VIABILIDAD TÉCNICA PARA LA ELABORACIÓN DE CONCRETO ...
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1 VIABILIDAD TÉCNICA PARA LA ELABORACIÓN DE CONCRETO ESTRUCTURAL CLASE D REEMPLAZANDO CANTIDADES ESPECÍFICAS DE CEMENTO POR RESIDUOS DE MAMPOSTERÍA DERIVADO DE DEMOLICIONES JULIAN DARIO FAJARDO NUÑEZ OSCAR JULIAN MORENO CARRAZCO UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS FACULTAD INGENIERÍA CIVIL BOGOTA D.C. 2018
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VIABILIDAD TÉCNICA PARA LA ELABORACIÓN DE CONCRETO ESTRUCTURAL CLASE D REEMPLAZANDO CANTIDADES ESPECÍFICAS DE
CEMENTO POR RESIDUOS DE MAMPOSTERÍA DERIVADO DE DEMOLICIONES
JULIAN DARIO FAJARDO NUÑEZ
OSCAR JULIAN MORENO CARRAZCO
UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS
FACULTAD INGENIERÍA CIVIL
BOGOTA D.C.
2018
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VIABILIDAD TÉCNICA PARA LA ELABORACIÓN DE CONCRETO ESTRUCTURAL CLASE D REEMPLAZANDO CANTIDADES ESPECÍFICAS DE
CEMENTO POR RESIDUOS DE MAMPOSTERÍA DERIVADO DE DEMOLICIONES
JULIAN DARIO FAJARDO NUÑEZ
OSCAR JULIAN MORENO CARRAZCO
Trabajo de grado presentado como requisito para optar título de Ingeniero civil
Director del proyecto
Ing. Rafael Pérez Marta
Par académico
Ing. Ferney Peña
UNIVERSIDAD SANTO TOMAS
FCULTAD INGENIERIA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2018
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NOTA DE ACEPTACIÓN:
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Firma presidente del jurado
__________________________
Firma del jurado
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Firma del jurado
Bogotá D.C. de 2018
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DEDICATORIA
Dedico este trabajo principalmente a Dios, por haberme dado la vida y permitirme
el haber llegado hasta este momento tan importante de mi formación profesional.
A mi madre, por ser el pilar mas importante y por demostrarme siempre su cariño y
apoyo incondicional sin importar nuestras diferencias de opiniones. A mi padre,
por siempre estar en todos los momentos felices y difíciles en mi vida, por ser un
gran ejemplo de perseverancia y dedicación. A mi familia y amigos, porque son
parte fundamental en mi vida, se han convertido en mi apoyo condicional. Sin
ningún de ellos no hubiéramos logrado esta meta. GRACIAS.
Oscar Julian Moreno Carrazco
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DEDICATORIA
Al creador de todas las cosas, el que me ha dado fortaleza para continuar ante
todas las adversidades que me ha puesta la vida; por ello, con toda la humildad
que de mi corazón puede emanar, dedico primeramente mi trabajo a Dios.
De igual manera, dedico este trabajo de grado a mi madre que ha sabido
formarme con buenos sentimientos, hábitos y valores, lo cual me ha ayudado a
salir adelante en los momentos más difíciles.
Julian Darío Fajardo Núñez
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AGRADECIMIENTOS
Agradecemos en primera instancia a Dios por guiarnos este largo camino y darnos
fuerzas para superar los obstáculos y dificultades que nos ha puesto la vida.
A nuestros padres por apoyarnos en todo momento y ser parte fundamental en
nuestras vidas.
A nuestros amigos por las alegrías y metas que hemos cumplido en lo largo de
nuestra carrera.
A el ingeniero Rafael Pérez Marta por habernos guiado y supervisado en el
transcurso de la ejecución de nuestro trabajo de grado.
A el laboratorista Juan Carlos por habernos guiado, enseñado en el transcurso de
nuestro trabajo de grado.
A el laboratorio Misael guerra por habernos acogido y prestar los servicios para la
ejecución de nuestro trabajo de grado.
Gracias a todas las personas que ayudaron directa e indirectamente en la
realización de este proyecto.
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CONTENIDO
LISTA DE TABLAS ................................................................................................. 9 LISTA DE FIGURAS ............................................................................................. 12 LISTA DE GRAFICAS ........................................................................................... 13 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 14 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................. 15 2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 16 3. OBJETIVOS ...................................................................................................... 18 3.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................... 18 3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................... 18 4. MARCO REFERENCIAL ................................................................................... 19 4.1. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 19 4.1.1. Cemento ...................................................................................................... 21 4.1.2. Agregados gruesos ................................................................................... 23 4.1.3. Agregados Finos ........................................................................................ 25 4.1.4. Agua ............................................................................................................ 27 4.2. MARCO CONCEPTUAL ................................................................................. 28 4.3. MARCO NORMATIVO.................................................................................... 31 4.4. ESTADO DEL ARTE ...................................................................................... 33 5. METODOLOGÍA Y ENSAYOS REALIZADOS .................................................. 42 5.1. Humedad ........................................................................................................ 42 5.2. Granulometría agregado fino y grueso. ...................................................... 44 5.3. Masas unitarias ............................................................................................. 53 5.4. Aborción agregados finos y gruesos ............................................................... 56 5.5. Desgaste. ........................................................................................................ 59 5.6. Densidad cemento y el polvo de ladrillo. .................................................... 61 5.7. Materia orgánica (agregado fino). ............................................................... 62 6. DISEÑO DE MEZCLA ....................................................................................... 65 6.1. Método ACI 211 ............................................................................................. 65 6.1. Método Walker .............................................................................................. 75 7. ANÁLISIS Y RESULTADOS ............................................................................. 83 8. CONCLUSIONES .............................................................................................. 96 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 99 RECOMENDACIONES .......................................................................................... 98
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Porcentajes típicos de intervención de los óxidos. ................................... 21
Tabla 2. Composición mineralógica y química de la grava. ................................... 23
Tabla 3. Composición mineralógica y química del agregado fino. ......................... 25
Tabla 4. Normas ensayos. ..................................................................................... 31
Tabla 5. Normas aplicadas para el desarrollo de la investigación. ........................ 31
Tabla 6. Humedad natural agregado fino y grueso. ............................................... 42
Tabla 7. Granulometría No.1 agregados finos. ...................................................... 44
Tabla 8. Sistema clasificación USCS. .................................................................... 46
Tabla 9. Granulometría No.2 agregados finos. ...................................................... 47
Tabla 10. Granulometría No.1 agregado grueso.................................................... 49
Tabla 11. Granulometría No.2 agregado grueso.................................................... 50
Tabla 12. Datos de pesos del agregado fino y grueso. ........................................ 54
Tabla 13. Masa Unitaria agregado fino (compactado y suelto). ........................... 54
Tabla 14. Masa Unitaria agregado Grueso (compactado y suelto).. ...................... 55
Tabla 15. Absorción agregado Fino. ...................................................................... 56
Tabla 16. Absorción agregado Grueso. ................................................................. 57
Tabla 17. Densidad del cemento (CEMEX). .......................................................... 61
Tabla 18. Densidad del ladrillo. .............................................................................. 61
Tabla 19. Color estándar Garder. .......................................................................... 62
Tabla 20. Requerimiento de Diseño. ...................................................................... 65
Tabla 21. Parámetros de Agregado Fino y Grueso. ............................................... 65
Tabla 22. Resistencia Promedio Requerida (𝐾𝑔/𝑐𝑚2) .......................................... 66
Tabla 23. Contenido de Aire de La mezcla. ........................................................... 66
Tabla 24. Cantidad de Agua de Mezclado (L). ....................................................... 67
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Tabla 25. Relación Agua/Cemento. ....................................................................... 68
Tabla 26. Relación de Volumen Para Agregado Grueso. ...................................... 69
Tabla 27. Diseño de Mezcla en Estado Seco. ....................................................... 71
Tabla 28. Diseño de Mezcla en Estado seco en Volúmenes. ................................ 72
Tabla 29. Aporte de Agua de Agregado Fino y Grueso. ........................................ 73
Tabla 30. Diseño de Mezcla Estado Húmedo. ....................................................... 74
Tabla 31. Diseño de Mezcla en Estado Húmedo en Volúmenes. .......................... 74
Tabla 32. Volumen de pasta. ................................................................................. 75
Tabla 33. Volúmenes agregados. .......................................................................... 75
Tabla 34. Presentación diseño mezcla seco. ......................................................... 76
Tabla 35. Peso húmedo. ........................................................................................ 76
Tabla 36. Humedad superficial agregado fino y grueso. ........................................ 77
Tabla 37. Aporte de agua a la mezcla de los agregados. ...................................... 77
Tabla 38. Diseño mezcla en estado seco. ............................................................. 78
Tabla 39. Diseño mezcla en estado húmedo. ........................................................ 78
Tabla 40. Esfuerzo y Carga para Muestras Patrón. ............................................... 84
Tabla 41. Esfuerzo Promediados de probetas patrón. ........................................... 84
Tabla 42. Método de regresión parabólica probeta patrón. ................................... 85
Tabla 43. Carga y Esfuerzo de Probetas sustituida con 5% de material de
mampostería. ......................................................................................................... 88
Tabla 44. Esfuerzo Promediados probetas sustituidas con 5% de material
mampostería. ......................................................................................................... 88
Tabla 45. Esfuerzo Promediados probetas sustituidas con 5% de material
mampostería. ......................................................................................................... 89
Tabla 46. Carga y Esfuerzo de Probetas sustituida con 10% de material de
mampostería. ......................................................................................................... 91
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Tabla 47. Esfuerzo Promediados probetas sustituidas con 10% de material
mampostería. ......................................................................................................... 91
Tabla 48. Esfuerzo Promediados probetas sustituidas con 5% de material
mampostería. ......................................................................................................... 92
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Metodología Para el desarrollo y ejecución de esta investigación. ......... 36
Figura 2. Masa compactada Agregado Fino. ......................................................... 53
Figura 3. Masa Compactada Agregado Grueso. .................................................... 53
Figura 4. Máquina del ensayo de abrasión Los Ángeles. ...................................... 58
Figura 5. frasco de chantelier, petróleo o keroseno y embudo. ............................. 60
Figura 6. Muestra con solución y Placa Orgánica. ................................................. 62
Figura 7. Probetas de los dos métodos de diseño. ................................................ 79
Figura 8. Probetas Falladas por ambos métodos. ................................................. 80
Figura 9. Moldes de probetas. ............................................................................... 82
Figura 10. Probetas patrón elaboradas .................................................................. 83
Figura 11. (A) Valor de la resistencia a la compresión. Fuente: Propia (B) Probeta
patrón curada ......................................................................................................... 83
Figura 12. (A) Valor resistencia a la compresión. Fuente: Propia (B) Probeta
curada con 5% de material de mampostería sustituido. ........................................ 87
Figura 13. (A) Valor resistencia a la compresión. Fuente: Propia (B) Probeta
curada a los 7 días con 10% de material de mampostería sustituido. ................... 90
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LISTA DE GRAFICAS
Grafica No. 1. Curva de distribución granulométrica agregados finos No 1. .......... 44
Grafica No. 2. Curva de distribución granulométrica agregados finos No 2. .......... 47
Grafica No. 3. Curva de distribución granulométrica agregado grueso No 1. ........ 49
Grafica No. 4. Curva de distribución granulométrica agregado grueso No 2. ........ 51
Grafica No. 5. Resistencia vs Tiempo de Curado probetas patrón. ....................... 84
Grafica No. 6. Resistencia vs Tiempo de Curado probetas sustituidas con 5% de
material mampostería. ........................................................................................... 88
Grafica No. 7. Resistencia vs Tiempo de Curado probetas sustituidas con 10% de
material mampostería. ........................................................................................... 92
Grafica No. 8. Resistencia Vs Tiempo de Curado para las tres probetas de prueba.
............................................................................................................................... 94
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INTRODUCCIÓN
Este proyecto de grado busca por medio de métodos de investigación
experimental, la mejor proporción de material de sustitución para reemplazar la
proporción de cemento las cuales corresponde a 5% y 10% en la mezcla de
concreto; debido a la alta tasa de contaminación que genera las actividades de la
demolición de mampostería y la producción del cemento, es necesario encontrar
alternativas para reducir el impacto ambiental dentro de la industria de la
construcción.
El trabajo de grado consiste en la caracterización, sustitución y ensayo de las
diferentes proporciones de material de mampostería, obtenido de un proceso de
demolición el cual, se utilizará para hacer la matriz de concreto reemplazando
cemento en la proporciones con el material de sustitución, por medio de esto se
estimaron las características mecánicas de la mezcla de concreto sustituido con la
ayuda de diferentes pruebas que se realizan a las probetas. Como resultado de la
investigación se obtendrá la viabilidad de este material, como sustituto del
cemento para el concreto, dentro de las dosificaciones estipuladas para los
ensayos.
Como resultado del proceso investigativo, se plantea una hoja de ruta respecto al
tema tratado en futuras investigaciones, ya sea a niveles superiores en la
academia, o de forma personal, para el desarrollo de nuevos trabajos de grado en
relacionados con el tema de materiales reciclables, enfocados en el área de la
construcción, con relación a sus características mecánicas y su uso.
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Debido a la alta contaminación que genera la producción de los materiales que
constituyen el concreto, en especial el cemento, es necesario encontrar materiales
sustituyentes que cumplan las normas técnicas, respecto a la resistencia del
concreto; por esta razón, es de vital importancia utilizar materiales reciclables, y en
específico, los derivados de las obras de construcción. Por tal motivo, es
necesario preguntarse: ¿Cuáles son las mejores dosificaciones del material
reciclable obtenido de la demolición de obras civiles verticales (mampostería),
reemplazante del cemento en proporciones establecidas, para la fabricación de
concreto, que cumpla una resistencia de diseño de 3000 Psi? y a demás de esto,
es necesario para este trabajo de grado plantear la siguiente pregunta ¿ Cuál es la
viabilidad teórica para utilizar los residuos de mampostería para remplazar el
cemento, en cantidades específicas para la elaboración de concreto desde un
aspecto químico?
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2. JUSTIFICACIÓN
La razón del proyecto surge por la creciente necesidad del cambio de las
dinámicas industriales, que se han generado en todos los ámbitos productivos, en
específico en las edificaciones verticales, que especialmente en su etapa de
elaboración son altamente contaminantes. El material de mayor interés para este
trabajo de grado es el cemento, debido a que dentro de la gama materiales que
constituyen la mezcla y elementos cohesivos, para la elaboración del concreto,
el cemento es uno de los más contaminantes, ya que en su producción se
involucra la explotación minera a cielo abierto, para la extracción de materia prima,
y el gran uso energético que se requiere para elaborar el producto final, por lo
cual es imperativo buscar materiales provenientes de procesos de reciclaje que
tenga similitudes con el cemento, y cumplan las mismas funciones. Otro material
producto de la construcción que es nocivo para el medio ambiente, es el residuo
de la mampostería de las obras, como consecuencia de la mala disposición del
material en zonas no autorizadas, donde crean diferentes traumatismos que en
casos extremos pueden generar inundaciones, dado que son propensos a
generar taponamientos a los afluentes o desviar el cauce de los ríos; por esta
razón se escogen los residuos de mampostería obtenidos de obras verticales,
para sustituir el cemento en cantidades específicas utilizadas en el concreto, el
cual se evaluará su competencia como material sustitutivo.
Como justificación desde el punto de vista académico, el trabajo de grado es la
opción más viable y con mayor proyección en el área investigativa, puesto que
este permite abrir horizontes respecto al tema de investigación en el campo de la
ingeniería, además de esto, esta opción otorga un grado en corto tiempo con
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respecto a las otras opciones disponibles que ofrece la facultad. Gracias a esta
opción permite una proyección en el alcance de nuevos títulos académicos, como
una maestría, la cual demanda tener un conocimiento investigativo mínimo para
cursarlas.
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3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Evaluar el uso de materiales reciclables obtenidos de la demolición de
construcciones verticales; reemplazando porciones específicas de cemento, para
la elaboración del concreto, bajo la norma técnica colombiana.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Verificar la hipótesis, sobre la resistencia esperada, que presenta el concreto
con material sustituyente, ante fuerzas de compresión.
● Comparar el comportamiento del concreto que contiene cien porciento (100 %)
de cemento, con respecto al concreto que contiene el material sustituyente.
● Identificar los factores que afectan la mezcla, con la sustitución de un
determinado porcentaje de cemento, respectó a calidad del agregado y tiempo
de curado.
● Determinar la viabilidad del material sustituyente, evaluando la química y la
reacciones que tiene dentro de la matriz de concreto, a partir de trabajos
anteriores con similar temática.
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4. MARCO REFERENCIAL
4.1. MARCO TEÓRICO
El concreto es una mezcla homogénea compuesto por: cemento, agregados finos,
gruesos y agua, la mezcla se endurece debido a el proceso de curado que se
efectúa posterior a su elaboración y de esta forma adquiere todas las propiedades
físicas y mecánicas, la cual se destaca la resistencia a la compresión. El concreto
es uno de los materiales con mayor uso en las obras civiles, debido a su
característica de fluidez; en su estado fresco permite su manejabilidad, gran
soporte a esfuerzo de compresión, generados por las fuerzas actuantes sobre las
estructuras, durabilidad, Impermeabilidad, resistente a altas temperaturas, sin
afectar sus características físico-mecánicas. Para el diseño de una mezcla de
concreto, es necesario tener en cuenta los requerimientos y especificaciones de
los proyectos que se desarrollan, la producción, la instalación en obra y curado; de
los cuales dependen para obtener el concreto, con las condiciones óptimas
respecto a la resistencia y lo propuesto para el proyecto.
Al indagar investigaciones con respecto a la elaboración de concreto utilizando
materiales de reciclaje, se determinó, que no se han realizado investigaciones de
forma puntual sobre la fabricación de un concreto de resistencia promedio de
(3000 Psi), la que se maneja en las obras civiles y es estándar para la mayoría
de proyectos de baja a media envergadura; la cual debe cumplir con los
requerimientos establecidos por las normas vigentes, y por la necesidad de cada
proyecto, además se debe considerar la incorporación de materiales no usuales
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en la mezcla que nos aporte las mismas características ya mencionadas.
La normativa que rige la elaboración de éste, corresponde a la NTC (Norma
técnica colombiana) y la INV (Instituto nacional de vías). Los diseños propuestos
en este trabajo de grado, para la elaboración de la mezcla, están basados en
dichas normas efectuando los ensayos relevantes para caracterizar los agregados,
esto con el fin de desarrollarlos con mayor efectividad, y por ende cumpliendo con
todos los requerimientos exigidos por la NTC, aplicados a los agregados finos y
gruesos.
Para la elaboración del concreto, es necesario realizar ensayos previos a los
elementos que lo compone ( descritos dentro de la metodología) , con el fin de
conocer las características fundamentales de los materiales como son: peso
unitario seco, peso unitario compactado, peso específico, contenido de humedad,
absorción, desgaste, tamaño máximo nominal y módulo de finura, de tal manera,
que estas propiedades van a definir el comportamiento del concreto como la
manejabilidad, compactación y tiempo de fraguado.
Se sugiere realizar ensayos de caracterización química a los agregados que se
utilizan en la elaboración de la pasta de concreto; en especial al cemento y al
material reciclable sustitutivo, que en este caso es polvo de ladrillo; la prueba
requerida para este fin es el ensayo de Espectroscopia de barrido de electrones,
que permite determinar la composición morfológica y química de materiales en
estado sólido.
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4.1.1. Cemento
El cemento es un material que permite la unión dentro de la matriz de concreto de
los agregados gruesos y finos, el cual reacciona en presencia de agua, aportando
dentro de la mezcla características mecánicas como, la resistencia a la
compresión y características físicas como la fluidez, que es una propiedad
esencial; si se evalúa desde el ámbito constructivo.
El cemento es un polvo fino que se obtiene de la mezcla de piedra caliza, arcilla,
arena, mineral de hierro, los cuales son introducidos en una cámara cilíndrica a
una temperatura aproximada de 1500cº, donde se higieniza la mezcla de las
materias primas, dando como resultado un material conocido como Clinker.Al final
del proceso de elaboración se le aplica yeso al Clinker, que actúa como
retardante en el proceso de fraguado.
La composición química típica del cemento es:
CaCo3+T°CaO+CO2+Arcilla
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En la siguiente tabla se muestran los porcentajes típicos que presentan los
compuestos del cemento.
Tabla 1. Porcentajes típicos de intervención de los óxidos.
Fuente: academia edu. 1
Como se menciona anteriormente y como se denota en la tabla anterior, la
interacción entre el agua con el yeso y el Aluminato tricálcico (3CaO:SiO2),
generan una reacción hidratada de la que se deriva la formación de cristales de
calcio-aluminio-hidratado, siendo los responsables del aglutinamiento de los
demás componentes de la pasta de concreto. En el proceso del endurecimiento se
generan cristales de calcio-silicato-hidratado que a su vez produce un gel de sílice
(SiO2) que recubre el acero generando una capa protectora contra la corrosión.
1 ACADEMICA EDU. Cemento [En Línea]. < https://www.academia.edu/16235939/Cemento >.
[Citado en 18 de marzo de 2017].
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4.1.2. Agregados gruesos
Los agregados gruesos o gravas, son materiales extraídos de rocas de cantera,
triturados o procesados, piedra bola o canto rodado, cuyas partículas comprenden
tamaños desde unos 5 milímetros hasta 6 pulgadas para los fragmentos más
grandes.
El tipo de morfología que presenta el material; si es de carácter angular o
redondeada, depende en gran parte de la forma y el origen de extracción ,el cual
influye posteriormente en el comportamiento de la matriz de concreto, cuando
esta es expuesta a una esfuerzo de compresión, debido que el agregado grueso
es el elemento que constituye, el esqueleto de la pasta de concreto cuando está
endurecida, asemejándose de esta forma a las partículas sólidas que compone el
suelo, pero con la diferencia que dependiendo de la composición cristalográfica
de los materiales conglomerados en la grava, aporta mayor resistencia, la cual
dota al concreto de la capacidad de resistencia a la compresión.
Las gravas se caracterizan por ser un conglomerado de diferentes tipos de
minerales y la fuente de estos son proporcionados por rocas ígneas y
sedimentarias. La proporción de estos depende de la fuente y el tipo de
desgastes que estas tengan, los rasgos predominantes de este tipo de agregado
es su dureza 6 en la escala de Mohs de color opaco, debido al grado de variación
de la matriz de minerales que componen el agregado grueso, es necesario realizar
estudios más detallados, sin embargo los minerales típicos que presenta, y su
composición química son:
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Tabla 2. Composición mineralógica y química de la grava.
Fuente: Química general, principios y aplicaciones modernos.2
Como se observa en la tabla anterior, gracias a las complejas interacciones
dentro de la matriz mineral que conforma el agregado grueso y los minerales de
arcillas que la componen, los cuales tienen un comportamiento volátil cuando
entran en contacto con el agua, estos pueden jugar un papel determinante
respecto a la resistencia a la compresión que puede tener el concreto, dado a que
los minerales arcillosos en contacto con el agua pueden expandirse y generar
fisuras dentro de la matriz de concreto, por lo tanto puede afectar su respuesta a
una carga que le genera esfuerzo de compresión, es necesario eliminar al máximo
el material arcilloso del agregado, y que los vacíos sean rellenados con el material
fino.
2 HARWOOD PETRUCI Y WILLIAM S.HARWOOD. Química general. Principios y aplicaciones
modernas. Séptima edición. Pretince hall ibiera, Madrid, 1999.: ISBN: 84-8322-043-1.
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4.1.3. Agregados Finos
Los agregados finos o arenas están constituidos por: arenas naturales; extraídas
de los ríos, lagos, depósitos volcánicos o arenas artificiales, que han sido
obtenidas de procesos de trituración de materiales de mayor diámetro. Estos
agregados abarcan normalmente diámetros de partículas entre 4.75 y 0.075
milímetros, dadas por la clasificación granulométrica.
Este material fino tiene su origen en la meteorización y transporte de rocas ígneas
y sedimentarias, que en gran parte puede tener diferentes orígenes, en donde
influye el transporte en la composición del material granulado, su carácter físico
depende de su origen, ya que puede adquirir diferentes colores; dependiendo del
mineral que la forman, aunque por lo general está compuesto de cuarzo y
feldespato, por esta razón son traslúcidas y con dureza, a pesar de que estas
contengan minerales de arcilla y material orgánico. La función del agregado fino
dentro de la matriz de concreto, es la de ser un material conglomerante y
aportante de granos del material que rellenan los vacíos presentes en el agregado
grueso .La composición química de los minerales que conforman el agregado fino,
está registrada en la tabla 3.
25
Tabla 3. Composición mineralógica y química del agregado fino.
Fuente: Química general, principios y aplicaciones modernos.3
Como se aprecia en la tabla, existen similitudes entre las composiciones del
agregado grueso, pero de igual manera hay diferencias con respecto a los granos
que componen la matriz del agregado fino (son más pequeñas), ya que una parte
de la matriz que compone el agregado fino presenta minerales arcillosos. Es
fundamental asegurarse que el material fino contenga el mínimo posible de estos,
por tanto, es necesario que se utilice arena lavada de río, ya que el agua de este,
lava las impurezas y arrastra los minerales de arcilla que contiene el material fino.
La función de este material dentro de la matriz de concreto es la de rellenar los
espacios que quedan entre el material grueso y dentro de él, en consecuencia,
esto garantiza la cohesión de la pasta de concreto, con la cual se obtiene una
mayor probabilidad de que aumente la resistencia a la compresión, que es lo que
se desea para el concreto, y es la característica de estudio principal de este
trabajo.
3 Ibid., P. 26.
26
4.1.4. Agua
El agua de mezclado es fundamental, ya que permite la reacción química de la cal
que contiene el cemento con los otros materiales constituyentes en la mezcla de
concreto, es importante recalcar que el agua no debe contener ningún sulfato o
ningún clorato que afecte la reacción química mencionada. Hay que tener en
cuenta que no se debe agregar ni más, ni menos agua de la requerida, indicada
por el diseño, ya que esto puede afectar la resistencia del concreto; dado que al
existir un exceso de agua la cal presente en el cemento genera un efecto
denominado “cal apagada”, en la que se pierden propiedades cohesivas, a su vez
cuando existe falta de agua la cal no reacciona en su totalidad, generando un
efecto similar al que se presenta cuando hay exceso de agua .
Según la NTC 3459, que hace referencia a la calidad y características del agua de
mezcla del concreto, está estipulado que debe ser clara, que se denote libre de
materiales aceitosos, sales, ácidos y material orgánico. La presencia de material
orgánico en el agua de mezclado puede afectar al concreto en el tiempo de
fraguado inicial y la resistencia a la compresión final, según la norma, las aguas de
color café o verde que se denote con algas o lamas; se debe abstener de su uso.
La mayoría de aguas obtenidas de fuentes naturales, contienen iones de Calcio
(Ca), Magnesio (Mg), Sodio (Na), Potasio (K), como elementos libres, y sales
como: Sulfatos, Nitratos, Cloruros y carbonatos. Se establece que la concentración
permitida de la combinación de los sustancia antes mencionadas es de 2000 𝑚𝑔
𝐿,
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en caso de los cloruros (Cl), el requerimiento de concentración es de 500𝑚𝑔
𝐿, para
el caso de los sulfatos (𝑆𝑂4), la concentración máxima permitida es de 1000𝑚𝑔
𝐿. En
aguas con contenido de Álcalis como los Carbonatos (𝐶𝑂3), y bicarbonatos
(𝐻𝐶𝑂3), la máxima concentración permitida es de 1000 𝑚𝑔
𝐿, ya que estos en exceso
podrían generar en la pasta de concreto una reacción Álcali-Agregado, la cual
afecta el tiempo de fraguado y la resistencia final a la compresión del concreto, la
concentración máxima de la combinación entre el óxido de sodio ( 𝑁𝑎2𝑂), y de
Óxido de Potasio( 𝐾2𝑂). debe ser máximo de 600 𝑚𝑔
𝐿. En la siguiente ecuación se
mostrará las reacciones químicas que tiene el agua con el cemento, teniendo en
cuenta que todas las reacciones son exotérmicas:
6 CaOSiO2+(x+3) H2O→3 CaO 2 SiO2 * xH2O +3 Ca (OH)2
4 CaOSiO2+(x+1) H2O→3 CaO 2 SiO2* xH2O+Ca(OH)2
6 CaOAl2O3+(x+8) H2O→4 CaOAl2O3 * xH2O+2 CaAl2O3*8 H2O
3 CaOAl2O3+12 H2O+Ca(OH)2→4 CaOAl2O3*13 H2O
4 CaOAl2O3Fe2O3+7 H2O→3 CaOAl2O3*6H2O+CaOFe2O*3 H2O
4.2. MARCO CONCEPTUAL
Los conceptos básicos que se desarrollan en el trabajo de grado abarcan tres
aspectos: diseño de la mezcla, los componentes de la mezcla, y conceptos de
propiedades físicas y mecánicas de la mezcla de concreto.
Uno de los conceptos básicos que se debe tener en cuenta, para el diseño de la
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mezcla, es la dosificación; que según el RAE (Real Academia de la lengua
Española) “Es Graduar la cantidad o porción de alguna cosa “, en el contexto del
diseño de mezclas, esta estipula la cantidad óptima de los agregados, cemento y
agua de mezcla que compone el concreto. Otro concepto relevante en la
elaboración de la pasta de concreto es el diseño de mezcla, el cual hace
referencia a la metodología de diseño utilizada, dependiendo en gran medida de
las características físicas de los agregados grueso y fino, la resistencia a la
compresión y la fluidez de la mezcla, en su estado fresco o pre-fraguado.
Las propiedades físicas que muestra la mezcla y los materiales que componen el
concreto son muy diversas, pero las propiedades principales que se debe tener en
cuenta, respecto a los agregados que permiten desarrollar la metodología
adoptada para, realizar el diseño de la mezcla son:
- Absorción - Peso Específico
- Módulo de Finura - Desgaste
La absorción es la propiedad que tiene un material de captar cualquier líquido del
medio y retenerla; esta propiedad es característica de materiales que presentan
poros.
Respecto al diseño de la mezcla, es necesario saber el concepto de absorción,
debido a que esta puede afectar la relación agua-cemento; ya que los agregados
retienen agua, en estado seco estos pueden reducir la cantidad del agua de
mezcla, dando, así como resultado una reacción química insuficiente respecto al
cemento, siendo un factor crítico en el momento de elaborar la pasta de concreto.
El módulo de finura es un valor, que determina el grosor del material fino, este
número es empleado para determinar la proporción de material fino óptimo, que
29
debe tener la pasta de concreto, la cual, depende de la metodología de diseño
adoptada.
El peso específico es una propiedad física que posee todos los materiales, el cual
relaciona el peso y el volumen del material, esta propiedad permite establecer con
certeza la cantidad óptima en peso de los materiales, que son requeridos para
elaborar la pasta de concreto.
El desgaste, hace referencia a la resistencia que tiene el agregado grueso, cuando
es sometido a la fricción entre el mismo material, esta propiedad permite
establecer la calidad del agregado respecto a la resistencia que este tiene. Estos
aspectos son necesarios para elaborar un concreto de calidad, con los materiales
que se tienen a disposición.
La propiedad que caracteriza la mezcla de concreto en su estado fresco es su
manejabilidad, es la propiedad de los materiales, en donde el material toma la
forma del recipiente u objeto donde esté contenido, cuyas partículas presentan
poca cohesión. Es importante recalcar, que esta propiedad del concreto en estado
fresco es útil para el proceso de instalación del concreto en obra.
Otra propiedad inherente a la pasta de concreto, es la cohesión que hay entre el
cemento y lo agregados, la cohesión es una propiedad en donde las moléculas de
un material o la interacción entre materiales se mantiene unido, mediante las
interacciones de los enlaces químicos que hay entre las moléculas de los
materiales, la cohesión es proporcionada por el cemento cuando este reacciona
con el agua, la reacción química es definida como la interacción entre una o más
30
sustancia que cambia su estructura molecular o sus enlaces para formar una
nueva molécula, conocida como producto, el producto resultante de esta reacción
es la encargada de proporcionar la cohesión que es crítica en el momento del
fraguado, dándole carácter de homogeneidad, y posteriormente la resistencia a la
compresión.
La resistencia a la compresión es la característica mecánica más común que se le
atribuye al concreto, la cual consiste en el esfuerzo máximo que puede soportar el
material, antes de presentar una falla cuando se somete a una carga
perpendicular al plano donde esta se aplique. Estos son los conceptos básicos
que se deben manejar, para entender los resultados y metodología del proyecto
de grado.
4.3. MARCO NORMATIVO
Las normas que se tiene en cuenta para elaborar una mezcla de concreto son
múltiples y estas dependen del material que se debe analizar o caracterizar, las
normas técnicas utilizadas para realizar dicha caracterización se encuentran
estipuladas en la NSR-10 (Norma Sismo Resistente) en título C Capítulo 3
establece las normas para caracterizar el material componente del concreto.
Las normas técnicas que se van aplicar en este trabajo de grado son las
correspondientes al agregado grueso, agregado fino y el cemento; en el siguiente
cuadro se especifica las normas utilizadas para caracterizar dichos materiales,
aunque cabe la salvedad que existen más normas se menciona la que se
31
utilizaron y fueron más relevantes para el trabajo de grado.
Tabla 4. Normas ensayos.
Fuente: propia.
Tabla 5. Normas aplicadas para el desarrollo de la investigación.
Fuente: Normas técnicas colombianas e invias.
32
4.4. ESTADO DEL ARTE
En el campo de la ingeniería civil y especial en el área estructural, los materiales
juegan un papel prioritario en la hora del diseño y construcción, por esta razón, el
estudio de la caracterización de ellos es de vital importancia. Un elemento de gran
peso es el concreto, el cual en el área de la ingeniería es muy versátil, aunque su
producción genera un impacto ambiental importante sobre todo en la fabricación
de cemento. Por tal razón la comunidad de ingenieros ha investigado otros
materiales menos contaminantes, una muestra del trabajo en el desarrollo en esta
área es la investigación desarrollada por Yimmy Silva, Rafael Robayo, Pedro
Mattey y Silvio Delvasto4, profesor titular de la Universidad del Valle el cual fue
desarrollado en el año 2014 con el fin de encontrar la factibilidad de utilizar
materiales reciclados de demolición en concretos autocompactantes basado en las
normas técnicas colombianas. Siguiendo la investigación de materiales sustitutivos
se tiene la aplicación de ceniza de cascarilla de arroz obtenida de un proceso
agroindustrial que fue llevaba a cabo por el equipo de investigación de la
universidad del valle liderada por el maestro en ciencias en ingeniería de
materiales Pedro E. Mattey M.Sc. en Ing. de Materiales, Universidad del Valle,
Cali, Colombia, Rafael A. Robayo Ing. de Materiales, Universidad del Valle, Cali,
Jherson E. Díaz Ing. de Materiales, Universidad del Valle, Cali, Colombia, Silvio
Delvasto Profesor Titular, Universidad del Valle, Cali, José Monzó Profesor Titular,
4 (YIMMY SILVA, RAFAEL ROBAYO, PEDRO MATTEY, SILVIO DELVASTO. Obtención de
concretos autocompactantes empleando residuos de demolición. Rev.Latinam.Metal.Mat. Publicado el 25 de junio de 2014.)
33
Universidad Politécnica de Valencia, Valencia, España5, en el cual fue publicada
en el año 2015 con el fin encontrar nuevos usos para este sub-material obtenido
de la actividad agrícola con el cual está dentro del contexto del desarrollo de
nuevos materiales sustituyentes de agregados del concreto que este caso en
específico el material sustituyente sirve para la producción de concretos no
estructurales. Otro aspecto que se llevó a cabo fue el de la influencia de los
agregados pétreos en las características del concreto el cual fue desarrollado por
José Luis chan yam, romel solis Carcaño y Eric Iván Moreno de la universidad
autónoma de Yucatán Mérida, México en el año 20036.
En esta misma nación se desarrolló un trabajo el cual consiste en la sustitución de
agregados normales del concreto a un polímero especial que brindaría mejor
resistencia al concreto el cual fue desarrollado por Gonzalo Martínez barrera,
miguel Martínez López y Elisa Martínez cruz7 de la universidad autónoma estatal
del estado de México en el año 2013. Por otra parte, en la universidad del valle
realizaron una investigación de la obtención de un concreto autocompactante
empleando adiciones de escoria de carbón finamente molida en el cual tuvieron
como participación el ing. De materiales Rafael A. Robayo, maestro en ciencias en
Ing. metalúrgica Pedro E. Mattey, ingeniero Yimmy F. Silva y el doctor y maestro
en ciencias Silvio Delvasto8 del año 2016. En la universidad del valle se llevó a
5 (PEDRO E. MATTEY, Aplicación de ceniza de cascarilla de arroz obtenida de un proceso agro-
industrial para la fabricación de bloques en concreto no estructurales. Rev.Latinam.Metal.Mat. publica) 6 (JOSÉ LUIS CHAN YAM, ROMEL SOLIS CARCAÑO Y ERIC IVÁN MORENO. Influencia de los
agregados pétreos en las características del concreto. Revista: Ingeniería 2003.) 7 (GONZALO MARTÍNEZ-BARRERA, MIGUEL MARTÍNEZ-LÓPEZ, ELISA MARTÍNEZ-
CRUZ.Concreto Polimérico Reforzado con Fibras de Luffa. Publicado 6 de abril de 2013.) 8 (RAFAEL A. ROBAYO, PEDRO E. MATTEY, YIMMY F. SILVA, SILVIO DELVASTO. Obtención de un concreto autocompactante empleando adiciones de
34
cabo un estudio sobre las propiedades mecánicas, químicas del concreto
adicionado con metacaolín dirigida por los investigadores janneth torres, Ruby
mejía y Silvio delvasto en el año 2011.
En la universidad de los Andes se llevó a cabo una investigación del concreto
reciclado y su viabilidad técnica la cual la realizó cesar Eduardo acosta mantilla9
del año 1998. En esta misma universidad se llevó a cabo otra investigación y
diseño de concreto de alta resistencia que fue llevaba a cabo por Germán Andrés
naranjo faccini10 en el año 2000.
Dentro de la recopilación de información se obtiene como una de las fuentes
principales la obtención de concretos autocompactantes empleando residuos de
demolición en la cual utilizan residuo de mampostería como agregado sustituyente
para la obtención de concretos autocompactantes, en el cual plantean como el
reemplazo del cemento en porcentajes entre el 10% y el 50% con el material de
demolición. En el cual evaluaron mediante ensayos de flujo de asentamientos con
el cono de abrams, además se evaluaron las propiedades mecánicas como la
resistencia a compresión y la tracción indirecta. Como resultado final se obtuvieron
resultados satisfactorios con los porcentajes de 10% y 20%, se evaluaron con
porcentajes más elevados de sustitución del 30% y 50% se alcanzaron
resistencias importantes. Por tanto, se puede afirmar que el uso de residuos de
mampostería para la obtención del concreto autocompactante es viable y en
escoria de carbón finamente molida. INGENIERÍA Y DESARROLLO. Publicado en el 2016.) 9 (ACOSTA MANTILLA, Cesar Eduardo. Concreto Reciclado y su Viabilidad Técnica, Bogotá, 1998.
63h. Trabajo de grado (Ingeniería civil). Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería Civil.) 10 (NARANJO FACCINI, German Andrés. Investigación y Diseño de Alta Resistencia, Bogotá,
2000. 141h. Trabajo de grado (Ingeniería civil). Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería Civil.)
35
consecuencia disminuye los costos de producción y menos contaminación
ambiental. Siguiendo la misma línea de la sustitución de materiales, el material de
sustitución en este caso el material obtenido fue de la ceniza de cascarilla de arroz
obtenida de un proceso agroindustrial la cual se utilizó como sustitución del
cemento, debido a sus propiedades del sílice que son muy parecidos a los del
cemento, en este caso el uso del concreto es para fines no estructurales, la
sustitución del material fue aproximadamente del 20% y la relación para esta
mezcla fue de 1:6 a la cual se realizó los ensayos de caracterización del material,
resistencia a la compresión y se determinó que la mezcla cumple con todo los
estándares de calidad para fines de concretos no estructurales.
Un aspecto de vital importancia que se debe tener en cuenta en la investigación es
la influencia de los agregados pétreos en las características del concreto, puesto
que las características pétreas de los materiales son parámetros que influencian
de gran manera debido a que la interacción de las partículas físicas y químicas
pueden producir diferentes efectos en el concreto y sus características mecánicas
las cuales son objeto de estudio de este trabajo. Siguiendo la misma línea de
investigación se caracterizó un material polimérico el cual tiene como propósito
mejorar la resistencia a compresión y aumentar el grado de elasticidad del
concreto para este fin se hace una sustitución del 0.3-0.9% del volumen respecto
a las probetas ensayadas, como resultado de la investigación se obtuvo que el
material presenta un mejor comportamiento elástico pero aumenta la deformación
en el punto máximo de esfuerzo por tanto entre más fibras del polímero es menos
resistente, el uso es restringido para obras que requieran un concreto con mayor
grado de elasticidad, pero con menores demandas de esfuerzos a la compresión.
El estudio realizado en la universidad del valle, respecto a los temas de materiales
36
de sustitución se utiliza la escoria de carbón, utilizó la siguiente metodología:
Figura 1. Metodología Para el desarrollo y ejecución de esta investigación.
Fuete: Trabajo de investigación de obtención de un concreto autocompactante empleando
adiciones de escoria de carbón finamente molida. 11
la cual presenta comportamientos físicos- químicos favorables para la fabricación
de concreto autocompactante, “en estado endurecido, la sinergia de las
características físicas y químicas de la edición de escoria produjo incrementos de
la resistencia a la compresión de las mezclas adicionadas con el 10,20 y 30% de
la escoria en órdenes del 20%, 21% y 18%, respectivamente”12, lo cual quiere
decir que esta sustitución fue efectiva debido a que se presenta un aumento a la
resistencia, el material utilizado en esta prueba es obtenido como subproducto de
11 (RAFAEL A. ROBAYO, PEDRO E. MATTEY, YIMMY F. SILVA, SILVIO DELVASTO. Obtención
de un concreto autocompactante empleando adiciones de escoria de carbón finamente molida.) 12 IBID. Pág.25.
37
procesos industriales especializados de metalurgia.
El estudio realizado en la universidad de los andes, respecto el concreto reciclado
y su viabilidad técnica, se hicieron a partir de los escombros de pavimentos, en el
cual la resistencia a la compresión del concreto reciclado ubica entre el 60 y 100%
de la resistencia del concreto de igual composición y agregados convencionales,
en la realización de los ensayos se hizo un diseño de mezcla en la cual se
fabricaron 30 bloques en un laboratorio a las cuales se realizaron pruebas de
resistencia a la compresión y al igual que pruebas de tasas de absorción inicial de
la cual se rigieron a la norma Icontec 247 y 249, con previas investigaciones
indican que este concreto reciclado brinda distintos beneficios como resistencia
del fuego y bajas densidades mientras se mantiene los niveles de resistencia a la
compresión logrados con los agregados naturales, por otra parte se realizó las
pruebas de contenido de humedad y absorción en la cual se siguieron las
especificaciones de la CSA A231, se hicieron pruebas sobre el concreto
endurecido, dado los resultados obtenidos se obtuvo que una relación de
agua/cemento era de 0,3 en la cual se logran resistencias de 400-415 kg/m3
logrando concretos de alta resistencia.
La tesis de pregrado realizada en la universidad de los andes Investigación y
diseño de concreto de alta resistencia permite establecer parámetros para realizar
los ensayos de compresión, elasticidad indirecta, módulo de elasticidad, los cuales
serán realizados para esta investigación lo cual van a estar enfocados a un
concreto que dependiendo de los resultados será de carácter estructural o no
estructural. En esta investigación se estimaron diferentes contenidos de agua y
diferentes uso de plastificantes para obtener concretos de mayor o iguales
resistencias de 42 Mpa, otro factor de cambio fue el tipo de cemento utilizado para
38
las diferentes probetas, el cual es portland tipo I, II y III, obteniendo resultados de
mayor resistencias con contenidos bajos de aguas y utilizando el cemento tipo
portland tipo II, aunque este presenta un bajo índice de manejabilidad el cual
afecta enormemente en el desarrollo de la obra.
De las fuentes investigadas de obtención de concretos autocompactantes
empleando residuos de demolición se tiene información de las pruebas en estado
fresco, como el ensayo de flujo de asentamiento por medio del cono de abrams en
el cual tiene como propósito evaluar la capacidad del concreto en deformarse bajo
la acción de su propio peso sin restricción. Por otra parte, se tiene la resistencia en
estado endurecido en el cual se tiene la resistencia a la compresión con diversas
mezclas en las cuales se tiene diferentes porcentajes de sustitución de cemento
portland respecto a el peso por los residuos de mampostería, en el cual también
se tienen diferentes tiempos de curados. Se tiene La resistencia a la tracción
indirecta es una de las propiedades fundamentales del concreto que se puede
relacionar con la resistencia a la compresión y finalmente se tiene Los ensayos de
permeabilidad: Porosidad y absorción realizadas de acuerdo a la norma ASTM C
642. Por otra parte se investigó la aplicación de ceniza de cascarilla de arroz
obtenida de un proceso agroindustrial para la fabricación de bloques en concreto
no estructurales en las cuales obtuvo información del cómo se realizó el diseño de
la mezcla en el cual se tiene una relación cemento: agregado de 1:6 y de 1:8, por
consiguiente se determinó la resistencia a la compresión de acuerdo a el
procedimiento descrito en la norma técnica colombiana (NTC) del cual se
realizaron distintos tipos de mezclas en las cuales se obtienen distintas
resistencias a la compresión y así poder determinar cuál es la dosificación correcta
de agregado sustituyente para así obtener una resistencia mecánica que cumpla
con los requerimientos mínimos de compresión.
39
Dada la investigación en México de la influencia de los agregados pétreos en las
características del concreto se pudo obtener de esta indagación las propiedades
de concreto fresco en el cual una las propiedades fundamentales del agregado es
la a absorción es quizás la propiedad del agregado que más influye en la
consistencia del concreto, puesto que las partículas absorben agua directamente
en la mezcladora, disminuyendo la manejabilidad de la mezcla ya que es
fundamental en obra teniendo la mezcla adecuada para la manejabilidad en
construcción. En este mismo país se realizó una investigación en la cual evalúan
el concreto polimérico reforzado con fibras de luffa en donde la evaluación de las
propiedades mecánicas, el cual nos sirve para saber más o menos los intervalos
de dosificaciones de los agregados sustituyentes para obtener una resistencia
mecánica que cumpla dentro de las normas que nos rigen en nuestro país.
De la fuente de investigación de la Obtención de un concreto autocompactante
empleando adiciones de escoria de carbón finamente molida en el cuales se
evaluaron las propiedades en estado fresco el concreto, en el cual se realizó
ensayo de abrams, caja en L y embudo en V. en el cual se tienen tiempos de
curado con respectivas dosificaciones de la escoria de carbón en la cual se tiene
resistencias a la compresión.
A Partir de la investigaciones que se llevó a cabo en la Universidad de los Andes
y Universidad del Valle en la cual representaron para este trabajo de grado la
viabilidad e importancia respecto a él uso de materiales reciclables provenientes
del concreto y agregados no tradicionales para mejorar o igualar las
características primordiales del concreto, estas investigaciones son importantes
debido a que resaltan la utilidad y el giro que está pasando la ingeniería en estos
últimos años para encontrar mejores opciones en el ámbito de materiales de
construcción, La investigaciones realizadas en la Universidad del Valle sirvieron
40
como base en la viabilidad de la hipótesis manejada en el proyecto de grado de
utilizar materiales reciclables proveniente de la actividades de construcción para
reemplazar en ciertos porcentajes por el cemento, esta investigación brindó un
grado de confianza sobre la hipótesis generada y la factibilidad de un resultado
positivo; aunque se debe tener en cuenta que los resultados puede variar debido
el tipo de material sustituido ya que sus propiedades se pueden ver afectadas por
su origen y lo agregados utilizados para elaborar y es necesario realizar estudios
químicos y de caracterización del material de sustitución.
41
5. METODOLOGÍA Y ENSAYOS REALIZADOS
Para iniciar el diseño de la mezcla se inició por la búsqueda de materiales, de los
cuales se compone la mezcla de concreto; Agregado grueso, agregado fino,
cemento y agua, para esto se buscó agregados de características promedio con la
finalidad de dar un trato como un caso de la vida real, en donde se tenga que
trabajar con agregados de esta calidad, ya teniendo los agregados, se decidió por
utilizar cemento gris Cemex de clase de uso general.
Para determinar el diseño de la mezcla de concreto que tenga una resistencia
deseada de 3000 PSI es necesario realizar los siguientes ensayos de
caracterización del material, en este caso se realiza ensayo a los agregados y al
cemento ya que el agua de mezcla es obtenida de la red de agua pública de la
ciudad de Bogotá.
5.1. Humedad
Para llevar a cabo este ensayo fue necesario guiarse de la norma INV-E 122-07, la
cual nos indica cómo se obtiene en laboratorio el contenido de agua de la muestra
analizada, teniendo como objetivo la determinación del contenido de humedad del
material, cuya aplicación práctica en la mezcla, es la de realizar una corrección del
agua de mezclado en la pasta de concreto. El ensayo consiste en obtener el peso
del material húmedo, posteriormente se toma el material húmedo (espécimen de
42
prueba) e introducirlo en un horno controlado a una temperatura de 110°±5°C
(230°±9°F) donde se deja el espécimen durante 24 horas, posteriormente se debe
pesar la muestra con la cual se obtiene la masa seca del material; y usar este
valor como la masa del agua en el espécimen de prueba. La masa del material
remanente después de secado en el horno, corresponde a la masa de las
partículas sólidas. El contenido de agua se calcula relacionando la masa de agua
en la muestra húmeda con la masa de la muestra seca.13
en donde se calcula mediante la siguiente fórmula:
𝑊 =((𝑃𝑅 + 𝑃𝐴𝑈) − 𝑃𝑅) − ((𝑃𝑅 + 𝑃𝐴𝑆) − 𝑃𝑅)
((𝑃𝑅 + 𝑃𝐴𝑆) − 𝑃𝑅) 𝑋 100
Tabla 6. Humedad natural agregado fino y grueso.
Fuente: propia.
Se realizó un promedio de los agregados finos y gruesos, obteniendo los
siguientes resultados:
𝑊(%)𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎 = 4,31
13 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. DETERMINACIÓN EN LABORATORIO DEL CONTENIDO
DE AGUA (HUMEDAD) DEL SUELO, ROCA Y MEZCLAS DE SUELO -AGREGADO. INV-E. 2h. (INV-E 122-07)
43
𝑊(%)𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 = 3,65
5.2. Granulometría agregado fino y grueso.
Este método de ensayo tiene por objeto determinar cuantitativamente la
distribución de los tamaños de las partículas de agregados gruesos y finos de un
material, por medio de tamices de abertura cuadrada progresivamente
decreciente. Este método también se puede aplicar usando mallas de laboratorio
de abertura redonda.14
Para llevar a cabo este proceso se debe preparar la muestra de la siguiente
manera: El agregado debe estar completamente mezclado antes de cuartearlo y
tener la suficiente humedad para evitar la segregación y la pérdida de finos. La
muestra para el ensayo debe tener la masa seca aproximada y constituye en una
fracción completa de la operación de cuarteo. No está permitido seleccionar la
muestra con una masa exacta determinada.15 Posterior a esto se debe secar la
muestra en horno con una temperatura de 110° ± 5°C (230° ± 9°F), hasta obtener
una masa constante. Luego se selecciona un grupo de tamices de tamaños
adecuados para suministrar la información requerida para ensayar. La serie de
tamices que se utiliza para el análisis de se encuentra en la NTC 77
Se realizaron dos granulometrías de diferentes lotes de los agregados finos y se
escogió el módulo de finura más apropiado.
14 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE AGREGADOS
GRUESOS Y FINOS. INV-E. 1h. (INV-E 213-07) 15 IBID. Pág.2.
44
Tabla 7. Granulometría No.1 agregados finos.
Fuente: propia.
con los datos obtenidos se procede a graficar el porcentaje que pasa vs diámetro
del tamiz.
Grafica No. 1. Curva de distribución granulométrica agregados finos No 1.
Fuente: propia.
45
Donde:
D90 = diámetro correspondiente al 90% del material que pasa.
D60 = diámetro correspondiente al 60% del material que pasa.
D30 = diámetro correspondiente al 30% del material que pasa.
D10 = diámetro correspondiente al 10% del material que pasa.
Cu = Coeficiente de Uniformidad.
Cc = Coeficiente de Curvatura.
Una vez calculados estos coeficientes, se clasifica el material es bien gradado o
mal gradado, según la tabla de sistema de clasificación USCS como se muestra a
continuación:
46
Tabla 8. Sistema clasificación USCS.
Por tanto, se tiene que el material fino se puede clasificar como una arena bien
gradada (SW).
Módulo de finura agregados finos= ∑ % 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑙𝑙𝑎 𝑎𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜
100
Módulo de finura agregados finos: 2,99 ≈ 3,00.
47
Tabla 9. Granulometría No.2 agregados finos.
Fuente: propia
Grafica No. 2. Curva de distribución granulométrica agregados finos No 2.
Fuente: propia.
48
Una vez calculados estos coeficientes, se clasifica el material es bien gradado o
mal gradado, según la tabla 5 de sistema de clasificación USCS. Por tanto, se
tiene que el material fino se puede clasificar como una arena bien gradada (SW).
Módulo de finura agregados finos: 2,94.
El módulo de finura es un parámetro con el cual se determina la proporción de
agregado fino que se le debe agregar a la mezcla de concreto; los métodos de
diseño exigen determinar un módulo de finura del material fino para obtener la
relación óptima dentro de la pasta de concreto.
La granulometría de los agregados gruesos se realiza con la misma metodología
que establece la norma NTC 77, pero cambian la serie de los tamices utilizados
para realizar el análisis del material grueso y de igual forma se realizaron dos
granulometrías de diferentes lotes del material.
49
Tabla 10. Granulometría No.1 agregado grueso.
Fuente: propia.
Dado a los resultados de obtiene un Tamaño máximo nominal (TMN) de ½”, y se
obtiene un módulo de finura de 3,35.
Grafica No. 3. Curva de distribución granulométrica agregado grueso No 1.
Fuente: propia.
50
Una vez calculados estos coeficientes, se clasifica el material es bien gradado o
mal gradado, según la tabla 5 de sistema de clasificación USCS. Por tanto, se
tiene que el material grueso se puede clasificar como una grava mal gradada
(GP).
Tabla 11. Granulometría No.2 agregado grueso.
Fuente: propia.
Dado a los resultados de obtiene un Tamaño máximo nominal (TMN) de ½”, y se
obtiene un módulo de finura de 3,23.
51
Grafica No. 4. Curva de distribución granulométrica agregado grueso No 2.
Fuente: propia.
Una vez calculados estos coeficientes, se clasifica el material es bien gradado o
mal gradado, según la tabla 5 de sistema de clasificación USCS. Por tanto, se
tiene que el material grueso se puede clasificar como una grava mal gradada
(GP).
52
5.3. Masas unitarias
Este método determina la masa unitaria en condición compactada o suelta de los
agregados finos, gruesos o mezclados, esto se aplican para agregados que no
excedan los 150 mm de tamaño máximo nominal, el ensayo consiste en un molde
patrón que sus dimensiones están estipulado en la norma NTC 92, se selecciona
un lote material de forma homogénea y esta se introduce dentro del molde en tres
capas las cuales deben ser apasionada con una varilla de acero lis de diámetro
16 mm (5
8") la cual una de sus puntas debe estar redondeada, cada capa se le
debe dar 25 golpes, al tener la totalidad del material dentro del molde ya
apisonado este se pesa, previo a esto se debe tomar las dimensiones del molde
con el cual se realiza el ensayo y su peso sin el material; con los datos obtenidos
se determina la masa unitaria compactada de los agregados, el procedimiento
para obtener masa unitaria suelta de los agregados es similar pero esta no se
apisona, si no en esta se agrega todo el material dentro del molde y se realiza la
misma toma de datos de pesos, para obtener la masas unitarias se aplica la
siguiente fórmula:
M=(G-T) /V
Donde:
M= Masa Unitaria (Kg/m3)
G= Masa del Material más Molde (Kg)
T= Masa del Molde (Kg)
V = Volumen del Molde (m3)
53
En los siguientes cuadros y figuras tiene el valor de las masas compactas y
sueltas del agregado fino y grueso.
Figura 2. Masa compactada Agregado Fino.
Fuente: propia.
Figura 3. Masa Compactada Agregado Grueso.
Fuente: propia.
54
Tabla 12. Datos de pesos del agregado fino y grueso.
Fuente: propia Tabla 13. Masa Unitaria agregado fino (compactado y suelto).
Fuente: propia.
55
Tabla 14. Masa Unitaria agregado Grueso (compactado y suelto).
Fuente: propia.
5.4. Absorción agregados fino y grueso.
Para determinar la absorción de los agregados finos se llena parcialmente el
picnómetro con agua. Inmediatamente se introducen en el picnómetro, 500 ± 10 g
del agregado fino saturado y superficialmente seco, y se le añade agua hasta
aproximadamente un 90 % de su capacidad. Para eliminar el aire atrapado
manualmente se rueda el picnómetro sobre una superficie plana, e incluso
agitando o convirtiéndolo si es preciso o mecánicamente se agita para eliminar
todas las burbujas de aire. Se logra la agitación mecánica aplicando vibración
externa al picnómetro de una manera que no degrade la muestra. Un nivel de
agitación justo para remover el aire atrapado sin degradar, es el que mueve las
partículas individuales del material.
56
Tabla 15. Absorción agregado Fino.
Fuente: propia.
Para determinar la absorción de los agregados gruesos se comienza por mezclar
completamente los agregados, a continuación, conforme se indica en la norma
INV E – 202, hasta obtener aproximadamente la cantidad mínima necesaria para
el ensayo, después de eliminar el material inferior a 4.75 mm mediante tamizado
en seco y se lava completamente para remover los finos adheridos a la superficie.
Las cantidades mínimas para ensayo se indican en la Tabla 1, en función del
tamaño máximo nominal del agregado. Si el material tiene una cantidad sustancial
de material menor de 4.75mm, se debe usar el tamiz de 2.36 mm (No. 8), en lugar
del de 4.75 mm (No. 4). Luego se seca la muestra en un horno a 110 ± 5ºC hasta
masa constante, enfría al aire a la temperatura ambiente durante 1 a 3 horas para
muestras de tamaño máximo nominal de 37.5 mm (1 ½”); o un lapso mayor para
muestras con tamaños mayores, hasta que el agregado sea manipulable
(aproximadamente a 50ºC). Posteriormente se sumerge en agua, también a
temperatura ambiente, durante un período de 15 a 19 horas. Después del período
de inmersión, se saca la muestra del agua y se secan las partículas, colocándolas
57
sobre un paño absorbente de gran tamaño, hasta que se elimine el agua
superficial visible, secando individualmente los fragmentos mayores. Se tomarán
las precauciones necesarias para evitar cualquier evaporación del agua de los
poros durante la operación de secado de la superficie de las partículas. A
continuación, se determina la masa de la muestra en el estado de saturada con
superficie seca (sss.). Estas y todas las pesadas subsiguientes se realizarán con
una aproximación de 0.5 g o de 0.05% de la masa de la muestra, la que sea
mayor. Y finalmente se seca la muestra en el horno a 110 ± 5ºC hasta obtener una
masa constante, se enfría al aire a la temperatura ambiente durante 1 a 3 horas
para muestras de tamaño máximo nominal de 37.5 mm (1 ½”); o un tiempo mayor
para muestras con tamaños mayores hasta que el agregado sea manipulable
(aproximadamente a 50ºC), posteriormente se determina su masa.16
Tabla 16. Absorción agregado Grueso.
Fuente: propia.
16 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. GRAVEDAD ESPECÍFICA Y ABSORCIÓN DE AGREGADOS GRUESOS
INV-E. (INV-E 223-07).
58
5.5. Desgaste.
Este ensayo es empleado para determinar la resistencia al desgaste de los
agregados naturales o triturados que se van a emplear para nuestra mezcla de
concreto. Esta prueba es usada para darnos a todos los que trabajamos en esta
industria, un indicador de calidad de los materiales que estamos utilizando en
nuestras obras civiles.
Para realizar este experimento es necesario tener los siguientes equipos:
Balanza, Horno, Tamices, cargas abrasivas (esferas de acero) y la máquina de los
ángeles.
La máquina de los ángeles tiene que cumplir con las especificaciones de la norma
INV E 218-07, como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Máquina del ensayo de abrasión Los Ángeles.
59
Fuente: INVE-E 218-07.17
Una vez comprobado que el tambor esté limpio, la muestra correspondiente y las
esferas de acero están en la máquina de los ángeles, se hace girar a una
velocidad de 30 y 33 rpm hasta completar las 500 revoluciones, al finalizar dichas
revoluciones, se descarga el material del tambor y se debe emplear el tamiz No.
12 (1.70 mm) con el cual se procede a separar el material que pasa el tamiz No.12
y a lavar el material retenido de el tamiz seleccionado y se seca en el horno a una
temperatura comprendida entre 110 +- 5°C (230+- 9°F hasta obtener una masa
constante. Se tomó el tipo de granulometría “C” con las siguientes masas:
Masa Tamiz ⅜” = 2562,10 g
Masa Tamiz ¼” = 2583,74 g
Masa Total de la Muestra = 5135,84 g
Al final del procedimiento se obtiene la siguiente masa:
Masa Retenida en el Tamiz ¼” = 3839,58 g
Para determinar el coeficiente de desgaste se aplica la siguiente ecuación:
% 𝐷𝑒𝑠𝑔𝑎𝑠𝑡𝑒 = ((𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑅𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎)/𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐼𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙) ∗ 100
% 𝐷𝑒𝑠𝑔𝑎𝑠𝑡𝑒 = ((5135,84 − 3839,58)/5135,84) ∗ 100
% 𝐷𝑒𝑠𝑔𝑎𝑠𝑡𝑒 = 25,38%
17 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. RESISTENCIA AL DESGASTE DE LOS AGREGADOS DE TAMAÑOS
MENORES DE 37.5 mm POR MEDIO DE LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES. INV-E. (INV-E 218-07).
60
Tomando el resultado obtenido el material presenta un desgaste aceptable dado
que está por debajo del 30%
5.6. Densidad cemento y el polvo de ladrillo.
Este ensayo tiene por objeto establecer la densidad del cemento hidráulico. Su
principal utilidad está relacionada con el diseño, control de las mezclas de
concreto y la cantidad apropiada.
Se inicia llenando el frasco de chantelier con petróleo o algunos de sus derivados,
lo cuales son inertes en presencia del cemento. En este caso se utilizó keroseno,
el que se llena hasta un punto situado entre las marcas 0 y 1 ml como se indica
en la figura 5. Se debe secar el interior del frasco por encima del nivel líquido, si es
necesario, después de verterlo se debe secar el interior del frasco por encima del
nivel líquido, si es necesario, después de verterlo además de esto se debe
manejar una temperatura promedio como establece la norma INV-E 307-07.18
Figura 5. frasco de chantelier, petróleo o keroseno y embudo.
Fuente: propia.
18 INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. DENSIDAD DEL CEMENTO HIDRÁULICOINV-E. (INV-E 307-07).
61
Después de realizar el ensayo la densidad obtenida para el cemento de uso
general de la empresa CEMEX fue el siguiente:
Tabla 17. Densidad del cemento (CEMEX).
Fuente: propia.
tomando los mismos procedimientos que está estipulado en la norma se determina
la densidad del polvo de ladrillo, la cual es utilizada para caracterizar el material
que es utilizado para las sustituciones del concreto.
Tabla 18. Densidad del ladrillo.
Fuente: propia.
5.7. Materia orgánica (agregado fino).
El ensayo de materia permite determinar la cantidad de materia orgánica presente
en el agregado fino por medio del color que adopta el material fino, después de ser
sometido a una solución. Este ensayo permite saber la cantidad de materia
orgánica y establecer si el material es idóneo para mezcla.
Según la NTC 127 hay que proceder de la siguiente manera: se debe vertir en un
vaso el material fino hasta un contenido 130 ml, después de esto se introduce en
el vaso una solución de dicromato de potasio (𝐾2𝐶𝑟2𝑂7), hasta que la solución y el
62
agregado fino se lleve a 200 ml, luego de esto se agita el vaso de forma
continuada y a buen ritmo, se debe dejar reposar por 24 horas y luego con la
regla de colores se determina la cantidad de materia orgánica; con la siguiente
tabla se estima la cantidad de materia orgánica:
Tabla 19. Color estándar Garder.
Fuente: NTC 127
Figura 6. Muestra con solución y Placa Orgánica.
Fuente: propia.
Como se observa en la imagen en la placa orgánica que corresponde a la solución
es de 2 con lo cual en la escala de color de Gardner es de 8, dado esto el material
63
es aceptable y cumple con lo estipulado en la norma NTC 127, la cantidad
admisible de color estándar es de 11; determinado el resultado el material cumple
con el parámetro que fue evaluado para este ensayo.
64
6. DISEÑO DE MEZCLA
Con los parámetros obtenidos de la caracterización del material (agregado fino,
agregado grueso y cemento), se dispone a elaborar el diseño de la mezcla
utilizando las siguientes restricciones para la misma; la resistencia a la compresión
para 28 días debe ser de 3000 Psi y el asentamiento de la pasta de concreto en
estado fresco debe estar entre 1 a 2 pulgadas y se considera que la mezcla no va
tener aire incluido.
En este trabajo de grado se tomó la decisión de utilizar dos métodos de diseño: el
ACI (American Concrete Institute, este método fue desarrollado por el Instituto
Americano del Concreto en este caso se tomó el método ACI 211, y el método
Walker el cual existe una variación en el contenido de material fino respecto con el
método ACI 211.
6.1. Método ACI 211
Teniendo los requerimientos de diseño y los parámetros relevantes para elaborar
el diseño del agregado fino, el agregado grueso y el cemento, los cuales se
muestran en las siguientes tablas:
65
Tabla 20. Requerimiento de Diseño.
Fuente: propia.
Tabla 21. Parámetros de Agregado Fino y Grueso.
Fuente: propia.
El primer paso que exige el diseño es establecer la resistencia promedio con la
cual se va a desarrollar el método, para determinar la resistencia promedio (F’cr)
existen 3 procedimientos, como lo son: 1. método estadístico, el cual consta de
determinar la desviación estándar de diferentes ensayos, con el que se determina
66
la variación de la resistencia promedio requerida. 2. debido que se realiza en un
ambiente controlado, no existen factores ajenos a la elaboración de la mezcla de
concreto, como es el caso que se presenta en un laboratorio. 3. por último, es
cuando no existe ningún ambiente controlado como lo es en una obra, para esta
situación no se cuentan datos estadísticos y si se realiza en un ambiente
controlado, se toma la opción que estipula las siguientes condiciones:
Tabla 22. Resistencia Promedio Requerida (𝐾𝑔/𝑐𝑚2)
Fuente: ACI
El diseño se va realizar para un valor de 210 𝐾𝑔/𝑐𝑚2, para este en caso en
particular la resistencia promedio Requerida es de 294 𝐾𝑔/𝑐𝑚2; Tomando El
Tamaño Máximo Nominal (TMN)que corresponde al Agregado Grueso que
corresponde según el análisis granulométrico de 1/2 𝑖𝑛 o 12,7mm con este dato se
estima la cantidad de aire que contiene la mezcla en la siguiente tabla que
pertenece al método ACI 211.
Tabla 23. Contenido de Aire de La mezcla.
67
Fuente: ACI.
Ya que el Tamaño Máximo Nominal es de 12,7 mm el valor que corresponde de
aire de la mezcla es de 2,5%.
Para determinar la cantidad de agua de mezclado es fundamental establecer dos
parámetros, el asentamiento y si en el diseño del concreto esta tiene aire incluido,
lo que se establece que le asentamiento o slump está entre 1 a 2 in y la mezcla no
contiene aire incluido; dado estos parámetros y sabiendo que el TMN es de 12,7
mm, el agua de mezclado necesario se obtiene de la siguiente tabla.
Tabla 24. Cantidad de Agua de Mezclado (L).
Fuente: ACI.
La tabla del método establece que la cantidad necesaria de agua para que exista
una reacción química óptima con el cemento es de 199 Litros lo que corresponde
a 1 m3 de concreto. A continuación se determinará la relación agua/cemento que
debe tener la mezcla de concreto para obtener la cantidad suficiente que se le
agrega, para que reaccione con el agua de mezcla calculado con el siguiente
cuadro :
68
Tabla 25. Relación Agua/Cemento.
Fuente: ACI.
Tomando como referencia la resistencia promedio requerida (F’cr) la cual es de
294 𝐾𝑔/𝑐𝑚2, dado que el valor no se encuentra estipulado es necesario interpolar
el valor de la relación agua cemento para obtener la misma para esta resistencia.
Fórmula de interpolación
𝑎/𝑐 = 𝑎/𝑐1 + (𝑎/𝑐2 − 𝑎/𝑐1𝐹′𝑐𝑟2 − 𝐹′𝑐𝑟1
)(𝐹′𝑐𝑟 − 𝐹′𝑐𝑟1)
Reemplazando lo valores correspondientes en la fórmula se obtiene el siguiente la
relación agua-cemento
𝑎/𝑐 = 0,62 + (0,55 − 0,62
300 − 250)(294 − 250)
la relación agua-cemento es de 0,558; tomando este valor se establece la cantidad
de cemento de la pasta con la siguiente relación:
𝑎/𝑐 = 0,558
𝑐 = 0,558/𝑎
69
ya que la cantidad de agua que se utiliza es 199 litros este valor se reemplaza en
el coeficiente 𝑐 de la siguiente forma:
𝑐 = 0,558/199
La cantidad de cemento que establece el método de diseño es 356,375 𝐾𝑔.
Después de determinar la cantidad de cemento en peso se determina el Peso de
Agregado Grueso, tomando el tamaño máximo granular obtenido de los ensayos
de granulometría, el cual para el agregado grueso es de 12,7 mm o ½” y el módulo
de finura del agregado fino, cuyo resultado es de 3 se establece la cantidad de
agregado grueso que se debe incorporar a la mezcla de concreto por medio de la
siguiente tabla:
Tabla 26. Relación de Volumen Para Agregado Grueso.
Fuente: ACI.
Tomando el Tamaño Máximo Nominal (TMN) y relacionándolo con el módulo de
finura, la relación de volumen correspondiente es de 0,53, con este dato se
procede a determinar el peso que requiere el método de diseño. Empleando el
peso unitario compactado del agregado grueso el cual es de 1435,85 𝐾𝑔/𝑚3 , el
Peso Unitario del agregado grueso corresponde a la siguiente fórmula:
𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑏/𝑏𝑠
70
Donde:
b= Peso Unitario Compactado del agregado grueso requerido para la mezcla.
bs= Peso Unitario Compactado Seco del agregado grueso.
Dado lo anterior el Peso Unitario Requerido y con el cual se obtendrá
posteriormente el peso requerido para elaborar la mezcla es el siguiente.
0,53 = 𝑏/1435,85
𝑏 = 0,53 ∗ 1435,85
El Peso Unitario es de 761 𝐾𝑔/𝑚3 ya que se diseña la mezcla para un 1 m3 el
valor del Peso Unitario se multiplica por uno (1) y se obtiene que el peso requerido
es de 761 Kg.
Al determinar el peso de requerido de agregado grueso, el peso requerido de
cemento y el volumen del agua de mezcla, se procede a determinar el volumen del
agregado fino, para este fin es necesario antes determinar los volúmenes
absolutos del agregado grueso, cemento y agua de la siguiente forma.
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙/𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙
Los Volúmenes Absolutos para cada material es el siguiente:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑉𝐴𝐶) = 356,375/3000; 𝑉𝐴𝐶 = 0,119 𝑚3
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 (𝑉𝐴𝐴𝐺) = 761/2664;
𝑉𝐴𝐴𝐺 = 0,286 𝑚3
Como el agua está en litros se debe realizar la conversión de la unidad a metro
cúbico; al realizar la conversión el volumen es de 0,199 m3. Para determinar el
71
volumen absoluto del agregado fino (VAAF) se establece la siguiente suposición;
Dado que el diseño de realiza para un metro cubico de concreto es necesario que
todos los elementos que forman parte de la mezcla al sumar sus volúmenes
absolutos se obtengan como resultado uno (1), tomando la suposición anterior se
procede a calcular el volumen de absoluto del agregado fino.
𝑉𝐴𝐴𝐹 = 1 − 𝑉𝐴𝐶 + 𝑉𝐴𝐴𝐺 + 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝐴𝑔𝑢𝑎 + 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑉𝐴𝐴𝐹 = 1 − 0,119 + 0,286 + 0,199 + 0,03
𝑉𝐴𝐴𝐹 = 0,372 𝑚3
Al multiplicar esto valores por sus correspondientes Pesos específicos se obtiene
el diseño de la mezcla en caso cuando lo materiales estén secos el cual es el
siguiente:
Tabla 27. Diseño de Mezcla en Estado Seco.
Fuente: Propia.
En la obras no se cuenta con el equipo necesario para realizar la medición de los
pesos de los agregados, se establece una relación entre el peso del cemento y los
agregado grueso y fino; para determinar la relación del agua con estas nuevas
proporciones es necesario establecer el factor cemento el cual se obtiene de la
siguiente forma:
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝐹𝐶) = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜/𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑏𝑢𝑙𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
Se tomará como peso de referencia un bulto de 50 Kg, dado que este es el valor
que la mayoría de fabricantes utiliza para su distribución. El factor cemento para
72
este caso corresponde a:
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 356,375 𝐾𝑔/50 𝐾𝑔
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐶𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 7,128
Relacionando las cantidades antes dichas, se obtiene el diseño de la mezcla en
volúmenes la cual corresponde a la siguiente tabla:
Tabla 28. Diseño de Mezcla en Estado seco en Volúmenes.
Fuente: Propia
Como es sabido cuando se realiza la mezcla de concreto en obra, los materiales
se encuentran húmedos, por lo que es necesario efectuar una corrección al diseño
por parte de la humedad del material. Lo primero es obtener el peso del agregado
Fino y Grueso, en estado húmedo se utiliza el siguiente procedimiento:
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐻ú𝑚𝑒𝑑𝑜
= 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 ∗ (1
+ %𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 𝐻ú𝑚𝑒𝑑𝑜 = 761 ∗ (1 + 4,31 %)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜 𝐻ú𝑚𝑒𝑑𝑜 = 793,778 𝐾𝑔
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐹𝑖𝑛𝑜 𝐻ú𝑚𝑒𝑑𝑜 = 984,60 ∗ (1 + 3,65%)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐹𝑖𝑛𝑜 𝐻ú𝑚𝑒𝑑𝑜 = 1020,583 𝐾𝑔
Teniendo en cuenta los datos anteriores se debe calcular el Aporte del agua de
73
los agregados de la siguiente manera:
𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠
= (%𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 − %𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛)
∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐻ú𝑚𝑒𝑑𝑜
Aplicando la fórmula anterior los aportes de agua y el aporte final son los
siguientes:
Tabla 29. Aporte de Agua de Agregado Fino y Grueso.
Fuente: Propia
El agua efectiva se determina por medio de la siguiente fórmula:
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎
= 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑀𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎𝑑𝑜 − (𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐹𝑖𝑛𝑜
+ 𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜)
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 = 199 − (8,298 + 6,522)
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐸𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 = 184,180 𝐿
El diseño de Mezcla final cuando los materiales se encuentran en estado húmedo
es:
74
Tabla 30. Diseño de Mezcla Estado Húmedo.
Fuente: Propia
La relación el peso del cemento con los agregados grueso y fino y el agua con el
factor cemento las relaciones de pesos es la siguiente:
Tabla 31. Diseño de Mezcla en Estado Húmedo en Volúmenes.
Fuente: Propia
6.2. Método Walker
El método Walker es el mismo procedimiento del método ACI 211, lo único que
cambia es la forma cómo se calcula el volumen de los agregados del diseño de la
mezcla de concreto, como se muestra a continuación:
una vez obtenido el peso del cemento requerido para 1 m3, el volumen de agua y
el volumen de aire, se pueden ilustrar en la tabla 32.
75
Tabla 32. Volumen de pasta.
Fuente: propia.
para calcular el volumen de los agregados gruesos es el 100% del volumen total
de la mezcla menos el volumen de pasta de dicha mezcla.
En donde:
%Vag= porcentaje del agregado grueso.
%Vaf= porcentaje del agregado fino.
una vez obtenido estos porcentajes del volumen de los agregados gruesos y finos,
se calcula el volumen en m3 de cada uno de estos:
Tabla 33. Volúmenes agregados.
Fuente: propia.
76
donde se calculó de la siguiente manera:
Vol. Agregado Fino = 0,29 x 0,37 = 0,29 m3.
Vol. agregado Fino = 0,66 - 0,29 = 0,37 m3.
una vez calculado dichos volúmenes, se calcula el peso seco de los agregados
con su respectivo peso específico, y se obtiene un diseño inicial seco:
Tabla 34. Presentación diseño mezcla seco.
Fuente: propia.
posteriormente se realiza una corrección por humedad, dado que casi nunca se va
a encontrar esta materia prima en estado seco, si no en estado natural, que es
húmedo. Se debe multiplicar el peso seco de cada uno de estos por su respectivo
contenido de humedad más uno.
Tabla 35. Peso húmedo.
77
Fuente: propia.
Finalmente se debe calcular el agua efectiva de la mezcla, que como su nombre lo
indica es la cantidad de agua requerida de la mezcla, pero adicionando lo que le
aporta la humedad superficial de los agregados.
Para calcular la humedad superficial de los agregados se debe realizar la resta del
contenido de agua menos la absorción de cada agregado.
Tabla 36. Humedad superficial agregado fino y grueso.
Fuente: propia.
Ya calculados estos porcentajes de humedad superficial, se calcula el aporte de
agua que le da cada uno de los agregados a la mezcla. Se calcula multiplicando el
peso seco por el porcentaje de humedad superficial de cada uno de los
agregados.
Tabla 37. Aporte de agua a la mezcla de los agregados.
Fuente: propia.
Finalmente, el agua efectiva que se le debe aplicar a la mezcla de concreto es el
78
valor de agua obtenido en la tabla 23 menos la suma del aporte de agua a la
mezcla, esté se resta dado a que la humedad superficial del agua nos aporta más
agua a la mezcla por tanto si no se restara nos afectaría el diseño de la mezcla y
por tanto nos provocaría una disminución de la resistencia mecánica.
Al terminar se obtiene las dosificaciones en estado seco, húmedo y con el material
sustituyente.
Tabla 38. Diseño mezcla en estado seco.
Fuente: propia.
Tabla 39. Diseño mezcla en estado húmedo.
Fuente: propia.
Ya que se tienen dos métodos, se deben evaluar cuál de estos es óptimo para
implementar el desarrollo del trabajo de grado, por esta razón se elaboraron dos
probetas para cada uno de los métodos, las cuales fueron sometidas al ensayo de
resistencia a la compresión a los 7 días de su elaboración.
79
Figura 7. Probetas de los dos métodos de diseño.
Fuente: Propia
al ser fallado los datos de resistencia promedio para el método ACI 211 fue de
241,94 KN y los resultados del método Walker es de 253,70 KN; para determinar
el esfuerzo de cada cilindro se utiliza la siguiente ecuación:
𝜎 = 𝑃/𝐴
donde:
P = Carga Aplicada
A = Aérea de Probeta
Para determinar el área de la probeta se tienen los siguientes datos del diámetro y
altura de la probeta con una altura promedio de 0,305 m y diámetro 0,154 m; el
área de la probeta correspondiente a un círculo se determina con la siguiente
ecuación:
Área = 𝝅*d2/4
Área = 𝝅 (0,154)2/4
Área = 0,01870 m2
80
Tomando los datos de Carga y Área, el esfuerzo obtenido para el método de ACI
es de 12,93 MPa y la resistencia obtenida para el método Walker es de 13,44
MPa, dado que en el rango de los 7 días de curado la resistencia esperada está
dentro del 60%-65% de diseño, el cual es de 21 MPa, el resultado que más se
aproxima a la resistencia de diseño con un 64,02 % es el método Walker; por lo
que este es el método escogido y el diseño para hacer las probetas que se van
analizar.
Figura 8. Probetas Falladas por ambos métodos.
Fuente: Propia.
El método Walker se adoptó como método de diseño. Paso seguido se procederá
a elaborar las probetas, las cuales proveerán los datos necesarios para determinar
la validez de la hipótesis, así: se elaboran 2 probetas para 3 días que son críticos
para la curación y la evolución del curado del concreto los cuales son el séptimo
(7) día catorceavo (14) día y a los veintiocho (28) días; por lo que se tiene un total
de 6 probetas para los 3 casos, el primero es con el diseño definitivo, el segundo
se reemplaza 5% de la cantidad total del cemento en la mezcla y la tercera se
remplaza 10% de la cantidad total del cemento.
81
Para la elaboración de las probetas se toman 3 capas de alturas similares, cada
capa debe ser golpeada 25 veces con una varilla lisa; con un extremo esférico,
con esta acción se garantiza la expulsión del aire contenido en la mezcla y se
previene la formación de burbujas, siendo en parte culpables de la formación de
porosidad del concreto las cuales puede influir en la resistencia.
82
7. ANÁLISIS Y RESULTADOS
Como es mencionado en la metodología se tienen 3 casos, el primer caso que se
analiza son las probetas patrón, las cuales se elaboran con el diseño obtenido por
el método Walker, tomando las 6 moldes las cuales se le agregan la pasta de
concreto, posteriormente a que estas probetas presente el curado inicial se
sumergen en un tanque con agua limpia para iniciar el proceso de curado, dos
cilindros se fallan a los 7 días del curado inicial, otros dos se fallan a los 14 días y
finalmente se fallan los cilindros restantes a los 28 días del curado inicial. Los
datos de altura y diámetro de los moldes que se utilizan para verter la mezcla de
concreto presentan un diámetro de 0,15 m y altura de 0,30 m, se presentarán la
imágenes y resultado de cada probeta y el análisis de las fallas presentan cada
probeta.
Figura 9. Moldes de probetas.
Fuente: Propia.
83
Figura 10. Probetas patrón elaboradas
Fuente: Propia.
Figura 11. (A) Valor de la resistencia a la compresión. Fuente: Propia (B) Probeta patrón curada
Fuente: Propia.
La falla que representa la figura 11, se le denomina “falla transversal”, esta se
presenta comúnmente cuando las caras de aplicación de carga se encuentran en
el límite de desviación (perpendicularidad).
Los resultados de carga y esfuerzo se consignan en la siguiente tabla:
84
Tabla 40. Esfuerzo y Carga para Muestras Patrón.
Fuente: Propia.
Al promediar los resultados de los esfuerzos en los diferentes días se obtiene los
siguientes resultados
Tabla 41. Esfuerzo Promediados de probetas patrón.
Fuente: Propia.
Grafica No. 5. Resistencia vs Tiempo de Curado probetas patrón.
Fuente propia.
85
Dado el tipo de gráfica obtenida de la resistencia del concreto respecto a los días
de curado y sabiendo el comportamiento de este fenómeno expresa una función
polinómica de 2° grado, dado lo anterior es necesario realizar el método de
regresión parabólica la cual permite establecer la ecuación que describe este
comportamiento, sabiendo que un polinomio de de segundo grado se expresa de
la siguiente forma:
Tabla 42. Método de regresión parabólica probeta patrón.
Fuente: Propia
para determinar los coeficientes a, b y c, es necesario establecer 3 ecuaciones
que se elaboran con estos tres términos:
al reemplazar los valores correspondientes a cada sumatoria se obtiene las
siguientes ecuaciones:
al resolver el sistema tres por tres los coeficientes que se obtiene que el valor de A
= 10,53, B=0,1664 y C = 0,0086. Después de esto se determina el índice de
determinación la cual determina la confiabilidad de replicar los resultados y la
variación de los resultados del modelo, para calcular el índice de determinación
para regresión parabólica es la siguiente:
86
donde el factor es calculado de la siguiente forma
el índice de determinación es
.
Por lo tanto la ecuación que describe el comportamiento de la resistencia respecto
a los días de curado es:
donde:
= Resistencia a la Compresión del concreto
= Días de curado del concreto
es necesario recalcar que el comportamiento de polinomio de segundos grados,
está limitada hasta un rango efectivo de 28 días para obtener valores fiables.
Como se observa en el dato promediado de la resistencia del concreto, se resalta
que a los 7 días del curado, este ha alcanzado una resistencia de 12,12 Mpa lo
cual corresponde al 57,71% de la resistencia de diseño; por lo tanto se denota
que a esta edad está por debajo de la resistencias promedios que se tiene para el
concreto, donde está oscila entre el 60%-65% de la resistencia de diseño; a los
14 días la resistencia promedio que presenta la probeta patrón es de 14,56 Mpa,
este valor corresponde a 69,33% de la resistencia de diseño, el aumento respecto
a la resistencia de los 11,62%; este resultado expresa un crecimiento constante y
normal en un lapso de tiempo de 7 días, tomando los resultado de la resistencia
87
promedia los 28 días se obtuvo una resistencia 21,99 Mpa este valor corresponde
al 104,71% de la resistencia de diseño por lo cual en un lapso de 14 días
aumentó 35,38%, confirmando que el método de diseño escogido para las
características que presentan los agregados grueso y fino fue la correcta.
Se procede a realizar el análisis de los resultados de los esfuerzos
correspondientes a el concreto elaborado con 5% de material de sustitución.
Figura 12. (A) Valor resistencia a la compresión. Fuente: Propia (B) Probeta curada con 5% de
material de mampostería sustituido.
Fuente: Propia.
El tipo de falla que se presenta en la figura 11 es una falla Cónica y dividida la cual
se presenta en especímenes que muestran una cara de aplicación de carga
convexa y deficiencias del material de refrentado o rugosidades del plato de
refrentado, esta es la típica falla cónica dividida, la que se desarrolla a lo largo de
la probeta; como se observa en la figura.
Los resultados de carga y esfuerzo se consignan en la siguiente tabla:
88
Tabla 43. Carga y Esfuerzo de Probetas sustituida con 5% de material de mampostería.
Fuente Propia.
Al promediar los resultados se obtiene lo siguiente resultados:
Tabla 44. Esfuerzo Promediados probetas sustituidas con 5% de material mampostería.
Fuente propia
Grafica No. 6. Resistencia vs Tiempo de Curado probetas sustituidas con 5% de material mampostería.
89
Fuente propia.
Para determinar la ecuación que describe el comportamiento del esfuerzo
respecto a el tiempo de curado, se utiliza el método de regresión parabólica
expuesto en el análisis de la probeta patrón.
Tabla 45. Esfuerzo Promediados probetas sustituidas con 5% de material mampostería.
Fuente propia.
La ecuaciones que se obtiene para determinar las coeficientes a,b,c son los
siguiente:
al resolver el sistema tres por tres los coeficientes que se obtiene que el valor de
A = 5,69, B=1,1679 y C = - 0,0225. Después de esto se determina el índice de
determinación que corresponde a los datos expuesto:
Por lo tanto la ecuación que describe el comportamiento de la resistencia respecto
a los días de curado es:
donde:
= Resistencia a la Compresión del concreto
= Días de curado del concreto
90
Como se puede observar en los datos promediados, el valor de la resistencia a
una edad de 7 días corresponde a 12,76 Mpa este valor equivale al 60,76% de la
resistencia de diseño, este valor cual se encuentra dentro del rango promedio de
resistencia que debería presentar a esta edad mostrando un buena evolución de
la resistencia adquirida por el proceso de curado, a la edad de 14 días del proceso
de curado el concreto con 5% de contenido de material sustituyente del cemento
es de 17,63 Mpa el valor en porcentaje es de 83,95% de la resistencia de diseño,
por lo que en un lapso de 7 días aumenta su resistencia 23,19%, notable en
comparación con lo visto en las mismas edades en la probetas patrón, la
resistencia presente a los 28 días del proceso de curado la resistencia final es de
20,76 Mpa lo cual corresponde 98,86%, de manera que la probeta no desarrolla
toda la resistencia prevista para estos días, aunque la diferencia respecto al a
resistencia de diseño es de 1,14%; por lo cual es aceptable y prometedor, el
aumento de resistencia entre los días 14 al 28 es del 14,90% donde se regulariza
este aumento de resistencia con respecto a los días del 7-14 en el cual el
aumento es mayor.
Se procede a realizar el análisis de los resultados de los esfuerzos
correspondientes a el concreto elaborado con 10% de material de sustitución.
Figura 13. (A) Valor resistencia a la compresión. Fuente: Propia (B) Probeta curada a los 7 días
con 10% de material de mampostería sustituido.
Fuente: Propia.
El tipo de falla que se presenta en la figura 13 se denomina falla transversal la
91
cual se genera comúnmente cuando las caras de aplicación de carga se
encuentran en el límite de desviación.
Tabla 46. Carga y Esfuerzo de Probetas sustituida con 10% de material de mampostería.
Fuente Propia
Al promediar los resultados se obtiene lo siguiente resultados:
Tabla 47. Esfuerzo Promediados probetas sustituidas con 10% de material mampostería.
Fuente propia
92
Grafica No. 7. Resistencia vs Tiempo de Curado probetas sustituidas con 10% de material mampostería.
Fuente propia
Para determinar la ecuación que describe el comportamiento del esfuerzo
respecto a el tiempo de curado, se utiliza el método de regresión parabólica
expuesto en la probeta co 5% de material sustituyente del cemento y patrón.
Tabla 48. Esfuerzo Promediados probetas sustituidas con 5% de material mampostería.
Fuente propia.
La ecuaciones que se obtiene para determinar las coeficientes a,b,c son los
siguiente:
93
al resolver el sistema tres por tres los coeficientes que se obtiene que el valor de
A = 12,98, B=0,2829 y C = - 0,0034. Después de esto se determina el índice de
determinación que corresponde a los datos expuesto:
Por lo tanto la ecuación que describe el comportamiento de la resistencia respecto
a los días de curado es:
donde:
= Resistencia a la Compresión del concreto
= Días de curado del concreto
Como se observa en la tabla de resistencia ponderada y la gráfica, la resistencia
que se obtiene cuando la probeta tiene una edad de 7 días es de 14,79 Mpa que
corresponde a el 70,43% de la resistencia de diseño, por lo cual está supera
5,43% de la resistencia aproximada que se debe tener en esta edad , cuando el
curado alcanza una edad de 14 días, la resistencia promedio corresponde a 16,27
Mpa lo que corresponde al 77,48% de la resistencia de diseño, dado esto; el
aumento de resistencia en una semana es del 7,05%, por consiguiente el
incremento de la resistencia en las que presenta la probeta patrón y probeta con
material de sustitución es del 5%, al tener la resistencia promedio en la edad 28
días, la resistencia final es de 18,23 Mpa lo que equivale a 86,81% de la
resistencia final, por ende esta diferencia es significativa para el trabajo, dado que
esta no cumple con el estándar propuesto por un alto margen de diferencia, por lo
94
tanto estos valores son significativos para el trabajo de grado con respecto a la
conclusión de la misma.
Grafica No. 8. Resistencia Vs Tiempo de Curado para las tres probetas de prueba.
Fuente: Propia
Como se observa en la gráfica No. 8 la diferencia entre la resistencia a los 28 días
de la probeta patrón con respecto a la probeta de 5% es mínima y es necesario
resaltar que la resistencia que a los 28 días de la probeta de 10% es notable,
aunque este registre a los 7 días la mayor resistencia entre las 3 probetas que se
realiza las pruebas.
95
8. CONCLUSIONES
● Al obtener el resultado del ensayo de resistencia a la compresión efectuada a
los 28 días, para la probeta que contiene 5% de material sustituyente, este
presenta un esfuerzo promedio de 20,76 MPa, valor inferior a la resistencia de
diseño, el cual corresponde a 21 MPa. Lo anterior indica que el concreto no se
puede emplear para la elaboración de elementos estructurales que exijan el
100% de su capacidad, pero si se puede emplear en otros elementos dentro
del ámbito de la construcción, en los que podemos mencionar: muros internos
de separación en concreto, elemento de paisajismo o cajas de inspección.
● Con relación a la resistencia promedio, obtenida a la edad de 28 días, para la
probeta que contiene 10% de material de sustitución, cuyo valor corresponde a
18,23 MPa, es inferior a la resistencia de diseño propuesta de 21 MPa, esto
indica que este material no puede ser empleado para la elaboración de
elementos estructurales. En definitiva, este resultado puede ser atribuido a
diferentes factores como: la calidad del agregado representada en la gradación
del agregado grueso que es muy dispareja en este caso y las reacciones
químicas que se generan entre el cemento-material sustituyente. En cuanto a
la química del concreto, este puede presentar una disminución de silicatos y
aluminatos, considerados como los mayores responsables en la cohesión que
tiene el concreto. Es necesario realizar análisis químicos y cristalográficos
profundos a la mezcla de concreto, para tener claridad con respecto a estos
puntos.
● Se deduce que, a partir del resultado de la resistencia promedio para los tres
tipos de probetas evaluadas, el concreto obtenido no es apto para ser
empleado en la elaboración de elementos estructurales tales como: columnas,
vigas y zapatas, aunque la resistencia obtenida por parte del concreto que
96
contiene material sustituyente, y en especial el concreto producto de remplazar
10% de cemento con residuos de mampostería, se considera óptimo para
utilizarlo en columnetas, en sistemas de muros de carga, en la elaboración de
cajas de inspección, sardineles y demás elementos inmobiliarios fabricados en
concreto.
● Se infiere que, a partir del proceso de la elaboración de la pasta de concreto
puede presentarse fallas, ya que la mezcla de concreto puede disminuir la
resistencia, debido a la segregación del material, la presencia de aire en gran
exceso a causa de la incorrecta implementación de la metodología, lo que
conlleva a la formación de burbujas, las cuales pueden influir en la capacidad
de resistencia de compresión del concreto.
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9. RECOMENDACIONES
● Se recomienda para futuras investigaciones en áreas afines, contar con los
elementos mínimos para el desarrollo del mismo, dado que en el presente
trabajo no se contaba con la disponibilidad de equipos como: una
mezcladora, máquina de medición de módulo de elasticidad; entre otros.
● Se recomienda realizar los ensayos de caracterización del agregado grueso
y fino de diferentes fuentes, con el objetivo de diversificar las opciones y
hacer el procedimiento expuesto en el trabajo.
● Realizar más ensayos de resistencia a compresión, con diferentes
combinaciones de agregados, para establecer una estadística y
características de materiales, con las cuales la sustitución del cemento con
el material de demolición de mampostería puede ser viable.
● Se recomienda tener el suficiente presupuesto para realizar ensayos
especializados, que permitan tener mayor claridad con relación a los
resultados obtenidos en este trabajo.
● Se sugiere tener espacios adecuados, para desarrollar proyectos de grado,
como; el laboratorio de concretos, ya que la no disponibilidad de este, en la
universidad, nos obligó a buscar otro lugar; con restricciones en su uso,
limitándo el desarrollo de nuestro cronograma, y en definitiva el trabajo de
grado.
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![NL20140306[1] · 17. Planta de concreto.- Adición y/o reubicación de planta para la elaboración de concreto o shot crete para el recubrimiento de labores subterráneas_](https://static.fdocuments.ec/doc/165x107/5e66985bb68fa3482a3de91b/nl201403061-17-planta-de-concreto-adicin-yo-reubicacin-de-planta-para.jpg)
