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UNIVERSIDAD DE HOLGUÍN

“Oscar Lucero Moya”

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE DIPLOMA

PROPUESTA DE UTILIZACION DE ESCORIAS SIDERURGICAS EN HORMIGONES DE 20.0 MPa

JOSE ANTONIO CARBALLO RICARDO

HOLGUÍN

2015

UNIVERSIDAD DE HOLGUÍN

“Oscar Lucero Moya”

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE DIPLOMA

PROPUESTA DE UTILIZACION DE ESCORIAS SIDERURGICAS EN

HORMIGONES DE 20.0 MPa

Autor: José Antonio Carballo Ricardo

Tutor: MSc. Ing. Alkaid Benítez Pérez

HOLGUÍN

2015

Agradecimientos

A mi Papá por constituir el ejemplo de respeto y consagración que me ha guiado toda la vida,

para lograr enfrentar cada reto propuesto.

A mi Mamá por su ayuda incondicional, dedicación y paciencia en las horas precisas para la

realización de este trabajo.

A mi tutor MSc. Ing. Alkaid Benítez por todas las horas dedicadas y su colaboración.

A los Técnicos del laboratorio de la Empresa Productora de Prefabricados de Holguín por

permitir y colaborar en el desarrollo de la investigación: Julio Casas, Aurora y Onilda

A los compañeros de la ENIA, especialmente al técnico Carlos Mariel.

A todo el colectivo de profesores de la facultad, por sus aportes y esfuerzos para brindarnos sus

conocimientos.

A mis amigos y compañeros del equipo de estudio

A todas las personas que durante esta etapa han contribuido con mi formación profesional y a la

materialización de este trabajo.

Y en especial a los profesores, Alexander, Verónica y Osvaldo.

A todos, sinceramente muchas gracias

Dedicatoria:

A mis Padres José Marcelo y Daysi: Por su amor y ayuda sin límites.

A mi familia y Abuelos: Merecedores además, de mi amor y mi empeño.

A mis amigos: Los que creyeron en mí y me ayudaron hasta el final.

Resumen

La presente investigación tiene como objetivo estudiar las características físico

mecánicas y las posibilidades de utilizar el residuo siderúrgico, producido durante la

fabricación del acero, en la planta (ACINOX) de la provincia de Las Tunas, como

material de construcción, en sustitución del árido fino convencional para fabricar

hormigones estructurales de una resistencia de 20.0 MPa. Respondiendo a la

necesidad del desarrollo de materiales de construcción alternativos y compatibles con la

protección del medio ambiente. Se evaluaron distintas combinaciones de árido fino

siderúrgico y natural, determinando solo emplear 20% de escoria como sustituto de la

arena. Basado en el método de Vitervo O´Reilly, se eligieron tres dosificaciones de

hormigón estructural con diferentes proporciones entre áridos finos y gruesos, las

cuales obtuvieron en el análisis a compresión resultados de: 27.8 MPa; 25.5 MPa y 28.3

MPa a los 28 días, demostrando el buen comportamiento de este desecho como

material de construcción.

Abstract The present investigation has as objective to study the mechanical physical

characteristics and the possibilities of using the steel residual, taken place during the

production of the steel, in the plant (ACINOX) of the county of The Tunas, as

construction material, in conventional fine substitution of the arid one to manufacture

structural concretes of a resistance of 20.0 MPa. Responding to the necessity of the

development of alternative and compatible construction materials with the protection of

the environment. Different combinations were evaluated of arid fine steel and natural,

determining alone to use 20 scum percentage like substitute of the sand. Based on the

method of Vitervo O´Reilly, three dosages of structural concrete were chosen with

different proportions among arid fine and thick, which obtained in the analysis to

compression of: 27.8 MPa; 25.5 MPa and 28.3 MPa to the 28 days, demonstrating the

good behavior of this waste as construction material.

Índice

Índice Pág. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1

CAPITULO 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS – METODOLÓGICOS. ................................................ 7 1.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 7 1.2 ANTECEDENTES DE ESTUDIOS DE ESCORIAS SIDERÚRGICAS COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN. ....................... 7 1.3 EXPERIENCIAS DEL USO DE LA ESCORIA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN. ............................................. 10 1.4 ESCORIAS METALÚRGICAS. ............................................................................................................. 12

1.4.1 Escoria de Horno Alto. ............................................................................................................... 13 1.4.1.1 Escoria Cristalizada. ............................................................................................................ 13 1.4.1.2 Escoria Granulada............................................................................................................... 14 1.4.1.3 Escoria Peletizada. .............................................................................................................. 14 1.4.1.4 Escoria Expandida. .............................................................................................................. 15

1.4.2 Escoria de Acería LD (Procedimiento Linz-Donawitz). ............................................................... 15 1.4.3 Escoria de Acería de Horno de Arco Eléctrico. .......................................................................... 16

1.4.3.1 Escorias Negras................................................................................................................... 17 1.4.3.2 Escorias Blancas. ................................................................................................................. 18

1.4.4 Otras Escorias: Escorias del Tratamiento del Cobre. ................................................................. 19 1.5 UTILIZACIÓN DE ESCORIAS NEGRAS DE ARCO ELÉCTRICO COMO ÁRIDO PARA HORMIGÓN. .............................. 19 1.6 MÉTODOS PARA COMBINAR ÁRIDOS. ............................................................................................... 20

1.6.1 Métodos experimentales. ......................................................................................................... 21 1.6.2 Métodos Analíticos. ................................................................................................................... 22 1.6.3 Métodos Gráficos. ..................................................................................................................... 23

1.6.3.1 Método del Nomograma o del Rectángulo. ....................................................................... 23 1.6.3.2 Método de Rothfuchs......................................................................................................... 24 1.6.3.3 Método del prisma. ............................................................................................................ 26

1.7 MÉTODO PARA DOSIFICAR MEZCLAS DE HORMIGÓN VITERVO O´REILLY. ................................................... 27 1.7.1 Método para Diseño de Mezclas de Hormigón Basado en la Determinación Correcta de las Características de los Áridos. ........................................................................................................ 27

CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO I. ........................................................................................................... 32

CAPITULO II: CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES Y DISEÑO DE DOSIFICACIONES. ........... 33 2.1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 33 2.2 CARACTERÍSTICAS DE LA ESCORIA PROCEDENTE DE LA FÁBRICA ACINOX DE LAS TUNAS. .................................. 33

2.2.1 Composición química y mineralógica. ....................................................................................... 33 2.2.2 Análisis lixiviación, eco toxicidad y concentración de metales pesados. .................................. 34 2.2.3 Estabilidad de volumen. ............................................................................................................ 36

2.3 TOMA DE MUESTRAS. ................................................................................................................... 36 2.4 ENSAYOS REALIZADOS A LA ESCORIA NEGRA DE ARCO ELÉCTRICO. ............................................................ 37

2.4.1 Análisis granulométrico ............................................................................................................. 37 2.4.2 Determinación del contenido de partículas de arcilla. .............................................................. 40 2.3.3 Cálculo del módulo de finura. .................................................................................................... 41 2.4.4 Determinación del material más fino que el tamiz de 0,074 mm (No. 200) ............................. 41 2.4.5 Determinación del peso volumétrico. ....................................................................................... 43

Índice

2.4.6 Pesos específicos y absorción de agua. ..................................................................................... 44 2.4.7 Determinación del porciento de huecos ................................................................................... 45

2.5 CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁRIDOS NATURALES EMPLEADOS. ................................................................... 45 2.5.1 Composición química ................................................................................................................. 46 2.5.2 Ensayos realizados al árido fino. ................................................................................................ 46

2.6 ENSAYOS REALIZADOS AL ÁRIDO GRUESO. ......................................................................................... 48 2.6.1 Pesos específicos y absorción de agua. ..................................................................................... 48 2.6.2 Análisis granulométrico. ............................................................................................................ 48 2.6.3 Determinación de partículas de arcilla. ..................................................................................... 49 2.6.4 Determinación del material más fino que el tamiz de 0,074 mm (No. 200) ............................. 50 2.6.5 Determinación del peso volumétrico. ...................................................................................... 50 2.6.6 Determinación del porciento de huecos. .................................................................................. 50 2.6.7 Índice de Triturabilidad. ............................................................................................................. 50

2.7 ENSAYOS REALIZADOS AL CEMENTO P-350 DE LA FÁBRICA CARLOS MARX DE CIENFUEGOS. .......................... 50 2.7.1 Ensayos químicos. ...................................................................................................................... 50 2.7.2 Ensayos físicos. .......................................................................................................................... 51 2.7.3 Consistencia normal. ................................................................................................................. 51 2.7.4 Tiempo de fraguado inicial y final. ............................................................................................. 53 2.7.5 Estabilidad de volumen por Le Chatelier ................................................................................... 54 2.7.6 Densidad .................................................................................................................................... 55 2.7.7 Ensayos mecánicos .................................................................................................................... 56

2.8 COMBINACIÓN DE ÁRIDOS MEDIANTE EL MÉTODO DEL RECTÁNGULO. ...................................................... 57 2.9 DISEÑO DE LAS DOSIFICACIONES DE HORMIGÓN MEDIANTE EL MÉTODO O´REILLY........................................ 60

2.9.1 Dosificaciones gravimétricas. .................................................................................................... 64 2.10 ELABORACIÓN DE LA MUESTRA PARA EL DISEÑO DE HORMIGONES DE 20.0 MPA Y DETERMINACIÓN DEL

ASENTAMIENTO POR EL CONO DE ABRAMS. ............................................................................................. 64 2.11 ELABORACIÓN DE LAS PROBETAS PARA ENSAYOS. .............................................................................. 66 2.12 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN AXIAL. ............................................................................ 66 CONCLUSIONES PARCIALES DEL CAPÍTULO ............................................................................................... 68 CONCLUSIONES GENERALES ................................................................................................................. 70

RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 71

REFERENCIAS BIBLOGRÁFICAS ............................................................................................... 72

BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 74

ANEXOS ................................................................................................................................ 79

Introducción

1

INTRODUCCIÓN

Es conocido a nivel mundial que la actividad constructiva constituye una de las ramas

de la economía más consumidora de recursos naturales, siendo los áridos uno de los

más utilizados. Estos son catalogados como no renovables y su demanda supera los

volúmenes extraídos, surgiendo entonces la necesidad de cambiar los patrones de

producción y consumo vigentes hasta este momento, por lo que muchos investigadores

se han dado a la tarea de buscar materiales alternativos, no solo en la naturaleza sino

en los propios residuos obtenidos en la producción industrial.

Dentro de los residuos generados a nivel industrial se encuentran las escorias

metalúrgicas, las que clasifican como residuos sólidos. En esta investigación se

realizará un análisis de las escorias siderúrgicas resultantes del proceso de producción

del acero en la fábrica ACINOX de las Tunas, y a partir de los resultados obtenidos

utilizar este material como árido fino en dosificaciones de hormigón hidráulico, que sea

sostenible y estructural, con las mismas prestaciones en estado fresco y endurecido

que los hormigones tradicionales, existiendo la posibilidad de fabricar hormigón pesado.

El uso de escoria siderúrgica en lugar de piedras naturales, no sólo ahorra la energía

que puede ser necesaria para extraer áridos naturales, sino que también elimina los

impactos negativos asociados con la minería, tales como efectos sobre la biodiversidad

o el paisaje.

Numerosas han sido las investigaciones realizadas a este material. A nivel internacional

lo constituye el estudio realizado en España por L. Amaral (1999) referente a las

propiedades, durabilidad y comportamiento ambiental de las escorias de horno eléctrico

como material sustituto del árido en hormigones, mientras que a nivel nacional se

puede citar la investigación desarrollada por M. Marrero (2011) en el Instituto Superior

Politécnico José Antonio Echeverría, referente al empleo de las escorias de acería de

la empresa metalúrgica antillana de acero José Martí de La Habana para su empleo

Introducción

2

como árido para fabricar morteros. En la Universidad de Holguín sobre la aplicación de

las escorias de acería de la planta ACINOX, como sustituyente de árido fino en mezclas

de mortero.

Las diversas investigaciones realizadas a las escorias metalúrgicas han demostrado

que este residuo industrial presenta propiedades de alto valor, convirtiéndole en un

material alternativo como materia prima utilizada en la construcción.

No obstante a pesar de los resultados favorables de los estudios realizados, no existe

hasta la fecha ningún competidor en Holguín que haya valorado el árido procedente de

las escorias negras en la fabricación de hormigón estructural.

Situación problémica:

La planta de aceros inoxidables ACINOX ubicada en la provincia de Las Tunas genera

aproximadamente 10 000 toneladas de escorias al año. Estas se vierten diariamente en

lugares de depósito a la intemperie, ocupando grandes áreas, creando gastos

considerables por concepto de transporte y almacenamiento. Si a estos residuos

sólidos se le diera una utilización como material de la construcción alternativo, podría

disminuir el consumo de áridos naturales que demandan los planes de producción de la

provincia y a la vez contribuye a mitigar el impacto negativo que ejerce este desecho al

medio ambiente.

Problema:

El problema de investigación se basa en que la acumulación excesiva y descontrolada

a la intemperie de la escoria negra procedente de la fábrica ACINOX de Las Tunas, ha

provocado severos daños al medio ambiente.

Objeto de la investigación: Escorias siderúrgicas generadas en la fábrica ACINOX de

Las Tunas.

Campo de acción: Hormigones hidráulicos estructurales.

Introducción

3

Objetivo general:

Presentar una propuesta para el uso de escorias siderúrgicas generadas en la fábrica

ACINOX de Las Tunas, como sustituto de árido fino en dosificaciones de hormigones

hidráulicos de 20.0 MPa.

Objetivos específicos:

- Determinar antecedentes históricos de estudios realizados para la utilización de

escorias siderúrgicas como agregados en hormigones hidráulicos estructurales.

- Sistematizar fundamentos teóricos y metodológicos que sustentan la utilización

de escorias siderúrgicas como agregados finos en hormigones hidráulicos

estructurales.

- Determinar y analizar las características de las escorias siderúrgicas generadas

en la fábrica ACINOX de Las Tunas, para su utilización como agregado de árido

fino en hormigones hidráulicos de 20.0 MPa.

- Mostrar una propuesta para el uso de escorias siderúrgicas generadas en la

fábrica ACINOX de Las Tunas, como sustituto de árido fino en dosificaciones de

hormigones hidráulicos de 20.0 MPa.

Hipótesis:

Si se caracteriza la escoria de ACINOX las Tunas desde el punto de vista químico y

físico, se podrían elaborar propuestas de dosificaciones para la elaboración de

hormigones de 20.0 MPa.

Preguntas Científicas:

1. ¿Cuáles son los antecedentes históricos de los estudios realizados a las escorias

de acería como material de construcción?

Introducción

4

2. ¿Cuáles son los fundamentos teóricos- metodológicos específicos y

procedimientos que sustentan la aplicación de las escorias como agregados finos

a los hormigones de 20.0 MPa?

3. ¿Cuáles son las características físico-mecánicas de las escorias siderúrgicas de

la fábrica ACINOX de Las Tunas que permitan su uso como agregados finos a

los hormigones de 20.0 MPa?

4. ¿Cuáles son las ventajas técnicas – económicas reales para la aplicaciónde

escorias siderúrgicas como sustituto de árido fino en dosificaciones de

hormigones hidráulicos de 20.0 MPa?

Tareas de la investigación:

1. Determinación de los antecedentes históricos los estudios realizados a las

escorias de acería como material de construcción.

2. Sistematización de los aspectos teóricos, especificaciones y procedimientos que

sustentan la aplicación de las escorias como agregados finos a los hormigones

de 20.0 MPa.

3. Evaluación de las escorias siderúrgicas de la fábrica ACINOX de Las Tunas para

valorar la viabilidad de su uso como árido fino en hormigones de 20.0 MPa.

4. Presentación de una propuesta para el uso de escorias siderúrgicas generadas

en la fábrica ACINOX de Las Tunas, como sustituto de árido fino en

dosificaciones de hormigones hidráulicos de 20.0 MPa.

Métodos de investigación

Teóricos

Histórico – lógico: para determinar las tendencias históricas en cuanto a desarrollo y

utilización las escorias siderúrgicas como material de construcción.

Introducción

5

Inducción-deducción: Para determinar las cuestiones referentes al problema de

investigación y llegar a conclusiones.

Análisis –síntesis: para analizar las fuentes bibliográficas que aborden el tema de las

escorias de acería, valorar los problemas y lograr encontrar la variante más factible

para sintetizar la solución del mismo. Para analizar datos obtenidos durante el proceso

experimentación.

Empíricos

Análisis documental: Para el estudio de normas, documentos y procedimientos

referentes a las escorias de acerías, métodos para combinar áridos y dosificar

hormigones.

Experimento: Para determinar las características y utilidades de las escorias

siderúrgicas de la fábrica de Las Tunas, la combinación correcta entre la arena de

escoria y la natural y la dosificación correcta del hormigón con escoria para que cumpla

con las exigencias normativas.

Aporte de la investigación:

Propuesta para el uso de escorias siderúrgicas generadas en la fábrica ACINOX de Las

Tunas, como sustituto de árido fino en hormigones hidráulicos de 20.0 MPa.

Novedad científica:

Aplicación de forma experimental de las escorias siderúrgicas como áridos en la

industria de la construcción en Holguín y así promover su reciclaje y darle valor

agregado a este subproducto.

Actualidad del tema de investigación:

Esta investigación responde a la necesidad de desarrollo de materiales de construcción

alternativos y compatibles con la protección del medio ambiente. A su vez está acorde

con el lineamiento 233 del VI Congreso del Partido, 2011 que plantea: “Recuperar e

incrementar la producción de materiales para la construcción que aseguren los

programas inversionistas priorizados del país (turismo, viviendas, industriales, entre

Introducción

6

otros), la expansión de las exportaciones y la venta a la población. Desarrollar

producciones con mayor valor agregado y calidad. Lograr incrementos significativos en

los niveles y diversidad de las producciones locales de materiales de construcción y

divulgar sus normas de empleo”

Estructura del informe de la investigación: La presente investigación se estructura

en dos capítulos:

Capítulo 1. Marco teórico-conceptual de las escorias: se exponen los antecedentes

de las escorias, sus propiedades generales y composición química. Se hace referencia

a las experiencias internacionales de su utilización como material de construcción en

varios estudios de casos.

Capítulo 2. Ensayos fisicoquímicos (diseño del experimento): se describen las

especificaciones que deben cumplir estos agregados artificiales para ser utilizados

como material de construcción en hormigones estructurales y se implementan los

ensayos de laboratorio correspondientes, para determinar sus características físico-

mecánicas. Se realizan análisis de los resultados de laboratorio para hormigones con

escoria, además de hacer una valoración de la escoria como árido en sí. Se proponen

su empleo en obras de ingeniería civil de acuerdo a las propiedades físico-mecánicas y

se valora su racionalidad en términos de ahorro.

Capítulo I: Fundamentos Teóricos – Metodológicos.

7

CAPITULO 1: FUNDAMENTOS TEÓRICOS – METODOLÓGICOS.

1.1 INTRODUCCIÓN

El presente capítulo tiene como objetivo general investigar el estado del arte referente

al estudio y utilización de escorias siderúrgicas como material alternativo en la

construcción, haciendo énfasis en su empleo como agregado en hormigones

estructurales, mediante la consulta de bibliografías, normas y documentos existentes

que sustenten su uso en este campo.

1.2 ANTECEDENTES DE ESTUDIOS DE ESCORIAS SIDERÚRGICAS COMO MATERIAL DE

CONSTRUCCIÓN.

El desarrollo sostenible de la economía mundial, fuertemente industrializada ha traído a

un notable incremento de los residuos de producción. Este fenómeno se debe en gran

parte a la especialización de los distintos sectores industriales. Con el objetivo de

salvaguardar el medio ambiente, se han promovido políticas para fomentar la aparición

de nuevas zonas de mercado dedicadas al suministro de servicios como la recolección

y el tratamiento de los residuos de los procesos de producción.

Las primeras experiencias de estudios realizados a las escorias de acería y su

utilización aparecen en “La conferencia internacional sobre el uso de subproductos y

desechos en la ingeniería civil” realizado en París en 1978 por la Escuela Nacional y el

Laboratorio Central de Puentes y Carreteras, así como: “El uso de materiales de

desecho en la industria de la construcción”, realizado por la RILEM Publicaciones en

1979. (Amaral, 1999).

También menciones de su utilización aparecen en: Uso de escorias oxidantes de horno

básico de arco para producción de hormigón (Srinivas, 1987), Tipificación de escorias

producidas por la siderurgia de horno eléctrico, como material utilizable en la

construcción (Luxán, 1995), Estudio del potencial de utilización de escoria de horno

eléctrico como árido en hormigón. (Bäverman y Aran, 1996). Utilización de escorias de

acería como sustitución al cemento portland (Geyer, 1997). Hormigones con escoria de


8

horno eléctrico como áridos (Amaral, 1999). Análisis de la influencia de residuos

metalúrgicos como áridos en las propiedades del hormigón (Berridi, 2008)

En sentido general el objetivo fundamental de estas investigaciones ha sido para

explorar las posibilidades de utilizar la escoria de la fabricación de acero como árido

para hormigón.

Los resultados obtenidos de estos experimentos concluyen que la escoria oxidante no

presenta expansión, pero la escoria reductora es expansiva debido a la hidratación de

CaO libre. Además se demuestran que grandes cantidades de FeO no afectan

adversamente la resistencia del hormigón.

Puede considerarse que el hormigón con arena de escoria presenta resistencias

comparables con el hormigón convencional, ya que la resistencia obtenida en el

hormigón con escoria ha sido superior. La naturaleza física de la escoria puede

contribuir al desarrollo de una mejor interface. (Srinivas, 1987)

Al determinar la reactividad puzolánica de estas escorias, se llega a la conclusión de

que no poseen este tipo de reactividad. Mediante espectroscopia de absorción infrarroja

se comprueba la existencia de reacción hidráulica. Con estos resultados se realiza un

estudio sobre el comportamiento de la escoria como adición, determinando el tiempo de

fraguado, la estabilidad volumétrica, índice de actividad resistente, resistencia mecánica

y la retracción en morteros. Demostrando que estas escorias no presentan ninguna

reacción perjudicial en todos los análisis y ensayos efectuados, pudiendo utilizarlas

como: Áridos en bases y sub-bases, áridos en mezclas asfálticas, adición en mezclas

con cemento portland para la fabricación de hormigón (Luxán, 1995).

De la escoria proveniente de Fundia Steel AB (Suecia), se observa que el hormigón con

escoria es más frágil, de densidad más elevada y la resistencia a compresión y

flexotracción es similar a la del hormigón de referencia. Los ensayos de lixiviación en

las muestras con granulometría menor que 0,16 mm demostraron que la del cromo ha

sido la única que se ha diferenciado significativamente de la del hormigón normal. La

concentración del cromo a pH natural de la escoria, está en el mismo rango del máximo

permitido en Suecia para las aguas potables, definiendo que pueden ser utilizadas para


9

sustituir arena en hormigón y que en lo que se pudo observar, no existe riesgo

ambiental asociado con su utilización.(Bäverman y Aran, 1996)

También en el ensayo de expansión por agujas de Le Chatelier donde se sustituye 35%

de cemento por escoria, el resultado es de expansión nula en el material, donde el

índice de actividad puzolánica obtenido, utilizando escoria pasante por el tamiz 0,074

mm es de un 70 %. La carbonatación en hormigón con sustitución de un 5% de

cemento por escoria, disminuye en relación con el hormigón convencional, cuando se

utiliza una granulometría < 0,074 mm, lo que puede mejorar la durabilidad de

estructuras fabricadas con este material. (Geyer, 1997)

Las escorias de acería como árido es un material muy denso, pudiendo ser clasificada

como un árido pesado, posee baja capacidad de absorción y alta porosidad y tiene

elevada resistencia al desgaste mecánico. En cuanto al contenido de sustancias

nocivas al hormigón, las escorias no presentan cantidades superiores a los límites de

las normativas europeas, ni potencial reactivo, pudiendo ser utilizadas como áridos para

hormigón armado, estos presentan una densidad mayor debido a la elevada densidad

de los áridos de escoria pero no llegan a ser clasificados como hormigones

pesados.(Amaral, 1999)

En Cuba se han realizado algunos estudios de la utilización de las escorias siderúrgicas

como material de la construcción tales como: Caracterización de las escorias de acería

de la empresa metalúrgica antillana de acero José Martí de La Habana para su empleo

como árido y adición de morteros, hormigones y productos de la construcción. (Díaz,

2000), Empleo de la escoria de acería como árido para fabricar morteros. (Marrero,

2011). En los cuales se analizan los residuos metalúrgicos con el objetivo de proponer

su uso en la industria de materiales de la construcción el cual consistió en, caracterizar

el árido fino y el árido grueso de escoria de acería, y evaluar su utilización como

adición al cemento en la elaboración de morteros; desarrollándose los ensayos de

análisis granulométrico, módulo de finura, peso específico, peso saturado sin humedad

superficial y peso aparente, por ciento de absorción de agua y peso unitario suelto y

compactado, según lo establecido en la normativa cubana, y los ensayos de fluidez,


10

densidad saturada sin humedad superficial, velocidad ultrasonido, resistencia a

flexotracción, resistencia a compresión y por ciento de absorción, según la normativa

americana (ASTM C311).

Como resultado del estudio se obtuvo que: la arena de escoria presenta una

granulometría discontinua, elevado por ciento de huecos, altos pesos específicos y

unitarios, bajo por ciento de absorción de agua e impurezas y es mucho más gruesa

que la arenas convencionales; el árido grueso de escoria presenta una granulometría

continua, un tamaño máximo de árido de 25,4 mm, elevado por ciento de huecos, altos

pesos específicos y unitarios, y bajo por ciento de absorción de agua e impurezas; y el

filler de escoria presenta una granulometría discontinua y contiene mucho fino, ya que

más del 50% del material tamizado es más fino que el tamiz # 200, siendo esto

favorable porque se puede usar como adición al cemento. Se demuestra además que la

escoria de acería de horno de arco eléctrico de la metalúrgica antillana de acero hasta

los 28 días no presenta actividad puzolánica, por lo que es de vital importancia conocer

los resultados de estos morteros a las edades de 63 y 91 días para evaluar su posible

empleo como adición, las propiedades mecánicas evaluadas en el mortero con áridos

de escoria fueron superiores en más 60 % con relación al mortero de referencia.

En la universidad Oscar Lucero Moya de Holguín al realizarse un evaluación de la

escoria de la Planta ACINOX de las Tunas, como sustituyente del cemento en una

mezcla mortero (Nieves, 2013), se efectúa una comparación a través de ensayos de

laboratorio, entre el comportamiento de un mortero convencional y un mortero con

escoria de acería en sustitución del cemento Portland, demostrando que la resistencia a

compresión del mortero disminuye, sin embargo los resultados alcanzados superan los

valores establecidos en la normativa cubana, lo que valida la posibilidad del empleo de

la escoria como componente en mezclas de morteros.

1.3 EXPERIENCIAS DEL USO DE LA ESCORIA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN.

Se conoce internacionalmente que el uso de la escoria en obras civiles es una práctica

antigua, está incluida en las especificaciones de construcción vial de varios países, para

su manejo se pueden emplear los equipos de construcción convencionales.


11

En el Reino Unido se ha utilizado las escorias siderúrgicas en capas bases y

pavimentos asfálticos en las calles del norte de Londres y áreas alrededor de Coventry

y Birmingham durante más de 50 años.

En Estados Unidos la experiencia supera los cuarenta años, cabe citar que debido a los

buenos resultados con el uso del agregado, las autoridades aeronáuticas, hace varios

años autorizaron la utilización de 750,000 toneladas de escoria de acería para la base

de la pista de aterrizaje del aeropuerto internacional de Pittsburg, el que ha cumplido su

función desde entonces.

Los países de Latinoamérica no se quedan atrás en la utilización de las escorias, por

ejemplo, en Brasil se realizaron trabajos de pavimentación en la Br381 una de las

carreteras más transitadas del país y en la nueva ciudad de Mogidas Cruces, Sao

Paulo, las cuales se acometieron enteramente con escoria de acería, logrando

excelentes resultados. En el sur de Chile, carreteras que tienen que soportar el gran

peso por eje de camiones que sirven a la industria maderera, usan escoria en las

bases. Además del uso en mezclas asfálticas, la escoria se aplica extensamente como

riego de sello en obras de tratamiento superficial.

También la industria Siderúrgica de Guatemala S.A. (SIDEGUA), empresa que se

dedica al refinamiento de chatarra para producir acero, donde se generan 300

toneladas de escoria mensual, en conjunto con Multiserv empresa que procesa la

misma han impulsado su uso como agregado para proyectos de construcción, entre

estos: Estabilización de calles de la planta de Sidegua 2003. Estabilización de calle

principal del Ingenio Pantaleón, 2003. Estabilización de calle en Ingenio la Unión, 2004.

Estabilización de camino en Finca Venecia, Mazatenango, 2004. Construcción de la

base del camino de ingreso a la Comunidad El Astillero, Masagua Escuintla, 2004.

Además en el Centro de Investigaciones de Ingeniería de la Universidad de San Carlos,

se han hecho trabajos de investigación, con la escoria como puzolana artificial y

revestimientos elaborados a base de cementos mezclados con escoria de horno.

En Cuba La Empresa ACINOX de Las Tunas casi desde su fundación en 1991

comenzaron a utilizar la escoria como solución a muchos de sus problemas internos,


12

utilizándola como extensor del cemento. A partir del año 2006 se promovieron vínculos

con otras empresas que se mostraron interesadas en la utilización de dicho residuo, y

en el 2010, basados en investigaciones y ensayos internos de la fábrica, fue utilizada

una parte de las escorias generadas en:

La realización de 5 000 bloques de hormigón en coordinación con el CAI

Majibacoa y con la Empresa de Materiales de la Construcción.

Construcción de más de 3000 m2 de aceras en el reparto médico del municipio.

La realización de las Parrilladas del Cornito.

La construcción de pisos internos y muros delimitadores en el interior de la

acería.

Cimentación de cerca en varias instalaciones de la empresa.

1.4 ESCORIAS METALÚRGICAS.

Las escorias son un subproducto de la fundición de la mena para purificar los metales,

se pueden considerar como una mezcla de óxidos metálicos; sin embargo, pueden

contener sulfuros y átomos de metal en forma de elemento. Aunque la escoria suele

utilizarse como un mecanismo de eliminación de residuos en la fundición del metal,

también pueden servir para otros propósitos, como ayudar en el control de la

temperatura durante la fundición y minimizar la reoxidación del metal líquido final, antes

de pasar al molde. (Enciclopedia; 2013).Estas pueden ser resultantes de un amplio

abanico de procedencias como de: la metalurgia del hierro, acero, níquel, manganeso,

cromo y del cobre, etc. Los diversos tipos de escorias tienen funciones metalúrgicas

semejantes pero varían extensamente en sus propiedades físicas y químicas. Las más

utilizadas en el campo de la construcción son las de la fabricación del hierro y del acero.

(Amaral, 1999) Estas últimas se pueden clasificar según su procedencia o forma de

enfriamiento.

Las de fabricación de hierro provienen de horno alto y las de acero pueden ser de horno

Siemens-Martin, horno eléctrico u horno de oxígeno. Según la forma de enfriamiento,

las de horno alto suelen clasificarse como: cristalizadas, expandidas granuladas o


13

peletizadas. Las escorias de acería en general son enfriadas al aire aunque las de

horno eléctrico se clasifican por la etapa en la que se generan, en la primera fase,

negra (oxidante) y en la segunda, escoria blanca (reductora).

1.4.1 Escoria de Horno Alto.

El horno alto es la instalación base para la obtención de arrabio, el cual, a su vez

constituye la materia prima para la fabricación de acero. Este es un horno de cuba en el

que se introduce un gas reductor a presión (generalmente CO) por la parte inferior, y

una carga de materia constituida por minerales de hierro, coque y caliza como fuente

adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente por la parte superior,

separándose dos productos: el hierro y las impurezas con los fundentes (escoria

primaria), que van evolucionando en su composición hasta llegar a la parte baja del

horno (crisol), formándose los dos productos finales: arrabio y escoria (Fig. 1 Anexo 1).

La escoria sale por la piquera del alto horno a una temperatura cercana a 1500ºC.

Dependiendo del tipo de enfriamiento que va a tener la escoria que sale horno, se van a

obtener materiales con características de utilización claramente diferenciadas: escoria

cristalizada, escoria granulada, escoria peletizada o escoria expandida. (Composición

química de las escorias de Alto Horno tabla 1.4.1 Anexo 2).

1.4.1.1 Escoria Cristalizada.

Se obtiene por enfriamiento lento de la escoria líquida en grandes fosos. La materia

cristaliza formando distintos componentes quedando únicamente una pequeña parte de

ella en estado vítreo. Una vez enfriada, la escoria se transporta mediante camiones a la

planta de trituración y cribado para su preparación en las granulometrías adecuadas. Es

un material pétreo de textura rugosa con características similares a las rocas ígneas de

origen volcánico, están constituidas en un 95% por los siguientes óxidos: cal, sílice,

alúmina y magnesia.

La principal característica a tener en cuenta para su uso es la denominada

inestabilidad debida al disilicato de calcio y la inestabilidad debida a la reacción de los

compuestos de hierro. Tiene una gran estabilidad mecánica, facilidad de compactación


14

y excelente comportamiento drenante, la que se puede utilizar como árido artificial en la

construcción de carreteras. La principal ventaja de estas, se deriva de la gran cantidad

de poros internos que poseen, que les confieren una gran permeabilidad, por lo que es

un material muy adecuado para la construcción de capas granulares de sub-base o

drenantes, se puede utilizar como árido tanto para la fabricación de hormigones como

de morteros.

1.4.1.2 Escoria Granulada.

La escoria granulada se obtiene por enfriamiento brusco de la escoria líquida, dejándola

caer sobre un potente chorro de agua fría, de forma que expanda y sirviendo el propio

chorro como vehículo de transporte hasta las balsas de decantación. Este proceso se

denomina granulación, porque la escoria se descompone en pequeñas partículas más o

menos alveolares con aristas cortantes, obteniéndose un producto similar a una arena.

La granulación vitrifica la escoria, convirtiéndola en un sólido cuyas moléculas no han

tenido tiempo de orientarse al estado cristalino por la rapidez del enfriamiento. La

composición química de la escoria granulada es idéntica a la de la escoria cristalizada y

se presenta como una arena 0/6 mm.

Su empleo principal es en la industria del cemento, primeramente se debe secar y

posteriormente moler hasta obtener una finura similar a la del cemento Portland. Puede

ser utilizada como árido fino en bases y sub- bases de carreteras (Amaral 1999). No

están permitidas como adición para al hormigón según EHE, aunque existen una serie

de normas UNE experimentales sobre recomendaciones a uso en fabricación de

hormigones y morteros fabricados con cementos portland tipo I (sin adiciones). (Méndez

2011)

1.4.1.3 Escoria Peletizada.

Se obtiene dejando caer la escoria fundida sobre un tambor giratorio regado con agua,

que lanza la escoria al aire, formando una pila al caer al suelo. Mediante los ajustes en

los equipos de peletización (velocidad del tambor, relación agua/escoria, etc.) es

posible controlar las proporciones producidas de los tamaños de partículas, así como su


15

grado de vitrificación. A diferencia de la escoria cristalizada y expandida, esta tiene una

forma redondeada y textura lisa, siendo su porosidad y capacidad de absorción de agua

mucho más baja. El tamaño de los granos puede estar comprendido entre 13 y 0,1 mm,

siendo más habituales los valores comprendidos entre 9,5 mm y 1 mm, la densidad de

conjunto del material es aproximadamente 0,85 t/m 3.

1.4.1.4 Escoria Expandida.

Se obtiene añadiendo a la escoria fundida una pequeña cantidad de agua. El vapor

producido por el contacto del agua con la escoria, produce una espuma plástica que,

una vez enfriada y tras un proceso de machaqueo, proporciona un árido ligero de

estructura celular, los granos machacados, son angulares, sensiblemente cúbicos, más

rugosos y porosos, y menos densos que los de la escoria cristalizada. La densidad de

conjunto de este tipo de escoria es aproximadamente el 70% de la densidad de las

escorias cristalizadas, tomando valores comprendidos entre 0,80-1,04 t/m 3.

Se utiliza como árido en estructuras y bloques de hormigón ligero. Los bloques de

hormigón con escorias expandidas poseen una alta calidad en cuanto a resistencia y

durabilidad, siendo resistentes principalmente al fuego. (USS and AISE, 1985) (Amaral

1999).

1.4.2 Escoria de Acería LD (Procedimiento Linz-Donawitz).

Las escorias de acería LD se originan en el proceso de afinado del arrabio mediante el

procedimiento Linz-Donawitz (LD) para la transformación de la fundición de hierro

procedente del horno alto en acero, el afino se lleva a cabo inyectando oxígeno a

presión en el baño que contiene las materias primas y las adiciones para la formación

de escoria (fundamentalmente cal, dolomía y espato). El oxígeno, se insufla mediante

una lanza refrigerada hasta conseguir eliminar del arrabio el exceso de carbono por

oxidación, en forma de gas (CO y CO2) y el resto de impurezas en forma de escoria

semipastosa que sobrenada por encima del acero, lo que permite separarla de este y

enviarla a un foso donde se riega hasta alcanzar temperaturas inferiores a 50ºC. La


16

escoria tiene, por tanto, como misión fundamental atrapar las impurezas, principalmente

fósforo y azufre.

Es un material de tipo granular, de color gris claro en estado seco que tiene una cierta

porosidad y textura rugosa. Las partículas tienen forma cúbica, con escasa presencia

de lajas, además se caracteriza por ser un árido muy limpio, pesado, anguloso, poco

pulimentable y de gran dureza. Tiene una composición química muy diferente de la de

las escorias de alto horno; en particular, contiene menos alúmina y sílice y más cal, una

parte de ella en forma libre; contiene una importante proporción de óxidos de hierro. El

contenido en CaO está comprendido entre el 45 y 50%, esto hace que las escorias

presenten alta higroscopicidad, lo que favorece la hidratación de la cal y su posterior

expansión. (Composición química media de las escorias LD tabla 1.4.2 Anexo 2)

Sus principales aplicaciones son en agricultura y en obra civil como árido de calidad. El

escombro de acería LD se utiliza en la construcción de rellenos y terraplenes, en la

técnica de carreteras se utilizan como áridos para bases y sub-bases granulares,

mezclas bituminosas y lechadas o tratamiento superficiales. El proceso de dosificación

en laboratorios de las mezclas bituminosas con escorias, así como su fabricación y

puesta en obra, es análogo al de las mezclas convencionales.

1.4.3 Escoria de Acería de Horno de Arco Eléctrico.

El proceso de fabricación del acero en las acerías de horno de arco eléctrico (Fig. 2

Anexo 1) se compone de dos etapas: una primera denominada metalurgia primaria o

fusión, donde se produce la fusión de las materias primas en los hornos de arco

eléctrico, incluye una serie de fases como la oxidación, dirigida a eliminar impurezas de

manganeso y silicio, la defosforación y la formación de escoria espumante en la que se

acumulan todas las impurezas, al final de todas estas fases se extraen las escorias

negras. La segunda, denominada metalurgia secundaria o afino del baño fundido, que

se inicia en el horno eléctrico. La etapa de afino incluye la desoxidación, que permite

eliminar los óxidos metálicos del baño, la desulfuración y la descarburación del acero.

El líquido fundido procedente del horno eléctrico se alimenta al horno-cuchara, se cubre


17

con una escoria que se denomina escoria blanca y se agita continuamente con el

soplado de gas inerte, normalmente argón. Permite la reducción de los óxidos metálicos

presentes en el baño, durante la denominada fase de desoxidación, paralelamente se

realiza la desulfuración del líquido fundido, que se produce por simple contacto con la

cal existente en la escoria blanca.

La principal materia prima empleada para la fabricación de acero en horno de arco

eléctrico es la chatarra de hierro dulce o acero. Como elementos auxiliares se pueden

cargar también pequeñas cantidades de fundición, de mineral de hierro y de

ferroaleaciones.

1.4.3.1 Escorias Negras.

Mediante el proceso de fusión en el horno de arco eléctrico se obtiene acero líquido y

nadando sobre su superficie escoria negra, que se extrae por una de las puertas del

horno, su composición química está condicionada por el tipo de chatarra utilizada, el

control de las variables de operación, etc. (Tabla 1.4.3.1 Componentes de las escorias

negras Anexo 2)

Los áridos procedentes de las escorias negras de acerías de hornos de arco eléctrico

tienen una elevada densidad relativa, muy por encima de la de los áridos naturales,

esta diferencia hay que tenerla en cuenta en las dosificaciones y al considerar los

costes de transporte.

Debido a la presencia de óxidos de cal y magnesio libre en su composición tienen

naturaleza expansiva. La cal libre se hidrata rápidamente y puede originar grandes

cambios de volumen en pocas semanas, mientras que la hidratación del magnesio se

produce mucho más lentamente.

Los lixiviados de estas escorias pueden tener un pH superior a 11, y por tanto,

presentar problemas de corrosión en las tuberías de aluminio y acero que se coloquen

en contacto directo con ellas.

Las escorias negras adecuadamente tratadas cumplen generalmente con las

especificaciones técnicas que exigen los pliegos de carreteras para áridos de capas


18

granulares en coronación de explanadas, sub-bases y bases de carreteras, tienen

latente el riesgo de expansión y de hinchamiento, por lo que es muy importante evaluar

su potencial expansivo y limitar su uso cuando sobrepase los valores establecidos. No

deben utilizarse nunca en capas estabilizadas con cemento o junto a obra de fábrica u

otros elementos que restrinjan las posibles expansiones.

En España, se ha realizado como experiencia piloto, el reciclaje de las escorias negras

introduciéndolas en cementeras como aporte de hierro, silicio y cal al horno rotativo en

el proceso de fabricación del clínker. De forma experimental se ha estudiado la

posibilidad de utilizar este tipo de residuo como árido grueso o fino para hormigón, en

ambos casos, las escorias se deben triturar y tamizar, obteniendo una granulometría

similar a la de los áridos naturales. Además, se debe proceder a la estabilización y

envejecimiento de las escorias para evitar su expansión.

En los ensayos realizados, en los que se reemplazó la totalidad de la arena por

escorias negras de horno eléctrico, se obtuvieron hormigones de mayor densidad

(2.770 kg/m3), con una resistencia a compresión y carga de rotura similares a los de un

hormigón con arena natural y de mayor fragilidad.

1.4.3.2 Escorias Blancas.

Las escorias blancas, procedentes de la fase de afino, se caracterizan por su contenido

en metales pesados como cromo, zinc o plomo (inferior al 1%) y el reducido tamaño de

sus partículas presentan en su composición silicatos tricálcico y bicálcico, aluminoferrito

tetracálcico, aluminato tricálcico y ferrito dicálcico.

Los ensayos químicos realizados en España que establecen la composición de las

escorias blancas de acería. (Tabla 1.4.3.2 Anexo 2)

La única alternativa de valorización de las escorias blancas, confirmada por

experiencias realizadas a escala industrial, es su utilización en las fábricas de cemento

en sustitución de la marga. Para esta alternativa no es necesario un pretratamiento

previo, siempre y cuando se tenga la precaución de no incluir elementos extraños,


19

como trozos metálicos, y los tamaños de las partículas del material sean inferiores a

50mm.

1.4.4 Otras Escorias: Escorias del Tratamiento del Cobre.

La escoria obtenida en este proceso, es el silicato de hierro: este es un producto

granulado que se obtiene tras varios procesos en la metalurgia del cobre. Las

transformaciones de las materias primas dan como resultado la producción de silicatos,

en particular fayalita (SiO2) FeO, que es un silicato de hierro químicamente estable. El

producto se somete por el fabricante tanto a un control de producción en fábrica como a

posteriores pruebas sobre muestras tomadas de acuerdo a un plan preestablecido.

Posee una dureza: más de 660 Kg/mm2 (ensayo de dureza Vickers), una

granulometría: 0,4 - 2,8 mm y 0,2 - 1,5 mm, es un material inerte y vítreo que no

absorbe agua, tiene excelentes propiedades de drenaje, de color negro brillante y no es

conductor de electricidad. Se emplea en la construcción de carreteras, hormigones

pesados, fabricación de morteros para suelos industriales, fabricación de cemento etc.

1.5 UTILIZACIÓN DE ESCORIAS NEGRAS DE ARCO ELÉCTRICO COMO ÁRIDO PARA HORMIGÓN.

En el plano internacional se han desarrollado algunas recomendaciones para la

utilización de este tipo de áridos en hormigón estructural, tanto como árido grueso o

fino. En ambos casos según normas europeas y norteamericanas las escorias deben

presentar una granulometría similar a la de los áridos naturales. Además, se debe

proceder a la estabilización y envejecimiento de las escorias para evitar su expansión;

comprobar la ausencia de materia orgánica, pues son compuestos que alteran la

velocidad del fraguado y el endurecimiento del hormigón.

En Japón se especifica que el uso de las escorias es limitado, solo son utilizadas

aquellas procedentes de plantas con un certificado de calidad, en las que se realice un

procesamiento y control adecuado de las mismas. De acuerdo con estas

recomendaciones, se puede utilizar hasta un 100% de árido grueso de escorias, en

cuyo caso el porcentaje de árido fino de escorias se limita al 30% (relativo al volumen

total de árido fino). Si el árido grueso es natural, el porcentaje de árido fino de escorias


20

puede ascender al 50%. Para proporciones mayores, se requiere la realización de

estudios específicos. Quedan excluidas las aplicaciones en hormigones de resistencia

superior a 60 N/mm2 y hormigones pretensados.

En el caso de utilizar exclusivamente árido fino de escorias en un porcentaje inferior al

30%, el comportamiento del hormigón se puede considerar similar al de un hormigón

convencional, para razones superiores de árido fino (inferior al 50%) o para la utilización

de áridos gruesos de acería, las recomendaciones establecen además, criterios

específicos para determinar el diagrama, tensión deformación, módulo de elasticidad,

coeficiente de expansión térmica, retracción y densidad, así como criterios de

dosificación para garantizar la durabilidad de este tipo de hormigones en diferentes

clases de exposición ambientales.

Debido al bajo contenido de sílice que presentan las escorias de acería, el riesgo de

que se presenten fenómenos de reacción álcali-árido es muy reducido. Según estas

recomendaciones, los hormigones con escorias de acería presentan además, un

comportamiento adecuado durante su puesta en obra, compactado y acabado.

A nivel nacional no existe una normativa que establezca los métodos y especificaciones

que regulen la combinación de las escorias siderúrgicas y el árido natural para la

utilización en hormigones. Algunas experiencias han sido como método experimental en

morteros, utilizando como referencia, las normas cubanas que rigen los métodos para

combinar áridos.

1.6 MÉTODOS PARA COMBINAR ÁRIDOS.

Los áridos tienen un amplio campo de aplicación en la construcción, pero sin lugar a

dudas su uso principal es en la fabricación de hormigones, los cuales deben satisfacer

determinados requerimientos técnicos, dados principalmente por las condiciones de

explotación, fabricación y puesta en obra.

En función de los objetivos que se persigan y de los medios y condiciones generales

con que se cuente en una situación dada, se pueden utilizar distintos métodos o

procedimientos para determinar la proporción en la que resultaría más conveniente

mezclar dos o más áridos o fracciones granulométricas. Se han estudiado y aplicado


21

métodos de carácter experimental, métodos analíticos basados en determinados

parámetros de los agregados involucrados en análisis y varios métodos gráficos que se

basan en la composición granulométrica de los áridos.

1.6.1 Métodos experimentales.

Los métodos experimentales se apoyan en resultados directos de los ensayos de

laboratorio, determinándose la propiedad o parámetro que se persigue y

seleccionándose la proporción que mejor comportamiento tenga. En oportunidades el

análisis es bastante complejo, pues no siempre la proporción más conveniente se

relaciona directamente con un valor característico (máximo, mínimo, promedio, etc.),

sino que deben hacerse interpretaciones del posible comportamiento del conjunto de

áridos, cuando se encuentre desempeñado sus funciones en el aglomerado o en

definitiva en el uso a que se destine. Dada la imposibilidad práctica de experimentar con

todas las posibles combinaciones de las materias primas disponibles, se debe realizar

un diseño de experimento donde mediante tanteo, se pueda llegar a seleccionar la

proporción más conveniente, con un error aceptable. Indudablemente que los métodos

más precisos son los experimentales, pues se basan en la práctica concreta, pero ellos

tienen el inconveniente de que resultan en general muy laboriosos y requieren de

mucho tiempo y recursos materiales para su realización.

Un ejemplo de aplicación de los procedimientos experimentales para la mezcla de

áridos es en el método de diseño de mezclas de hormigón del profesor Dr. Sc. Ing.

Viterbo A. O´Reilly Díaz. En dicho método, para la determinación de las proporciones

en que deben mezclar los áridos a utilizar en un hormigón dado, se toma como criterio

que el porcentaje de vacío y la superficie específica mínimos de una mezcla de áridos

es la que señala la composición óptima, la cual requerirá una cantidad mínima de

cemento. El método establece que para determinar el porcentaje de vacío mínimo, hay

que ensayar las mezclas de los áridos con las proporciones en peso de arena y gravilla

siguientes: (35:65, 60:40, 45:55 50:50 y 55:45). Tomando como base el peso específico

corriente y el peso unitario compactado de cada una de las mezclas, se determina


22

entonces el porcentaje de vacío de cada una de ellas. Se elige como combinación

óptima la que tenga menor porcentaje de vacío.

1.6.2 Métodos Analíticos.

El método analítico más empleado para en el propósito que se expone aquí, es el que

toma como base el módulo de finura de las fracciones a considerar. Como se conoce, el

módulo de finura de un árido nos proporciona una idea sobre el tamaño promedio de las

partículas componentes del mismo, no así de su granulometría. Un factor de mucha

importancia en las mezclas donde se emplean los áridos es la superficie específica de

los mismos, ya que influye, entre otros aspectos, en la cantidad de agua necesaria para

lograr una cierta consistencia. En general, el incremento del contenido de agua en una

mezcla afecta seriamente sus propiedades, por lo que generalmente se trata de utilizar

el mínimo contenido posible, que posibilite adecuadamente las distintas operaciones a

realizar. Como se comprende, a medida que disminuye el módulo de finura de un árido,

mayor es su exigencia de agua, pues ya de por sí, tiene mayor área que mojar y que

lubricar. Es por eso que en ocasiones se establecen módulos de finura ideales para las

mezclas de áridos a utilizar en la fabricación de aglomerados, los cuales están

contemplados como especificaciones de las normas de muchos países.

Si tomamos como base el conocimiento del módulo de finura deseado, ya sea por la

especificación establecida por una norma o por recomendaciones empíricas, es posible

mediante un método analítico simple, calcular las proporciones en que han de

mezclarse dos áridos (que no poseen el MF deseado), para que la mezcla resultante

satisfaga el requerimiento planteado. Partiendo de los módulos de finura de cada árido

se puede plantear la siguiente expresión:

MF (mezcla) = MFA. % A + MFB . % B = (1)

Dónde: MF (mezcla) =Módulo de finura deseado en la mezcla de áridos

MFA y MFB= Módulo de finura del árido A y del árido B

% A y % B =% del árido A y del árido B en la mezcla


23

El problema planteado puede resolverse fácilmente si logramos formular otra ecuación

con esas dos incógnitas. Efectivamente, se puede plantear que: % A + % B = 100 %.

Así podemos despejar y obtener que:

% A = (MFB - MF (mezcla)) / (MFB - MF A) = (2)

1.6.3 Métodos Gráficos.

El interés por lograr una buena granulometría en la mezcla de áridos tiene como

objetivo fundamental el incremento de la compacidad del conjunto, a partir de llenar los

espacios inter-granulares con material cada vez más fino. O sea, que de modo general,

en la mayoría de los casos lo ideal es tener una mezcla con máxima compacidad y

superficie específica mínima, es aquí donde los efectos se manifiestan de modo

opuesto, pues mientras por un lado tratamos de buscar máxima compacidad llenando

los espacios con grano más fino (vacío mínimo), esto hace que se incremente la

superficie específica. La solución está entonces en encontrar una proporción que

satisfaga las exigencias principales sin comprometer otros parámetros técnicos.

(Colectivo de autores, 1985)

Entre los métodos gráficos que más se utilizan para la determinación de la proporción

más conveniente en la cual se deben combinar varios áridos para logar una cierta

granulometría se encuentran los del Nomograma y Rothfuchs.

1.6.3.1 Método del Nomograma o del Rectángulo.

Este método es recomendable utilizarlo para definir la proporción en que deben

mezclarse convenientemente dos áridos, que de manera independiente no poseen la

granulometría deseada, y que mezclándolos pudiera lograrse o al menos acercarse

más a ella. Desde luego que para poder aplicar el método se requieren como datos la

granulometría de cada uno de los áridos. La granulometría deseada pudiera ser una

especificación granulométrica dada o simplemente una que se seleccione en función de

los objetivos de la mezcla. La granulometría se puede expresar tanto en forma de un

solo valor de por ciento que pasa por cada tamiz (una curva), como en forma de un

intervalo de valores que formen un “huso” (dos curvas).


24

El procedimiento se basa, en esencia, en ir definiendo gráficamente el intervalo de

proporciones en que pudieran mezclarse los dos áridos para que la mezcla resultante

posea el por ciento que pasa por cada tamiz, que se ha establecido previamente como

“deseada”. Para ello se construye un cuadrado, cuyos lados verticales se gradúan en %

pasado (de manera ascendente de 0 a 100). Los lados horizontales (también graduados

en %) representan la proporción en que se pudieran combinar los áridos involucrados

en el análisis, por lo tanto, los valores para cada combinación deben sumar 100%, por

ejemplo 30% de un árido y 70% del otro, 40% de uno y 60% del otro, etc.

La definición de a cuál árido corresponde cada una de las escalas que forman el

cuadrado es esencial y un error en ello arruina totalmente los resultados del

procedimiento. Una manera recomendable es ubicar primeramente los áridos a

combinar en las escalas horizontales, en una posición que puede ser cualquiera (en la

escala superior uno y en la inferior el otro). Desde luego, si ubicamos uno cualquiera de

los áridos en la escala inferior de izquierda a derecha (de 0 a 100%), el otro debe estar

en la escala superior graduado de derecha a izquierda, de manera tal que cualquier

vertical que tracemos defina porcentajes que se complementen (que sumados den

100%).

En función de la ubicación de los áridos decidida anteriormente, queda definido

entonces a cuál de los áridos corresponden las escalas verticales dé % pasado. De

esta manera, si por ejemplo ubicamos un árido A en la escala inferior de 0 a 100% de

izquierda a derecha, la escala vertical derecha será la que represente al 100% de ese

árido, por lo que se corresponderá con la escala de % pasado de A. Lógicamente que la

otra escala vertical representa al % pasado de B, que coincidirá con el lugar donde está

el 100% de B.

1.6.3.2 Método de Rothfuchs

Es un método que puede utilizarse para determinar las proporciones en que pueden

mezclarse convenientemente varios áridos para obtener o acercarse lo más posible a

una cierta granulometría. Como en el método del Nomograma, se requieren como datos


25

la composición granulométrica de los “n” áridos a combinar y la granulometría que se

desea obtener, que pudiera ser una especificación de una norma, de una tecnología

dada, etc.

Este método es menos transparente que el del Nomograma, en el sentido de que no se

aprecia fácilmente de manera directa, el valor que puede obtenerse para cada tamiz en

las posibles combinaciones. Es un método muy sencillo, que tiene la ventaja con

respecto al anterior de que puede usarse para combinar dos o más áridos.

El procedimiento para la aplicación del método puede resumirse en la secuencia de

pasos siguiente:

1ro. Dibujar un rectángulo cuya rectangularidad sea aproximadamente dos, ubicado en

posición tal que el lado mayor sea horizontal. Se recomienda utilizar papel cuadriculado

o hacerlo en una hoja de papel en posición apaisada.

2do. Graduar de 0 a 100% los lados verticales del rectángulo.

3ro. Marcar una diagonal en el rectángulo, desde el vértice superior derecho hasta el inferior

izquierdo.

4to. Ubicar en el lado inferior del rectángulo la abertura de los tamices. Para efectuar esta

operación debe entrarse, usando la escala vertical, con el valor correspondiente al por

ciento pasado para cada tamiz de la granulometría deseada (o especificación) hasta

interceptar la diagonal trazada, y bajar entonces hasta el lado horizontal inferior, donde

se marca la abertura del tamiz correspondiente.

5to. Teniendo entonces en el eje de abscisas la abertura de los tamices y en las ordenadas

el % pasado por cada tamiz, se trazan las curvas granulométricas de los “n” áridos

involucrados en la mezcla.

6to. Utilizando una regla transparente se traza, para cada curva granulométrica, un

segmento de recta en una posición tal que compense las áreas que le queden por

encima y por debajo de la misma. Debe tenerse mucho cuidado en esta operación,

pues de ello depende en gran medida el resultado obtenido.


26

7mo. El extremo inferior del segmento ubicado más a la derecha (de los trazados en el paso

anterior) se une con el superior del inmediato a la izquierda con una recta y así

sucesivamente hasta terminar con todos. Siempre habrá n-1 rectas de este tipo.

8vo. A partir de los puntos de intercepción de las rectas trazadas en el paso anterior con la

diagonal del rectángulo, se proyecta hacia una de las escalas laterales, quedando

entonces perfectamente definidos los por cientos en que han de mezclarse los “n”

áridos para obtener (o acercarse) a la granulometría deseada.

9no. Conociendo ya los por cientos en que han de mezclarse los áridos, se puede entonces

calcular el por ciento pasado por cada uno de los tamices del árido que resulta de la

mezcla.

1.6.3.3 Método del prisma.

Este método gráfico (Fig.1.6.3.3) nos sirve para determinar una composición de tres

áridos de granulometrías conocidas para que la mezcla cumpla unas especificaciones

granulométricas dadas.

Para construir el prisma primeramente dibujamos como primera etapa un triángulo

equilátero, en cada uno de los lados dibujamos una escala de porciento siguiendo un

mismo sentido, después unimos los puntos de igual porciento con lo cual obtenemos el

diagrama de proporción de los materiales. Cada punto dentro del triángulo representa la

mezcla de tres ingredientes en una proporción determinada. En cada vértice del

triángulo se dibujan líneas verticales en las que se trazan escalas de porcientos, en

estas escalas se representan los porcientos pasados de cada tamiz para los áridos.


27

Figura 1.6.3.3 Método del prisma, gráfica mezcla de tres áridos.

1.7 MÉTODO PARA DOSIFICAR MEZCLAS DE HORMIGÓN VITERVO O´REILLY.

En la actualidad, existen en la literatura mundial muchos métodos analíticos, así como

otros de carácter práctico, para determinar la composición de las mezclas de hormigón.

Internacionalmente se recomienda el uso de la ecuación de Bolomey, pero esta no es

válida para los áridos cubanos pues estos tienen granulometría inadecuada, o

contenido de partículas de irregulares que oscilan entre 16 y 32%, por esto es

necesario determinar previamente las características de nuestros áridos y en función de

ellas, diseñar la mezcla, además de incluir la influencia de la plasticidad del hormigón

en estado fresco. (O´Reilly, 2012)

1.7.1 Método para Diseño de Mezclas de Hormigón Basado en la Determinación Correcta de las Características de los Áridos.

Para determinar la composición óptima de un hormigón hay que realizar ensayos de

laboratorio.

1-Determinar por el método experimental la relación óptima de la mezcla de arena y

áridos gruesos.


28

2-Determinar la cantidad de agua para obtener la consistencia requerida de la mezcla.

3-Determinar la característica A de los áridos.

4- Determinar la cantidad de cemento.

Para determinar la mezcla óptima de áridos el método más preciso es el experimental,

que está basado en la determinación del porcentaje de vacío de la mezcla de los áridos

finos y gruesos. El porcentaje de vacío mínimo de la mezcla de los áridos señala la

composición óptima, la cual requerirá una cantidad mínima de cemento. Para

determinarlo hay que ensayar las mezclas de áridos con las proporciones de arena y

gravilla siguientes: 35:65; 40:60; 45:55; 50:50; 55:45 y 60:40.

Como primer paso hay que determinar el peso unitario compactado de la mezcla de los

áridos (PUCm) de cada una de las mezclas anteriores, después se determina el peso

específico corriente de la mezcla de los áridos (PECm). Para obtenerlo, se calcula el

peso específico de la arena y del árido grueso.

100

%*%* gPECgAPECaPEC m (3)

Dónde:

PECm: Peso específico corriente de la mezcla de los áridos.

PECa: Peso específico corriente de la arena

PECg: Peso específico corriente de la gravilla

%A: porcentaje de la arena

%g: porcentaje de la gravilla

Hay que determinar el PECm para cada una de las mezclas de los áridos

Determinar porcentaje de vacío

100* vacíode PorcentajePECm

PUCmPECm (4)


29

Cuando se determinan todos los porcentajes de vacíos, se toma el menor, en el caso

de que se usen dos áridos gruesos ej. Gravilla (de 6.35 hasta 19mm) y piedra (de 12.7

a 38 mm) hay que determinar primero el porcentaje de vacío mínimo de la mezcla de

los dos áridos gruesos a usar y luego esta se mezcla con la arena en las 6 proporciones

antes mencionadas.

Para determinar la cantidad de agua se elabora una mezcla con la laborabilidad que se

necesita ej. As=6 cm

1-Proporción entre áridos gruesos y finos según vimos.

2-Cantidad de cemento según la experiencia y relacionada con la resistencia requerida

del hormigón.

3- Cantidad de agua, se fija como referencia según la experiencia.

Para determinar exactamente la cantidad de agua, se pone en la mezcladora una

cantidad de agua menor que la prefijada, se establece su asentamiento (ej.2 cm),

después se añade una pequeña cantidad de agua y se mide nuevamente (ej.4 cm) y así

se repite hasta que dé aproximadamente la cantidad total de agua necesaria por el

cono de Abrams. Esta debe ser corregida de acuerdo con la humedad superficial de la

arena.

Además, se laboran 6 probetas y determina la resistencia a compresión a los 7 y 28

días. Como estos datos van a servir para determinar el coeficiente A de los áridos

gruesos, se repite el ensayo no menos de 3 veces, para asegurar la exactitud de los

datos.

El coeficiente A se determinará a partir de los resultados de los ensayos.

21 * MVMR

RA

c

h

(5)

V: valor dependiente de la relación agua-cemento, se toma de la tabla 2 según la

relación agua-cemento conforme a los ensayos del cono de Abrams.

En el caso de los ensayos se prefija el cemento según la experiencia y luego se

determina por la fórmula:


30

1

2*

M

MAR

R

V c

h

(6)

Dónde:

Rh: Resistencia del hormigón a compresión que queremos obtener (kg/cm2)

Rc: Resistencia del cemento que estamos usando (kg/cm2)

Determinado V, se toma de la tabla 2 el valor W de la relación agua-cemento que le

corresponda y que es la adecuada, entonces se calcula la cantidad de cemento real:

W

ac (7)

Dónde:

c. cantidad de cemento (kg)

a: cantidad de agua (L)

Al obtener la cantidad de cemento, se elaboran 6 probetas cilíndricas y comprueban la

resistencia a compresión del hormigón, que debe dar un valor muy aproximado al

deseado.


31

Tabla 1

Tabla 2


32

CONCLUSIONES DEL CAPÍTULO I.

La literatura consultada para determinar los antecedentes históricos de estudios

realizados para la utilización de escorias siderúrgicas como agregados en hormigones

hidráulicos estructurales, así como la búsqueda de experiencias previas donde se

emplea la escoria como material en la construcción y los distintos métodos analizados

para el diseño de mezclas de hormigón, proporcionan las conclusiones siguientes:

1. Las escorias siderúrgicas a nivel internacional tienen aplicaciones variadas como

material alternativo en la construcción.

2. Las escorias negras de arco eléctrico generadas y estudiadas en diferentes

países presentan características físicas-mecánicas favorables para ser

empleadas en hormigones hidráulicos.

3. Los diversos métodos para combinar áridos y el de dosificar mezclas de

hormigón de Vitervo O´Reilly, constituyen las herramientas necesarias para el

diseño de dosificaciones de hormigón con escoria siderúrgica como árido fino.

Capítulo II: Caracterización De Los Materiales Y Diseño De Dosificaciones

33

CAPITULO II: CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES Y DISEÑO DE DOSIFICACIONES.

2.1 INTRODUCCIÓN

En este capítulo se exponen las características físicas y químicas de la escoria negra

procedente de la fábrica ACINOX de Las Tunas, también se caracterizan los áridos

naturales de la cantera de Candelaria y el cemento P-350 producido en la fábrica Carlos

Marx de Cienfuegos. Se obtienen las combinaciones entre la arena de escoria y la

natural. Mediante el método O´Reilly se diseñan las diferentes dosificaciones para

hormigón de una resistencia de 20.0 MPa.

2.2 CARACTERÍSTICAS DE LA ESCORIA PROCEDENTE DE LA FÁBRICA ACINOX DE LAS TUNAS.

Las escorias generadas en la Fábrica ACINOX (Las Tunas) se obtienen esencialmente

en hornos de arcos eléctrico y de cuchara; empleando cal y fluoruro de calcio, en el

proceso de fabricación de aceros aleados y al carbono. Se explota como materia prima

fundamental las chatarras de acero y de hierro fundido, aunque para ajustar diferentes

elementos de la aleación se utilizan además, otros residuos de recirculación y

ferroaleaciones. (C. Proénza 2014)

2.2.1 Composición química y mineralógica.

La composición química de las escorias negras y blancas procedente del conjunto de

hornos de la empresa, fue determinada en el laboratorio de ensayos en la propia

fábrica. En las tablas 2.1 a) y b), se aprecia la existencia mayoritaria de Cal Viva (CaO)

y Dióxido de Silicio (SiO2), tanto en las escorias negras como blancas. El Hierro (Fe)

predomina en la muestra de escorias negras, por los restos de metal que pueden

quedar mezclados al ser fundidos por los electrodos del arco eléctrico; mientras que en

la composición de las blancas abunda la alúmina (Al2O3).


34

Tabla 2.1 a) Análisis de una muestra de escoria negra del horno de arco eléctrico.

Tabla 2.1 b) Análisis de una muestra de escoria blanca del horno de cuchara.

IB: índice de basicidad, relación entre el CaO y el SiO2 presente en la composición

química de la muestra.

(8)

2.2.2 Análisis lixiviación, eco toxicidad y concentración de metales pesados.

En Cuba no existen normas para verificar el grado de contaminación o los efectos

negativos que puede ocasionar el manejo de las escorias metalúrgicas. Según la

Instrucción Española (EHE; 1999) cuando no se tengan antecedentes sobre la

naturaleza de los áridos disponibles, se les realiza ensayos de identificación mediante

análisis mineralógicos, petrográficos y físicos.

En la fase de fusión en hornos de arco eléctrico, se puede generar una escoria con

propiedades desfavorables; si las cargas de materiales empleadas para su formación

contienen metales pesados como: níquel, cadmio, cromo y plomo, su carácter tóxico lo

confiere la forma en que esos compuestos están presentes dentro de la misma (si

poseen potencial de lixiviación).

Minerales NiO Cr2O3 MnO Fe CaO MgO SiO2 AL2O3 P2O5 S TiO2 V2O5 F Na2O K2O Zn IB

% en la

Muestra

<0.01 1,2 6,3 17,4 34 4,6 16 3,1 0,7 0,09 0,56 0,11 0,04 <0.001 0,01 0,002 2,13

Minerales NiO Cr2O3 MnO Fe CaO MgO SiO2 AL2O3 P2O5 S TiO2 V2O5 F Na2O K2O Zn IB

% en la

muestra

0,034 <0.1 1 1,3 43 9,6 22 16,2 0,01 0,49 0,77 0,01 0,09 0,034 0,03 0,02 1,95


35

Con este ensayo se trata de determinar la concentración de metales pesados en el

lixiviado de la muestra analizada, a través de análisis de espectrometría.

En nuestro país el Centro de Investigaciones Metalúrgicas efectuó el análisis de

lixiviación y eco toxicidad a las escorias negras y blancas de la Empresa Siderúrgica

José Martí, donde la concentración de metales pesados en la escoria negra, se

encuentran por debajo del límite tóxico de acuerdo a la Legislación Europea.

(Resultados del análisis Anexo 4)

La concentración de metales pesados en la escoria blanca está por debajo de los

límites tóxicos, de acuerdo al análisis de lixiviación y eco toxicidad son inferiores a los

límites de peligrosidad. Lo que indica que nuestras escorias son medioambientalmente

aceptables de utilizar sin que ello implique una afectación al medio ambiente. (Solange,

M.; 2011).

Haciendo una comparación (Tabla 2.2.2) entre los porcentajes más representativos de

óxidos de las escorias negras generadas en la plantas ACINOX y José Martí se puede

observar que presentan características similares, por lo que se pudiera suponer que las

primeras presentarían resultados análogos a las segundas, en cuanto al análisis de

lixiviación y eco toxicidad.

Tabla 2.2.2 Porcentajes de más representativos de óxidos de las plantas ACINOX y

José Martí.

Óxidos Escoria de planta ACINOX (%) Escoria de planta José Martí (%) (Solange, M.;

2011).

CaO 34 29.65

SiO2 16 15.76

AL2O3 3,1 4.1

MgO 4,6 4.48

Cr2O3 1,2 1.14

MnO 6,3 1.16


36

2.2.3 Estabilidad de volumen.

Las escorias presentan en su composición elementos como Cal libre (CaO) y Magnesia

libre (MgO) de naturaleza expansiva. La hidratación de las mismas unidas a la

oxidación de los iones de hierro (Fe), son capaces de perturbar la estabilidad de las

escorias. Ortega López (2011: 34) afirma que “esta cal libre o lima puede hidratarse al

meteorizarse por el agua de lluvia o por la propia humedad ambiental, desarrollando un

incremento de volumen importante”, y añade:

Las reacciones de hidratación son también diferentes dependiendo del tipo de

escoria estudiada. Las escorias negras de horno de arco eléctrico presentan

hidrataciones muy atenuadas que, en el caso de producirse, lo hacen de forma

lenta y sostenida. Por el contrario, las escorias blancas se disgregan fácilmente

por la hidratación de la cal libre, circunstancia que propicia la posterior hidratación

de la magnesia libre, favorecida por la mayor superficie específica de la escoria

desintegrada, ya que su granulometría es muy fina.

Para obtener una escoria envejecida o reaccionada, se toman las muestras de los

lugares del depósito, que según los criterios de pobladores cercanos, llevan mayor

tiempo de deposición. Se adopta el criterio de envejecimiento natural aunque se puede

realizar también por aspersión de agua a los montículos (C. Proénza 2014).

2.3 TOMA DE MUESTRAS.

La muestra de áridos constituye una pequeña porción del material que al ser

caracterizada el valor resultante corresponde a la totalidad del material del cual se

extrajo, por lo que debe ser representativa de la naturaleza, características y

condiciones de los mismos.

Las muestras de escorias se toman del relleno sanitario establecido para la ubicación

final de este residuo (Fig. 2.1. Anexo1), el mismo está ubicado en una antigua cantera a

unos 800 m de la empresa siderúrgica y cuenta con Licencia Ambiental. Según

información brindada por la propia empresa, por recomendación del CITMA, la base de


37

éste lugar fue tratado con cascarilla y arenón, para ser vertidos dichos residuos de la

producción de acero, la aplicación de estas recomendaciones aseguran su viabilidad

como materia prima para otros procesos en construcción civil.

Para realizar la operación se siguen los pasos descritos en la NC-671: 2008 para el

tratamiento de áridos almacenados en pilas:

Se efectúan en puntos aleatorios del depósito en las áreas que presentan mayor

aspecto de envejecimiento, siguiendo los criterios de personas que trabajan en el lugar,

en montículos de aspecto cónico. Se realiza el muestreo, recogiendo en sacos de nylon

grueso y con una pala de punta (Fig. 2.2. Anexo 1) porciones de material de la parte

superior, intermedia y de la base de las pilas anteriormente mencionadas. En total se

recogieron tres sacos y medio de escoria con un peso superior a 200 Kg y se

trasladaron al laboratorio de materiales de la construcción de la Empresa Productora

de Prefabricado Holguín en el municipio Holguín.

2.4 ENSAYOS REALIZADOS A LA ESCORIA NEGRA DE ARCO ELÉCTRICO.

2.4.1 Análisis granulométrico

El ensayo de granulométrico se realiza para determinar la distribución de los tamaños

de las partículas del árido, tanto fino como grueso. La composición granulométrica

desempeña un papel importante en las propiedades de los hormigones que lo

contienen, pues tiene influencia en la facilidad de mezclado, transporte, colocación y

compactación del mismo.

Según la NC-178:2002 (análisis granulométrico) el procedimiento se basa en la

determinación de las fracciones granulométricas de los áridos, por medio de un

movimiento lateral y vertical del tamiz, acompañado de una acción de sacudida de

manera que la muestra se mueva continuamente sobre la superficie de los tamices.

Las operaciones a realizar se describen de la siguiente manera:

1. Las distintas muestras de escorias por cuarteo manual; se criban por el tamiz No.4

(4.76 mm) para separar la fracción gruesa de la fina, en caso de árido fino el peso


38

mínimo de la muestra para el ensayo es de 0.5 Kg; una vez que han sido secadas

previamente a peso constante, en una estufa eléctrica a 110 ºC.

2. La fracción de material así obtenida se deposita en el juego de tamices establecidos

por la norma en este caso para áridos finos y estos a su vez se colocan en la

tamizadora eléctrica. Por ciclos repetitivos durante un período de tiempo 10 min, se

obtienen las granulometrías para tres muestras aleatorias y para la combinación de

las mismas (Tablas 2.4.1 a, b, c y Tabla 2.2.2).

3. Se grafican los rangos granulométricos establecidos por la NC-251:2005 para el

comportamiento de las muestras de áridos finos para hormigones (Tabla 2.1 Anexo

2) y se comparan con el comportamiento de las muestras combinadas de escoria

(Fig. 2.3).

Tabla 2.4.1 a) Análisis granulométrico para 3 muestras aleatorias de escoria.

Tamices normados

Tamiz Peso retenido Peso retenido % Retenido %

mm Parcial Acumulativo Acumulativo Pasado

⅜ 9.52 0 0 0 100

4 4.76 2 2 0 100

8 2.38 260 262 44 55

16 1.19 139 401 68 32

30 0.59 63 464 79 21

50 0.295 32 496 84 16

100 0.149 22 518 88 12

F

71 589

b)

Tamices normados



⅜ 9.52 0 0 0 100

4 4.76 0 0 0 100

8 2.38 206 206 37 63

16 1.19 127 333 61 39

30 0.59 73 406 74 26

50 0.295 37 443 81 19

100 0.149 26 469 85 15

F

81 550


39

c)

Tabla 2.4.2 Análisis granulométrico para las 3 muestras combinadas de escorias.

Tamices normados



⅜ 9.52 0 0 0 100

4 4.76 3 3 1 99

8 2.38 223 226 45 54

16 1.19 100 326 65 35

30 0.59 53 379 76 24

50 0.295 29 408 82 18

100 0.149 19 427 85 15

F

73 500

Tamices normados



⅜ 9.52 0 0 0 100

4 4.76 3 3 0 100

8 2.38 815 818 60 40

16 1.19 245 1063 78 22

30 0.59 73 1136 84 16

50 0.295 40 1176 87 13

100 0.149 32 1208 89 11

F

150 1358


40

Figura 2.3 Comportamiento de las muestras combinadas de escoria siderúrgicas.

Como se puede apreciar en la Fig. 2.3. El comportamiento de la escoria negra

proveniente de la fábrica ACINOX de Las Tunas presenta una granulometría continua,

aunque los tamices #100, #16 y #8 no cumplen con los parámetros establecidos por la

NC-251:2005 para áridos finos en hormigones hidráulicos (Tabla 2.1 Anexo 2).

Teniendo en cuenta que este residuo proviene de un depósito y no de un molino, con el

fin de obtener árido para hormigones, el resultado es aceptable.

2.4.2 Determinación del contenido de partículas de arcilla.

Según la NC-179:2002, se obtienen las partículas de arcilla contenidas en los áridos por

medio de una selección, y se determina el porciento que representan del peso del árido.

Para la realización del ensayo se utilizan los siguientes instrumentos: Estufa (capaz de

mantener una temperatura constante entre 105 ºC -115 ºC), recipiente (con capacidad

para extender hasta el fondo las capas de árido); juego de tamices; balanza con

precisión de 0.01 g.

Las muestras se obtienen por cuarteo manual y de la mezcla combinada de varios

patrones, se toma una muestra representativa del material que se quiere ensayar. Las


41

mismas se tratan con extrema precaución de manera tal que no se rompan las

partículas de arcilla que puedan estar presentes.

Posteriormente se secan hasta alcanzar peso constante a una temperatura de 105 -110

ºC y para áridos finos se analiza aquella parte que queda retenida en el tamiz No.16

con abertura de 1.19 mm y con un peso no menor a 100g.

La NC-179:2002 expone que la muestra se extiende en una capa delgada en el fondo

del recipiente y se examina luego para descubrir las partículas de arcilla, cualquier

partícula que pueda dividirse con los dedos se debe clasificar como arcilla, no se deben

presionar contra una superficie dura.

Una vez realizada esta operación, se separa el residuo de las mismas empleando para

el árido fino el tamiz de 0.084 mm (no.20) y se calcula el porciento de arcilla.

En caso de las escorias siderúrgicas no se detectaron partículas de arcilla.

2.3.3 Cálculo del módulo de finura.

El módulo de finura es un índice del tamaño medio de las partículas que componen una

muestra de árido, aunque es independiente de sus granulometrías y se calcula por la

formula siguiente:

100

% acumuladoretenidoMF

(9)

El módulo de finura de la combinación de las muestras de escoria es 3.54 y cae dentro

del rango establecido por la NC-251:2005 para árido fino (2.2-3.58)

2.4.4 Determinación del material más fino que el tamiz de 0,074 mm (No. 200)

Si hay un exceso del material más fino que el tamiz No. 200 en los áridos que se van a

usar en la fabricación de hormigones con cemento Portland, es necesario la utilización

de contenidos altos de agua, lo que provoca pérdida de calidad.


42

La NC-182:2002 refiere que el procedimiento consiste en separar mediante lavados y

tamizados sucesivos, las partículas finales existentes en los áridos. Los finos son la

fracción de partículas, que pasan a través del tamiz de 0,074 mm (No. 200).

Para realizar el ensayo se utilizan los siguientes instrumentos: Estufa a temperatura

constante de 110ºC, bandeja metálica de forma cuadrada, frasco lavador de 500 ml de

capacidad y el juego de tamices.

Las operaciones inician con la homogeneización de una muestra con suficiente

humedad para evitar su segregación. Se deposita luego en el recipiente (bandeja

metálica); se deseca en la estufa hasta alcanzar un peso constante y se siguen los

pasos que a continuación se exponen:

Se toma una muestra de 500 g y se le añade agua hasta cubrirla, para garantizar una

mezcla adecuada, se agita vigorosamente para poner en suspensión las partículas que

pasan el tamiz 200 y separarlas de aquellas que presentan mayor diámetro (Fig. 2.4

Anexo 1).

Posteriormente se vierte el agua que contiene las partículas en suspensión, en los dos

tamices (el más grueso encima), evitando la decantación de las partículas gruesas de la

muestra. El proceso de lavado se repite varias veces hasta obtener un agua limpia, el

material retenido se une a la muestra lavada. El árido lavado se deseca a peso

constante durante 24 horas a una temperatura de 110 ºC

Método de cálculo:

(10)

a: peso de la muestra original seca

b: peso de la muestra seca después de lavada

El resultado del ensayo del tamiz No.200 para las escorias siderúrgicas es de 3.53% y

según la NC-251:2005 como está libre de arcilla se permite hasta un 5%.


43

2.4.5 Determinación del peso volumétrico.

El peso volumétrico de un árido es la relación entre el peso de una determinada

cantidad de este material y el volumen ocupado por el mismo, considerando como

volumen al que ocupan las partículas del árido y sus correspondientes espacios

intergranulares.

La NC-181:2002 refiere que los pesos volumétricos se determinan por medio de

pesadas del material contenido, en recipientes calibrados de volumen conocido.

Para el cálculo del mismo, se utilizan los siguientes instrumentos descritos en la norma:

Barrilla de acero recta, de sección circular de 15,8 mm de diámetro y 600 mm de

longitud, de diámetro 15,8 mm, estufa a temperatura de 110 ºC, balanza con precisión

de 0.01g y recipiente metálico debidamente calibrado y de espesor normalizado.

Según la NC-181:2002 el procedimiento inicia con el secado de la arena en la estufa.

Luego el recipiente se llena con tres capas, propiciándole 25 golpes con la varilla de

compactación a cada capa, para lograr su correcta homogenización; los golpes son

distribuidos uniformemente sobre la superficie y de manera que la primera serie llegue

hasta el fondo sin golpearlo fuertemente.

La compactación en las capas restantes, es sólo en el espesor de las mismas; luego se

enrasa la superficie del árido con una regla metálica de bordes rectos.

Los áridos se descargan desde una altura no mayor de 50 mm sobre la parte superior

del recipiente y en el centro de la medida, evitando con ello la segregación de las

partículas. El método de cálculo (Anexo 3) describe los pasos para determinar el peso

volumétrico de cada muestra de áridos.

Resultados del árido siderúrgico:

Peso unitario suelto =1810 Kg/m3

Peso unitario compactado =2018 Kg/m3


44

2.4.6 Pesos específicos y absorción de agua.

Según NC 186: 2002 se obtienen los pesos específicos y la absorción de agua por

medio del pesaje de la arena en estado seco y saturado en agua.

Se obtienen por cuarteo 1000 g de escoria, se secan a temperatura de 110 ºC en la

estufa a peso constante. Luego se sumergen en agua durante 24 horas, una vez

cumplido el tiempo se derraman en bandeja de fondo plano para ser secadas al aire

libre.

A continuación se comprueban los resultados, a través del llenado del molde tronco

cónico, apisonándolo con la varilla de compactación, propiciándole 25 golpes.

Al retirar el cono se evalúa la muestra, si conserva la forma, presenta humedad

superficial. El proceso se repite a intervalos frecuentes, hasta que al retirar el recipiente

troncocónico, el cono de arena se derrumbe.

El procedimiento experimental se desarrolla de la siguiente manera:

Se introduce en el frasco volumétrico 500 g de material y se le añade agua hasta llegar

por debajo del nivel del enrase. Para sacar las burbujas de aire el frasco se coloca el

frasco volumétrico sobre una superficie plana, se inclina unos 300 y se hace rodar con

rapidez sobre la misma, sujetándolo por la boca hasta que sean expulsadas todas las

burbujas (Fig. 2.5 Anexo 1) . Este procedimiento se realiza aproximadamente durante

media hora, luego se le añade agua hasta nivel de enrase y se determina el peso total

con un error de 0.01 g.

Se extrae la arena del frasco volumétrico y se deseca a peso constante a temperatura

de 110 ºC, se deja enfriar y se pesa con un error menor que 0.01g.

Los métodos de cálculo que explican los pasos a seguir, para determinar los pesos

específicos corriente, saturado, aparente y el porciento de absorción de agua se

explican en el Anexo 3.1 y los resultados del análisis de la escoria negra son:

- Peso Seco= 495 g; Peso Saturado=500 g; Peso Sumergido= 338.8g; Peso del

frasco más el del agua=649.2g


45

- Peso Específico Corriente = 3.07g/cm3

- Peso Específico Saturado= 3.1 g/ cm3

- Peso Específico Aparente = 3.17 g/ cm3

- Absorción de Agua=1 %

2.4.7 Determinación del porciento de huecos

Según NC-177: 2002 el método para determinar el porciento de huecos en los áridos,

es utilizando el peso específico corriente y el peso volumétrico compactado calculados

previamente.

El porciento de huecos en los áridos se determina con arreglo a la fórmula siguiente:

(11)

Dónde:

PH: Porciento de huecos.

PEC: Peso específico corriente del árido.

PVC: Peso volumétrico compactado del árido.

Para el árido siderúrgico es de 34.3%.

2.5 CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁRIDOS NATURALES EMPLEADOS.

Los áridos naturales utilizados para elaborar las dosificaciones, tanto gruesos y finos

fueron proporcionados por la Empresa Productora de Prefabricado Holguín y proceden

de la cantera de Candelaria perteneciente al municipio de Gibara.


46

2.5.1 Composición química

Los compuestos químicos que posee son: óxido de calcio (CaO), óxido de

magnesio (MgO), dióxido de silicio (SiO 2 ), óxido de aluminio (Al 2 O 3 ), óxido

de hierro III (Fe 2 O 3 ) y trióxido de azufre (SO 3 ). El contenido de CaCO 3 está

por encima del 90% y el de SiO 2 oscila desde las trazas hasta 0.5%.La suma de

los por cientos obtenidos de magnesio, sílice y aluminio no excede el 3% en su

totalidad.(Font. X .2009)

2.5.2 Ensayos realizados al árido fino.

Los ensayos realizados al árido fino natural de la cantera de Candelaria son los mismos

explicados anteriormente y que se le efectuaron a la arena siderúrgica, bajo las mismas

normas. El análisis granulométrico se muestra en la tabla 2.4.2.

Resultados obtenidos:

- Material más fino que la malla 0.074 mm (# 200) =0.61%, cumple con la NC-

251:2005

- Módulo de finura =3.52, cumple con la NC-251:2005

- Partículas de arcilla: no contiene

- Peso unitario suelto =1582 Kg/m3

- Peso unitario compactado =1668 Kg/m3

- Porcentaje de vacío= 34.8%

- Peso Específico Corriente =2.560 g/cm3

- Peso Específico Saturado= 2.610 g/cm3

- Peso Específico Aparente= 2.700 g/cm3


47

- Absorción de agua = 2.2 %

Tabla 2.4.2 Análisis granulométrico de la arena de Candelaria.

Tamices normados



⅜ 9.52 0 0 0 100

4 4.76 12 12 2 98

8 2.38 135 147 29 68

16 1.19 136 283 57 43

30 0.59 106 389 78 22

50 0.295 62 451 90 10

100 0.149 29 480 96 4

F

20 500

Figura 2.6 Comportamiento de la muestra de arena de Candelaria.

En este caso el comportamiento de la arena procedente de Candelaria como se aprecia

en la figura 2.6, está ligeramente por debajo del límite inferior establecido por la NC-

251:2005, para áridos finos en hormigones hidráulicos (Tabla 2.1 Anexo 2),

específicamente en los tamices #30, #16 y #8, esto es debido a desperfectos en el

molino de la cantera.


48

2.6 ENSAYOS REALIZADOS AL ÁRIDO GRUESO.

2.6.1 Pesos específicos y absorción de agua.

Según la NC-187:2002, para aridos gruesos que se utilizan en la elaboracion de

hormigones se detrminan los pesos espesificos y la absorcion de agua por medio de

pesadas.

Después del cuarteo del material se seleccionan 5Kg y se descarta todo el árido que

pasa por el tamiz de 9.52 mm. Se lava bien para quitarle el polvo o cualquier material

adherido a la superficie de las partículas y se seca en la estufa hasta peso constante a

una temperatura de 1050-1100 C.

Luego se sumergen en agua a temperatura ambiente durante 24 horas. Posterior al

periodo de inmersión se secan las partículas rodándolas sobre una tela absorbente

hasta que se haya eliminado toda película de agua visible. La muestra se pesa en el

aire.

Una vez pesada, la muestra saturada y superficialmente seca, se determina su peso en

el agua. Posteriormente se seca en la estufa hasta peso constante a una temperatura

de 1050-1100 C, se deja enfriar a temperatura ambiente y se pesa. Los métodos de

cálculo se explican en el Anexo 3.2 y los resultados son los siguientes:

- Peso Específico Corriente= 2.61 g/cm3

- Peso Específico Saturado= 2.65 g/cm3

- Peso Específico Aparente= 2.71 g/cm3

- Absorción de agua = 1.35%

2.6.2 Análisis granulométrico.

El análisis granulométrico se realiza bajo la norma NC-178:2002 para áridos gruesos de

fracción 25-5 mm y se muestra en la tabla 2.5.


49

Tabla 2.5 Análisis granulométrico del árido grueso de Candelaria.

Figura 2.7 Comportamiento de la muestra del árido grueso de Candelaria.

En el caso del árido grueso proveniente de la cantera de Candelaria, el comportamiento

de su granulometría como se muestra en la figura 2.7, cumple con lo establecido por la

NC-251:2005 para fracciones de 25-5mm (Tabla 2.6.2 Anexo 2).

2.6.3 Determinación de partículas de arcilla.

Para la determinación de partículas de arcilla se efectúa el procedimiento, según lo

específica la NC-179:2002 para áridos gruesos. En el cual no se detectaron partículas

de arcilla.

Tamices normados Tamiz (mm) % Pasado

1 1/2 38.1 100

1 25.4 98

1/2 12.7 53

4 4.76 10

8 2.38 2


50

2.6.4 Determinación del material más fino que el tamiz de 0,074 mm (No. 200)

El procedimiento para estimar el porciento de material más fino que el tamiz de 0,074

mm (No. 200) es el mismo que el del árido fino, explicado anterior mente. Solo que la

muestra en este caso según la NC-182:2002 es de 2,5 Kg.

El resultado del ensayo es de 1% y cumple con la NC-251:2005 que permite hasta 1.5%

para áridos gruesos.

2.6.5 Determinación del peso volumétrico.

La determinación del peso volumétrico se desarrolla según lo establecido por la NC-

181:2002 para áridos gruesos y los resultados son los siguientes:

Peso unitario suelto = 1384 Kg/m3

Peso unitario compactado = 1555 Kg/m3

2.6.6 Determinación del porciento de huecos.

Para el árido grueso se calcula el porciento de huecos según la NC-177: 2002 y el

resultado es de 40.4 %.

2.6.7 Índice de Triturabilidad.

La resistencia mecánica de los áridos gruesos se determina por el índice de

triturabilidad.

Este ensayo se realiza bajo los parámetros establecidos por la NC- 190:2002 en el

laboratorio de materiales de la construcción de la ENIA, en el municipio Holguín.

Según la norma, se basa en la determinación del índice de triturabilidad de una porción

de árido grueso, sometida a esfuerzo de compresión constante.

El resultado para el árido analizado es de 13.80 % y coincide con lo establecido para

hormigones de más de 40 MPa según la NC-251:2005.

2.7 ENSAYOS REALIZADOS AL CEMENTO P-350 DE LA FÁBRICA CARLOS MARX DE CIENFUEGOS.

2.7.1 Ensayos químicos.

Los ensayos químicos fueron realizados por el laboratorio de la empresa Carlos Marx y se muestran los resultados en las tablas 2.7 y 2.7.1.


51

Tabla 2.7 Composición mineralógica del cemento P-350. (Font. X .2009)

Fase (%)

Silicato tricalcico (C3S) 54.44

Silicato dicálcico (C2S) 18.56

Aluminato tricalcico (C3A) 6.29

Ferrito aluminato tricalcico (C4AF) 11.03

Tabla 2.7.1 Composición química del cemento P-350. (Font. X .2009)

Componentes (%)

Dióxido de Silicio ( SiO2 ) 21.32

Oxido Férrico (Fe2 O3) 3.35

Oxido de Aluminio ( Al2O3) 4.71

Oxido de Calcio (CaO ) 62.98

Oxido De Magnesio (MgO) 2.01

Trióxido de Azufre (SO3) 2.58

Perdida por Ignición (PPI) 2.18

Residuo Insoluble (RI) 1.93

Cal Libre 2.86

2.7.2 Ensayos físicos.

Se obtienen para el cemento las propiedades físicas más relevantes relacionadas con

las cantidades de agua necesarias para ser amasadas, estabilidad volumétrica, tiempos

de fraguado y densidad, estos resultados son comparados con los límites establecidos

en la norma NC-95:2001 que implanta los requisitos que deben cumplir los cementos

Portland que se utilizan en la construcción.

2.7.3 Consistencia normal.

La NC 524: 2007 establece que el método se emplea en la determinación de la cantidad

de agua requerida para preparar la pasta de cemento hidráulico a ensayar.

Para el mezclado mecanizado se emplean los siguientes instrumentos: Amasadora del

tipo epicíclico de acción electromagnética con dos velocidades controladas por medios

mecánicos (Fig. 2.8 (a). Anexo 1), paleta removible de acero inoxidable (Fig. 2.8 (b).


52

Anexo 1), recipiente removible con capacidad de 5 litros (Fig. 2.8 (c). Anexo 1), regla

metálica, balanza con sensibilidad de 0.01g, vidriera graduada, aparato de Vicat (Fig.

2.9 Anexo1).

La pasta de cemento se prepara según lo establecido en la presente norma. Se colocan

la paleta y el recipiente, se mezcla 650 g de cemento con agua y se deja absorber agua

durante 30 s. Se enciende la amasadora y se mezcla a velocidad lenta por 30s.

Luego se detiene el equipo, se raspa con la espátula y se incorpora el material adherido

a las paredes del recipiente a la mezcla.

Se mezcla nuevamente a velocidad rápida por un minuto con una precisión de ±1s.

Posteriormente se moldea la pasta de cemento en forma de bola y se proyecta de una

mano a la otra, una seis veces y se obtiene una masa esférica que puede ser

introducida fácilmente por la cavidad más ancha del anillo de Vicat (Fig.2.9 detalle G)

con una mínima cantidad de manipulaciones.

Posteriormente se coloca en el plato (Fig. 2.9 detalle H. Anexo 1) y se alisa por el

menor de los diámetros con varios toques de llana en posición oblicua.

Finalmente se centra el anillo en el plato, se coloca el extremo sumergible (Fig. 2.9

detalle C. Anexo 1), se fija el indicador movible (Fig.2.9 detalle F. Anexo 1) a la marca

de “0” de la escala y se libera inmediatamente la barra (Fig.2.9 Anexo 1). Se varía la

cantidad de agua hasta obtener (10 ± 1 mm) de penetración de la barra en unos 30s.

Cálculo de la consistencia normal:

(12)

A: Peso en gramos de la cantidad de agua que produce una pasta de consistencia

normal

650: peso en gramos de la cantidad de cemento

La consistencia normal del cemento analizado es de 25.4 %.


53

2.7.4 Tiempo de fraguado inicial y final.

La NC 524: 2007 establece que la muestra del ensayo utilizada en la determinación de

la consistencia normal puede ser usada para una determinación adicional del tiempo de

fraguado por la aguja Vicat mediante el procedimiento descrito a continuación:

Se moldea la muestra de ensayo e inmediatamente se pone dentro de la cámara o local

húmedo y se mantiene allí, excepto cuando se está realizando una determinación del

tiempo de fraguado. La muestra permanece en el molde cónico, soportado por el plato

de vidrio (Fig.2.9 detalle H. Anexo 1) a través de todo el período de ensayo.

Posteriormente se determina la penetración de la aguja de 1 mm, en ese momento y

durante los 15 min posteriores. Para el ensayo de penetración, baje la aguja de la barra

(Fig. 2.9 detalle D, barra B Anexo 1) hasta que descanse sobre la superficie de la

pasta de cemento.

Se aprieta el tornillo de fijación (Fig.2.9 detalle E, Anexo 1) y se fija el indicador (Fig. 2.9

detalle F, Anexo 1), junto a la parte superior de la escala, o se toma una lectura inicial.

Luego se libera rápidamente aflojando el tornillo de fijación, para permitir que la aguja

se hunda durante 30 s y mediante una lectura determinar la penetración. Si se observa

que la pasta de cemento está muy floja en las primeras lecturas, se retrasa la liberación

de la barra para evitar alguna flexión en la aguja. Las pruebas de penetración se hacen

a distancias de separación superiores a los 6.4 mm e inferiores a 9,5 mm del borde

interior del molde.

Finalmente se registran los resultados de todas las lecturas y por interpolación se

determina el tiempo para una penetración de 25 mm (tiempo de fraguado inicial).

El tiempo de fraguado final es cuando la aguja no se hunde visiblemente dentro de la

pasta de cemento.

Los tiempos de fraguado para el cemento P-350 analizado son:

Tiempo de fraguado inicial = 135 minutos

Tiempo de fraguado final = 3horas y 5 minutos


54

Los tiempos de fraguado inicial y final cumplen con las especificaciones de la NC-

95:2001 que establece un tiempo de fraguado inicial mínimo de 45 min y un tiempo de

fraguado final máximo de 10h.

2.7.5 Estabilidad de volumen por Le Chatelier

Según la NC 504:2007 la estabilidad de volumen se determina observando la

expansión volumétrica de la pasta de cemento de consistencia normal, indicada por el

desplazamiento relativo de dos agujas (Fig. 2.10 (a). Anexo 1).

La temperatura y las condiciones del laboratorio donde se prepara las probetas son las

mismas que las utilizadas en los ensayos de consistencia normal, fraguado inicial y

final; ambos ensayos se realizan paralelamente y para ello se utilizan los mismos

instrumentos.

Para el ensayo se emplea un molde de latón elástico, con agujas indicadoras y con

las dimensiones que se muestran en la (Figura 2.10 (a). Anexo 1) como refiere la

norma. Se confirma que la elasticidad del molde cumple con lo establecido, al

aplicársele una fuerza de 300g.

Se emplean además baño de maría y armario húmedo con temperatura de 23 ºC y

humedad relativa de 90 º aproximadamente.

El ensayo se realiza simultáneamente en dos probetas de la misma amasada de pasta

de cemento; se emplean además un par de placas de vidrio de diámetros superiores al

del aparto, las cuales fungen como tapa y base.

El aparato de Chatelier (aceitado con antelación), se coloca en una de las placas de

vidrio y se vierte la muestra amasada sin removerla ni compactarla, utilizando una regla

metálica para realizar el enrase.

Posteriormente se cubre el molde con la otra placa de vidrio ligeramente aceitada e

inmediatamente se coloca el aparato en el armario húmedo durante 24 horas a

(23 ± 1,7) ºC aproximadamente con humedad relativa mínima del 90%.

Luego al final del período de (24 ± 0,5) h, se mide la distancia (A) entre las puntas de


55

las agujas, con una precisión de 0,5 mm y se calienta entonces el molde gradualmente

hasta ebullición durante 30 min y se mantiene el baño a temperatura de ebullición

durante 3 h ± 5 min.

A continuación se deja enfriar el molde hasta (23 ± 1,7) ºC y se mide la distancia (C)

entre las puntas de las agujas, con una precisión de 0,5 mm. De cada probeta se

anotan las medidas A y C, y se calculan la diferencia C-A.

Finalmente se calcula la media de los dos valores de C-A, con una precisión de 0, 5

mm para obtener una correcta interpretación del posible riesgo de expansión tardía,

debido a la hidratación del óxido de calcio y magnesio libres.

El resultado de este ensayo para el cemento P-350 analizado es de 1.16 mm de

estabilidad volumétrica y cumple con la NC-95:2001 que establece, 10mm como

máximo.

2.7.6 Densidad

La NC 523:2007 refiere que la densidad del cemento hidráulico, es definida como la

masa de la unidad de volumen del sólido. Su utilidad particular está en relación con el

diseño y control de las mezclas de hormigón.

Para la realización del ensayo se emplean los siguientes instrumentos y soluciones:

frasco de Le Chatelier (Fig. 2.11, a. Anexo 1), baño de María (Fig. 2.11, b. Anexo 1) y

kerosén libre de agua.

Para determinar la densidad se llena el frasco entre 0 mL y 1 mL en el segmento

delgado que tiene en la parte inferior y se registra la primera lectura después de haber

sumergido el frasco en el baño de agua.

Luego se pesan 64g de cemento aproximadamente y se vierten en el frasco, una vez

realizado se gira el frasco con movimientos circulares para eliminar las burbujas de aire

dentro del recipiente y se toma lectura, después de sumergir el frasco en el Baño de

María.

La diferencia entre las lecturas inicial y final representa el volumen de líquido


56

desplazado por la masa del cemento usado.

La densidad del cemento se calcula de acuerdo a la fórmula siguiente:

(13)

Dónde:

: Densidad del cemento

Mc: Masa del cemento (g).

Vd: Volumen desplazado por la masa de cemento, (cm3).

La densidad de cemento P-350 analizado es de 3.11 g/cm3.

2.7.7 Ensayos mecánicos

Según la NC-506: 2013, el método comprende la determinación de las resistencias a

compresión y opcionalmente a flexión de probetas prismáticas, de dimensiones

normalizadas (40 mm x 40 mm x 160 mm).

El mortero elaborado es de tipo seco, con una parte de cemento y tres de Arena Natural

Silícea de granos redondeados, y una relación agua/cemento equivalente a 0.5. El

molde que contiene las probetas de tres compartimentos de dimensiones

anteriormente mencionadas (Fig. 2.12. Anexo 1), se conserva en atmósfera húmeda

durante 24 horas, y las probetas desmoldadas se sumergen inmediatamente en

agua hasta el momento de los ensayos de resistencia.

La compactadora empleada (Fig. 2.13 Anexo 1), cumple con los requisitos de la NC

506:2013, así como la mezcladora utilizada (Fig. 2.8. a).Anexo 1).

A la edad de 7 y 28 días, las probetas se retiran de su medio de conservación

húmedo, se rompen en dos mitades y cada mitad se somete al ensayo de resistencia a

compresión. El local de ensayo y las condiciones ambientales son las mismas que las

empleadas en los ensayos físicos del cemento. El método de cálculo expone los pasos

para determinar la resistencia a compresión. La resistencia a flexión no se tiene en

cuenta en este caso pues, según la norma es opcional.


57

La resistencia a compresión Rc, se calcula mediante la siguiente fórmula:

(14)

Dónde:

Rc: Resistencia a compresión (MPa).

1600= (40x40) mm2 es la superficie de los platos o placas auxiliares.

Fc: es la carga máxima de rotura (en N)

1 N/mm2= 1MPa

Los resultados de resistencia a compresión del cemento analizado (Tabla 2.7.7), a 7 y

28 días cumplen con lo establecido por la NC-95:2001:

Tabla 2.7.7 Resultados de resistencia a compresión del cemento P-350.

Edad del Ensayo (días)

Resistencia a la compresión en MPa

1 2 3 4 5 6 X

7 31.8 31.6 31.5 30.9 30.9 31.2 31.3

28 39.2 39.1 40.1 39.9 39.8 39.9 39.7

X: resistencia media

2.8 COMBINACIÓN DE ÁRIDOS MEDIANTE EL MÉTODO DEL RECTÁNGULO.

Teniendo en cuenta las granulometrías presentadas tanto por la arena natural y la

siderúrgica, se decidió utilizar este método gráfico, para obtener un árido combinado

con un comportamiento granulométrico lo más cercano posible a lo especificado por la

NC-251:2005 para áridos finos (Tabla 2.1 Anexo 2).

Para ello se resumió en una tabla (Tabla 2.8) las granulometrías de los áridos así como

las especificaciones que deben cumplir. Luego utilizando el programa AutoCAD se

construyó un cuadrado (Fig. 2.14), cuyos lados verticales se graduaron en % pasado

por cada material de manera ascendente de 0 a 100. Los lados horizontales también

graduados en % representan la proporción en que se pudieran combinar los áridos


58

involucrados en el análisis, de forma tal que valores para cada combinación deben

sumar 100%.

El objetivo es ir delimitando una zona dentro de la cual, tengamos una serie de posibles

combinaciones que cualquiera de ellas pudiera cumplir con las especificaciones. Para

ello primero, en las escalas verticales se marcan los valores de porciento pasado de los

dos áridos por cada tamiz y se unen con una recta, en este caso son rectas de color

azul.

Una vez hecho esto, se trabaja con los porcientos pasados indicados por las

especificaciones. Se traza una recta horizontal que pasa por los % pasados que indica

la norma, en este caso rectas de color rojo y luego mediante análisis se delimita la zona

donde se pueden tener las combinaciones adecuadas. (Rectas de color amarillo)

Ejemplo: Por el tamiz #4 el % pasado de arena es de 98% y el de escoria 99%, se

marca estos valores y se unen con una recta. En el caso del tamiz #4 se especifica por

norma un rango de 90 a 100% pasado, entonces se trazan rectas de color rojo

horizontales que pasan por 90 y 100%. Como la recta azul se encuentra entre las dos

rectas rojas esto quiere decir que cualquier combinación en % de estos dos áridos

cumplirá con lo establecido por la norma. Así se realiza este procedimiento para cada

uno de los tamices.

Tabla 2.8 Combinación de áridos por el método del rectángulo.

Tamices normados % pasado Especificaciones de

% pasado Arena de escoria Arena natural

⅜ 100 100 100

4 99 98 90-100

8 54 68 70-100

16 35 43 45-80

30 24 22 25-60

50 18 10 10-30

100 15 4 2-10


59

Figura 2.14 Método del rectángulo para combinar áridos.

Como resultado de la aplicación de este método se obtuvieron las posibles

combinaciones de escoria y arena para analizar:

- 20% de escoria y 80% de arena




Al realizarle a estas combinaciones el análisis granulométrico (Tablas 2.8.1 a, b, c, d

Anexo 2) y este ser comparado con las especificaciones de la NC-251:2005, se obtiene

como resultado que la combinación de, 20% de escoria y 80% de arena natural, es la

más cercana a las exigencias de la norma (Fig. 2.14.1 a) Anexo 1).

Por lo tanto se decide utilizar esta proporción de escoria y arena en el diseño de los

hormigones.


60

2.9 DISEÑO DE LAS DOSIFICACIONES DE HORMIGÓN MEDIANTE EL MÉTODO O´REILLY.

Para el diseño de las dosificaciones de hormigón, primero se determina la relación

optima de áridos finos y gruesos, eligiendo la que tenga menor porciento de vacío. En

este caso una relación de (20% de escoria y 80% de arena) y gravilla.

El primer paso para esto es calcular el peso unitario compactado de las siguientes

mezclas (PUCm) de gravilla y arena más escoria (A+E).

- PUCm (35% A+E: 65% Gravilla)=1700 Kg/M3






El segundo paso es calcular el peso específico corriente de las mezclas por la ecuación

#3 capítulo 1.

100

%*%* gPECgAPECaPEC m

- PECm (20% de escoria y 80% de arena)=2662 Kg/M3

- PECm (35% A+E: 65% Gravilla)= 2628 Kg/M3






61


El tercer y último paso es calcular el porciento de vacío para cada una de las mezclas,

por la ecuación #4 capítulo 1.

100* vacíode PorcentajePECm

PUCmPECm

- % vacío (35% A+E: 65% Gravilla)= 35.3%






Teniendo en cuenta los porcientos de vacío se escogieron las mezclas:

- 60% A+E: 40% Gravilla



Con las relaciones de áridos finos y gruesos definidos, la cantidad de agua se definió

por criterios de experiencia para un asentamiento aproximado de 9 cm.

Luego se determina la característica A de los áridos, partiendo de los resultaos

obtenidos de una dosificación con una relación agua cemento de w = 0.61, cantidad de

agua inicial (a= 215L), 350Kg de cemento, una resistencia a compresión a los 28 días

de 24MPa y una resistencia de cemento a 28 días de 350MPa.


62

Para un asentamiento de 9 cm en la tabla 1 del capítulo1: M1=4.0823 y M2=0.3472, con

una relación agua-cemento W = 0.61 en la tabla 2 capítulo 2 se busca V = 0.2147 y se

calcula la característica A de los áridos por la formula # 5 del capítulo 1.

5604.03472.02147.0*0823.4350

240

* 21 MVMR

RA

c

h

Con la característica A de los áridos se corrige la cantidad de cemento para obtener

una resistencia supuesta de 20 MPa, calculando V por la ecuación # 6 capítulo 1.

1647.00823.4

3472.05604.0*350

200

*

1

2

M

MAR

R

V c

h

Con el nuevo valor de V se entra en la tabla 2 del capítulo 1 y se obtiene un W = 0.67.

Como entonces .

a: cantidad de agua en litros , c :cantidad de cemento necesario en Kg

Con la cantidad de agua y cemento necesarios para obtener la resistencia planificada,

se procede a calcular la cantidad de arena y grava para 1m3 de del hormigón,

considerando que la suma de los volúmenes absolutos de los materiales componentes

es igual a 1000L por lo que:

(15)

(15.1)

Siendo:

C: Cantidad de cemento en peso.


63

C : Peso específico del cemento.

Var: volumen de los áridos (arena y grava) en litros.

Vag: volumen del agua en litros.

Vvacío: Volumen de poros en litros, se supone que para hormigones normales

constituyen el 2%, por el aire atrapado en el proceso de manipulación.

Sustituyendo en la ecuación 15.1:

C=321Kg, Vag=215L, C =3.11g/cm3, Vvacío=

El peso de los áridos combinados se despeja de la ecuación siguiente:

(16)

%A+E: Porciento de arena más escoria en la mezcla.

%G: Porciento de grava en la mezcla.

Var: Volumen de los áridos= 661.78L.

Par: Peso total de los áridos.

a : Peso específico de la mezcla de arena y escoria=2.66 g/cm3.

g : Peso específico de la grava=2.61 g/cm3.


64

Como se conocen los pesos específicos de los materiales y el volumen de los áridos, se

varían los porcentajes de las mezclas de los áridos en la ecuación #16 para obtener el

peso combinado de cada una.

2.9.1 Dosificaciones gravimétricas.

Con la combinación de 45% A+E y 55% gravilla se obtuvo un peso total de los áridos de

1741.98 Kg para 1m3 de hormigón, esto da una dosificación de:

- Cemento= 321Kg

- Agua= 215L

- Arena más escoria (A+E)= 1741.98 Kg 0.45 = 783.9 Kg

- Grava =1741.98 Kg 0.55 = 958.1Kg

Combinación de 60% A+E y 40% gravilla, peso total de los áridos=1746.95Kg.

- Cemento = 321Kg

- Agua = 215 L

- Arena más escoria (A+E) = 1746.95 Kg 0.60 =1048.17 Kg

- Grava =1746.95 Kg 0.40 = 698.78Kg

Combinación de 55% A+E y 45% gravilla, peso total de los áridos=1745.29 Kg.

- Cemento = 321Kg

- Agua = 215 L

- Arena más escoria (A+E) = 1745.29 Kg 0.55 = 959.9 Kg

- Grava =1745.29 Kg 0.45 = 785.38 Kg

2.10 ELABORACIÓN DE LA MUESTRA PARA EL DISEÑO DE HORMIGONES DE 20.0 MPA Y

DETERMINACIÓN DEL ASENTAMIENTO POR EL CONO DE ABRAMS.

Para la confección de las mezclas se emplea una hormigonera de 80L de capacidad

aproximadamente. Se calcula la cantidad de material necesario para 40dm3 en cada

dosificación, que equivalen a seis probetas.

Primero se deposita el árido grueso, luego el fino y la escoria, se le agrega

aproximadamente la mitad del agua, se mezclan los materiales por 30s y


65

posteriormente se le adiciona el cemento y el resto del agua, mezclando todo

nuevamente por un tiempo de dos minutos, dejándolo reposar un minuto cubriendo la

entrada de la hormigonera con un nylon. (E. Días; J. Acevedo; E. Martínez 1986)

Para determinar el asentamiento se emplea el Cono de Abrams. Según la NC -174:

2002 este método de ensayo se basa en determinar la consistencia del hormigón

fresco, a través de la comprobación de la disminución de la altura de una porción de la

mezcla fresca que ha sido moldeada y compactada en un recipiente en forma de cono

tunco. Este utensilio tiene una la altura de 30 cm, construido con chapa galvanizada, de

1.5 mm de grosor, con una base inferior de 20 cm de diámetro y una en la parte

superior de 10 cm, estas deben ser paralelas entre sí, la superficie interior debe ser

perfectamente lisa, y la exterior a 10 cm de la cara superior tendrá dos asas simétricas

una a cada lado (Fig. 2.15 Anexo1). Además se utiliza una varilla de compactación, lisa

de acero de sección circular, con un diámetro de 15.8 mm y longitud de 60 cm, con el

extremo redondeado.

Para realizar el ensayo el interior del molde debe estar completamente limpio, sin restos

de hormigón, este se humedecerá y se colocara en una superficie horizontal, plana y

nivelada previamente humedecida y no absorbente.

Se llena el molde rápidamente con hormigón en tres capas, cada una aproximadamente

un tercio del volumen del cono. Se compacta cada capa con veinticinco golpes cada

una con la varilla de compactación. Después de compactada la capa superior, se

enrasa con la varilla haciéndola rodar por el borde superior del molde.

Posterior mente, se extrae el molde rápidamente y con cuidado, con un movimiento

vertical firme, sin que se produzcan movimientos laterales o torsión. Inmediatamente

luego de la extracción este se colocará junto a la muestra de hormigón y se medirá el

asentamiento con una cinta métrica, determinando la diferencia entre la altura del molde

y la de un punto promedio de la muestra (Fig. 2.16 Anexo 1).

Para la combinación de 45% de arena más escoria y 55% de gravilla, con la cantidad

de agua empleada en proporción a 215 L, el asentamiento fue de 120 mm lo que


66

clasifica según la NC-120:204 (Tabla. 2.9 Anexo 2) como una mezcla blanda y se pasa

de lo planificado (90 mm, mezcla plástica).


de agua empleada en proporción a 215 L, el asentamiento fue de 50 mm lo que

clasifica según la NC-120:204(Tabla. 2.9 Anexo 2) como una mezcla plástica.


de agua empleada en proporción a 215 L, el asentamiento fue de 20 mm lo que clasifica

según la NC-120:204 (Tabla. 2.9 Anexo 2) como una mezcla seca, para lograr el

asentamiento de diseño (90 mm) se le aumentó a la mezcla 1.25L de agua, lo que

repercutiría en la dosificación original un incremento de 31litros.

2.11 ELABORACIÓN DE LAS PROBETAS PARA ENSAYOS.

Para la elaboración de las probetas se siguió lo especificado en la NC-221:2002. Se

utilizaron moldes metálicos de forma cilíndrica con un diámetro de 15 cm y altura de 30

cm. Previamente al llenado, los moldes fueron limpiados e impregnados con grasa para

facilitar el desmolde. El lugar del moldeo fue a la sombra, en una superficie plana y

horizontal.

Cada molde fue llenado con tres capas, cada una de aproximadamente un tercio de su

volumen, estas fueron compactadas con una varilla de compactación aplicándole

veinticinco golpes a cada una (Fig. 2.17 Anexo 1).

Después de que las capas superiores fueron compactadas se enrasaron con la varilla

haciéndola rodar por el borde superior del molde. El acabado de la superficie se realizó

con una regla metálica. Se desencofró las probetas a las 24 horas, (Fig. 2.18 Anexo 1),

luego se trasladaron al tanque de curado en el que permanecieron hasta la edad de los

ensayos.

2.12 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN AXIAL.

La resistencia a la compresión simple (Tabla 2.11), que se emplea en el diseño y

cálculo de elementos estructurales, es determinada por los resultados de los ensayos

de control de las probetas normalizadas, sometidas a compresión axial mediante una


67

prensa hidráulica y se define por la expresión estadística de resistencia característica.

Para este ensayo se analizaron tres probetas de cada tipo a la edad de 7 y 28 días.

Tabla 2.11 Resistencia a compresión de las probetas cilíndricas.

Tipos de probetas.

7 días 28 días

R´b1 R´b2 R´b3 R´bs R´b1 R´b2 R´b3 R´bs

P-1 24.9 22.6 19.8 22.4 29.7 28.3 25.5 27.8

P-2 22.1 21.5 20.9 21.5 26 25.5 24.9 25.5

P-3 22.8 22.6 22.1 22.5 29.4 28.3 27.2 28.3

R´bi: Resistencia a compresión de cada una de las probetas ensayadas (MPa).

R´bs: Resistencia a compresión media de las series de probetas (MPa).

Las probetas fueron marcadas según la combinación de áridos empleada para su

elaboración:

- Muestra P-1: 45% de arena más escoria y 55% de gravilla.



De forma general en la tabla 2.12 se hace un resumen del estudio de dosificación

realizado en la investigación. En la misma se plasman las dosificaciones gravimétricas,

volumétricas y las dosificaciones en proporción para el hormigón de 20 MPa.

Tabla 2.12 Dosificación para hormigones de 20.0 MPa con sustitución de 20% de árido

fino natural por escoria siderúrgica de la fábrica ACINOX de Las Tunas.

Combinación R´bk Esp.

(MPa)

Marca del

cemento

Asenta-

miento (cm)

Dosificación Cemento

Arena - Escoria

Piedra Agua

45% arena más escoria y

55% de piedra

20.0 P-350 12 Dosificación gravimétrica

(Kg/m3)

321 783.9 958.1 215

Dosificación volumétrica

(m3/m

3)

0.103 0.295 0.367 0.215

Dosificación en proporción

1 2.9 3.6 0.67

60% arena más escoria y

20.0 P-350 5 Dosificación gravimétrica

321 1048.17 698.78 215


68

40% de piedra (Kg/m3)

Dosificación volumétrica (m

3)

0.103 0.394 0.268 0.215


1 3.80 2.60 0.67

55% arena más escoria y 45%

de piedra

20.0 P-350 9 Dosificación gravimétricas

(Kg/m3)

321 959.9 785.38 246

Dosificación volumétrica (m

3)

0.103 0.361 0.301 0.246


1 3.50 2.90 0.77

CONCLUSIONES PARCIALES DEL CAPÍTULO

A partir del análisis de los resultados podemos concluir:

1. Los estudios fisicoquímicos demuestran que el comportamiento de la escoria

negra procedente de la fábrica productora de acero ACINOX de Las Tunas,

tratadas como áridos fino, comparado con las normas cubanas, es similar al de

los áridos naturales, teniendo un peso específico superior, granulometría

continua, menor porciento de absorción, un módulo de finura acorde a lo

establecido, no presentan partículas de arcillas, el porciento de material que

pasa a través del tamiz 0.074 mm (No.200) se encuentra dentro los limites

permisible y la concentración de metales pesados están por debajo de los

límites de la legislación europea.

2. Se considera que la aplicación de este material es variada, lo que permite

catalogarlas como materia prima alternativa para la elaboración de hormigones

estructurales.


69

3. Mediante el método para combinar áridos; del rectángulo, se obtuvieron cuatro

combinaciones de escoria y arena, a estas se les realizó el análisis

granulométrico comparándolo con las especificaciones de la NC-251:2005,

obteniéndose como resultado que la combinación de 20% de escoria y 80% de

arena natural, es la que más cercana a las exigencias de la norma, por lo que se

decidió utilizarla en el diseño de los hormigones.

4. Se proyectó un hormigón, para obtener un valor de resistencia de 20.0 MPa, en

el cual utilizando el método experimental de Vitervo O´Reilly se seleccionaron

tres diseños de combinaciones de áridos finos y gruesos, con el fin de comprobar

el comportamiento de la escoria en diferentes cantidades dentro del hormigón.

5. Las tres muestras ensayadas a compresión axial, a los siete y veintiocho días,

presentaron resistencias equivalentes y superiores a lo proyectado para las

edades ensayadas, llegando a la conclusión que las tres combinaciones son

válidas para su utilización.

Conclusiones Generales

70

CONCLUSIONES GENERALES

Como resultado de esta investigación, pudo arribarse a las conclusiones

generales siguientes:

1. Los estudios realizados a la escoria siderúrgica procedente de la planta ACINOX

de Las Tunas siendo tratadas como arenas, indican que estas presentan

características positivas para ser usadas como agregado o sustitutos de los

áridos finos en hormigones de hasta 20.0 MPa.

2. Se logra demostrar con resultados efectivos que las tres muestras de mezclas de

hormigón analizadas presentan adecuada resistencia ante los esfuerzos a

compresión, alcanzando valores entre 21.5 y 22.5 MPa a 7 días y 28.3 MPa a

los 28 días.

3. La aplicación de las escorias en hormigones reduce el consumo de árido fino en

un 20 %, esto propicia un impacto económico positivo en las obras que requieren

elementos estructurales de hasta 20.0 MPa.

4. Con la propuesta de utilización de la escoria negra de ACINOX las Tunas para la

producción de hormigones en la construcción se reduce el daño medio ambiental

provocado por este elemento, además de ser una alternativa para la fabricación

de hormigones en la construcción.

Recomendaciones

71

RECOMENDACIONES

1. Estudiar el comportamiento de la escoria en hormigones estructurales de

resistencia superiores a 20.0 MPa y de elevado desempeño.

2. Analizar la posibilidad de utilización de una proporción mayor a un 20% de

escorias siderúrgicas como sustituto de árido fino y como árido grueso en

hormigones estructurales.

3. Generalizar el estudio del comportamiento de las escorias siderúrgicas con

áridos naturales de otras canteras de la provincia de Holguín y Las Tunas.

4. Validar las propuestas de dosificaciones presentadas, dentro de la producción de

hormigón de 20 MPa en las diferentes empresas constructoras del MICONS.

Referencias bibliográficas

72

REFERENCIAS BIBLOGRÁFICAS

1. Amaral de Lima, Luciana (1999): Hormigones con escoria de horno eléctrico como áridos:

Propiedades, durabilidad y comportamiento ambiental. Tesis de doctorado. Universidad

Politécnica de Barcelona.

2. Marrero Rodríguez, Mireya Solange. (2011): Empleo de las Escorias de acería como

árido en la fabricación de morteros. Tesis de maestría. ISPAJE.

3. VI Congreso del Partido Comunista de Cuba: (2011). Lineamientos de la política

económica y social del Partido y la Revolución.

4. Srinivas, (1987). Uso de escorias oxidantes de horno básico de arco para producción de

hormigón.

5. Luxán, (1995). Tipificación de escorias producidas por la siderurgia de horno eléctrico.

como material utilizable en la construcción.

6. Bäverman y Aran, (1996).Estudio del potencial de utilización de escoria de horno eléctrico

como árido en hormigón.

7. Geyer, (1997). Utilización de escorias de acería como sustitución al cemento portland.

8. Díaz Brito, Nelson (2000). Caracterización de las escorias de acería de la empresa

metalúrgica antillana de acero José Martí de La Habana para su empleo como árido y

adición de morteros, hormigones y productos de la construcción.

9. Nieves R, Leandro (2013). Evaluación de una muestra de dosificación de mortero

convencional, con una dosificación de mortero con escoria de ACINOX Las Tunas como

sustituyente del cemento Portland.

10. O´Reilly Díaz, Viterbo A (2013). Métodos para dosificar hormigones de elevado

desempeño.

11. Acevedo Catá J.; Martínez Lobeck E.; Rodríguez Díaz E.; Balbosa Amat E (1985):

Materiales de Construcción. Departamento de Geotecnia y Materiales de Construcción.

ISPAJE.

Referencias bibliográficas

73

12. Proénza P, Carlos (2014). Aplicación de las escorias siderúrgicas como áridos en la

fabricación de morteros.

13. EHE (1999): Instrucción de hormigón estructural. Comisión Permanente del Hormigón.

Madrid.

14. Ortega López Vanesa (2011). Aprovechamiento de escorias blancas (LFS) Y negras

(EAFS) de acería eléctrica en la estabilización de suelos y en capas de firmes de caminos

rurales. Tesis de Doctorado. Universidad de Burgos.

15. Font. Xiomara (2009).Utilización del residual de la fábrica de baldosa como materia prima

para la construcción.

Bibliografía

74

BIBLIOGRAFÍA

1. Amaral de Lima Luciana (1999): Hormigones con escoria de horno eléctrico como

áridos: Propiedades, durabilidad y comportamiento ambiental. Tesis de doctorado.

Universidad Politécnica de Barcelona.

2. Acevedo Catá J.; Martínez Lobeck E.; Rodríguez Díaz E.; Balbosa Amat E (1985):

Materiales de Construcción. Departamento de Geotecnia y Materiales de

Construcción. ISPAJE.

3. Bäverman y Aran, (1996). Estudio del potencial de utilización de escoria de horno

eléctrico como árido en hormigón

4. Centros de Estudios de Experimentación y Obras Públicas (CEDEX) (2007):

Actualización del catálogo de residuos utilizables en la construcción. España.

5. Consejo Nacional de Producción Limpia (CPL) y ASIMET. (2006): Guía Técnica para

el Manejo de Escorias de Fundiciones. Disponible: www.producciónlimpia.cl

6. Díaz Brito, Nelson (2000). Caracterización de las escorias de acería de la empresa

metalúrgica antillana de acero José Martí de La Habana para su empleo como árido y

adición de morteros, hormigones y productos de la construcción.

7. Decreto 104/2006, (2006): Valorización de escorias en la Comunidad Autónoma de

Cantabria. BOC - Número 206.Pág 12727. España.

8. E. Días; J. Acevedo (1986). Prácticas de materiales de construcción.

9. EHE (1999).Instrucción de hormigón estructural. EHE. Comisión Permanente del

Hormigón, Madrid.

10. EN 1744-1:1998: Áridos para hormigones. Asociación Española de Normalización y

Certificación (AENOR), Madrid.

11. Font. Xiomara (2009).Utilización del residual de la fábrica de baldosa como materia

prima para la construcción.

Bibliografía

75

12. George, C. M. y Sorrentino, F. P. (1980). Valorization of basic oxygen Steel slags. In 7e

Congres International de la Chimie des Ciments, vol. II, pág.III-140, Paris.

13. George, C. M. y Sorrentino, F. P. (1982). New concrete based on oxygen Steel slag

containing alumina. Silicates Industriels, (3).

14. Geyer, (1997). Utilización de escorias de acería como sustitución al cemento portland.

15. Hooton, R. D. y Emery, J.J. (1983): Glass content determination and strength

development predictions forvitried blast furnace slag. In Proceedings of the

CANMET/ACI1 st Int. Conf. On the use of yash, silica fume, slag and other mineral by-

products in concrete, num. 79, Canada. ACI-SP. ACI-SP-79.

16. Jiménez Montoya Pedro, García Meseguer Álvaro y Morán Cabré Francisco. (2000):

Hormigón Armado.14 ta Edición ajustada a EHE y al euro código, España.

17. Luxán, (1995). Tipificación de escorias producidas por la siderurgia de horno eléctrico.

como material utilizable en la construcción.

18. Nieves R, Leandro (2013). Evaluación de una muestra de dosificación de mortero

convencional, con una dosificación de mortero con escoria de ACINOX Las Tunas

como sustituyente del cemento Portland.

19. O´Reilly Díaz, Viterbo A (2013). Métodos para dosificar hormigones de elevado

desempeño.

20. Oficina Nacional de Normalización NC 504:2013. Cemento hidráulico. Método de

ensayo. Determinación de la estabilidad de volumen.

21. Oficina Nacional de Normalización NC-671: 2008. Áridos. Toma de muestras.

22. Oficina Nacional de Normalización NC-178:2002. Áridos. Análisis Granulométrico.

23. Oficina Nacional de Normalización NC-179:2002 Áridos. Determinación del contenido

de partículas de arcillas. Método de ensayo.

24. Oficina Nacional de Normalización NC-181:2002 Áridos. Determinación del peso

Volumétrico. Método de ensayo.

Bibliografía

76

25. Oficina Nacional de Normalización NC-182:2002.Determinación del material más fino

que el tamiz 0.074mm (No.200). Método de Ensayo.

26. Oficina Nacional de Normalización NC-185:2002. Arena. Determinación de impurezas

orgánicas. Método de ensayo.

27. Oficina Nacional de Normalización NC-186:2002. Arena. Peso específico y absorción

de agua. Método de ensayo.

28. Oficina Nacional de Normalización NC-177: 2002. Áridos. Determinación del porciento

de huecos.

29. Oficina Nacional de Normalización NC-251:2005. Áridos para hormigones hidráulicos.

Requisitos.

30. Oficina Nacional de Normalización NC-187:2002. Árido grueso. Peso específico y

absorción de agua.

31. Oficina Nacional de Normalización NC- 190:2002. Árido grueso. Determinación del

índice de triturabilidad.

32. Oficina Nacional de Normalización NC-95:2001. Cemento Portland. Especificaciones.

33. Oficina Nacional de Normalización NC-504:07. Cemento hidráulico. Método de

ensayo. Determinación de la estabilidad de volumen.

34. Oficina Nacional de Normalización NC 523:2007. Cemento hidráulico. Método para

determinación de la densidad.

35. Oficina Nacional de Normalización NC-506:2013.Cemento hidráulico. Método de

ensayo. Determinación de la resistencia mecánica

36. Oficina Nacional de Normalización NC-524:07.Cemento hidráulico. Método de ensayo.

Determinación de la consistencia normal y tiempo de fraguado por aguja.

37. Oficina Nacional de Normalización NC-991:2013.Áridos.Términos y Definiciones

38. Oficina Nacional de Normalización NC-120:2004. Hormigón hidráulico.

Especificaciones.

Bibliografía

77

39. Oficina Nacional de Normalización NC -174: 2002. Hormigón fresco. Determinación del

asentamiento.

40. Oficina Nacional de Normalización NC-221:2002. Hormigón. Elaboración de probetas

para ensayos.

41. Ortega López Vanesa (2011): Aprovechamiento de escorias blancas (LFS) Y negras

(EAFS) de acería eléctrica en la estabilización de suelos y en capas de firmes de

caminos rurales. Tesis de Doctorado. Universidad de Burgos.

42. Proénza P, Carlos (2014). Aplicación de las escorias siderúrgicas como áridos en la

fabricación de morteros.

43. Rubio, A. R. y Carretero, J. G. (1991): La aplicación de las escorias de acería en

carreteras. Ingeniería Civil.

44. Ruiz-Cuevas López-Parra, F.; Ibarzabal, J.L. (1988): Presentación del producto

escoria-escoria. Materiales básicos, fabricación, características y propiedades.

Jornadas sobre Escorias Tratadas. Oviedo, noviembre, 1988.

45. Srinivas, (1987). Uso de escorias oxidantes de horno básico de arco para producción

de hormigón.

46. Sociedad Pública de Gestión Ambiental, IHOBE, S.A. (1999): Libro Blanco de

Minimización de Residuos y Emisiones de Escorias de Acería. Departamento de

Ordenación del Territorio, Vivienda y Medio Ambiente del Gobierno Vasco.

47. Solange Mireya (2011): Empleo de las Escorias de acería como árido en la fabricación

de morteros. Tesis de maestría. ISPAJE.

48. Turner-Fairbanks Highway Research Center and Federal Highway Administration

(2002): User Guidelines for waste and by product materials in pavement construction.

49. UNE EN 15167: 2008. Escorias granuladas molidas de horno alto para su uso en

hormigones, morteros y pastas. Asociación Española de Normalización y Certificación

(AENOR). Madrid.

Bibliografía

78

50. UNE EN 15167:2008.Escorias granuladas molidas de horno alto para su uso en

hormigones, morteros y pastas. Asociación Española de Normalización y Certificación

(AENOR).Madrid.

51. UNE-EN 197-1: (Diciembre, 2000). Cemento. Parte 1: Composición, especificaciones y

criterios de conformidad de los cementos comunes. Asociación Española de

Normalización y Certificación (AENOR).Madrid.

52. VI Congreso del Partido Comunista de Cuba: (2011). Lineamientos de la política

económica y social del Partido y la Revolución.

Anexos

79

ANEXOS

ANEXO 1

Figura 1 Esquema general de funcionamiento del Horno alto.

Figura 2 Esquema general de horno de arco eléctrico. (IHOBE, S.A; 1999).

Anexos

80

Figura 2.1 Relleno sanitario.

Figura 2.2 Toma de muestras.

Anexos

81

Figura 2.4 Determinación del material más fino que el tamiz de 0,074 mm (No. 200)

Figura 2.5 Determinación de pesos específicos y absorción de agua.

Anexos

82

a) b) c)

Figura 2.8 Amasadora Epicíclica con sus accesorios.

a) Mezcladora b) Paleta c) Recipiente metálico

Figura 2.9 Aparato Vicat dispuesto para la determinación de los tiempos de fraguado.

Anexos

83

a)

b)

c)

Anexos

84

Figura 2.10 Aparato de Le Chatelier para la determinación de la estabilidad de

volumen.

a) Aparato de Le Chatelier

b) Disposición de la agujas para el moldeo.

c) Ensayo de estabilidad de volumen

a) Frasco de Le Chatelier b) Baño de María

Figura 2.11 Determinación de la densidad del cemento.

Anexos

85

Figura 2.12 Molde normalizado para pruebas mecánicas de cemento.

Figura 2.13 Compactadora.

Anexos

86

a)

b)

Anexos

87

c)

d)

Anexos

88

Figura 2.14.1 Comportamiento de las distintas combinaciones de escoria siderúrgica más arena de Candelaria.

a) 20% de escoria y 80% de arena

b) 25% de escoria y 75% de arena

c) 30% de escoria y 70% de arena

d) 40% de escoria y 60% de arena

Figura 2.15 Cono de Abrams.

Anexos

89

Figura 2.16 Medición del asentamiento por el cono de Abrams.

Figura 2.17 Elaboración de las probetas.

Anexos

90

Figura 2.18 Marcado de las probetas.

Anexos

91

ANEXO 2

Tabla 1.4.1 Composición química de escorias de alto Horno.

Ca O 38 – 42 %

SiO2 32 – 37 %

MgO 7 – 9 %

Al2 O3 10 – 14 %

S <1 %

FeO 0,4 – 0,8 %

MnO 0,2 – 0,6 %

TiO2 0,3 – 0,5 %

Índice de basicidad (Ib) ≤ 1,2 %

Índice basicidad simple (Ibs) ≤ 1,3 %

Producción de escoria arrabio 306 kg/t de arrabio

Tabla 1.4.2 Composición química media de las escorias LD

Tabla 1.4.3.1 Componentes representativos de las escorias negras.

Ca O Si O Fe O Mg O Cr O Ti O

(27-37%) (11-25%) (3-25%) (4-11%) (0.6-4%) (0.25-1.6%)

Tabla 1.4.3.2 Composición de las escorias blancas de acería en España.

Anexos

92

Tabla 2.1 Limites granulométricos para áridos finos empleados en hormigones hidráulicos.

Tabla 2.6.2 Límites granulométricos para áridos gruesos de fracción 25-5mm empleados en hormigones hidráulicos.

Limites nominales de la fracción (mm)

Abertura de malla de tamices normalizados (mm)

% Pasado

25 - 5

38.1 100

25.4 90-100

12.7 25-60

4.76 0-10

2.38 0-5

Tabla 2.8.1 a) Análisis granulométrico de combinación 20% escoria y 80% arena.


Tamiz mm Parcial Acumulativo Acumulativo Pasado

⅜ 9.52 0 0 0 100

4 4.76 8 8 2 98

8 2.38 154 162 32 66

16 1.19 135 297 59 41

30 0.59 94 391 78 22

50 0.295 57 448 90 10

100 0.149 25 473 95 5

F

27 500

Anexos

93

Tabla 2.8.1 b) Análisis granulométrico de combinación 25% escoria y 75% arena.



⅜ 9.52 0 0 0 100

4 4.76 10 10 2 98

8 2.38 167 177 35 63

16 1.19 141 318 64 36

30 0.59 89 407 81 19

50 0.295 42 449 90 10

100 0.149 20 469 94 6

F

31 500

Tabla 2.8.1 c) Análisis granulométrico de combinación 30% escoria y 70% arena.



⅜ 9.52 0 0 0 100

4 4.76 12 12 2 98

8 2.38 169 181 36 61

16 1.19 123 304 61 39

30 0.59 80 384 77 23

50 0.295 44 428 86 14

100 0.149 29 457 91 9

F 43 500

Tabla 2.8.1 d) Análisis granulométrico de combinación 40% escoria y 60% arena.



⅜ 9.52 0 0 0 100

4 4.76 2 2 0 100

8 2.38 187 189 38 62

16 1.19 123 312 62 38

30 0.59 87 399 80 20

50 0.295 47 446 89 11

100 0.149 23 469 94 6

F 31 500

Anexos

94

Tabla 2.9 Tipos de asentamiento por el Cono de Abrams

ANEXO 3

Cálculo del peso volumétrico

Calibración del recipiente

Se llena el recipiente con agua a temperatura ambiente y se tapa con una pieza de

vidrio perfectamente plano para eliminar las burbujas y el exceso de agua.

Luego se determina el peso neto del agua en el recipiente, con exactitud de + / - 0.1 %.

Posteriormente se mide la temperatura del agua y se determina su peso volumétrico

utilizando los valores indicados en la Tabla 2. Variación del peso volumétrico del agua

con la temperatura. En caso de ser necesario, se interpola.

Finalmente se calcula el factor de calibración o el inverso del volumen del recipiente (1 /

V) dividiendo el peso volumétrico del agua entre el peso de agua necesario para llenar

el recipiente.

Procedimiento

Se determinara el peso neto del árido contenido en el recipiente, luego se obtiene el

peso volumétrico (suelto o compactado), multiplicando el peso neto por el factor de

calibración calculado según lo explicado en el apartado Calibración del recipiente,

expresando el resultado en kg/ m3. Los resultados se aproximan hasta la milésima, no

difieren en más de 1%.

Anexos

95

Tabla1.Dimensiones de los recipientes recomendados para el ensayo (NC 181:2002)

Tabla 2. Variación del peso volumétrico del agua con la temperatura (NC 181:2002)

ANEXO 3.1

Peso específico corriente

El peso específico de las partículas saturadas de agua y con la superficie seca,

incluyendo en el volumen los poros accesibles al agua y los no accesibles, se calcula

aplicando la formula siguiente:

PEC: Peso específico corriente.

A: Peso en gramos de la muestra secada en la estufa.

B: Peso en gramos de la muestra saturada con superficie seca.

C: Peso en gramos del frasco lleno con agua.

Anexos

96

C1: Peso en gramos del frasco con la muestra y agua hasta la marca del enrase.

Peso específico saturado

El peso específico de las partículas saturadas de agua y con la superficie seca,

incluyendo en el volumen los poros accesibles al agua y los no accesibles, se calcula

aplicando la formula siguiente:

Dónde:

PES: Peso específico saturado.




Peso específico aparente

El peso específico de las partículas desecadas incluyendo en el volumen sólo los poros

inaccesibles al agua, se calcula aplicando la formula siguiente:

Dónde:

Peso específico aparente.




El porciento de agua absorbida por la arena seca, se calculará aplicando la fórmula

siguiente:

Anexos

97

Dónde:

%: porciento de agua absorbida.



ANEXO 3.2

Método de cálculo de pesos específicos para áridos gruesos.

Peso específico corriente

A =Peso en el aire de la muestra seca en la estufa (g)

B= Peso en el aire de la muestra saturada y superficialmente seca (g)

C= Peso en el agua de la muestra saturada (g)

Peso específico saturado



Peso específico aparenta

A =Peso en el aire de la muestra seca en la estufa (g)


Absorción de agua


A = Peso en el aire de la muestra seca en la estufa (g)

Anexos

98

ANEXO 4

Análisis de Eco toxicidad de las escorias de la Empresa Siderúrgica José Martí

Método experimental de análisis de lixiviación y toxicidad.

El método de lixiviación está basado en la disolución de una muestra solida con ácido

acético 0,5 M durante 24horas.

Los resultados del análisis de la toxicidad de las escorias (blanca y negra) mediante un

test de lixiviación efectuado en el laboratorio del CENIM se puede observar en la Tabla

6.

Tabla 6 Resultados del análisis de la toxicidad de las escorias (blanca y negra).

Para conocer los límites máximos permisibles de elementos que son dañinos al medio

ambiente se consultó con la Legislación Europea actual y se compararon con los

resultados obtenidos en nuestra prueba de Toxicidad. La Tabla 7 muestra los límites

máximos de metales pesados en licores lixiviados de algunos elementos según esta

Legislación Europea (CEE).

Tabla 7. Límites máximos permisibles según la Legislación Europea (CEE) actual

Anexos

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Podemos observar que los resultados de la prueba de toxicidad son considerablemente

inferiores a los límites permisibles según esta Legislación (CEE), lo que indica que las

escorias nacionales son medioambientalmente aceptables de utilizar sin que ello

implique una afectación al medio ambiente (Solange, M.; 2011).

Este factor es muy importante y prioritario en la situación actual, más cuando en nuestro

caso proyectamos la posible utilización de las escorias del proceso de HAE-HC, de

forma general en ciertas aplicaciones, lo cual deberá hacerse en condiciones medio

ambientalmente seguras.

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