar a tomar en cuenta las
propiedades que estos cementos adicionados ofrece para sus usos adecuados.
7
Por lo anteriormente descrito, se plantea la siguiente interrogante en la
investigación:
• ¿Cómo es el comportamiento de la resistencia a compresión en concretos
elaborados con adiciones minerales inertes como sustituto parcial del
cemento, utilizando los diseños de mezcla para elaborar concreto con
cemento convencional?
8
Objetivos
Objetivo General
Evaluar la resistencia compresión a los 28 días en dosificaciones de concreto
con distintos porcentajes de sustitución parcial de cemento por filler calizo (carbonato
cálcico)
Objetivos Específicos
Determinar la resistencia a compresión a los 28 días en diferentes mezclas de
concreto normal y concreto bomba con sustitución parcial del cemento con 10%
de filler calizo (carbonato cálcico) y comparar su resistencia a compresión con la
mezcla de diseño patrón establecido.
Determinar la resistencia a compresión a los 28 días en diferentes mezclas de
concreto normal y concreto bomba con sustitución parcial del cemento con 20%
de filler calizo (carbonato cálcico) y comparar su resistencia a compresión con la
mezcla de diseño patrón establecido.
Determinar la resistencia a compresión a los 28 días en diferentes mezclas de
concreto normal y concreto bomba con sustitución parcial del cemento con 30%
de filler calizo (carbonato cálcico) y comparar su resistencia a compresión con la
mezcla de diseño patrón establecido.
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Justificación
El concreto tiene un papel indispensable en la industria de la construcción, ya
que está presente en prácticamente cualquier tipo de construcción. Esto se justifica
por su versatilidad de formas y usos, ya que tiene consistencia plástica en estado
fresco. Puede ser vaciado en moldes con libertad de la geometría, satisfaciendo las
exigencias de los diseñadores. Por otra parte, los costos de las materias primas
necesarias para su producción son relativamente bajos y se encuentran en la mayoría
de los lugares donde se utiliza el concreto. Todo esto, la practicidad y conveniencia,
puso al concreto en el segundo lugar de los materiales que más se consumen en el
planeta, sólo superado por el agua. (Neville, 1991)
La producción mundial de cemento Portland ha experimentado un
espectacular crecimiento. En el 2000 fue de 1,75 x 109
toneladas, con un por ciento de
crecimiento anual del 3.5% desde 1970. Estas producciones continuaran
incrementándose en los próximos años pudiendo llegar a incrementos acumulados
entre 120% a 180% en el 2020. Las medidas a tomar para disminuir las emisiones de
CO2 durante la producción de cemento pueden ser clasificadas en dos grandes
grupos, el primero con el aumento de la eficiencia del proceso de producción
disminuyendo el consumo de petróleo y el segundo, reduciendo la producción de
clinker, a través de la incorporación de las adiciones minerales durante el proceso
productivo o en el momento de la fabricación del concreto. (Vanderley, 2002)
La contribución de cualquiera de estas medidas en la reducción del consumo
de energía y las emisiones son pequeñas comparadas con las proyecciones estimadas
en la producción de cemento en el futuro. Sin embargo la meta es reemplazar hasta un
50% de combustible fósil. En términos prácticos solo el 15% ha sido alcanzado hasta
ahora. (Schmidt, 2003).
10
Por otra parte, el mismo autor considera que el uso reportado de las adiciones
minerales ha llegado solo a un 22% de reducción de las emisiones. Las mejoras
tecnológicas dependen del nivel económico del país donde la producción tiene lugar.
Un factor importante para la selección de esta adición mineral (Filler calizo)
que se utiliza en el presente estudio es la existencia de yacimientos de roca caliza a lo
largo del territorio nacional exceptuando en la zona de Guayana, con mayor
abundancia de este mineral en el estado Falcón y la zona central del país.
Por otra parte, Martínez y otros (1996), señalan que el factor económico es de
vital importancia en la selección de esta adición, ya que hoy en día lo están vendiendo
casi que al mismo precio que el cemento, por supuesto eso no debería ser, debido a la
abundancia y fácil explotación para su posterior uso lo hacen más económico en
comparación con el costo de cemento tipo portland, lo cual al sustituir parcialmente
por filler calizo, se reducirían los gastos en la producción de concreto.
11
Alcances
El presente trabajo está enmarcado en la elaboración de probetas de concreto
en laboratorio, sustituyendo en la dosificación original de las mezclas, por 10% ,
20% y 30% del peso de cemento por filler calizo, para resistencias a compresión del
concreto Normal y Bomba de:
180 Kg/cm2
300 Kg/cm2
450 Kg/cm2
Limitaciones
La adición mineral a utilizar en esta investigación será FILLER CALIZO,
para evaluar una de las propiedades mecánicas más importante del concreto la
“Resistencia a compresión”, en probetas elaboradas con sustitución del peso del
cemento, en las distintas dosificaciones para las resistencias predeterminadas.
12
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Todo trabajo de investigación debe estar fundamentado por un marco teórico
y unas bases teóricas, centradas en el tema de investigación que se plantea. Por tal
motivo, en el presente capítulo se hace mención a los antecedentes de la investigación
y las bases teóricas con el propósito de establecer un marco referencial para
fundamentar los argumentos planteados en este estudio.
En tal sentido, el capítulo que se presenta, configura el resultado de la revisión
bibliográfica, sobre la resistencia a compresión a los 28 días en dosificaciones de
concreto, con sustitución parcial del cemento por filler calizo (carbonato cálcico)
De igual manera se describen los antecedentes a nivel internacional, nacional
y regional, las bases teóricas, las bases legales y la definición de términos,
Antecedentes
Gatti, Marco y Molina Luis. (2012). Enfocaron su estudio en los cementos
adicionados tipo CPCA1 y CPCA2, fabricados por las principales cementeras de
Venezuela, disponibles en el mercado y vendidos al público en general para el uso de
la construcción. Evaluaron las principales propiedades físicas y mecánicas tanto en
13
estado fresco como endurecido. Llevaron a cabo ensayos de consistencia, finura,
tiempo de fraguado y resistencia a la compresión. En la determinación de la
consistencia de los cementos Portland con adiciones no observaron grandes
variaciones en la relación a/c la cual estuvo entre el rango de 1-5%. En el ensayo de
finura apreciaron que cada muestra de cemento tiene diferente tipo de clinker y
tiempo de molienda, con lo cual determinaron que estas grandes variaciones se deben
a que estos cementos provienen de diferentes plantas cementeras del país. En cuanto
al tiempo de fraguado solamente dos (2) de los cementos que estudiaron cumplieron
con las especificaciones estipuladas en la norma COVENIN 3134-2004, la cual
presumieron que se debe a omisiones durante su proceso de fabricación, composición
química, finura del cemento y por la temperatura del ambiente. Y por último con
respecto a la resistencia, observaron que en la mayoría de los cementos presentaron
un comportamiento adecuado en cuanto a su evolución, es decir ganancia de
resistencia a través del tiempo, pero aun así no cumplieron con las resistencias
mínimas exigidas por la norma COVENIN 3134-2004.
Alshahway. (2011), realizó un estudio titulado ¨Efecto de la sustitución parcial
de la arena con relleno de piedra caliza en algunas propiedades del concreto normal¨
donde concluyó que la resistencia a compresión aumenta con el aumento de la piedra
caliza de relleno hasta un valor óptimo (20% de sustitución).
Benítez Cohil, Edgar y Dorantes Díaz, Gabriel. (2009). Se enfocaron en el
estudio de los cementos adicionados de tipo CPCA 1, fabricados por las principales
cementeras del país y vendidos al público en general para su uso en la construcción,
evaluaron las propiedades físicas y mecánicas en mezclas de concreto fresco y
endurecido, respectivamente, elaboradas con este tipo de cemento con resistencia de
180 kg/cm2 y 210 kg/cm2.
14
En su investigación se llevo a cabo ensayos de resistencia mecánicas a la
compresión a los 3, 7, 14 y 28 días y de resistencia a tracción indirecta a los 28 días,
utilizando las probetas normalizadas con las mezclas de concreto en estado
endurecido. También realizaron ensayos de resistencia mecánicas a probetas de
mezclas elaboradas con cemento portland tipo I, para su comparación como patrón,
siendo el CPCA1 un material alternativo de mayor disponibilidad en el mercado
actual. En su estudio concluyen que dicho cemento cumple suficientemente con lo
establecido en la norma COVENIN 3134-04, de cemento portland con adiciones,
haciéndolo adecuado y seguro para su uso en las construcciones.
Z. Guemmadi (2009), Artículo titulado ¨Modelado de la influencia del filler
calizo en concreto: Un Nuevo enfoque para la fuerza y el costo¨, en este estudio se
sustituyó el cemento hasta 42% por Filler calizo, obteniendo como resultado ahorros
del 23% en el consumo del cemento, sin alteración notable en las resistencias finales,
lo que presenta una reducción significativa de la energía, el consumo de la materia
prima y los costos.
González, Juan (2008). Comparó las propiedades físicas y mecánicas de los
cementos adicionados y Portland tipo I empleados en la región Centroccidental. Estos
cementos fueron sometidos a ensayos de laboratorio para obtener un banco de datos,
que analizó conjuntamente con los datos de la fábrica de cemento. Evidenció en los
ensayos físicos que los cementos estudiados obtuvieron características similares, no
ocurriendo lo mismo con respecto al ensayo mecánico en donde las resistencias tanto
morteros como para cilindros de concreto estuvieron por debajo de la resistencia de
diseño. Concluyó que la caracterización de los tres tipos de cementos utilizados, en
sus propiedades físicas cumplió a cabalidad, pero no en las mecánicas en la cual
recomienda se debe continuar esa investigación con el propósito de estudiar la
composición química de los adicionados de manera de poder orientar en el tipo de
15
adición y su proporción. Probablemente si la mezcla se hace con más cemento
cumple con las resistencias.
Tobón, Jorge Iván. (Colombia, 2008). Estudio el comportamiento del
Cemento Portland con sustituciones de filler calizo de diferente grado de pureza,
para obtener la reducción de la emisión de C02 y obtener de igual forma un concreto
de características aceptables en cuanto a resistencia y durabilidad, que el obtenido
tradicionalmente con un Portland normalizado.
En su estudio determinó que las calizas < 70% de CaCO3 son una muy buena
opción de adición mineral para el cemento Portland aún en cantidades superiores
al 20% porque tienen efectos menos negativos sobre las resistencias mecánicas
en comparación con las calizas de alta pureza y prácticamente no modifican los
tiempos de fraguado, la expansión y la demanda de agua de los morteros adicionados
con ellas.
16
Bases Teóricas
Concreto
La historia del concreto está muy ligada con la historia del cemento, para ser
más específicos con el material cementante, que desde tiempos remotos ha servido
para dar mayor resistencia, ante los agentes de intemperismo, a la construcción de
viviendas, templos, palacios, etc. y por ende a una mayor comodidad social. Por
ejemplo en la cultura Egipcia se utilizaba un mortero, mezcla de arena con materia
cementosa, para unir bloques y lozas de piedra al elegir sus construcciones; los
constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos volcánicos,
mezclados con caliza y arena producían un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la
acción del agua, dulce o salada. Un material volcánico muy apropiado para
estas aplicaciones lo encontraron los romanos en un lugar llamado Pozzuoli nombre
con el que actualmente se conoce a las puzolanas. (Alex Chipana Soto,1999).
El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporciones de
cemento, agua, agregado y opcionalmente aditivo, que inicialmente denota una
estructura plástica y moldeable que posteriormente adquiere una consistencia rígida
con propiedades aislante y resistente, lo que hace un material ideal para la
construcción. (Casar Días, 2005).
Figura 2.1. Elementos del concreto. (Figueroa, Garbis 2013)
17
Elementos del concreto
Aproximadamente un 80% del peso del concreto está compuesto por
partículas de origen pétreo, de diferentes tamaños, material denominado usualmente
como agregados, áridos o inertes, el otro 20% corresponde al pasta que se forma al
mezclas el cemento con el agua (Porrero y otro 2004). En la Figura 1 se encuentran
los materiales como el cemento, los agregados (arena y grava), y el agua, que al
mezclarlos forman una pasta moldeable que puede ser compactada con relativa
facilidad, pero gradualmente pierde esta característica hasta que al cabo de algunas
horas se torna rígida y comienza a adquirir el aspecto, comportamiento y propiedades
de un cuerpo sólido, para convertirse finalmente en un material mecánicamente
resistente. (Fundación ICA, 2010).
De los componentes del concreto, el cemento, es el más costoso por unidad
de peso y constituye aproximadamente del 10% al 20% del peso del concreto, pero es
el componente activo que influye en todas las características de este material,
(Porrero y otros 2004). Por otra parte Kosmatha, S y Panarese W. (1992) señalan que
para efectos de construcción se define el cemento, como el material aglutinante con
propiedades tanto adhesivas como cohesivas, que interrelacionan los agregados al
entrar en contacto con el agua, fragua, ya que experimenta una reacción química con
ella.
Adonis Eralte (1999) considera que los agregados son derivados de la
trituración natural o artificial de diversas piedras y pueden tener tamaños que van
desde partículas casi invisibles hasta pedazos de piedras, también sirven como
refuerzo para agregar fuerza al material compuesto total. Generalmente se dividen en
2 grupos:
Finos: consiste en arenas naturales o manufacturadas con tamaño de
partículas que pueden llegar hasta 10mm.
18
Grueso: son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla Nº 16 y
pueden variar hasta 152mm. El tamaño del agregado que se emplea
comúnmente es el de 25mm o 1”.
Los agregados como componente del concreto constituyen la mayor parte de
la masa, ya que alcanzan a representar hasta el 80% de su peso, razón por la cual las
propiedades de los inertes resultan tan importantes para la calidad final de la mezcla.
(Porrero y Otros 2004).
El agua es un componente esencial de las mezclas de concreto, permite que el
cemento desarrolle su capacidad ligante. Para cada cuantía de cemento existe una
cantidad de agua del total de la agregada que se requiere para la hidratación del
mismo; el resto del agua solo sirve para aumentar la fluidez de la pasta para que
cumpla la función de lubricante de los agregados y pueda obtener la manejabilidad
adecuada de la mezcla fresca. El agua adicional queda dentro de la mezcla y cuando
se fragua el concreto se evapora y crea un material con alta permeabilidad, lo que
produce una disminución de la resistencia.
Cemento
Tacilla A, Elmer (2004), define el cemento, como un producto artificial, que se
obtiene de la transformación de una materia prima, que puede estar compuesta de una
mezcla de calizas, arcillas y otros minerales, o simplemente de calizas. Esta materia
prima finamente molida y homogenizada, es llevada a altas temperaturas, a través de
un horno (rotativo o vertical), de donde se obtiene un producto intermedio
denominado clinker, del cual, al molerse finamente con alrededor de 5% en peso de
yeso, se obtiene el cemento. Es un aglomerante hidráulico porque posee la propiedad
de endurecer en el aire y bajo el agua, debido a las reacciones químicas que se
producen entre el agua y los silicatos y aluminatos de calcio, presentes en el cemento.
19
Cemento Portland
Salamanca, Rodrigo (2000), explica que el cemento Portland, cuya invención
data desde la primera mitad del siglo XIX, es un producto con propiedades
hidráulicas, resultante de la molienda conjunta de clinker y yeso; a su vez el clinker
es el producto de la cocción hasta fusión incipiente de materiales calizos en alta
proporción, combinados con sílice y alúminas (normalmente contenidos en las
arcillas) y correctores como el mineral de hierro (que actúa como material fundente).
Es un producto que se obtiene por la pulverización del clinker Portland con la
adición de una o más formas de sulfato de calcio. Se admite la adición de otros
productos siempre que su inclusión no afecte las propiedades del cemento resultante.
Todos los productos adicionales deben ser pulverizados conjuntamente con el clinker.
Cuando el cemento Portland es mezclado con el agua, se obtiene un producto de
características plásticas con propiedades adherentes que solidifica en algunas horas y
endurece progresivamente durante un período de varias semanas hasta adquirir su
resistencia característica. El proceso de solidificación se debe a un proceso químico
llamado Hidratación mineral. El Portland es el tipo de cemento más utilizado como
aglomerante para la preparación de concreto.
Clasificación – Tipos
Dentro de los límites generales de composición con los cuales se obtiene el
clinker, Porrero y Otros (2004), consideran que se pueden establecer algunas
variantes, las cuales dan lugar a productos de características algo diferentes entre sí,
que constituyen los distintos tipos de cementos. Las principales características que
confieren al cemento los distintos componentes mineralógicos que lo integran dentro
de los límites de composición indicados y combinando las proporciones de las
materias primas de manera que el clinker resultante tenga una composición alta o baja
20
de determinados componentes; en cada caso se obtendrá un cemento que gozará
diferencias de grado, dependiendo de las características que le puede comunicar ese
elemento.
Por este procedimiento y en combinación parcial con la finura de molienda,
Porreros y otros (2004) se puede establecer cierta variedad de tipos de cementos. La
Norma Venezolana COVENIN 28 “Cemento Portland. Especificaciones” y la
norteamericana ASTM C150, consideran cinco tipos de cemento Portland, (tipo I,
tipo II, tipo III, tipo IV y tipo V).
Cemento Portland tipo I:
Es un cemento normal, se produce por la adición de clinker más yeso. De uso
general en todas las obras de ingeniería donde no se requiera elementos estructurales
especiales. (Castellar, Loizaga 2012).
Cemento Portland tipo II:
Cemento modificado para usos generales. Resiste moderadamente la acción de
los sulfatos, se emplea también cuando se requiere un calor moderado de hidratación.
El cemento Tipo II adquiere resistencia más lentamente que el Tipo I, pero al final
alcanza la misma resistencia. Las características de este Tipo de cemento se logran al
imponer modificaciones en el contenido de Aluminato Tricálcico (C3A) y el Silicato
Tricálcico (C3S) del cemento. Se utiliza en alcantarillados, tubos, zonas industriales.
(Alvarado, Caldarelly 2011)
Cemento Portland tipo III:
Cemento de alta resistencia inicial, recomendable cuando se necesita una
resistencia temprana en una situación particular de construcción. El concreto hecho
con el cemento Tipo III desarrolla una resistencia en tres días, igual a la desarrollada
en 28 días para concretos hechos con cementos Tipo I y Tipo II ; se debe saber que el
21
cemento Tipo III aumenta la resistencia inicial por encima de lo normal, luego se va
normalizando hasta alcanzar la resistencia normal. Esta alta resistencia inicial se logra
al aumentar el contenido de C3S y C3A en el cemento, al molerlo más fino; las
especificaciones no exigen un mínimo de finura pero se advierte un límite práctico
cuando las partículas son tan pequeñas que una cantidad mínima de humedad, el
cemento se altera durante el almacenamiento y manejo. Dado a que tiene un gran
desprendimiento de calor el cemento Tipo III no se debe usar en grandes volúmenes.
Con 15% de C3A presenta una mala resistencia al sulfato. El contenido de C3A
puede limitarse al 8% para obtener una resistencia moderada al sulfato o al 15%
cuando se requiera alta resistencia al mismo, es decir, del 90 al 100%. (Alvarado,
Caldarelly 2011).
Cemento Portland tipo IV:
Cemento de bajo calor de hidratación se ha perfeccionado para usarse en
concretos masivos. El bajo calor de hidratación de Tipo IV se logra limitándolos
compuestos que más influye en la formación de calor por hidratación, o sea, C3A y
C3S. Dado que estos compuestos también producen la resistencia inicial de la mezcla
de cemento, al limitarlos se tiene una mezcla que gana resistencia con lentitud. El
calor de hidratación del cemento Tipo IV suele ser de más o menos el 80% del Tipo
II, el 65% del Tipo I y 55% del Tipo III durante la primera semana de hidratación.
Los porcentajes son un poco mayores después de más o menos un año. Es utilizado
en grandes obras, moles de concreto, en presas o túneles. Su resistencia relativa de 1 a
28 días es de 55 a 75%. (Castellar, Loizaga 2012).
Cemento Portland tipo V:
Cemento con alta resistencia a la acción de los sulfatos, se especifica cuando
hay exposición intensa a los sulfatos. Las aplicaciones típicas comprenden las
estructuras hidráulicas expuestas a aguas con alto contenido de álcalis y estructuras
expuestas al agua de mar. La resistencia al sulfato del cemento Tipo V se logra
22
minimizando el contenido de C3A, pues este compuesto es el más susceptible al
ataque por el sulfato. Realiza su resistencia relativa del 65 al 85 %. (Castellar,
Loizaga 2012).
El cemento de uso más extendido es el que corresponde al Tipo I. En
Venezuela la mayor parte de la producción es de cemento Portland de este tipo,
siendo mucho menor la producción del Tipo II, y sólo ocasional la del Tipo III.
Cementos adicionados
Los cementos adicionados (o compuestos), 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. .(Rodrigo Salamanca, Revista Ciencia y
Ingeniería Neogranadina, 2000, p, 79).
Según la norma venezolana COVENIN 3134-2004, define cemento Portland
con adiciones como el producto obtenido por la pulverización conjunta de clinker
Portland y otros materiales, con la adición de agua y sulfato de calcio, para ser usados
en la producción de concretos y morteros que requieran características tales como:
Estabilidad, durabilidad, plasticidad, adherencia y capacidad de retención de agua.
Tipos de cementos adicionados
Cemento Portland con adiciones de caliza CPCA1
De acuerdo a la norma COVENIN 3134-04, es aquel cuyo contenido de caliza
u otro material calcáreo es menor o igual al 15 % del peso total.
23
El cemento Portland tipo CPCA 1, esta formulado para su uso en la
producción de concretos y morteros que requieren mejorar la trabajabilidad,
capacidad de retención de agua, resistencias adecuadas a su uso y mayor durabilidad.
Propiedades
Resistencias adecuadas para concretos estructurales en general.
Estabilidad en los tiempos de fraguado.
Mayor capacidad de retención de agua que minimiza el efecto de retracción
durante el fraguado.
Mayor manejabilidad y uniformidad, mejorando la trabajabilidad de las
mezclas.
Baja porosidad que optimiza la permeabilidad del concreto, garantizando la
durabilidad de las obras.
Contribuye a preservar el medio ambiente.
Usos
Elaboración de obras de concreto y morteros en general:
Aceras y brocales.
Fundaciones, vigas, columnas, losas y muros.
Aplicaciones de albañilería y mampostería (pega para bloques, mortero para
frisos)
Elaboración de bloques.
Para estabilización de los suelos.
Elaboración de elementos prefabricados.
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Recomendaciones
Almacenaje: evitar almacenarlo en contacto directo con el suelo o paredes y
ambiente húmedos.
Cantidad de agua: controlar el agua de mezclado. El exceso disminuye la
resistencia del concreto.
Arena: verificar el grado de finura y humedad de la arena para ajustar la
mezcla.
Proporciones: controlar las proporciones definidas de los materiales
utilizados en la mezcla.
Para la elaboración de concreto estructural debe cumplirse con lo
especificado en la Norma Venezolana 1756:2006.
Cemento Portland con adiciones de caliza CPCA2
De acuerdo a la norma COVENIN 3134-04, es aquel cuyo contenido de caliza
u otro material calcáreo es mayor al 15 % y menor o igual al 30 % del peso total.
Ventajas
Producto fabricado con estrictos controles de calidad.
Resistencias adecuadas a sus usos.
Buena manejabilidad consistencia suave y uniforme.
Mejores acabados.
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Usos
Estructuras convencionales.
Frisos.
Pega de bloques.
Aceras, brocales, nivelaciones.
Para construir pisos, placas, platabandas, escaleras y canales.
Para la elaboración de fundaciones, columnas, machones y vigas.
Recomendaciones
Almacenar en pilas no mayores a 10 sacos.
Usar materiales limpios y libres de desecho.
Colocar la cantidad de agua mínima necesaria hasta alcanzar una mezcla
homogénea.
Preparar solo la cantidad de mezcla requerida.
Razones para el uso de los cementos adicionados
El Ing. Rodrigo Salamanca en la revista CIENCIA E INGENIERÍA
NEOGRANADINA, expresa que la producción de los cementos adicionados se ha
venido incrementando de modo importante en todo el mundo por múltiples razones
entre otras las siguientes:
Mejoramiento de las propiedades del cemento y su calidad.
Posibilidad de producir cementos especiales para aplicaciones específicas.
Conservación de la energía térmica y de los recursos minerales.
26
Necesidad de disminuir emisiones de CO2 y de calor, a la atmósfera.
Posibilidad de usar subproductos de otras industrias.
Incremento de la productividad en la industria cementera, por:
Reducción de costos de producción.
Confiabilidad al seleccionar sistemas de molienda.
Menor riesgo de inversión.
Agregados
Los agregados, según Porrero y Otros (2004), también denominados áridos o
inertes, son fragmentos o granos, usualmente pétreos, cuyas finalidades específicas
son abaratar la mezcla y dotarla de ciertas características favorables, entre las cuales
se destaca la disminución de la retracción de fraguado o retracción plástica. Los
agregados constituyen la mayor parte de la masa del concreto, ya que, alcanzan a
representar entre el 70% y el 85% de su peso, razón por la cual las propiedades de los
inertes resultan tan importantes para la calidad final de la mezcla.
Las características de los agregados empleados deberán ser aquellas que
beneficien el desarrollo de ciertas propiedades en el concreto, entre las cuales
destacan: la trabajabilidad, las exigencias del contenido de cemento, la adherencia
con la pasta y el desarrollo de resistencias mecánicas. (Porrero y Otros, 2004).
Propiedades de los agregados
Granulometría
La Norma COVENIN 255, define a la granulometría a la distribución de los
tamaños de las partículas de un agregado, la cual se determina por tamizado mediante
cedazos de diferentes aberturas calibradas, colocadas en cascada, con la mayor
abertura arriba decreciendo progresivamente hasta el de menor abertura.
27
Los límites granulométricos son fijados por las Normas y Especificaciones, tanto
para la fracción gruesa como para la fina. La Norma COVENIN 277 y la ASTM C33
son las que contienen las indicaciones para garantizar una granulometría continua y
un contenido de volumen de vacios. La granulometría del agregado puede ser gruesa,
intermedia, fina, discontinua o mono granular.
Tamaño Máximo
Se denomina tamaño máximo de un agregado, según Schmidt (2003), al
tamaño de sus partículas más gruesas, medido como abertura del cedazo de menor
tamaño que deje pasar el 95% o más del material. Desde el punto de vista técnico, su
relación con las características de la mezcla es decisiva para la calidad y economía de
ésta.
Módulo de Finura
Se denomina módulo de finura de las arenas, según Porrero y Otros (2004), a
un parámetro que se obtiene sumando los porcentajes retenidos, acumulados en los
cedazos de la serie normativa y dividiendo la suma entre 100. En cierto modo, este
valor es representativo de la finura de la arena; se considera que el módulo de finura
adecuado de una arena para producir concreto dentro de una granulometría aceptable,
debe estar entre 2.3 y 3.1, donde un valor menor de 2.0 indica una arena fina, 2.5 una
arena media y más de 3.0 una arena gruesa.
Otra definición del módulo de finura es la señalada por Kosmatha (1992), el
cual considera que es la suma de los porcentajes retenidos acumulados en los tamices
de la serie normativa dividida entre 100. Por lo tanto, se considera que el módulo de
finura adecuado de una arena, para producir concreto dentro de una granulometría
aceptable, debe estar entre 2,3 y 3,1. Pero, por lo general es mayor a medida que el
28
agregado es más grueso, sin embargo, no es representativo en el control de la
distribución granulométrica de varios agregados porque un mismo valor puede
representar granulometrías totalmente distintas.
Ultrafinos
Se consideran como ultrafinos según Porrero y Otros (2004) a las particular
de agregado de menor tamaño, principalmente las menores de 74 micras (cedazo
#200) pero a veces también las menores de 149 micras (cedazo #100), o las de 297
micras (cedazo #50).
Resistencia de los Agregados
La resistencia más crítica es la del agregado grueso. Para evaluarla se acude al
ensayo de desgaste que produce la máquina conocida como de Los ángeles (Norma
COVENIN 266, Norma COVENIN 267, “Método de ensayo para determinar la
resistencia de desgaste de agregados gruesos mayores de 19.0 mm, por medio de la
máquina de Los Ángeles” (ASTM C131, y ASTM C535) que consiste en un tambor
de acero dentro del cual se coloca el agregado que va a evaluarse, conjuntamente con
una colección de bolas de acero que harán de cuerpos moledores. Se hace girar el
conjunto y se mide, granulométricamente, el fraccionamiento que sufrieron las
partículas de agregado. Las Normas suelen permitir un límite máximo de desgaste del
50%. Sin embargo, de acuerdo con las condiciones del concreto deseado, se pueden
requerir límites más exigentes. Los agregados de alta resistencia al desgaste suelen
tener pérdidas de menos del 20%.
Forma y Textura de los Granos
Forma
Esta característica de los agregados puede influir de manera importante en la
calidad del concreto. No hay método de ensayo normativo para cuantificarla en la
arena, sólo la observación visual con vidrio de aumento. Para los agregados gruesos
29
se hace una estimación de la proporción de partículas planas y alargadas presentes,
mediante la medición directa con un vernier, sobre el conjunto de granos de una
muestra representativa del total. Se determina el coeficiente o cociente de forma,
dividiendo la dimensión máxima sobre la mínima, que normativamente debe ser
menor que 5. (Norma COVENIN 264).
Textura Superficial
Otra característica según Porrero y Otros (2004), que algunos estudiosos
relacionan directamente con la forma de los granos es su textura superficial. No se
dispone de métodos normativos para medirla, sino que suele relacionarse con el tipo
de roca originaria, pero evidentemente esa relación no es determinante. Por la
evaluación visual del agregado se puede estimar su comportamiento en la mezcla,
pero para poder cuantificar su efecto hay que recurrir a las mezclas de prueba.
Asimismo, de manera general se consideran los casos extremos siguientes:
- Materiales de trituración, con superficie irregular que brinda buena
adherencia.
- Cantos rodados naturales, con superficie lisa que favorecen la fluidez y la
densificación.
Humedad
Los agregados según Porrero y Otros (2004), suelen retener algunas
cantidades de agua en forma de humedad. La humedad se considera como la
diferencia en peso entre: el material húmedo y el mismo secado al horno. Se suele
expresar como porcentaje en peso, referido al material seco.
Para la determinación de la humedad y de la absorción, tanto de los agregados
gruesos como de las arenas, hay ensayos normativos. Sin embargo, para la humedad y
especialmente en el caso de las arenas, que es donde su determinación cobra especial
30
importancia práctica, se emplean procedimientos más económicos o más rápidos
descritos en las Normas COVENIN (268, 269 y 272).
Relaciones con las Propiedades del Concreto
Las relaciones entre las características de los agregados, según Kosmatha y
Panarese (1992), se ha caracterizado con cuatro parámetros básicos a saber:
Resistencia, Relación Triangular, Durabilidad y Fraguado. Por lo tanto, la influencia
de la forma del agregado sobre la relación triangular y la resistencia, los agregados
redondeados requerirán menor cantidad de agua para una determinada trabajabilidad,
permitiendo una menor relación agua/cemento y en consecuencia una mayor
resistencia. Sin embargo, esta ventaja puede verse disminuida o anulada si los
agregados no están limpios, pues conllevaría una pérdida de adherencia
agregado/pasta y con ello una disminución de resistencia, que podría ser superior a la
técnicamente lograda al reducir la relación agua/cemento. Por ello es importante
profundizar en el análisis de cada una de estas relaciones para no llegar a
conclusiones cuya validez pudiese ser limitada, sin embargo, la visión de conjunto
que proporciona esta figura es altamente valiosa.
Agua para Concreto
El agua es imprescindible en varias etapas de la elaboración del concreto;
mezclado, fraguado y curado. El agua de mezclado ocupa normalmente entre 15% y
20% del volumen de concreto fresco y, conjuntamente con el cemento, forman un
producto coherente, pastoso y manejable, que lubrica y soporta los agregados,
acomodable en los moldes. Simultáneamente esta agua reacciona químicamente con
el cemento, hidratándolo y produciendo el fraguado en su acepción más amplia, desde
el estado plástico inicial, pasando por lo que llamamos endurecimiento, hasta el
desarrollo de resistencias a largo plazo. Por otra parte, el agua de curado es necesaria
para reponer la humedad que se pierde por evaporación luego que el concreto ha sido
colocado, compactado y alisado en su superficie; de esta manera se garantiza el
31
normal desarrollo de las reacciones de hidratación del cemento. (Porrero y Otros,
2004)
Asimismo, considera que tanto el agua de mezclado como el agua de curado
deben estar libres de contaminantes que puedan perjudicar el fraguado del concreto
que reaccionen negativamente, en estado fresco o endurecido, con alguno de sus
componentes o con los elementos embutidos en el concreto, como tuberías metálicas
o el acero de refuerzo.
En zonas urbanas, se suele elaborar concretos utilizando agua potable, la cual
se considera exenta de materia orgánica y sólidos en suspensión, y cuyo contenido de
sales minerales totales es inferior a 0,25% (2.500 ppm) en peso. En general, el agua
potable es adecuada para elaborar y curar concreto aún cuando la cloración (cuya
densidad varía en cada localidad) puede alterar el comportamiento de los aditivos y la
evolución de las resistencias. (Porrero y Otros, 2004)
El agua de pozos, ríos y lagos, antes de su utilización, debe ser evaluada física
y químicamente en un laboratorio competente. Posteriormente debe ser verificada al
menos dos veces al año, durante la estación seca y la de lluvias, o cuando varíe
sensiblemente el caudal o el aforo de la fuente, porque las concentraciones de sales,
azúcares y otros contaminantes pueden variar. Además debe investigarse el vertido de
aguas servidas y desechos aguas arriba del sitio de toma y conocer si son estacionales
para poder planificar el cronograma de ensayos. (Kosmatha y Panarese, 1992).
Agua de Mezclado
El agua de mezclado cumple dos funciones: hidratar el cemento y
proporcionar fluidez y lubricación al concreto. Se estima que, en condición de
ambiente saturado, el agua requerida para hidratación equivale al 25% en peso del
cemento; el resto se evapora. La porción evaporada después que el concreto ha sido
compactado y alisado, es la causante de la retracción de secado y de la formación de
conductos capilares que interconectan poros; estos se llenan parcialmente de aire y
32
producen concretos menos resistentes y menos durables, por lo que debe usarse el
menor volumen de agua que sea posible para obtener la fluidez requerida. (Porrero y
Otros, 2004)
Además consideran, que ciertas impurezas en el agua pueden causar
reacciones perjudiciales al concreto o alteraciones en sus propiedades, es decir:
Trabajabilidad.
Tiempos de fraguado.
Resistencias mecánicas.
Adherencia entre concreto y refuerzo.
Permeabilidad.
Durabilidad (disgregación, corrosión de elementos metálicos).
Aspecto (eflorescencia, decoloración).
Por lo tanto, esas impurezas pueden estar en forma de solución (azúcares,
sales como carbonatos, cloruros y sulfatos, ácidos) o de suspensión (aceites, materia
vegetal, limos, arcillas).
Agua de Curado
Porrero y Otros (2004), señalan que la hidratación del cemento comienza al
contacto con el agua de mezclado, y desde la superficie de cada grano de cemento
hacia el interior; es un proceso muy rápido en los primeros minutos y horas, que se
prolonga por varios meses y años siempre que haya humedad suficiente. Durante las
primeras horas hay reserva suficiente de agua en el concreto y, luego, se pierde
progresivamente por evaporación; primero desaparece el agua de exudación, que es la
capa superficial, brillante, que se observa al realizar compactación del concreto y, ya
semi-endurecido el concreto, hay una migración y evaporación del agua interna
necesaria para la reacción del cemento. La tasa de evaporación depende de tres
factores:
33
Capacidad desecante del medio ambiente (temperatura, humedad
relativa y velocidad de viento).
Cantidad de calor generado al hidratarse el cemento, por ser ésta una
reacción exotérmica.
Dimensiones de la pieza o elemento del concreto, especialmente de las
superficies expuestas a desecación.
Asimismo, resaltan que la falta de un ambiente saturado impedirá que el
cemento se hidrate totalmente y que el concreto alcance la resistencia esperada,
además de favorecer e incrementar la retracción plástica. Este último efecto producirá
aumentos en el ancho de las grietas de secado, que facilitan la entrada de los agentes
agresivos eventualmente presentes en el medio ambiente.
Usualmente, los requerimientos para el agua de curado son menos exigentes
que para el agua de mezclado, porque la primera está en contacto por un período
relativamente corto, solamente en la superficie y después que el concreto ha
alcanzado un cierto grado de endurecimiento, lo que impide que los contaminantes
potencialmente presente en el agua de curado, afecten las reacciones iníciales del
cemento. (Porrero y Otros, 2004)
Por lo general, los autores señalados consideran que el agua que es adecuada
para el mezclado también lo es para el curado. Sin embargo, debe considerarse que, al
producirse la evaporación del agua sucesivamente rociada sobre el concreto, las
posibles impurezas van a depositarse sobre su superficie en concentraciones cada vez
mayores. Por tanto, si el agua contiene, por ejemplo, materia orgánica o ferrosa,
puede causar manchas superficiales; la presencia de cloruros, cuyas sales hayan sido
sucesivamente depositadas por el curado con agua de mar o salobre, puede inducir o
acelerar el proceso de corrosión de los elementos metálicos.
34
Adiciones
Según la Instrucción de Hormigón Estructural, (EHE-08), se entiende por
adición aquellos materiales inorgánicos, puzolánicos o con hidraulicidad latente, que
finamente divididos, pueden ser añadidos al concreto con el fin de mejorar alguna de
las propiedades o conferirle características especiales. Pueden utilizarse como
componentes del concreto siempre que se justifique su idoneidad para su uso
produciendo el efecto deseado, sin modificar negativamente las características del
concreto, ni representar ningún peligro para vida útil del mismo.
Gómez (2002), señala que el objetivo de la utilización de las adiciones no es
más que, proporcionarle a la mezcla la cohesión adecuada para evitar la segregación
de los áridos gruesos y la exudación del agua durante su colocación, así como
también, mejorar sus propiedades tanto en estado fresco como en estado endurecido.
Por otra parte, Enrique P. Carvajal (2009), menciona que las adiciones reemplazan en
parte el cemento en las mezclas de concreto, mejorando las propiedades del mismo,
reduciendo las emisiones causadas por la fabricación del cemento.
Figura Nº 2.2. Adiciones minerales, subproductos industriales. (Enrique P
Carvajal 2009)
35
En la figura Nº 2.2 se observan varias de las adiciones, minerales y
subproductos industriales, usadas en las mezclas de concreto como son: Escoria,
Puzolana, Ceniza volante (Fly Ash), Metacaolín, Filler Calizo y Microsílice.
Adiciones minerales
Figura Nº 2.3. Adiciones minerales. (Enrique P Carvajal 2009)
En la figura Nº 2.3, se observa que las adiciones minerales se dividen en
dos grupos: las activas y las inactivas. Dentro de las activas se encuentran dos
familias, las de hidraulicidad latente como es la escoria de alto horno, la otra familia
de adiciones minerales activas se pueden mencionar, las puzolanas naturales, las
cenizas volantes, el humo de sílice y las arcillas activadas. Por otra parte en las
adiciones inactivas se puede mencionar al Filler calizo.
Escoria de alto horno
Como su nombre indica se obtienen como subproducto durante la obtención
del arrabio en alto horno, es conocida también por tener la propiedad de hidraulicidad
latente, esta reacciona con el agua, pero solo a un ritmo tan lento que es normalmente
mezclado con otras sustancias llamadas activadores, esta adición se caracteriza por
tener bajo calor de hidratación, aportar resistencias mecánicas altas a largo plazo,
36
disminuir la permeabilidad del concreto, y por no ser vulnerable a los ataques
químicos. (Enrique P Carvajal 2009).
(a) (b)
Figura Nº 2.4. a) Escoria de alto horno (A. Vilanova, 2009). b) Fotografía
con microscopio electrónico de escoria de alto horno (Enrique P Carvajal 2009)
Cenizas volantes
Paula Bosch (2011); define como ceniza volante a cualquier partícula recogida
de los gases producidos en los hornos industriales alimentados por combustibles
sólidos, sus propiedades dependen de la naturaleza del combustible, de la velocidad
de enfriamiento de la ceniza y del tamaño, tipo y temperatura del horno. Esta adición
reacciona con el hidróxido de calcio del cemento formando compuestos de silicatos
de calcio, sellando los poros capilares del concreto, incrementando su
impermeabilidad y resistencia a la compresión, haciendo de este un producto mas
compacto y más durable.
Pueden clasificarse en dos tipos:
Clase F: silicoaluminosas o puzolanicas, tienen un contenido de oxido
de calcio menor al 10% , y la suma de oxido de sílice, de aluminio y de hierro es
superior al 70%, es esta clase la que generalmente se usa en concretos
convencionales.
37
Clase C: sulfocálcicas o autocementantes, tienen un contenido de
oxido de calcio superior al 10%, pero la suma de sílice aluminio y hierro se sitúa
por encima del 70%.
a) b)
Figura Nº 2.5. a) Cenizas volantes (A. Vilanova, 2009). b) Fotografía con
microscopio electrónico de cenizas volante (Enrique P Carvajal 2009)
Humo de sílice:
También conocidos con otros nombres como sílice volatizado o microsílice,
es un subproducto que se genera durante la obtención de silicio y ferrosilício, en
hornos eléctricos de arco, este material está compuesto por esferas diminutas
resultando extremadamente fino, alrededor de 100 veces masa fino que el cemento, es
esta la razón de su alta actividad puzolánica. Sin embargo crea problemas de
almacenamiento y manipulación. ( Paula Bosch 2011).
38
a) b)
Figura Nº 2.6. a) Humo de Sílice (A. Vilanova, 2009). b) Fotografía con
microscopio electrónico de humo de sílice (Enrique P Carvajal 2009).
Filler calizo
Los Filler calizos están compuestos principalmente por carbonato cálcico
en forma de calcita (75-85%) y para su utilización como adición en el concreto
deben estar libres de arcillas y de materias orgánicas. Su composición química es
muy variada dependiendo entre otras cosas de las condiciones ambientales a las que
haya estado sometida la capa o estrato del que se extrae. (A. Vilanova 2009).
F. Carmona Guillen (1996) señala que la utilización de el Filler calizo en el
concreto trata de sustituir, bien parcial o totalmente el yeso por calcita, para generar
carboaluminatos, con la consiguiente variación de las resistencia mecánicas, la
relación agua /cemento (a/c), permeabilidad, etc., ya que esta adición cambia el agua
de consistencia normal acelerando el proceso de fraguado.
Por otra parte Paula I Bosch (2011) sostiene que las resistencias iníciales
mejoran, debido a que el carbonato cálcico actúa como un catalizador de las
reacciones de formación de de silicatos en la matriz del cemento, de manera que se
acelera la formación de cristales y por tanto el desarrollo de resistencias mecánicas.
De igual manera sostiene que esta adición desde el punto de vista físico desempeña
varias funciones:
39
Cumplen un papel hidrófugo obstruyendo los capilares, haciendo el
concreto más impermeable.
Completa la granulometría dando lugar a un concreto más trabajable y
que pueda retener más agua.
Modifica las cohesiones de la pasta intersticial y aumenta su poder de
lubricación.
a) b)
Figura Nº 2.7. a) Filler calizo. (A. Vilanova, 2009). b) Fotografía con
microscopio electrónico de filler calizo. (Enrique P Carvajal 2009)
Tipos de concreto
Gerardo Rivera L, (2001) señala que el concreto hecho con cemento portland,
agua, y agregados tiene un uso extenso como material de construcción debido a sus
muchas características favorables. Pero muchas veces resulta difícil hacer uso
adecuado de estas propiedades, como por ejemplo a la hora de su colocación, ya sea
por el rápido o lento endurecimiento o por la consistencia de la mezcla. Para resolver
estos problemas se han adaptados o creados procesos constructivos para modificar
algunas de las propiedades de la mezcla. Es por ello que estos tipos de concreto
pueden recibir un nombre en particular, ¨Concretos Especiales¨, entre los cuales se
pueden citar:
40
Concreto premezclado: este tipo de concreto se usa ampliamente y
ofrece numerosas ventajas en comparación con el método tradicional de
preparación en obras. Es particularmente útil en obras que están muy
congestionadas o en la construcción de vías donde solo se disponga de un espacio
muy pequeño para tener una plata mezcladora y almacenar los agregados.
Existen dos categorías principales de concreto premezclado, en la primera
categoría, el mezclada se hace en una planta central y el concreto se transporta en
un camión (mixer o trompo), figura Nº2, que lo agite lentamente, a fin de evitar
la segregación y un indebido endurecimiento, este concreto se conoce como de
mezclado central.
Figura Nº 2.8. Camión tipo mixer o trompo. (belweb.com.ve)
Concreto bombeado: el concreto normal mezclado se vierten una
tolva y con ayuda de una bomba con válvulas de aspiración y compresión, se
impulsa y transporta el concreto por una tubería. La granulometría del agregado
debe ser controlada debido a que el concreto confeccionado debe ser dócil
(manejable) y pueda retener el agua con el fin de evitar la segregación. Cabe
destacar que se deben tener ciertos cuidados como por ejemplo, cerciorarse que
la presión de la bomba sea suficiente para transportar el concreto hasta el sitio
deseado, se recomienda que la tubería tenga un diámetro mínimo de tres veces el
tamaño máximo del agregado, la tubería no debe ser de aluminio por que este
41
reacciona con el cemento generando hidrógeno, este gas introduce vacios en el
concreto endurecido produciendo la perdida de resistencia, la tubería no debe
formar ángulos muy agudos por que se pueden atascar y se debe tener en cuenta
la eficiencia de la bomba.
Figura Nº 2.9. Equipo de bomba. (civilgeeks.com)
Entre otros tipos de concreto se pueden mencionar, concreto lanzado (mezcla
seca y mezcla humedad), concreto ligero (estructural y no estructural), concreto
pesado, concreto inyectado, concreto con fibras, etc.
Aditivos
Los aditivos Según Jiménez (2001), son aquellos productos químicos que se
añaden en pequeña proporción a los componentes principales de los morteros o de los
concretos, durante sus mezclados, con el propósito de modificar algunas de las
propiedades de las mezclas en estados fresco o estado endurecido.
Los aditivos representan un gran adelanto dentro de la industria de la
construcción con concreto. Muchos de los concretos de los últimos veinte años no
hubieran tenido cabida si los aditivos, pues, si bien estos productos históricamente
comenzaron con comportamiento errático y una gran composición variable y mal
conocida, en la actualidad se ha llegado a efectividades muy favorables y constantes,
42
conociendo perfectamente los fundamentos en los que se basan. (Porrero y otros
2004).
Al evaluar la conveniencia o no del uso de un determinado aditivo el Manual
de Concreto Estructural, (Porrero y otros) (2004), señala que se deben tomar en
cuenta, no solo las ventajas que se supone reportará su empleo, sino también las
precauciones adicionales a respetar durante todo el proceso. Además del incremento
del costo directo que supone la incorporación de un componente adicional, hay que
evaluar el costo del control de calidad más cuidadoso que su empleo obliga, ya que,
dosis excesivas de aditivos pueden generar reacciones imprevistas y dosis
insuficientes podrían no tener efectos.
En general se recomienda seguir las indicaciones de usos señaladas por los
fabricantes, pero para obtener resultados óptimos, es imprescindible comprobar la
efectividad del producto con los materiales y condiciones que se van a utilizar en la
obra. (Porrero y otros 2004).
La influencia de estos productos sobre el tiempo fraguado, consistencia y otras
propiedades de la pasta del cemento o el mortero, y la respectiva influencia sobre la
consistencia, tiempo de trabajo y trabajabilidad del concreto, siguen en general la
misma tendencia; sin embargo, la magnitud de los efectos para ambos casos pueden
ser muy diferentes. (Porrero y otros 2004).
Tipos Aditivos
De acuerdo con su función principal, el Manual de Concreto Estructural (2004),
clasifica a los aditivos para el hormigón de la siguiente manera:
Aditivo reductor de agua/plastificante: aditivo que, sin modificar la
consistencia, permite reducir el contenido de agua de un determinado hormigón,
o que, sin modificar el contenido de agua, aumenta el asiento/escurrimiento, o
que produce ambos efectos a la vez (cono de Abrams).
43
Aditivo reductor de agua de alta actividad; aditivo
superplastificante: aditivo que, sin modificar la consistencia del hormigón, o que
sin modificar el contenido de agua, aumenta considerablemente el asiento /
escurrimiento, o que produce ambos efectos a la vez (cono de Abrams).
Aditivo inclusor de aire: aditivo que permite incorporar durante el
amasado una cantidad determinada de burbujas de aire, uniformemente
repartidas, que permanecen después del endurecimiento.
Aditivo reductor de agua: aditivo que reduce la perdida de agua,
disminuyendo la exudación.
Aditivo acelerador de fraguado: aditivo que reduce el tiempo de
transición de la mezcla para pasar del estado plástico al rígido.
Aditivo acelerador del endurecimiento: aditivo que aumenta la
velocidad de desarrollo de resistencia inicial del hormigón, con o sin
modificación del tiempo de fraguado.
Aditivo retardador de fraguado: aditivo que aumenta el tiempo del
principio de transición de la mezcla para pasar del estado plástico al estado
rígido.
Aditivo hidrófugo de masa: aditivo que reduce la absorción capilar
del hormigón endurecido.
Aditivo multifuncional: aditivo que afecta a diversas propiedades del
hormigón fresco y/o endurecido actuando sobre más de una de las funciones
principales definidas en los aditivos mencionados anteriormente.
44
Mecanismo de Acción de los Aditivos
Efecto Plastificante o Superplastificante
Keill (1973), acota que cuando el cemento portland entra en contacto con el
agua, las partículas individuales tienden a agruparse creando grumos de manera tal
que el sistema sólido líquido se flocula. Al usar un aditivo reductor de agua en las
mezclas de concreto, los grumos se rompen en partículas individuales de cemento,
esto sucede debido a que el aditivo no permanece en solución acuosa sino que es
absorbido en la superficie de la partícula de cemento. El agua atrapada en grumos es
liberada, pasando a formar parte del agua de mezclado, reduciendo por lo tanto la
cantidad requerida para dicha mezcla. El área de contacto del cemento con el agua
aumenta, debido a que las partículas de cemento no se tocan entre sí, incrementando
así la eficiencia del cemento. La incorporación de aire adicional hace que una
pequeña cantidad de aire sea atrapada, lo que ayuda a mejorar las propiedades del
concreto en cuanto al sangrado y la durabilidad.
Efecto Acelerador del Fraguado
El efecto de acelerar el fraguado del concreto, según Keill (1973) comienza a
partir del momento en que se mezclan el cemento, agua y aditivo; este proceso se
basa en la absorción de los grandes aniones y moléculas agregadas sobre las
partículas del cemento perturbando y acelerando así posteriores reacciones entre el
cemento y el agua, es decir, acelerando su fraguado.
Efecto Incorporadores de Aire
En el concreto fresco Keill (1973), considera que:
Reduce el contenido de arena fina en la mezcla, pudiéndose ahorrar
entre 12 y 15 Kg de arena fina por cada 1% de aire incorporado.
45
Reduce considerablemente la exudación del concreto. Las burbujas
“cabecean” el capilar e interrumpen el flujo de agua, rompiéndose así la
interconexión de capilares, que es causa de permeabilidad del material.
Mejora la eficiencia del bombeo al reducir la fricción del material con
la tubería
Asimismo, Keill (1973), resalta que en el concreto endurecido:
Disminuye la permeabilidad del mismo.
La durabilidad del concreto se ve aumentada sensiblemente con el uso
de incorporadores de aire. El agua ve mermada su acción al encontrarse
interrumpidos los conductos de entrada del concreto.
Se ve mejorada la adherencia con el refuerzo.
46
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
Tipo de Investigación
La investigación se enmarca en un estudio de Tipo Experimental, según el
Manual para la Elaboración del Trabajo Conducente a Grado Académico de
Especialización, Maestría y Doctorado (UCLA, 2002), se define como:
“…estudio de la resistencia a compresión a los 28 días en dosificaciones de
concreto con sustitución parcial de cemento por filler calizo (Carbonato Cálcico)”.
Población
Para el tema en estudio la población de todas las muestras de concreto tendrá
una sustitución parcial del 10%, 20% y 30% del peso total del cemento, por adición
del 10%, 20% y 30% de filler calizo (Carbonato Cálcico).
Muestra
Está constituido por 36 probetas cilíndricas que corresponden al estudio de las
resistencias a compresión a los 28 días del diseño de mezcla, divididas de la siguiente
manera; 18 probetas cilíndricas constituyen al grupo de concreto tipo normal y otras
18 probetas cilíndricas al grupo de concreto tipo bomba, los cuales a su vez se
subdividen en 3 resistencia en estudio (180, 300, 450) por cada tipo de
concreto y para cada una de estas resistencias una sustitución por filler calizo (10%,
20% y 30%) respectivamente, por lo tanto cada una de estas familias estarán
formadas por 6 probetas cilíndricas por cada resistencia en estudio que a su vez
corresponden a 2 cilíndros por cada uno de estos porcentajes de sustitución.
47
Materiales a utilizar
1) Cemento: cemento Portland tipo I de uso común.
2) Agregados: piedra picada de tamaño máximo nominal # 1, arena cernida.
3) Aditivo: WRDA79
4) Adición mineral: filler calizo
Fuente Propia. Fotografía 3.1 Filler Calizo (Carbonato cálcico)
Fuente Propia. Fotografía 3.2 Aditivo (WRDA79)
WRDA ® 79. Siglas que significa: reductores de agua y retardador Admixture ASTM
C 494, Tipo A y Tipo D ,es decir, es una solución acuosa lignosulfonatos
modificados que contiene un catalizador que promueve la hidratación más completa
de cemento portland.
48
Diseño de la Investigación
Se utilizó los mismos diseños de mezcla con cemento Portland tipo I
establecidos en las cartas técnicas de diseños de Hormigones Bel, para resistencias a
compresión de 180, 300 y 450 ; donde se sustituirá parcialmente su
contenido de cemento en 10,20 y 30% de su peso por filler calizo ajustando para
mantener la trabajabilidad, para así obtener un estudio y comparación de la resistencia
a compresión a los 28 días entre el diseño de mezcla patrón y los diseños tipo
convencional y tipo bomba de concreto premezclado con adición de filler calizo.
Una vez establecida la resistencia de diseño en el laboratorio, se procede a la
caracterización del agregado existente en los patios de almacén de Hormigones Bel,
C.A.
Extracción de la muestra representativa
Tanto para el agregado grueso como para el fino, proveniente de montones o
pilas, se siguió el procedimiento empleado en la Norma COVENIN 270-98
“Agregados. Extracción de muestras para morteros y concreto”.
La cual dice que: las muestras provenientes de montones o pilas, se extraen de
diferentes partes de la pila, de pesos aproximadamente iguales tomando la precaución
de evitar la zona de segregación del material más grueso, que generalmente se
encuentra en la base del montón. Estas muestras representativas pasan por un proceso
de cuarteo en laboratorio, de la siguiente forma:
Se forma un cúmulo, con la muestra representativa y se extiende con una pala
hasta darle base circular y espesor uniforme; se divide esta diametrálmente en (4)
partes iguales, se toman (2) partes opuestas, se mezclan y se recomienza la operación
con este material. Esta operación de cuarteo se repite hasta que la cantidad de
muestras quede reducida a la que se quiere en cada caso.
49
Fuente www.4shared.com Imagen 3.1 Montones o Pilas de Agregados
Fuente www.4shared.comImagen 3.2 Cuarteo
Granulometría de los agregados grueso y fino
Siguiendo el procedimiento de la Norma COVENIN 255-98 “Agregados
determinación de la composición granulométrica”.
Consiste en separar una muestra de agregado seco, de peso conocido, a través
de una serie de cedazos progresivamente menores, para determinar la distribución
porcentual del tamaño de las partículas que lo componen. El método determina de
forma cuantitativa la distribución de los diferentes tamaños de las partículas presentes
(gradación) en una muestra de agregado a utilizar en diferentes campos de la
ejecución de una obra civil. Los resultados se usan para verificar si la distribución de
50
tamaños de las partículas de un agregado, está de acuerdo con las especificaciones
aplicables al caso.
Fuente Propia. Fotografía 3.3 Tamizado de agregados (grueso y fino)
Fuente Hormigones BEL. Imagen 3.3 (Curva Granulométrica Agregado
Fino)
51
Fuente Hormigones BEL Imagen 3.4(Curva Granulométrica Agregado Grueso)
Los límites granulométricos son fijados por las Normas y Especificaciones, tanto
para la fracción gruesa como para la fina. La Norma COVENIN 277 y la ASTM C33
son las que contienen las indicaciones para garantizar una granulometría continua y
un contenido de volumen de vacios. La granulometría del agregado puede ser gruesa,
intermedia, fina, discontinua o mono granular.
Como se puede observar en las granulometrías de ambos agregados fino y grueso
(arena y piedra) cumple con las especificaciones al estar entre los límites de
porcentajes pasantes en los diferentes cedazos, por lo tanto su distribución de tamaños
nos indica una óptima gradación de las partículas.
Caracterización de los Agregados
Para el agregado grueso y el agregado fino se realizó la extracción de
muestras representativas. Se determinó la composición granulométrica de los
agregados, sustentado por la Norma COVENIN 254:1998 “Cedazos de Ensayos”, se
utilizó “Método de ensayo para la determinación por lavado del contenido de
52
materiales más finos que el cedazo N˚ 200 en agregados minerales finos” COVENIN
258:1977.
Determinar el % de humedad del agregado fino
Este procedimiento lo efectúan en la planta 3 veces al día, para así realizar
ajustes necesarios en la costilla a través del sistema y garantizar la calidad del
producto.
Materiales y Equipos
Balanza electrónica, estufa, disecador, espátula, recipiente para pesar la
muestra, pinza metálica y agregado fino.
Fuente Propia. Fotografía 3.4 Equipos (Tamizadora, Balanza, Prensa y
Horno)
53
Procedimiento
1. Calibrar la balanza electrónica y enciende la estufa.
2. Toma de una muestra representativa de la mezcla de agregados finos a
utilizar, pesando aproximadamente 100 gr.
3. Calienta aproximadamente 10 minutos, o hasta que la muestra este seca, en
una estufa.
4. Sacar la muestra de la estufa y colocarla en el desecador durante 5 minutos.
5. Pesar de nuevo, y anotar el valor obtenido. Luego colocarlo en el desecador y
volverlo a pesar. Repetir este procedimiento hasta que el peso sea constante.
6. Anotar el valor, y por diferencia al pesarla se obtiene el porcentaje de
humedad.
% humedad = Pws x 100%
Pw
Donde Pws = Peso muestra seca
Pw = Peso muestra
Tamaño Máximo
Como característica principal del agregado grueso en los patios de almacén de
Hormigones Bel, C.A. su tamaño máximo nominal es de 1”.
Material más fino que el cedazo # 200
Descrito en la Norma COVENIN 250-77 Método de ensayo para
determinación por lavado del contenido de materiales más finos que el cedazo # 200
en agregados minerales.
54
Un factor determinante en el diseño de mezcla de Hormigones Bel, C.A., es el
% de humedad en el agregado fino, pues se puede controlar el contenido neto de agua
en el cemento.
Porcentaje de Caras Fracturadas (piedra)
Otro ensayo realizado, a pesar de no poseer normativa para su realización, fue
el de forma de los agregados. Se le realizó solo el agregado grueso y consiste en
determinar que, % del agregado aceptable para la mezcla.
Procedimiento
1. Tomar una muestra representativa del agregado.
2. Pesar la muestra.
3. Vaciar el agregado en un mesón y realizar inspección visual detallada.
4. Si la piedra esta fracturada ¾ parte es aceptada sino, será rechazada.
5. Pesar la parte rechazada.
6. Wp donde;
% Cf = Porcentaje de cara fracturada
Wp = Peso de la muestra
Wsf = Peso de la muestra sin fractura
Una vez caracterizado el agregado, se procede a la realización de las mezclas
(180, 300, 450) kg/cm2 para concreto normal y bomba.
Hormigones Bel, C.A. cuenta con una cartilla de diseño de mezcla, que son
ajustadas, dependiendo de los resultados de los ensayos realizados a los agregados
para garantizar la calidad del producto final.
55
Elaboración del Concreto
El mezclado de concreto se realizó en el laboratorio de Hormigones BEL.
Para ellos se sustituyó el 10, 20 y 30 % del peso del cemento por filler calizo en
distintas dosis para resistencias establecidas.
La relación agua/cemento y el eta, fueron datos suministrados por dicha
empresa, para la realización de un concreto normal y bomba sin adición para las
resistencias de 180, 300 y 450 kg/cm2, de donde se tomó el peso del cemento para
cada resistencia, se sustrajo el 10, 20 y 30 % de su peso y, se adicionó 10, 20 y 30 %
del peso total del cemento para estudiar el comportamiento de la resistencia a
compresión a los 28 días.
Al agregar la adición mineral (filler calizo) se modifica la relación
agua/cemento la cual se obtuvo fijando el valor del asentamiento para el concreto
normal y bomba de 5” y 6” respectivamente.
Fuente Propia. Fotografía 3.5 (Proceso de Mezclado)
56
Se realizaron las mediciones de asentamiento con el cono de Abrams siguiendo
el procedimiento de la Norma COVENIN 339-94 “Método para la medición del
asentamiento con el cono de Abrams” aplicando este ensayo para cada diseño de
mezcla fijando 5” y 6” para concreto normal y concreto bomba respectivamente, para
obtener la nueva relación agua/cemento para cada % de sustitución. Para determinar
el asentamiento se usó la Norma COVENIN 339:2003, “Concreto Método para la
medición del asentamiento con el cono de Abrams” consecutivamente con la Norma
COVENIN 344:202, “Concreto fresco. Toma de muestras” para los cilindros de
concreto.
Fuente Propia. Fotografía 3.6 Ensayo asentamiento (cono de Abrams)
57
Fuente Propia. Fotografía 3.7 Ensayo Asentamiento (cono de Abrams)
Elaboración de las probetas cilíndricas
Se elaboraron probetas cilíndricas de 15 x 30 cm, para la evaluación de la
resistencia a compresión a los 28 días. Dichas probetas se elaboraron siguiendo lo
establecido en la Norma COVENIN 333-02 “Concreto. Método para la elaboración,
curado y ensayo a compresión de cilindro de concreto.
Fuente Propia. Foto 3.8 Vaciado de la Mezcla (Elaboración Probetas
cilíndricas)
58
Elaboración, Curado y Ensayo a Compresión de Probetas de Concreto (Según
Norma COVENIN 338:202)
Se aplicó el procedimiento reflejado en la Norma “Concreto. Método para la
elaboración, curado y ensayo a compresión de cilindros de concretos”. (NORMA
COVENIN 338:2002).
Curado de probetas: una vez elaboradas las probetas deben protegerse de la
pérdida de agua por evaporación cubriéndolas adecuadamente con un material
impermeable y a menos que se especifiquen otras condiciones debe almacenarse a
una temperatura ambiente en la sombra. Los moldes deben mantenerse en una
superficie horizontal rígida libre de vibraciones y otras perturbaciones. Las probetas
deben ser desencofradas en un lapso de tiempo comprendido entre 20 y 48 horas,
después de su elaboración y se almacenaran hasta el momento del ensayo en
cualquiera de los siguientes 3 ambientes:
a) Directamente bajo agua saturada de cal.
b) Arena limpia y saturada constantemente de agua.
c) Cámara húmeda, con una humedad relativa entre 90 y 100%.
Fuente Propia. Fotografía 3.9 (Proceso de Curado)
59
Fuente Propia. Foto 3.10 Cilindros a Ensayar
Ensayo de Resistencia a Compresión
Ensayo resistencia a compresión, los cilíndros se colocan en la máquina de
ensayo, se centran cuidadosamente, tanto las superficies del cilíndro como los platos
de la máquina deben estar exentos de polvo, grumos, grasa y de cualquier otro
material extraño. Se comprimen hasta el momento justo donde se presenta la falla en
la probeta. Se registra el valor de la presión a la cual falló el cilíndro de concreto y se
toma nota en la planilla de laboratorio de las características de la misma tales como:
altura y diámetro del cilíndro de concreto, tipo de falla, resistencia a la que falló,
resistencia de diseño, temperatura del ambiente.
60
Fuente Propia. Fotografía 3.11 (Ensayo Resistencia a Compresión)
61
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
Luego de recopilada la información pertinente, se procedió a la tabulación,
así como el ordenamiento de los datos, por medio de la estadística descriptiva. El
proceso se inicio mediante la agrupación y ordenamiento en forma manual de la
información , posteriormente los resultados se ilustraron en cuadros y gráficos, para
ser visualizados con mayor claridad, además se analizó e interpretó la información
obtenida de los resultados emanados, cuya información se confrontó conforme a las
bases teóricas que sustentan la investigación.
Los resultados y el análisis, se realizaron considerando las bases teóricas
resaltadas en esta investigación, con la finalidad de despejar las interrogantes
planteadas.
A continuación se presentan los cuadros de análisis correspondientes a los
resultados obtenidos para el concreto de la resistencia a comprensión para distintas
relaciones agua/cemento, así como los gráficos respectivos producto de los datos
necesarios para el cumplimiento de los objetivos establecidos y así evaluar la
resistencia a compresión a 28 días en dosificaciones de concreto normal y bomba con
sustitución parcial de cemento por 10%, 20% y 30% de filler calizo (Carbonato
cálcico).
62
CAPÍTULO IV
Resultados
Resistencias obtenidas al realizar el ensayo a compresión de probetas
de concreto según Norma COVENIN 338:202:
Concreto Referencia Fc (28 días)
Prom
F´c %Resistencia
Residual 100-residual
180N 180NA10 179.08 180 99.49 -0.51
180NA20 135.05 180 75.03 -24.97
180NA30 116.70 180 64.83 -35.17
300N 300NA10 300.68 300 100.23 0.22
300NA20 231.76 300 77.25 -22.75
300NA30 179.12 300 59.71 -40.29
450N 450NA10 450.30 450 100.07 0.07
450NA20 384.78 450 85.51 -14.49
450NA30 312.65 450 69.48 -30.52
180B 180BA10 201.34 180 111.86 11.86
180BA20 183.54 180 101.97 1.97
180BA30 140.12 180 77.84 -22.16
300B 300BA10 320.87 300 106.96 6.96
300BA20 284.67 300 94.89 -5.11
300BA30 211.23 300 70.41 -29.59
450B 450BA10 449.83 450 99.96 -0.04
450BA20 375.89 450 83.53 -16.47
450BA30 290.72 450 64.60 -35.40
Fuente: Figueroa, Garbis 2013
Tabla 4.1. Resistencias obtenidas al realizar el ensayo a compresión de
probetas de concreto según Norma COVENIN 338:202
En la tabla Nº 4.1 se muestran los tipos de concretos estudiados (concreto
normal y concreto bomba), el porcentaje de sustitución utilizado 10, 20 y 30 % de
cemento por filler calizo y las resistencias en estudio 180, 300 y 450 .
Seguidamente se observan los resultados que se obtuvieron al realizar los ensayos de
63
resistencia compresión descrito en la norma COVENIN 338-202, "Concreto. Método
para la elaboración, curado y ensayo a compresión de cilindros de concreto".
También se muestra el F´c que es solo la resistencia de diseño elegidas para
realizar la sustitución parcial del cemento por Filler calizo. En cuanto al porcentaje de
resistencia se tienen dos renglones, residual y (residual-100)%, la residual no es más
que el porcentaje de resistencia alcanzada con respecto al patrón (F´c), y (residual-
100)% es la diferencia en porcentaje de la resistencia patrón (F´c) y la resistencia
obtenida. En este renglón se observan valores positivos y negativos, los valores
negativos representan las pérdidas de resistencia a compresión producto de la
sustitución parcial del cemento por Filler calizo, los valores positivos por el contrario,
indican que se produjo una moderada mejoría superando los valores de resistencias
esperadas.
Gráfica Nº 4.1. Resistencia a Compresión – Relación Agua / Cemento,
Concreto Convencional – Concreto con Filler Calizo (General).
64
En la gráfica N˚4.1 se observa de forma general las curvas de regresión de
las resistencias a compresión en función de la relación agua/cemento, del concreto
normal y del concreto bomba, y su comportamiento para diseño de mezclas
convencionales y diseños de mezclas con sustitución parcial del cemento por filler
calizo. En la gráfica antes mencionada también se observa, que al aumentar las
relaciones a/c disminuye la resistencia en ambos tipos de concreto, (convencional y
con adición) sin embargo la resistencia a compresión en el concreto con adición es
más susceptible a este aumento. En efecto, la ley de Abrams expresa que con un
agregado dado, la resistencia depende solo de la relación a/c del concreto fresco. La
relación a/c crece cuando aumenta la cantidad de agua y decrece cuando aumenta el
contenido de cemento, cuanto más baja es la relación a/c mayor es la resistencia a
compresión y más favorable son las propiedades de la pasta de cemento endurecido.
Otro factor importante que se observa, es que para conseguir la misma
resistencia en ambos concretos (convencional y adicionado), en teoría, solo bastara
con aumentar la relación a/c, por lo tanto debe aumentar la cantidad de agua en la
mezcla, pero teniendo en cuenta que también debe aumentar cantidad de cemento la
misma, es por ello que al entrar en la gráfica con una relación a/c se obtiene mayores
valores de resistencia a compresión en concretos con adición.
65
Gráfica Nº 4.2 Resistencia a Compresión – Relación Agua / Cemento,
Concreto Convencional – Concreto con Filler Calizo (Normal).
En la gráfica 4.2 se observa la resistencia a compresión en función de la
relación agua/cemento para el concreto convencional (normal) con y sin adición, por
otra parte es importante resaltar que el aumento de la relación agua/cemento
representa una disminución en la resistencia siempre y cuando se utilicen los mismos
agregados, como lo enuncia la ley de Abrams. Sin embargo se puede logar una
resistencia en común para los dos tipos de concreto (convencional y con adición) con
diferente relación agua/cemento, siendo mayor la del concreto con adición, debido a
que esta adición es inerte y no reacciona químicamente con el agua, sino que mejora
la granulometría dando lugar a un concreto mas trabajable, modificando la cohesión
de la pasta intersticial obstruyendo los capilares haciendo un concreto más permeable.
(Pula I Bosch 2011).
66
Gráfica Nº 4.3 Resistencia a Compresión – Relación Agua / Cemento,
Concreto Convencional – Concreto con Filler Calizo (Bomba).
En la gráfica Nº 4.3 se observa la resistencia a compresión del concreto
bomba con y sin sustitución de Filler calizo en función de la relación agua/cemento.
Similar que en la gráfica anterior (gráfica Nº 4.2) se observa que a medida que se
aumente la relación agua/cemento disminuye la resistencia, (ley de Abrams).
.
67
Gráfica Nº 4.4, Resistencia a Compresión - % de Reemplazo de Cemento
por Filler Calizo. Concreto Normal y Bomba 180 kg/ .
En la gráfica Nº 4.4 se observa que en ambos concretos (normal y bomba)
la resistencia a compresión disminuye a medida que se sustituye parcialmente el
cemento por filler calizo, debido a que es una adición mineral inerte.
Se visualiza una mayor sensibilidad de disminución de resistencia a
compresión en el concreto normal que en el concreto bomba, producto de que es un
concreto de baja resistencia (180 ) y por ende de poca cantidad de cemento
en el diseño de mezcla, mientras que el concreto tipo bomba, por ser un concreto que
en su dosificación lleva un mayor contenido de cemento con menos cantidad de
agregado grueso (piedras) en el diseño de mezcla acompañado de aditivos poseen
una mayor resistencia.
68
Gráfica Nº4.5, Resistencia a Compresión - % de Reemplazo de Cemento
por Filler Calizo. Concreto Normal y Bomba 300 kg/ .
En la gráfica Nº4.5 se observa que en los concreto normal y bomba
disminuye la resistencia a medida que se aumenta el porcentaje de sustitución, sin
embargo el concreto normal disminuye más rápidamente que el concreto bomba, por
las razones antes expuestas. De igual manera el concreto bomba presenta mayores
valores de resistencia a compresión que el concreto normal en los respectivos
porcentajes de sustitución. Todo esto es debido a que el diseño de mezcla en el
concreto tipo bomba lleva mayor cantidad de cemento en su diseño como se indicó
anteriormente.
69
Gráfica Nº4.6, Resistencia a Compresión - % de Reemplazo de Cemento
por Filler Calizo. Concreto Normal y Bomba 450 kg/ .
En la gráfica Nº4.6 la curva descrita por ambos concretos (normal y
bomba), es muy similar disminuyen el valor de la resistencia a compresión a medida
que se sustituye parcialmente el cemento por filler calizo. A diferencia de las otras
resistencias estudiadas (180 y 300) en este caso en particular los valores de
resistencia a la compresión del concreto tipo bomba son similares, debido a que son
concretos con mayor contenido de cemento en sus diseños de mezclas.
70
Gráfica Nº 4.7, Resistencia a Compresión - % de Reemplazo de Cemento
por Filler Calizo. Concreto Normal.
En la gráfica Nº 4.7 las tres resistencias estudiadas 180,300 y 450
se observa que a medida que se aumenta la sustitución parcial de cemento por filler
calizo los valores de resistencia a compresión disminuyen gradualmente, debido a que
se le extrae el cemento que es el material que en definitiva aporta la resistencia al
concreto y se le añade el filler calizo que es una adición inerte, que si bien mejora
ciertas propiedades en el concreto fresco y endurecido, no es precisamente la
resistencia la propiedad más favorecida.
Por otra parte se observa que para ninguna de las resistencias en estudio
180,300 y 450 en concreto normal se logro alcanzar el fcr (Resistencia
media obtenida en los ensayos utilizados como base para seleccionar la dosificación
del concreto).
71
También se puede visualizar que al realizar la sustitución parcial de
cemento por filler calizo a las resistencias estudiadas 180,300 y 450 el
diseño que tiene menor pérdida de resistencia es el de 450 y el
comportamiento mas susceptible se observa en la curva de concreto 180 ya
que muestra mayor porcentaje de perdidas en la resistencia a compresión, sin
embargo la perdida de resistencia en porcentaje (%) al sustituir el 30% de cemento
por filler calizo en las resistencias de (180 y 300) son prácticamente iguales.
Gráfica Nº 4.8, Resistencia a Compresión - % de Reemplazo de Cemento por
Filler Calizo. Concreto Bomba.
Al comparar las curvas de la gráfica de sustitución de cemento por filler
calizo para concreto bomba los respectivos diseños 180,300 y 450 se puede
observar un comportamiento similar en las resistencias de (180 y 300)
debido a que las pérdidas de resistencia es similar en ambas. A diferencia de la curva
de resistencia de 450 se observa que es más pronunciada a partir de las
72
sustituciones mayores al 10%, pero también de comportamiento similar a las curvas
(180 y 300) en el tramo de sustituciones de (0 a 10) %.
Porcentajes de pérdidas de resistencia en concreto normal y concreto
bomba con sustitución parcial del cemento por Filler calizo:
Concreto Resistencia Fc(28dias) % Perdida
resistencia
180N 180NSA 215 -
180NA10 179.08 16.71
180NA20 135.05 24.59
180NA30 116.70 13.59
300N 300NSA 335 -
300NA10 300.68 10.24
300NA20 231.76 22.92
300NA30 179.12 20.31
450N 450NSA 485 -
450NA10 450.3 7.15
450NA20 384.78 14.55
450NA30 312.65 18.75
180B 180BSA 215 -
180BA10 201.34 6.35
180BA20 183.54 8.84
180BA30 140.12 23.66
300B 300BSA 335 -
300BA10 320.87 4.21
300BA20 284.67 11.28
300BA30 211.23 25.8
450B 450BSA 485 -
450BA10 449.83 7.25
450BA20 375.89 16.44
450BA30 290.72 22.66
Tabla Nº 4.2 Porcentajes de pérdidas de resistencia en concreto normal y
concreto bomba con sustitución parcial del cemento por Filler calizo.
73
En la tabla Nº 4.2 se observan los porcentajes de pérdidas de resistencia a
compresión de cada diseño de mezcla estudiado 180, 300 y 450 kg/cm², para cada
tipo de concreto (normal y bomba) y para cada porcentaje de sustitución respectivo
10, 20 y 30 % .
Para los concretos tipo bomba en sus diseños de mezcla 180, 300 y 450
kg/cm², se observa una disminución gradual de la resistencia a compresión al igual
que en el concreto tipo normal 450 kg/cm², a medida que se aumenta el porcentaje de
sustitución parcial de cemento por Filler calizo la resistencia disminuye, debido a que
es una adición mineral inerte. Caso contrario ocurre en el concreto normal (180 y
300) kg/cm² donde se observa que efectivamente la resistencia a compresión
disminuye pero no gradualmente, esto se debe a la poca cantidad de muestras
representativas en la investigación, que estas a su vez se ven afectados por múltiples
factores en el proceso del diseño de las mezclas y la elaboración de las probetas, tales
como: el vaciado, la compactación, el curado, etc.
74
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En la investigación realizada se enuncian las conclusiones y
recomendaciones a las cuales se llegaron, luego de haber realizado un análisis de los
datos recopilados, con la finalidad de evaluar la resistencia compresión a los 28 días
en dosificaciones de concreto normal y bomba con sustitución parcial del cemento
con 10%, 20% y 30% de filler calizo (Carbonato cálcico).
Conclusiones
El Filler calizo es una adición mineral inerte, es por ello que al reemplazar
ciertos porcentajes de cemento por esta adición disminuye gradualmente la resistencia
a compresión, mientras mayor sea la cantidad de cemento sustituida más bajas son las
resistencias a compresión.
Para el concreto convencional se pudo notar que a medida que se aumente
el porcentaje de sustitución de cemento por Filler calizo las resistencias a compresión
bajan gradualmente, por otro lado se observa que en lo diseños de mezclas para de
180 y 300 el decremento de la resistencia al aumentar la sustitución es
mayor que en diseños de mezclas de 450 , esto se debe que a mayor
resistencia existe mayor cantidad de cemento, la relación a/c debe ser menor y la
cantidad de agregado grueso es mayor, sin embargo se sustituyó en porcentajes
iguales, 10, 20, 30%, para las resistencias estudiadas, 180, 300 y 450 .
Por otra parte para el concreto bomba ocurre exactamente lo mismo, con la
única diferencia de que este tipo de concreto por su condición de bombeable debe ser
más fluido con menos cantidad de piedra pero mayor cantidad de cemento para
sopesar la resistencia aportada por los agregados, es por ello que las resistencias
obtenidas son mayores que las resistencias del concreto convencional.
75
De los distintos porcentajes de sustitución estudiados solo con el 10% es
factible realizar la sustitución de cemento por Filler calizo para los diseños de mezcla
de resistencias 180, 300, y 450 kg/cm², para disminuir la cantidad de cemento usado,
y así mejorar ciertas propiedades del producto final que es el concreto. Si bien el
Filler calizo es una adición inerte, mejora ciertas propiedades del concreto fresco y
endurecido, que hacen factible su uso como sustituto parcial del cemento hasta un
10%, para el concreto normal y más aun para el concreto bomba que es un concreto
más fluido con menos cantidad de agregado grueso pero con mayor cantidad de
cemento y por ende con mayor relación agua/cemento, por su condición de ser
bombeable.
Recomendación
Se recomienda estimar las cantidades a incrementar de cemento
adicionado (CPCA1; CPCA2) para poder alcanzar las resistencias de diseño que se
logran con un cemento sin adición (Tipo1).
Disminuir el porcentaje de sustitución del cemento, pero a su vez,
incrementar los valores de adición de Filler calizo, para determinar el
comportamiento de la resistencia a compresión y realizar la comparación con
concreto sin adición. Por otra parte seria interesante seguir con esta investigación solo
con resistencias mayores a 210kg/cm debido a que en este estudio se evidencio que
para las resistencias inferiores a esta, no es sustentable el uso de esta adicción.
76
ANEXOS
77
Totalidad de las muestras ensayadas y sus promedios para cada resistencia
estudiada y para cada sustitucion parcial de cemento por filler calizo.
78
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