agregadosa

Influencia de la Morfologia de los Agregados en la Resistencia del Concreto en cilindros de concreto de 15 cm x 30 cm

UNIVERSIDAD VERACRUZANA CAMPUS COATZACOALCOS

FACULTAD DE INGENIERÍA

“INFLUENCIA DE LA MORFOLOGÍA DE LOS AGREGADOS EN LA RESISTENCIA DEL CONCRETO”

TESIS QUE PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA EDUCATIVA:

EXPERIENCIA RECEPCIONAL CORRESPONDIENTE AL PROGRAMA EDUCATIVO

INGENIERÍA CIVIL PRESENTA

CRISTINA GUADALUPE ESTRADA HERNÁNDEZ RAÚL PÁEZ ALDAMA DIRECTOR DE TESIS:

M.C. JUAN ANTONIO GUZMÁN VENTURA

COATZACOALCOS, VER.

ENERO DE 2014

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AGRADECIMIENTOS A dios, como persona creyente y agradecida por la vida que me ha brindado, por las bendiciones, obstáculos y alegrías y por encauzar siempre mí camino. A mis Padres, que siempre me han apoyado e hicieron de mí una persona feliz, humilde y perseverante, por darme la oportunidad de progresar en la vida con la conclusión de mis estudios a nivel profesional. Por todos sus esfuerzos y sacrificios. A mis hermanos y cuñada, en especial a mi hermana que es mi gran amiga; por siempre darme ánimos y estar orgullosos de mi persona. A mi abuelito, que siempre se preocupó por mí y deseaba al igual que yo este logro. A mi familia y amigos, siempre interesados en mis logros gracias por sus consejos. A Raúl mi novio que siempre ha estado a mi lado, gracias por el apoyo y responsabilidad mutua en este proyecto. Gracias. Cristina Estrada. A Dios por haberme permitido vivir hasta este día, acompañándome y guiándome a lo largo de mi carrera, brindándome una vida llena de aprendizajes, experiencias y sobre todo de una familia. Le doy gracias a mis padres por ser parte importante de mi vida, por apoyarme en todo momento y darme la oportunidad de estudiar esta carrera, que sin su enorme apoyo, esfuerzo y entrega esta tesis no habría sido posible. A mi hermano por ser un gran amigo para mí y brindarme su apoyo. A mi familia en general, porque me han brindado su apoyo incondicional. A mis amigos por su confianza y creer en mí siendo un trayecto de vivencias inolvidables; a mi novia por ser alguien importante para mí y haberme acompañado a lo largo de todo este tiempo. Gracias. Raúl Páez. 1


A la Universidad Veracruzana; al Laboratorio de Mecánica de suelos por darnos cabida en sus instalaciones y por el equipo facilitado para la finalización de este proyecto. A nuestro asesor el Maestro en Ciencias Juan Antonio Guzmán Ventura, por el apoyo, experiencia y conocimientos compartidos que fueron gran herramienta en la realización de esta tesis. Al Técnico Académico, el señor Joaquín Ferrando García por ser guía indispensable en el transcurso de este proyecto, por su apoyo y su interés, así como los conocimientos y experiencias compartidas para con nosotros. Gracias a todas las personas que ayudaron directa e indirectamente en la realización de este proyecto. Muchas Gracias Cristina y Raúl

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INDICE AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................ 1 INDICE ................................................................................................................................ 3 INDICE DE TABLAS .............................................................................................................. 7 INDICE DE FIGURAS ............................................................................................................ 8 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 13 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..................................................................................... 15 OBJETIVOS ....................................................................................................................... 17 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................. 18 ALCANCE Y LIMITACIONES, HIPÓTESIS ............................................................................... 19 MARCO DE REFERENCIA.................................................................................................... 20 CAPITULO 1 ANTECEDENTES ............................................................................................. 21 CAPITULO 2 MATERIALES .................................................................................................. 24 2.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS ............................................................................................... 25 2.2 COMPONENTES DEL CONCRETO .......................................................................................... 26 2.2.1 Aspectos Fundamentales del Concreto ................................................................................................ 26 2.2.2 Cemento ............................................................................................................................................... 27 2.2.2.1 Proceso de Fabricación.................................................................................................................. 28 2.2.2.2 Propiedades del Cemento Portland. .............................................................................................. 30 2.2.2.2.1 Propiedades Químicas. ......................................................................................................... 30 2.2.2.2.2 Propiedades Físicas y Mecánicas. ......................................................................................... 34 2.2.2.3 Tipos de Cemento Portland. .......................................................................................................... 36 2.2.3 Agua ...................................................................................................................................................... 38 2.2.3.1 Características del Agua................................................................................................................ 38 2.2.3.2 Especificaciones. ........................................................................................................................... 39 2.2.3.3 Agua utilizada para la investigación. ............................................................................................ 39 2.2.4 Agregados para el Concreto ................................................................................................................. 40 2.2.4.1 Origen de los Agregados. .............................................................................................................. 40 2.2.4.1.1 Rocas Ígneas. ........................................................................................................................ 41 2.2.4.1.2 Rocas Sedimentarias. ........................................................................................................... 41 2.2.4.1.3 Rocas Metamórficas. ............................................................................................................ 41 2.2.4.2 Clasificación de los Agregados. ..................................................................................................... 42 2.2.4.2.1 Clasificación según su procedencia. ..................................................................................... 42 2.2.4.2.2 Clasificación según su tamaño. ............................................................................................ 47 2.2.4.2.3 Clasificación por su forma y textura. .................................................................................... 47 2.2.4.2.4 Clasificación según su densidad. .......................................................................................... 51 2.2.4.2.5 Arenas y Gravas Naturales. .................................................................................................. 52 3

Influencia de la Morfologia de los Agregados en la Resistencia del Concreto en cilindros de concreto de 15 cm x 30 cm 2.2.4.2.6 Arenas y Gravas Trituradas. ................................................................................................. 53 2.2.4.3 Propiedades de los Agregados. ..................................................................................................... 54 2.2.4.3.1 Criterios para la elección de los Agregados. ......................................................................... 54 2.2.4.3.2 Propiedades Químicas de los Agregados. ............................................................................. 55 2.2.4.3.3 Propiedades Físicas de los Agregados. ................................................................................. 55 2.2.4.3.4 Propiedades Mecánicas de los Agregados. .......................................................................... 58 2.2.4.4 Sustancias Perjudiciales. ............................................................................................................... 60

CAPITULO 3 DISEÑO DE MEZCLAS ..................................................................................... 62 3.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 63 3.2 EL ARTE DE DOSIFICAR ........................................................................................................ 64 3.2.1 Consideraciones Generales .................................................................................................................. 66 3.2.1.1 Trabajabilidad. .............................................................................................................................. 68 3.2.1.1.1 Propiedades Principales del Concreto Fresco. ...................................................................... 68 3.2.1.2 Resistencia. ................................................................................................................................... 71 3.2.1.3 Durabilidad.................................................................................................................................... 71

3.3 CRITERIO GENERAL DE DISEÑO DE MEZCLAS, METODO ACI 211 ........................................... 72

CAPITULO 4 PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS ....................................................................... 80 4.1 AGREGADOS PETREOS ........................................................................................................ 81 4.1.1 Practica para Reducir una muestra de Agregados a una cantidad representativa............................... 82 4.1.1.1 Practica de Laboratorio con Agregados Finos para Concreto ....................................................... 82 4.1.1.1.1 Composición Granulométrica de la Arena ............................................................................ 82 4.1.1.1.1.1 Cálculos ........................................................................................................................... 87 4.1.1.2 Practica de Laboratorio con Agregados Gruesos para Concreto. ................................................. 88 4.1.1.2.1 Composición Granulométrica de la Grava Normal. .............................................................. 88 4.1.1.2.1.1 Cálculos ........................................................................................................................... 91 4.1.1.2.2 Composición Granulométrica de la Grava Triturada ............................................................ 92 4.1.1.2.2.1 Cálculos ........................................................................................................................... 95 4.1.2 Determinación de Tamaños Menores que 0.074 mm (Malla 200) de la Arena.................................... 96 4.1.2.1 Determinación de Pérdida de Finos por Lavado Utilizados ........................................................... 96 4.1.2.1.1 Cálculos .............................................................................................................................. 100 4.1.3 Determinación de la Absorción en Materiales para Concreto Hidráulico .......................................... 100 4.1.3.1 Determinación de la Absorción de los Agregados Utilizados ...................................................... 100 4.1.3.1.1 Determinación de la Absorción de la Arena ....................................................................... 101 4.1.3.1.1.1 Cálculos ......................................................................................................................... 105 4.1.3.1.2 Determinación de la Absorción de la Grava Normal .......................................................... 106 4.1.3.1.2.1 Cálculos ......................................................................................................................... 108 4.1.3.1.3 Determinación de la Absorción de la Grava Triturada ....................................................... 109 4.1.3.1.3.1 Cálculos ......................................................................................................................... 111 4.1.4 Determinación de la Densidad en Materiales para Concreto Hidráulico ........................................... 112 4.1.4.1 Determinación de la Densidad de los Agregados Utilizados ....................................................... 112 4.1.4.1.1 Determinación de la Densidad Relativa de la Arena .......................................................... 113 4.1.4.1.1.1 Cálculos ......................................................................................................................... 115 4.1.4.1.2 A) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Normal ......................................... 116 4

Influencia de la Morfologia de los Agregados en la Resistencia del Concreto en cilindros de concreto de 15 cm x 30 cm 4.1.4.1.2.1 Cálculos ......................................................................................................................... 120 B) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Normal ....................................... 122 4.1.4.1.3 A)Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Triturada ....................................... 122 4.1.4.1.3.1 Cálculos ......................................................................................................................... 126 B) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Triturada ..................................... 127 4.1.5 Determinación del Peso Volumétrico de los Agregados para Concreto ............................................. 129 4.1.5.1 Determinación del Peso Volumétrico Compacto de la Grava Normal......................................... 131 4.1.5.1.1 Cálculos .............................................................................................................................. 133 4.1.5.2 Determinación del Peso Volumétrico Compacto de la Grava Triturada...................................... 134 4.1.5.2.1 Cálculos .............................................................................................................................. 136

4.2 CONCRETO FRESCO........................................................................................................... 137 4.2.1 Elaboración de la Mezcla de Concreto Manualmente ........................................................................ 137 4.2.2 Concreto Fresco. Normatividad .......................................................................................................... 140 4.2.2.1 Prueba Estándar de Revenimiento para Concreto Fresco ........................................................... 141 4.2.2.2 Prueba Estándar para la Elaboración de Especímenes de Concreto ........................................... 147

4.3 CONCRETO ENDURECIDO .................................................................................................. 152 4.3.1 Concreto Endurecido. Normatividad .................................................................................................. 152 4.3.1.1 Curado de Especímenes de Concreto en el Laboratorio .............................................................. 153 4.3.1.2 Cabeceo de Especímenes en el Laboratorio ................................................................................ 155 4.3.1.3 Método de Prueba Estándar para la Determinación de la Resistencia a la Compresión en Cilindros de Concreto .................................................................................................................. 163 4.3.1.3.1 Cálculos .............................................................................................................................. 166 4.3.1.3.2 Baja Resistencia en los Resultados de Ensaye de Cilindros de Concreto ............................ 167

CAPITULO 5 RESULTADOS ............................................................................................... 169 5.1 GRANULOMETRIA ............................................................................................................ 170 5.1.1 Composición Granulométrica de la Arena .......................................................................................... 170 5.1.2 Composición Granulométrica de la Grava Normal ............................................................................. 171 5.1.3 Composición Granulométrica de la Grava Triturada .......................................................................... 174

5.2 DETERMINACIÓN DE TAMAÑOS MENORES (MALLA 200) DE LA ARENA .............................. 176 5.2.1 Determinación de Pérdida de Finos por lavado ................................................................................. 176

5.3 DETERMINACIÓN DE LA ABSORCIÓN EN MATERIALES PARA CONCRETO HIDRÁULICO......... 176 5.3.1 Determinación de la Absorción de la Arena ....................................................................................... 176 5.3.2 Determinación de la Absorción de la Grava Normal .......................................................................... 177 5.3.3 Determinación de la Absorción de la Grava Triturada ....................................................................... 177

5.4 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD EN MATERIALES PARA CONCRETO HIDRÁULICO ........... 178 5.4.1 Determinación de la Densidad de la Arena ........................................................................................ 178 5.4.2 (a) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Normal......................................................... 178 (b) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Normal ........................................................ 178 5.4.3 (a) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Triturada ...................................................... 179 (b) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Triturada ..................................................... 179

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5.5 DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO DE LOS AGREGADOS PARA CONCRETO HIDRAULICO .......................................................................................................................... 179 5.5.1 Determinación del Peso Volumétrico Compacto de la Grava ............................................................ 179 5.5.2 Determinación del Peso Volumétrico Compacto de la Grava Triturada ............................................. 180

5.6 DISEÑO DE MEZCLAS POR EL METODO ACI 211.................................................................. 182 5.7 TABLA Y GRAFICAS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN .................................................... 189

CONCLUSIÓN .................................................................................................................. 198 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 200

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INDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Componentes principales del Cemento .................................................................... 31 Tabla 2.2 Valores Típicos de los compuestos de los diferentes tipos de Cemento Portland ............. 32 Tabla 2.3 Clasificación de los agregados por su origen ............................................................ 43 Tabla 2.4 Clasificación de la Forma de las Partículas ............................................................... 49 Tabla 2.5 Textura de los Agregados ...................................................................................... 50 Tabla 2.6 Clasificación de los Agregados según su densidad ..................................................... 51 Tabla 3.1 Valores de asentamientos para el ensayo del Cono de Abrams ................................... 69 Tabla 3.2 Revenimientos recomendados para varios tipos de construcción [ACI 211].................... 72 Tabla 3.3 Requerimientos de Agua aproximada de mezclado y contenido de aire para diferentes revenimientos y tamaños máximos nominales de agregado [ACI 211]........................................ 75 Tabla 3.4 Relaciones entre la relación Agua/Cemento y la resistencia a la compresión del concreto [ACI 211] ........................................................................................................................... 76 Tabla 3.5 Relaciones agua/cemento máximas permisibles para concreto sujeto a exposiciones severas ............................................................................................................................. 77 Tabla 3.6 Volumen de agregado grueso por unidad de volumen del concreto [ACI 211] ................ 78 Tabla 3.7 Calculo tentativo del peso del concreto fresco .......................................................... 79 Tabla 4.1 Normatividad de Agregados Pétreos ...................................................................... 81 Tabla 4.2 Numero de Mallas ................................................................................................ 83 Tabla 4.3 Numero de Mallas ................................................................................................ 88 Tabla 4.4 Numero de Mallas ................................................................................................ 92 Tabla 4.5 Normatividad del Concreto Fresco ........................................................................ 140 Tabla 4.6 Asiento en centímetros del concreto ..................................................................... 146 Tabla 4.7 Normatividad del Concreto Endurecido ................................................................. 152 Tabla 4.8 Diagrama de Fallas de cilindros a compresión ........................................................ 167 Tabla 4.9 Tolerancias ........................................................................................................ 168

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INDICE DE FIGURAS Fig. 2.1 Calor de hidratación de los compuestos principales del cemento..............................................33 Fig. 2.2 Resistencia de los componentes principales del cemento ..........................................................34 Fig. 2.3 Aspectos a verificar en agregados Manufacturados ..................................................................45 Fig. 2.4 Partículas de forma redondeada y cúbica ..................................................................................49 Fig. 3.1 Propiedades y partes involucradas en las principales fases de la vida del concreto ..................67 Fig. 3.2 Relación entre Densidad y Resistencia del Concreto ..................................................................69 Fig. 4.1 (a) Equipo para Granulometría de la Arena ..............................................................................82 Fig. 4.1 (b) Equipo para Granulometría de la Arena ..............................................................................83 Fig. 4.2 Colocación del material para la granulometría de la Arena .....................................................83 Fig. 4.3 (a) División con líneas perpendiculares .....................................................................................84 Fig. 4.3 (b) Eliminación de los cuartos diagonales opuestos y limpieza de la zona ...............................84 Fig. 4.4 Proceso de cernir el material a través de las mallas ..................................................................85 Fig. 4.5 Cribado de la Arena a través de las mallas...............................................................................85 Fig. 4.6 Peso de los retenidos de arena en cada malla ...........................................................................86 Fig. 4.7 Retenidos parciales de arena en porcentaje ..............................................................................86 Fig. 4.8 Equipo Para Granulometría de la Grava ....................................................................................88 Fig. 4.9 Cuarteo de la Muestra de Grava ................................................................................................89 Fig. 4.10 Cribado de la Grava a través de las mallas ..............................................................................89 Fig. 4.11 Retenidos de Grava en las Mallas ............................................................................................90 Fig. 4.12 Peso de cada muestra de Grava ...............................................................................................90 Fig. 4.13 Equipo para la Granulometría de la Grava Triturada ..............................................................92 Fig. 4.14 Muestra de Grava Triturada obtenida por cuarteo..................................................................93 Fig. 4.15 Cribado de Grava Triturada a través de las mallas ..................................................................93 Fig. 4.16 Retenidos de Grava Triturada en cada malla ...........................................................................94 Fig. 4.17 (a) Equipo para prueba de perdida de finos por lavado ...........................................................96 Fig. 4.17 (b) Equipo para prueba de perdida de finos por lavado ...........................................................97 Fig. 4.18 Muestra obtenida por cuarteo ................................................................................................97 8


Fig. 4.19 Secado de la muestra en el horno ............................................................................................98 Fig. 4.20 Peso y saturado de la muestra .................................................................................................98 Fig. 4.21 Lavado minucioso de la muestra ..............................................................................................99 Fig. 4.22 Secado del material en el horno ..............................................................................................99 Fig. 4.23 Equipo para prueba de Absorción de la Arena .......................................................................101 Fig. 4.24 Material saturado en reposo ..................................................................................................101 Fig. 4.25 Secado de la muestra de arena bajo el sol .............................................................................102 Fig. 4.26 (a) Proceso de prueba de absorción de material con saturación media ................................102 Fig. 4.26 (b) Proceso de prueba de absorción de material con saturación media ................................103 Fig. 4.27 (a) Proceso de Absorción de material con saturación nula ....................................................103 Fig. 4.27 (b) Proceso de Absorción de material con saturación nula ....................................................104 Fig. 4.28 (a) Peso y secado de las muestras en el horno .......................................................................104 Fig. 4.28 (b) Peso y secado de las muestras en el horno .......................................................................105 Fig. 4.29 Equipo para prueba de absorción de la grava normal ...........................................................106 Fig. 4.30 Peso y saturación de la muestra de grava normal .................................................................107 Fig. 4.31 Secado de la grava superficialmente......................................................................................107 Fig. 4.32 Secado de la grava normal en el horno ..................................................................................108 Fig. 4.33 Equipo para prueba de absorción de la grava triturada .......................................................109 Fig. 4.34 Peso y saturación de la muestra de grava triturada ..............................................................110 Fig. 4.35 Secado de la grava triturada superficialmente ......................................................................110 Fig. 4.36 Secado al horno y pesado de la grava triturada ....................................................................111 Fig. 4.37 Equipo para la prueba de la densidad de la arena .................................................................112 Fig. 4.38 Aforo y preparación del equipo para la prueba de densidad de la arena ..............................113 Fig. 4.39 Peso de la arena superficialmente seca para prueba de densidad ........................................114 Fig. 4.40 Colocación de la muestra en el equipo y se elimina el aire atrapado ....................................114 Fig. 4.41 Se realiza la lectura del nivel obteniendo con esta el volumen de la muestra .......................115 Fig. 4.42 (A) Equipo para la realización de la densidad relativa de la grava normal ...........................116 9


Fig. 4.43 (A) Obtención de la muestra de grava por cuarteo y saturación de la misma.......................117 Fig. 4.44 (A) Secado del material superficialmente de la grava normal ...............................................118 Fig. 4.45 (A) Aforo del picnómetro evitando derrames.........................................................................118 Fig. 4.46 (A) Procedimiento de prueba de densidad de la grava ..........................................................119 Fig. 4.47 (A) Lectura del agua desalojada de la grava normal .............................................................119 Fig. 4.48 (B) Probeta con nivel de agua hasta 500 ml ..........................................................................121 Fig. 4.49 (B) Colocación de la grava normal en la probeta ...................................................................121 Fig. 4.50 (B) Lectura del nivel de agua total obtenido de la grava normal ...........................................122 Fig. 4.51 (A) Equipo para la prueba de densidad de la grava triturada................................................123 Fig. 4.52 (A) Proceso de cuarteo y cribado de la grava triturada por la malla 3/8” y saturación de la misma ....................................................................................................................................................124 Fig. 4.53 (A) Secado del material superficialmente de la grava triturada ............................................124 Fig. 4.54 (A) Aforo del picnómetro evitando derrames.........................................................................125 Fig. 4.55 (A) Procedimiento de prueba de densidad de la grava ..........................................................125 Fig. 4.56 (A) Lectura del agua desalojada de la grava normal .............................................................126 Fig. 4.57 (B) Probeta con nivel de agua hasta 500 ml ..........................................................................127 Fig. 4.58 (B) Colocación de la grava triturada en la probeta ................................................................128 Fig. 4.59 (B) Lectura del agua desalojada de la grava triturada ..........................................................128 Fig. 4.60 Equipo para la determinación del peso volumétrico compacto .............................................130 Fig. 4.61 Compactación en capas por varillado para el volumen compacto de la grava normal ........131 Fig. 4.62 Enrase del molde con la regla metálica..................................................................................132 Fig. 4.63 Peso del recipiente con el material ........................................................................................132 Fig. 4.64 Compactación por varillado para el volumen compacto de la grava triturada .....................134 Fig. 4.65 Enrase del molde con la regla metálica..................................................................................135 Fig. 4.66 Peso del recipiente con el material.........................................................................................135 Fig. 4.67 Equipo necesario para elaborar la mezcla de concreto..........................................................137 10


Fig. 4.68 Limpieza del área de trabajo ..................................................................................................138 Fig. 4.69 Colocación de la Arena en la zona de trabajo ........................................................................138 Fig. 4.70 Colocación del Cemento sobre la arena y proceso de mezclado ............................................139 Fig. 4.71 Incorporación de la grava y mezclado uniforme ....................................................................139 Fig. 4.72 Agua agregada y mezcla uniforme final ................................................................................140 Fig. 4.73 Equipo para la prueba de Revenimiento ................................................................................142 Fig. 4.74 Cono de revenimiento humedecido y colocado en superficie plana ......................................142 Fig. 4.75 Llenado del cono en tres capas, sujetado de los apoyos ........................................................143 Fig. 4.76 Llenado del cono, primera capa .............................................................................................143 Fig. 4.77 Llenado del cono, segunda capa ............................................................................................144 Fig. 4.78 Llenado del cono, tercera capa ..............................................................................................144 Fig. 4.79 Enrase y limpieza del material en la parte inferior del cono ..................................................145 Fig. 4.80 Levantamiento cuidadoso del cono en dirección vertical.......................................................145 Fig. 4.81 Lectura del revenimiento .......................................................................................................146 Fig. 4.82 Equipo para la Elaboración de especímenes de concreto ......................................................148 Fig. 4.83 Aplicación de aceite en el interior del molde..........................................................................148 Fig. 4.84 Colocación del concreto en el molde metálico .......................................................................149 Fig. 4.85 Llenado del molde, primera capa ...........................................................................................149 Fig. 4.86 Llenado del molde, segunda capa ..........................................................................................150 Fig. 4.87 Llenado del molde, tercera capa ............................................................................................150 Fig. 4.88 Expulsión de aire a través de golpeo con el mazo de hule .....................................................151 Fig. 4.89 (a) Enrase y almacenamiento de cilindros de concreto para su endurecimiento ..................151 Fig. 4.89 (b) Enrase y almacenamiento de cilindros para su endurecimiento ......................................152 Fig. 4.90 Descimbrado y preparación de los cilindros para su curado ..................................................154 Fig. 4.91 Curado de cilindros en recipientes individuales......................................................................155 Fig. 4.92 Dispositivo para cabeceo ........................................................................................................156 11


Fig. 4.93 Recipiente para fundir el azufre .............................................................................................157 Fig. 4.94 Equipo para el cabeceo de cilindros de concreto ...................................................................158 Fig. 4.95 Proceso de secado superficial de los especímenes .................................................................159 Fig. 4.96 Medición de los diámetros y preparación de los especímenes ..............................................159 Fig. 4.97 Preparación del Mortero de azufre para la aplicación a cilindros .........................................160 Fig. 4.98 Limpieza del equipo de cabeceo y colocación de aceite en el plato .......................................160 Fig. 4.99 Vertido del azufre en el plato de cabeceo ..............................................................................161 Fig. 4.100 Colocación de cilindro y secado ............................................................................................161 Fig. 4.101 Se retira el cilindro del equipo de cabeceo ...........................................................................162 Fig. 4.102 Etapa final del cabeceo ........................................................................................................162 Fig. 4.103 Prensas Hidráulicas utilizadas ..............................................................................................164 Fig. 4.104 Carga hasta la falla de ruptura ............................................................................................165

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INTRODUCCIÓN Debido a la importancia del concreto en la industria de la construcción, es de vital importancia conocer sus propiedades físicas, químicas y mecánicas para entender mejor su comportamiento y producir mezclas de mejor calidad al menor costo. El concreto es un material heterogéneo que depende de numerosas variables, como lo es la calidad de cada uno de los materiales que lo componen, del método de diseño (Método ACI 211) para determinar las proporciones de los agregados y de las operaciones de mezclado, transporte, colocación y curado. Esto provoca que en un mismo concreto puedan existir variantes en sus propiedades mecánicas. Anteriormente, los agregados pétreos fueron considerados como materiales químicamente inertes, pero ahora se ha reconocido que algunos de los agregados son químicamente activos y ciertos agregados muestran enlaces químicos agregados en la interfaz del agregado y la pasta de cemento. El sólo hecho de que los agregados ocupan del 70 al 80% del volumen del concreto, su impacto en diversas características y propiedades del concreto es, sin duda, considerable. Es por ello que en el presente trabajo de investigación se pretende evaluar la influencia en las características del concreto en estado fresco y en estado endurecido, de la morfología de los agregados pétreos más comunes en la ciudad de Coatzacoalcos Veracruz siendo una guía para lograr una mejor comprensión del importante papel que los agregados desempeñan en el concreto. En función de esto, se realizaron ensayos comparativos entre el concreto con agregados redondeados (graba normal) y concreto con agregado triturado (piedra caliza), para lo cual se realizaron 108 especímenes cilíndricos de concreto de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura, curados por inmersión hasta la fecha de prueba; conservando la relación A/C para los diferentes diseños que se realizaron, y el tamaño máximo de los agregados de ¾”, para un fć = 200 Kg/cm2, f’c = 250

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Kg/cm2 y fć = 300 Kg/cm2, cabeceo con azufre y método ACI. El cemento utilizado corresponde a un Cemento Pórtland Extra 30R. Para los agregados triturados, es de forma irregular angular con presencia de polvo producto de la reducción de tamaño y densidad alta; para los cantos rodados, es de forma redondeada, con porcentajes de absorción similares y densidad menor. Se realizaron pruebas destructivas para determinar la influencia de la forma de los dos tipos de agregados en la resistencia. Las pruebas destructivas a los especímenes fueron: compresión, f’c, con el cual se obtuvo la carga de ruptura, en base a los resultados obtenidos de las pruebas se demostró que la mezcla de agregado triturado produjo una mayor resistencia a la compresión; en cambio, la mezcla de agregados redondeados, arrojo bajos resultados de resistencia a la compresión. Es de resaltar que existen variables en los agregados que no están incluidas en el diseño de las mezclas, y que podrían afectar en gran medida las propiedades mecánicas del concreto. Una de ellas, la morfología.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Enunciado del Problema El esfuerzo que el concreto puede resistir como material compuesto está determinado principalmente, por las características del mortero (mezcla de cemento, arena y agua), de los agregados gruesos y de la interface entre estos dos componentes. Debido a lo anterior, morteros con diferentes calidades y agregados gruesos con diferentes características (forma, textura, mineralogía, resistencia, etc.) pueden producir concretos de distintas resistencias. (Özturan y Çeçen 1997) [Revista de Ingeniería UADY/Cerón M. (1996)]. Los agregados son un componente dinámico dentro de la mezcla, aunque la variación en sus características puede ocurrir también durante los procesos de explotación, manejo y transporte. Y puesto que forman la mayor parte del volumen del material, se consideran componentes críticos en el concreto y tienen un efecto significativo en el comportamiento de las estructuras. (Chan, 1993) [Revista de Ingeniería UADY/Cerón M. (1996)]. Existen distintos tipos de agregados, los agregados que se forman a partir de materiales naturales, aquellos que son hechos a partir de desechos y los agregados que se hacen mediante la desfragmentación deliberada de la roca, es decir los artificiales que son aquellos que se fabrican con productos industriales. Las impurezas o las pequeñas cantidades de minerales o rocas pueden tener una influencia grande en la calidad del agregado pero en el caso de los agregados triturados, los cuales se abordaran en este trabajo, es conveniente considerar la influencia de los métodos de fabricación y del procesamiento (trituración). [Tecnología del Concreto, Adam Neville].

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Definición del Problema Básicamente, el principal problema al que nos enfrentamos son las características que cada agregado tendrá, la calidad y la economía son temas que jugaran gran importancia debido a que, se pretende demostrar que los agregados triturados le aportan mayor resistencia al concreto pero que también representan una gran desventaja porque el utilizarlos conlleva a la necesidad de invertir más dinero durante su fabricación.

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OBJETIVOS Objetivo General Demostrar que la morfología de dos agregados pétreos diferentes y del banco de materiales Agustín Morales Gordillo obtenidos en la ciudad de Coatzacoalcos, Veracruz; definen e influyen de manera considerable la resistencia del concreto, lo cual pretende demostrarse mediante la elaboración de muestras de concreto, cilindros de 15 cm x 30 cm y someterlas a pruebas de compresión en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Universidad Veracruzana. Objetivos Específicos  Diseñar y elaborar mezclas de concreto con dos diferentes tipos de agregados, Agregado natural y Agregado triturado; conservando la constante relación agua/cemento, el tamaño máximo de los agregados y la resistencia del proyecto para todas las mezclas.  Realizar pruebas de control de calidad a los dos diferentes tipos de agregados, además de elaborar un análisis comparativo con las normas vigentes y analizar con métodos estadísticos el impacto de los agregados en el concreto.  Efectuar pruebas de ensayes en el laboratorio que permitan conocer el comportamiento del concreto en estado fresco y en estado endurecido.

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JUSTIFICACIÓN El concreto, se produce a partir de un diseño de mezcla que consiste en la selección de los constituyentes disponibles, es decir cemento, agregados, agua y aditivos, y su dosificación en cantidades relativas para producir, tan económicamente como sea posible, una masa volumétrica con el grado requerido de manejabilidad, que al endurecer a la velocidad apropiada adquiera las propiedades de resistencia, durabilidad, estabilidad de volumen y apariencia adecuadas. [Tecnología y propiedades, Instituto del Concreto]. Porque al menos tres cuartas partes del volumen del concreto están ocupadas por agregado, no es de extrañar que la calidad de este sea de suma importancia. Los agregados no solo pueden limitar la resistencia del concreto, puesto que agregados débiles no pueden constituir un concreto resistente, sino que además sus propiedades afectan en gran medida tanto la durabilidad como el comportamiento estructural del concreto. Los agregados son más baratos que el cemento y, por lo tanto, es más económico poner la mayor cantidad posible de agregados y la menor de cemento. No obstante, la economía no es la única razón para utilizar agregados; estos proporcionan

además al concreto una enorme ventaja técnica, al darle mayor

estabilidad volumétrica y más durabilidad que si se empleara solamente pasta de cemento. [Tecnología del Concreto, Adam Neville]. La necesidad de contar con un concreto de calidad hace indispensable conocer a detalle sus componentes, ya que tanto la resistencia como la durabilidad dependen de las propiedades físicas y químicas de ellos, especialmente de los agregados. Sin embargo, uno de los problemas que generalmente encuentran los ingenieros y los constructores al emplear el concreto, es la poca verificación de las características de los agregados pétreos que utilizan lo que propicia con cierta frecuencia resultados diferentes a los esperados. [Revista de Ingeniería UADY/Cerón M. (1996)]. 18


ALCANCE Y LIMITACIONES El presente proyecto conto con 6 meses para su elaboración, desde los procedimientos de prueba para los agregados hasta su redacción. Los materiales elegidos para la realización de las pruebas y realización de los especímenes se obtuvieron del banco de materiales “Agustín Morales Gordillo S.A. de C.V.” de la ciudad de Coatzacoalcos Veracruz; ya que satisface las necesidades de sus clientes por vender productos para la construcción de buena calidad, precios y servicios accesibles, por ser una empresa industrial y manufacturera que se dedica a la extracción de agregados (arena, grava y gravilla) y a la producción de blocks y arena sílica. Otra limitante fue la falta de equipo debido a que se pudieron haber realizado más pruebas para enriquecer este proyecto y hacerlo más detallado; se hicieron solo las más importantes las cuales le aportan lo necesario para la comprobación de nuestra hipótesis.

HIPÓTESIS El agregado triturado por su forma y textura, aporta mayor resistencia al concreto en las pruebas de compresión de especímenes de 15 x 30 cm, estos agregados son de alta calidad debido al banco de materiales reconocido en la región. La roca triturada produce una adherencia superior comparado con la grava de canto rodado.

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MARCO DE REFERENCIA Los agregados son el mayor constituyente del concreto, generalmente componen más del 70% del material en un metro cúbico de concreto y son los que hacen que este sea un material económico de construcción. Para la selección de materiales se debe tener en cuenta sus propiedades tales como la mineralogía o las condiciones físicas de sus partículas, como la distribución de tamaños, la forma y textura. [Tecnología y Propiedades, Instituto del Concreto]. Desde el punto de vista económico, en el proporcionamiento del concreto durante la relación agua/cemento, los agregados redondeados son preferibles a los agregados angulares ya que la utilización de estos últimos requiere cemento adicional que ocasiona que los costos sean más elevados; aunque este aditamento es compensado en cierta medida por las resistencias superiores que los agregados le ofrecen al concreto ya que genera una mayor durabilidad y uniones más fuertes entre el cemento y los agregados. El abastecimiento de los materiales debe ser localizado a una distancia razonable del sitio de trabajo para su selección, hay que tener en cuenta que las propiedades de los agregados difieren de un distribuidor a otro. Cada proveedor tiene variaciones en sus materiales; si bien en la forma, la textura, la distribución de tamaños o en la mineralogía de los componentes. Es de vital importancia conocer, verificar y tener en cuenta la calidad de los agregados en la ciudad de Coatzacoalcos Veracruz, debido a la demanda y actual crecimiento en la industria de la construcción y del importante desarrollo económico derivado de las importantes empresas nacionales y extranjeras instaladas en los alrededores.

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CACAPÍTULO 1. ANTECEDENTES

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CAPITULO I. ANTECEDENTES HISTÓRICOS Debido a la importancia de concreto hidráulico en la construcción y considerando que en nuestro país es uno de los materiales más usados actualmente para la construcción de diversas obras de ingeniería, y que cada día son más los constructores, contratistas e ingenieros que requieren este material, es de vital importancia conocer sus propiedades físicas, químicas y mecánicas para entender mejor su comportamiento y producir mezclas de mejor calidad al menor costo. El concreto es un material heterogéneo y depende de numerosas variables, como lo es la calidad de cada uno de los materiales que lo componen, del método de diseño para determinar las proporciones de los agregados y del mezclado, trasporte, colocación y curado. Anteriormente, los agregados pétreos fueron considerados materiales químicamente inertes, pero ahora se ha reconocido que algunos de los agregados son químicamente activos y ciertos agregados muestran enlaces químicos agregados en la interfaz del agregado y la pasta de cemento. El sólo hecho de que los agregados ocupan del 70 al 80% del volumen del concreto, su impacto en diversas características y propiedades del concreto es, sin duda, considerable. Los agregados son un componente dinámico dentro de la mezcla de concreto aunque la variación en sus características puede ocurrir también durante los procesos de explotación manejo y transporte, y puesto que forman la mayor parte del volumen del material, se consideran componentes críticos en el concreto y tienen un efecto significativo en el comportamiento de las estructuras. Es por ello que en el presente trabajo de investigación se pretende exponer el uso de dos diferentes agregados, grava de uso normal y grava triturada, teniendo en consideración las características de cada agregado obtenidas a través de pruebas de laboratorio comunes, tales como densidad, absorción, granulometría las cuales serán de vital importancia para el diseño de mezcla.

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Los métodos y procedimientos que permitirán evaluar la influencia de la morfología de los agregados pétreos disponibles

en la región de Coatzacoalcos,

Veracruz se expresan en los diferentes capítulos de esta investigación; desde las pruebas más sencillas realizadas a los agregados, grava, grava triturada y arena, así como del diseño de mezcla a partir de los valores arrojados conllevando así a la realización de los cilindros de concreto. En base a la carga axial aplicada a dichos cilindros se pretende observar y evaluar la resistencia que arroja debido a la carga soportada en conjunto con el área de cada cilindro lo cual servirá de guía para lograr una mejor comprensión del importante papel que los agregados desempeñan en el concreto; así como los efectos que los procesos de mezclado, curado y transporte tienen sobre el concreto.

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CACAPÍTULO 2. MATERIALES

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CAPITULO II. MATERIALES 2.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS.

Es posible que el uso del concreto se remonte al inicio de la civilización cuando el hombre se vio en la necesidad de construir una estructura simple, un espacio que le sirviera de protección, constituido por arcilla o una mezcla de cal y arena para unir las piedras. No hay una manera de determinar la primera vez que se utilizó un material aglomerante, sin embargo, hay vestigios que indican que la obra de concreto más antigua fue construida alrededor de los años 5600 A.C. en las riberas del rio Danubio en Yugoslavia. El empleo de materiales cementantes es muy antiguo, los egipcios ya utilizaban yeso impuro calcinado, los griegos y los romanos utilizaban caliza calcinada y, posteriormente, aprendieron a mezclar cal con agua, arena y piedra triturada o ladrillo y tejas quebradas este fue el primer concreto de la historia. Un mortero de cal no endurece bajo el agua; por lo tanto, para construcciones sumergidas en agua, los romanos mezclaban cal con ceniza volcánica o con tejas de arcilla quemada, finamente trituradas. La sílice activa y la alúmina que se encuentran en las cenizas y en las tejas se combinaban con la cal para producir lo que se conoce como cemento puzolanico, proveniente del nombre del pueblo de Pozzuoli, cerca del Vesubio, donde se encontró por primera vez ceniza volcánica. El nombre de cemento puzolanico se utiliza hasta nuestros días para describir cementos obtenidos simplemente de moler materiales naturales a temperatura normal. Algunas de las estructuras romanas en las cuales la mampostería se unió con morteros, tales como el Coliseo en Roma y el Pont du Gard, cerca de Nîmes, y estructuras de concreto tal como el Phanteon en Roma han sobrevivido hasta esta época, con su material cementante aun duro y firme. En las ruinas de Pompeya, a

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menudo el mortero se encuentra menos dañado por la intemperie que la piedra blanda. En la Edad Media hubo una disminución general en la calidad y el uso del cemento, y solo en el siglo XVIII se observó un progreso en el conocimiento de los cementos. En 1756, John Smeaton fue comisionado para reconstruir el faro del Eddystone, en la costa de Cornish, Inglaterra, y descubrió que el mejor mortero se obtenía cuando se mezclaba puzolana con caliza que contenía una alta cantidad de material arcilloso. Al darse cuenta del importante papel de la arcilla, que hasta entonces no se consideraba conveniente, Smeaton fue el primero en conocer las propiedades químicas de la cal hidráulica, un material que se obtiene al quemar una mezcla de cal y arcilla. A partir de esto, se desarrollaron otros tipos de cementos hidráulicos, tal como el cemento romano que obtuvo James Parker por calcinación de nódulos de caliza arcillosa, que vinieron a culminar en la patente del “Cemento Portland” que obtuvo en 1824 Joseph Aspdin, un ladrillero, albañil y constructor de Leeds. El prototipo de cemento moderno lo obtuvo en 1845 Isaac Johnson, quien quemó una mezcla de arcilla y caliza hasta formar Clinker, con lo cual se produjo la reacción necesaria para la formación de un compuesto cementante. El nombre del cemento Portland, concebido originalmente debido a la semejanza de color y calidad entre el cemento endurecido y la piedra de portland se ha conservado en todo el mundo hasta nuestros días. [Tecnología del Concreto, Adam Neville] 2.2 COMPONENTES DEL CONCRETO.

2.2.1

Aspectos Fundamentales del Concreto

El concreto es un material artificial, obtenido de la mezcla en proporciones determinadas, de cemento, agregados pétreos, agua y aditivos en algunos casos. El cemento, el agua y algunas veces el aire atrapado forma una pasta que rodea a los agregados, constituyendo un material heterogéneo, temporalmente plástico que 26


puede colocarse y moldearse y, más tarde se convierte en una masa sólida por la reacción química del cemento y el agua. Ordinariamente, la pasta de cemento y agua constituyen del 25 al 40% del volumen total del concreto. El volumen absoluto de cemento está comprendido usualmente entre el 7 y 15%, el agua del 14 al 21% y el agregado constituye aproximadamente del 60 al 80% del volumen total de este. Según diversas fuentes, el concreto se puede definir de la forma siguiente: El concreto puede ser definido como la mezcla de un material aglutinante (normalmente cemento Portland Hidráulico), un material de relleno (agregados), agua y eventualmente aditivos, que al endurecerse forma un sólido compacto y después de cierto tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión [Instituto del Concreto, 1997]. El concreto es una roca artificial hecha por el hombre. Está elaborado con cemento, agregados pétreos grueso y fino, agua y en ocasiones aditivos [Martínez, 2007]. De esta manera se llega a la conclusión de que el concreto es una roca artificial hecha por hombre que después de cierto tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión y está elaborado con cemento, agregados gruesos y finos, agua y en ocasiones aditivos. 2.2.1

Cemento

El cemento es un material aglutinante que presenta propiedades de adherencia y cohesión, que permiten la unión de fragmentos minerales entre sí, formando un todo compacto. En la construcción, se ha generalizado la utilización de la palabra cemento para designar un tipo de aglutinante específico que se denomina Cemento Portland, debido a que es el más común. El Cemento Portland es la mezcla de materiales calcáreos y arcillosos u otros materiales que contienen sílice, alúmina u óxidos de hierro, procesados a altas temperaturas y mezclados con yeso. El nombre obedece a la similitud en el aspecto 27


del cemento endurecido con una piedra que abunda en Portland, Inglaterra. Fue presentado en 1824 por Joseph Aspdin con un proceso que fue perfeccionado algunos años más tarde por Isaac Johnson. Este material tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia del agua, presentándose un proceso de reacción química que se conoce como hidratación.

2.2.2.1 Proceso de Fabricación En general el cemento Portland se fabrica a partir de materiales minerales calcáreos tales como la caliza y materiales arcillosos con alto contenido de alúmina y sílice. Frecuentemente es necesario adicionar otros productos, como óxido de hierro, para mejorar la composición química de las materias primas principales. El proceso de fabricación empleado en determinada planta productora de cemento varía de acuerdo con sus circunstancias particulares, pero en general todas realizan las siguientes etapas:  Explotación de materias primas.  Dosificación, molienda y homogenización de materias primas.  Clinkerización.  Enfriamiento.  Molienda de Clinker, adiciones y yeso.  Empaque y distribución. 1. Explotación de materias primas. Este procedimiento se hace de acuerdo a las normas y parámetros convencionales. Dependiendo de la dureza de los materiales se usan explosivos y trituración posterior, en otros casos el simple arrastre es suficiente. Una vez extraídos los materiales de las respectivas canteras, se lleva a un proceso de trituración primaria para obtener tamaños máximos de 25 mm (1”). Los materiales que no requieren de esta trituración se lleva a un lugar de almacenamiento.

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2. Dosificación, molienda y homogenización. Este paso se puede efectuar con materiales suspendidos en agua, con los materiales secos o con distintos grados de humedad:  Proceso Húmedo: Las materias primas se llevan a los molinos, donde son mojados y se obtiene una lechada, la cual se lleva a silos de almacenamiento donde una vez conocidas sus características químicas se dosifican en proporciones definidas y se envían a un silo de normalización. En este lugar se hacen las correcciones necesarias para obtener la pasta de la calidad deseada. Una vez normalizada se transporta a un tanque circular denominado balsa donde se almacena y se mantiene la homogeneidad.  Proceso Seco: Las materias primas se trituran, se dosifican en proporciones definidas y son llevadas al molino de crudo donde se secan y reducen su tamaño a pequeñas partículas, obteniéndose un material denominado harina, el cual se lleva a los silos de homogenización, y allí por medio de aire o presión de obtiene la mezcla de los materiales. 3. Clinkerización. Una vez obtenida la pasta en el proceso por vía húmeda y la harina en el proceso por vía seca se someten a un tratamiento térmico en grandes hornos rotatorios. El horno es un cilindro de acero de gran tamaño recubierto de material refractario para conservar mejor el calor. El diámetro generalmente es mayor a 4 mts y las longitudes oscilan entre 60 y 150 mts. Se construyen con una ligera inclinación para que el material fluya lentamente. En la zona solida del material, se colocan los quemadores que producen la llama para calentar el horno, estos trabajan con diferentes tipos de combustibles. 4. Enfriamiento. El material transformado en Clinker debe ser enfriado rápidamente a 70°C para garantizar que el cemento fabricado, después de fraguado, no presente cambio de volumen. 29


5. Molienda de Clinker, adiciones y yeso. Durante este proceso se transforma el Clinker en polvo y se agregan las adiciones. Luego se introduce el yeso y así se hace el cemento propiamente dicho. El yeso es indispensable para controlar el endurecimiento del cemento una vez entra en contacto con el agua, porque cuando su cantidad es muy baja, el endurecimiento puede ocurrir de manera instantánea. 6. Empaque y distribución. El cemento resultante del molino se transporta en forma mecánica o neumática a silos de almacenamiento y posteriormente se empaca en bultos. También se puede descargar directamente en carros cisternas para su distribución a granel. 2.2.2.2 Propiedades del Cemento Portland En la actualidad la tecnología ha permitido contar con distintas clases de cemento, las cuales han sido diseñadas para proporcionar propiedades adecuadas para la producción de los diferentes tipos de concreto. Estas propiedades físicas, químicas y mecánicas dependen del estado en el cual se encuentren y el conocimiento de dichas propiedades es fundamental para poder interpretar los resultados de las pruebas que se realizaran al concreto.

2.2.2.2.1

Propiedades Químicas

El proceso del cemento involucra la transformación de las materias primas a productos más complejos, por medio de reacciones en estado sólido. La química del cemento emplea un modelo basado en abreviaturas para las formulas químicas de los óxidos más frecuentes. Estos compuestos se forman en el interior del horno cuando la temperatura alcanza el punto en que la mezcla cruda se convierte en un líquido pastoso, que al enfriarse dan origen a sustancias cristalinas. El Óxido de Calcio (CaO), Dióxido de Sílice (SiO2), Óxido de Aluminio (Al2O3) y Óxido de Hierro (Fe2O3) son los óxidos a partir de los cuales se forman los cuatro compuestos principales del cemento. 30


Tabla 2.1 Componentes principales del Cemento

Nombre

Composición

Abreviatura

Silicato Tricálcico

3CaO.SiO2

C3S

Silicato Dicálcico

2CaO.SiO2

C2S

Aluminato Tricálcico

3CaOSiO

C3A

4CaO.Al2O3Fe2O3

C4AF

Aluminoferrito Tetracálcico

Estos compuestos se presentan en diferentes fases con algunas impurezas, por lo cual no podrían llamarse propiamente verdaderos compuestos en el sentido químico; pero sus proporciones revelan valiosa información en cuanto a las propiedades del cemento. Estas fases son:  Alita, con alto contenido de C3S: Es la fase principal de la mayoría de los clinkers Portland y de ella dependen en buena parte las características de desarrollo de resistencia mecánica. Reacciona rápidamente con el agua, endurece en corto tiempo y tiene alto calor de hidratación, de tal manera, que afecta el tiempo de fraguado y la resistencia inicial.  Belita, a base de C2S: Es la segunda fase en importancia del Clinker. Su componente principal (C2S), reacciona lentamente con el agua, con un consecuente bajo calor de hidratación y una contribución al desarrollo de la resistencia a partir de siete días. La fase Alita y Belita, determinan decisivamente el desarrollo de la resistencia y difieren entre sí en su tasa de endurecimiento y de liberación de calor de hidratación. El contenido de estas dos, suman aproximadamente de 70 a 80% del cemento.  Aluminato, rico en C3A: No es un compuesto puro sino que es una solución sólida de C3A con algo de impurezas de SiO2 y MgO que reacciona de manera

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rápida con el agua, contribuye con calor alto de hidratación y una alta resistencia inicial. Además, confiere al concreto, propiedades indeseables, como cambios volumétricos y poca resistencia a la acción de los sulfatos razón por la cual su contenido se limita entre 5 y 15% según el tipo de cemento.  Ferrito, C4AF solución solida compuesta por ferritos y aluminatos de calcio: Este componente está presente en pequeñas cantidades en el cemento y en comparación con los otros tres componentes, no influye en forma significativa en su comportamiento, colaborando escasamente en la resistencia del concreto, siendo relativamente inactivo, pero es útil al facilitar la fusión durante el calcinamiento del Clinker. Las cantidades efectivas de los diferentes tipos de compuestos varían considerablemente de un cemento a otro y realmente es posible obtener distintas clases de él, agregando en forma proporcional los materiales correspondientes. En el cuadro siguiente se enlistan algunos valores típicos de la composición de los distintos tipos de cemento. En la figura se muestra esquemáticamente la forma en que contribuyen los componentes principales del cemento en el calor de hidratación y en la figura posterior la resistencia a la compresión. Tabla 2.2 Valores típicos de los compuestos de los diferentes tipos de cemento portland

Cemento

Composición química en %

Portland

C3S

C2S

C3A

C4AF

Tipo I

48

27

12

8

Tipo II

40

35

5

13

Tipo III

62

13

9

8

Tipo IV

25

50

5

12

Tipo V

38

37

4

9

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Según Neville, puede decirse que todos y cada uno de los componentes del cemento contribuyen de una u otra forma a la resistencia pues es claro que todos los productos de hidratación llenan espacios, reduciendo con ellos la porosidad del cemento. Hidratación del Cemento: La reacción mediante la cual el Cemento Portland se transforma en un agente de enlace, se genera por los procesos químicos responsables de la formación de compuestos durante la hidratación, los cuales originan propiedades mecánicas útiles en aplicaciones estructurales. Calor de Hidratación: Durante el proceso de hidratación; se efectúan reacciones químicas exotérmicas, es decir reacciones que liberan calor, haciendo que los concretos al fraguar y endurecer aumenten de temperatura. Este incremento es importante en estructuras de concreto, ya que cuando ha ocurrido el fraguado y se inicia el descenso de la temperatura, se origina contracción del material, que puede conducir a la formación de grietas y fisuras. El calor de hidratación se define como la cantidad de calor en calorías por gramo de cemento deshidratado, después de una hidratación completa a una temperatura dada. Depende de la composición del cemento y es aproximadamente igual a la suma de los calores de hidratación de los compuestos individuales. El C3A y el C3S son los compuestos responsables del elevado desarrollo de calor.

Fig. 2.1 Calor de hidratación de los compuestos principales del cemento 33


Fig. 2.2 Resistencia de los componentes principales del cemento

2.2.2.2.2

Propiedades Físicas y Mecánicas

Las propiedades físicas más importantes del cemento son: Finura. La finura del cemento interviene en forma determinante en la resistencia y en la hidratación de este. Al aumentar la finura del cemento aumenta la rapidez a la que se hidrata el cemento, acelerando la adquisición de resistencia. Los efectos del aumento de finura en la resistencia se manifiestan principalmente durante los primeros 7 días. Al aumentar la finura el agua necesaria para obtener un concreto con un cierto rendimiento disminuye hasta alcanzar los elevados grados de finura del tipo III o de rápido endurecimiento. Por otro lado, moler las partículas del cemento hasta obtener mayor finura representa un costo considerable; además, cuanto más fino sea un cemento, se deteriora con mayor rapidez por la atmósfera, los cementos más finos desarrollan una reacción más fuerte con los agregados reactivos alcalinos y forman una pasta, aunque no necesariamente de concreto con mayor contracción y más susceptibilidad al agrietamiento. Sin embargo, un cemento fino sangra menos que uno más grueso.

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Sanidad. Sanidad es la propiedad que tiene una pasta de cemento fraguado a permanecer con un volumen constante. Es esencial que la pasta de cemento, una vez que ha fraguado, no sufra gran cambio en su volumen. En particular no debe de haber expansión apreciable, la cual, en condiciones de esfuerzo, podría ocasionar un rompimiento de la pasta de cemento endurecida. Tal expansión puede tener lugar debido a una hidratación retardada o lenta o a otra reacción de algún compuesto presente en el cemento endurecido, particularmente la cal libre, la magnesita o el sulfato de calcio. Tiempo de Fraguado. Considerando que el fraguado es el proceso mediante el cual una pasta de cemento pasa del estado fluido al estado sólido, el proceso ha sido dividido en dos etapas: fraguado inicial y fraguado final para su correcto estudio. Los tiempos de fraguado inicial y final según la norma NOM-C1-1980 son no menos de 45 minutos y no más de 8 horas respectivamente para cementos del tipo I al V. Falso Fraguado. Este fenómeno se presenta pocos minutos después de que el cemento ha hecho contacto con el agua. Consiste en el endurecimiento casi inmediato, es decir antes del tiempo normal de fraguado de la mezcla. La causa del fraguado falso se origina cuando se deshidrata el yeso contenido en el cemento; esta deshidratación ocurre en los molinos donde el Clinker y el yeso se muelen conjuntamente para obtener el cemento. Al presentarse el fraguado falso, es recomendable dejar reposar la mezcla durante 5 minutos y remezclarla nuevamente por espacio de 4 minutos sin adición de agua y la pasta volverá a ser plástica a diferencia del fraguado instantáneo. El fraguado instantáneo es el desarrollo rápido de la rigidez de la pasta de cemento, mortero o concreto, generalmente con la producción de considerable calor y cuya rigidez no puede ser destruida ni volverse plástica por medio de mezclado posterior sin la adición de agua.

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Resistencia a la Compresión. La resistencia a la compresión del cemento portland, según lo especifica la NOM, es la obtenida en pruebas de cubos estándar de 2 pulgadas. Estos cubos se hacen y curan de la manera prescrita usando una “arena estándar”. Las resistencias a las diferentes edades son indicadoras de las características del cemento para adquirir resistencia, pero no puede usarse para predecir las resistencias del concreto con precisión a causa de las muchas variables que intervienen en las mezclas de concreto. Calor de Hidratación. El calor de hidratación es el generado cuando reaccionan el cemento y el agua. La cantidad de calor generada depende principalmente de la composición química del cemento; a la tasa de generación de calor le afecta la finura y la temperatura de curado, así como la composición química. En algunas estructuras, como aquellas de gran masa, la rapidez y la cantidad de calor generado son importantes ya que si no se disipa este calor rápidamente, puede ocurrir una importante elevación de temperatura en el concreto, acompañado de una dilatación térmica. El calor de hidratación es la cantidad de calor en calorías por gramo del cemento deshidratado, disipado por una hidratación completa a una temperatura dada.

2.2.2.3 Tipos de Cemento Portland Los diferentes tipos de cementos Portland se fabrican para satisfacer ciertas propiedades físicas y químicas y para objetos especiales. TIPO I. Portland Normal. Para uso general en construcciones de concreto cuando no se requieren las propiedades especiales de los tipos II, III, IV y V. Es decir se usa donde el cemento o el concreto no está sujeto al ataque de factores específicos, como los sulfatos del suelo o del agua, o elevaciones perjudiciales de temperatura, debido al calor generado en la hidratación. Entre sus usos incluye pavimentos y aceras, edificios de concreto reforzado, puentes, estructuras para ferrocarriles, tanques de depósitos, alcantarillas, tuberías para aguas, etc. 36


TIPO II. Portland de Resistencia Moderada a los Sulfatos. Destinado a construcciones de concreto expuestas a una acción moderada de los sulfatos o cuando se requiera un calor de hidratación moderada, como en las estructuras de drenaje, donde las concentraciones de sulfato en las aguas subterráneas sean algo más elevadas que lo normal, pero normalmente no muy graves. Puede usarse este tipo de cemento en las estructuras de gran masa, como en las grandes pilas, estribos gruesos, y en los muros de contención gruesos. Con su uso, se disminuye al mínimo la elevación de temperatura lo que es especialmente importante cuando el concreto se cuele en climas cálidos. TIPO III. Portland de Fraguado Rápido, Alta resistencia inicial. Desarrolla su resistencia más rápidamente; por lo tanto, debería describirse como un cemento de alta resistencia a edad temprana, la rapidez de endurecimiento no debe confundirse con la rapidez de fraguado. Esta mayor rapidez de adquisición de resistencia se debe a un contenido más elevado de C3 S en ocasiones del 70%, y a una molienda más fina del Clinker del cemento. El uso del cemento de fraguado rápido se indica cuando se desea un desarrollo rápido de la resistencia, como, por ejemplo, cuando la cimbra debe de quitarse pronto para volver a usarla, o cuando se requiere tener suficiente resistencia para continuar la obra con máxima rapidez. El cemento Portland de fraguado rápido no debe usarse en construcciones masivas, ni en secciones estructurales grandes. TIPO IV. Portland de Bajo Calor de Hidratación. este tipo de cemento se utilizara cuando se requiera un reducido calor de hidratación, sus propiedades son las necesarias para utilizarse en estructuras de concreto de gran masa, como las grandes presas de gravedad, donde la elevación producida en la estructura por el calor generado durante el endurecimiento es un factor crítico. El contenido más bajo de los componentes de hidratación más rápida, C3S y C3A dan como resultado un menos desarrollo de resistencia en el cemento de bajo calor con el tiempo normal, pero la resistencia última no se ve afectada.

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TIPO V. Portland Alta Resistencia a los Sulfatos. Este tipo de cemento se emplea cuando se requiere una alta resistencia a la acción de los sulfatos, es decir, principalmente donde los suelos o el agua subterránea tengan una concentración elevada de los sulfatos o en construcciones marinas. La baja proporción C3A y el contenido comparativo bajo de C4AF del cemento resistente a sulfatos significa que este tiene un alto contenido de silicatos que le proporcionan una alta resistencia, pero como el C2S representa una alta proporción de silicatos la resistencia a edades tempranas es baja. El calor desarrollado por el cemento resistente a sulfatos no es mucho mayor que el cemento de bajo calor. Debido a los requisitos especiales para la composición de la materia necesaria para su elaboración, el cemento resistente a sulfatos no puede fabricarse de manera económica; los elementos tipo III, IV, y V se producen únicamente sobre pedidos especiales a las fábricas de cemento. 2.2.3

Agua

El agua es un ingrediente fundamental en la elaboración de concreto y mortero debido a que desempeña una función importante en estado fresco y endurecido. Generalmente se hace referencia a su papel en cuanto la cantidad para proveer una relación agua/cemento acorde con las necesidades de trabajabilidad y resistencia, pero es evidente, que para usarla en el lavado de agregados, en la preparación de la mezcla o durante el curado del concreto, no solamente su cantidad es importante, sino también su calidad química y física. 2.2.3.1 Características del Agua Agua de lavado de agregados. Es la utilizada durante el proceso de trituración, para retirar impurezas y exceso de finos presentes en los conglomerados de los que provienen, así como las partículas muy finas formadas durante la trituración. Debe ser lo suficientemente limpia como para no introducir contaminación a los materiales procesados, como puede ser exceso de partículas en suspensión,

38


especialmente materia orgánica o sales, que posteriormente afectan la calidad del concreto producido con éstos. Agua de Mezclado. Se adiciona junto con los agregados y el cemento. Se necesita éste último para producir una pasta hidratada con fluidez tal, que permita la lubricación adecuada de la mezcla de concreto cuando se encuentre en estado plástico. Dependiendo de la cantidad de agua adicionada, la fluidez de la pasta será mayor o menor, y al endurecerse una cantidad del agua quedará fija como parte de la estructura y otra permanecerá como agua libre. Si la medida de agua de mezclado aumenta, la parte fija es la misma y por consiguiente el agua libre aumenta, con lo cual se aumenta la porosidad, debido a que con el tiempo, esta agua libre se evapora dejando unos conductos dentro del concreto endurecido. Agua de Curado. Una vez que el concreto ha fraguado, es necesario el suministro de agua para garantizar la completa hidratación del grano de cemento. El objeto del curado es mantener el concreto saturado, a lo más próximo posible a la saturación, hasta que los espacios que inicialmente estaban saturados de agua se llenen hasta un nivel deseado con los productos de la hidratación del cemento [Instituto del Concreto, 1997]. 2.2.3.2 Especificaciones Para determinar las características de presenta el agua para concreto, se le deberá de aplicar los métodos de análisis que ampara la NMX-C-122-ONNCCE-2004, “Agua para concreto” que se pretendan usar para la elaboración y curado del concreto hidráulico. 2.2.3.3 Agua utilizada para la Investigación El agua que se utilizó en esta investigación proviene de la red de abastecimiento de agua potable del laboratorio de Mecánica de Suelos de la Universidad Veracruzana campus Coatzacoalcos Veracruz. El agua se recaudó tal y como procedía de la red, a temperatura ambiente y sin alteración alguna para que, 39


de esta manera poder elaborar las mezclas para los especímenes lo más similar posible al agua que se utiliza en una obra convencional en condiciones reales. 2.2.4

Agregados para el Concreto

Los agregados son el mayor constituyente del concreto, generalmente componen más del 70 por ciento del material en un metro cubico de concreto y son los que hacen que este sea un material económico de construcción. En la elaboración de concreto de masa normal, usado en la mayoría de construcciones, los agregados frecuentemente son obtenidos de arenas naturales y depósitos de grava. La fuente de materiales debe estar localizada a una distancia razonable del sitio de trabajo y para su selección hay que tener presente que sus propiedades difieren de una a otra. Cada una puede variar en la mineralogía de sus componentes o las condiciones físicas de sus partículas, como la distribución de tamaños, la forma y la textura; estos factores tienen efecto en el comportamiento del concreto. Los agregados son una sustancia solida o partículas añadidas intencionalmente al concreto que ocupan un espacio rodeado por pasta de cemento, de tal forma, que en combinación con esta proporcionan resistencia mecánica, al mortero o concreto en estado endurecido y controlan los cambios volumétricos que normalmente tienen lugar durante el fraguado del cemento, así como los que se producen por las variaciones en el contenido de humedad de las estructuras. La calidad de los agregados está determinada por el origen, por su distribución granulométrica, densidad, forma y superficie. 2.2.4.1 Origen de los Agregados Son producto de procesos naturales que involucran condiciones especiales de temperatura y presión, así, como también efectos de meteorización o intemperismo y erosión. Casi todos los materiales áridos naturales provienen de rocas madre. De esta forma, existen tres tipos de roca: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Estas clasificaciones se basan en el modo de formación de las rocas. Cabe recordar que las 40


rocas ígneas se forman por el enfriamiento de la lava en la superficie de la cresta (basalto) o muy por debajo de la cresta (granito). Las

rocas

sedimentarias

se

forman

inicialmente

debajo

del

mar

y

posteriormente emergen o las aguas modifican su cauce. Las rocas metamórficas son originadas por rocas ígneas o sedimentarias que posteriormente se transforman debido al calor extremo y la presión, flora y fauna.

2.2.4.2.1

Rocas Ígneas

Las rocas ígneas, o endógenas, proceden de la solidificación por enfriamiento de la materia fundida (magma) y pueden dividirse en dos grupos: las rocas intrusivas, o plutónicas, que provienen del enfriamiento lento que ocurre inmediatamente debajo de la superficie terrestre, y las extrusivas, o volcánicas, que se producen por el enfriamiento rápido del material que es expulsado en las erupciones volcánicas. Las rocas ígneas se clasifican por su textura, estructura y composición mineralógica y química, de igual modo que las otras clases de rocas.

2.2.4.2.2

Rocas Sedimentarias

Las rocas sedimentarias, como su nombre lo indica, son el resultado del proceso de transporte, depósito y eventual litificación, sobre la corteza terrestre, de los productos de intemperismo y erosión de otras rocas preexistentes; proceso que frecuentemente se produce bajo el agua, pero también puede ocurrir en el ambiente atmosférico. Su grado de consolidación puede ser muy variable, desde un estado muy compacto en antiguos sedimentos, hasta un estado prácticamente sin consolidar en sedimentos cuyo proceso es relativamente reciente o no existen condiciones favorables para su consolidación. De acuerdo con el tamaño de sus partículas, estos sedimentos no consolidados se identifican como gravas, arenas, limos y arcillas.

2.2.4.2.3

Rocas Metamórficas

Las rocas metamórficas se forman como consecuencia de procesos que involucran altas presiones y temperaturas y de fuerzas que se generan en la corteza 41


terrestre, cuyos efectos pueden manifestarse sobre rocas ígneas, sedimentarias e inclusive metamórficas previamente formadas. Tales efectos se traducen en alteraciones de la textura, estructura y composición mineralógica, e incluso química, de las rocas originales. Las rocas metamórficas resultantes pueden ser de estructura masiva, pero con mayor frecuencia presentan estructura laminar, o foliada, de manera que al desintegrarse pueden producir fragmentos con tendencia tabular, de acuerdo con su grado de foliación. 2.2.4.2 Clasificación de los Agregados

La clasificación de los agregados para concreto, generalmente se hacen desde el punto de vista de su procedencia, tamaño y densidad.

2.2.4.2.1

Clasificación según su Procedencia

Los agregados para concreto de peso generalmente proceden de rocas comunes cuya fragmentación pudo ser ocasionada por fenómenos naturales o inducida por medios artificiales. En el primer caso se acostumbra decir que los agregados son naturales y en el segundo que son manufacturados. Hay un caso intermedio en que a los agregados se les llama mixtos porque son el resultado de la reducción de tamaño por trituración de grandes fragmentos de roca de origen natural: Agregados Naturales Existen numerosas fuerzas y eventos en la naturaleza capaces de ocasionar la fragmentación de las rocas, los productos fragmentados también suelen presentar variadas características como consecuencia del distinto modo de actuar de las fuerzas y eventos causantes.

42


Esto, sumado a la diversidad de clases y tipos de rocas, da por resultado una amplia variedad de características en los agregados cuya fragmentación es de origen natural. El cuadro siguiente se muestra algunas de las causas naturales que con mayor frecuencia producen la fragmentación de las rocas, y la denominación que usualmente se da a los productos fragmentados.

Tabla 2.3 Clasificación de los agregados por su origen Origen de la Fragmentación

Producto Resultante

Acción erosiva de las aguas pluviales, Aluviones:

Cantos

rodados,

combinada con la erosión producida por el gravas, arenas, limos, arcillas acarreo

de

fragmentos

a

las

aguas en depósitos fluviales, lacustres

superficiales Acción expansiva del agua al congelarse, Morrenas:

Bloques,

cantos

combinada con la erosión producida por el rodados, gravas, arenas, limos arrastre de fragmentos a los glaciares. Acción

erosiva

del

agua

de

y arcillas en depósitos glaciales

mar, Depósitos

combinada con erosión producida por el arenas,

marinos: limos

gravas,

y

arcillas

arrastre de fragmentos por medio del formando playas. oleaje a las corrientes marinas Acción

desintegrante

debida

al Depósitos eólicos: arenas finas,

diastrofismo e intemperismo, combinada limos

y

arcillas,

que

se

con la erosión debida al transporte de depositan formando dunas. fragmentos por el viento. Fragmentación

de

la

masa

de

roca Depósitos Piroclásticos.

(magma)

De estos cinco tipos de depósitos de rocas fragmentadas, los depósitos glaciales son prácticamente inexistentes en México porque su situación geográfica no es propicia para la existencia de glaciares. 43


Las características de los cuatro tipos de depósitos restantes, las condiciones locales de existencia y utilidad como agregados son los siguientes:

Depósitos Fluviales y Lacustres. Este tipo de depósitos son la fuente de agregados naturales más comunes en México; los agregados naturales de esta fuente resultan especialmente útiles para la construcción; aunque sus características granulométricas y de limpieza pueden ser muy variables de un depósito a otro e incluso dentro de un mismo depósito, mediante una acertada selección y un procesamiento adecuado, casi siempre es posible ponerlos en condiciones apropiadas para su utilización en el concreto.

Depósitos Piroclásticos. La segunda fuente en importancia para la obtención de agregados naturales en el país, la representan los fragmentos de roca fundida expulsados durante las erupciones volcánicas, que en contacto con la atmósfera se enfrían y solidifican, y al sedimentarse forman los depósitos Piroclásticos de bloques, bombas, lapilli (gravas) y cenizas (arenas). Por el carácter volcánico que prevalece en buena parte del territorio nacional, particularmente al occidente, centro y sur, es frecuente la existencia de este tipo de depósitos, aunque no siempre reúnen las características adecuadas (densidad, textura superficial y granulometría principalmente.

Depósitos Marinos. No obstante la gran extensión de litorales de la República Mexicana, los agregados naturales de origen marino se utilizan relativamente poco para la fabricación de concreto hidráulico. Esto se puede atribuir a la frecuente disponibilidad de agregados de otras fuentes: 1. Distribución muy errática, sin grandes volúmenes bien definidos para su explotación. 2. Composición granulométrica inconveniente, con tendencia a gravas muy grandes y/o arenas muy finas.

44


3. Alto contenido de cloruros, cuya presencia es indeseable en el concreto reforzado. 4. Partículas con textura superficial demasiado lisa, lo cual es desfavorable para su adhesión con la pasta de cemento. Debido a esto, puede justificarse que estos agregados se sometan a tratamiento (trituración parcial, lavado) a fin de aprovechar su disponibilidad.

Depósitos

Eólicos.

Estos

depósitos

generalmente

consisten

en

acumulaciones de arena muy fina en forma de lomeríos, en zonas desérticas (dunas) o cercanos a las costas (médanos). La utilidad de esta arena como agregado para concreto es bastante limitada debido a que es demasiado fina y suele estar muy contaminada con limo, arcilla y/o material vegetal; a lo cual se suma la ubicación en sitios frecuentemente distantes de los centros de consumo o de las obras. Agregados Manufacturados. A continuación se indican los principales aspectos físicos que deben tomarse en cuenta y verificarse cuando se van a producir agregados manufacturados, a fin de seleccionar el equipo adecuado y prevenir el procesamiento necesario.

Aspectos físicos que deben verificarse en relación con la manufactura de agregados por trituración y/o molienda de rocas.

Calidad física intrínseca y propiedades de la roca original.

Características físicas del producto (grava y/o arena)

Origen geológico y composición mineralógica y litológica. Estructura y textura Dureza y resistencia Sanidad y compacidad Abrasividad Planos. Forma de Granulometría Limpieza

Fig. 2.3 Aspectos a verificar en agregados Manufacturados

45

partícula


La información relativa a estos aspectos se obtienen practicando un examen petrográfico a la roca; mediante este examen se definen las características físicas y químicas, de donde puede inferirse tanto el comportamiento de la roca al ser sometida a fragmentación por trituración, como el desempeño del material fragmentado al ser utilizado como agregado para concreto. Entre los aspectos que definen la calidad intrínseca de la roca puede mencionarse el origen geológico y la composición mineralógica y litológica, y la estructura, dureza, resistencia, porosidad, densidad, sanidad, fracturamiento y contaminaciones indeseables. En cuanto a las características y propiedades de la roca que suelen influir en su proceso de fragmentación y en las características físicas del agregado manufacturado resultante, son importantes la estructura la textura superficial, la abrasividad y la tendencia de fractura dada por los planos por donde la roca propende a partirse. Si por el examen petrográfico se determina que la roca es de buena calidad intrínseca, el siguiente paso consiste en confirmarlo mediante las pruebas de laboratorio correspondientes. Hecha esta confirmación, el proceso y los equipos adecuados para fragmentar la roca deben seleccionarse tomando en cuenta sus características y las dimensiones de los agregados que se requiere producir. Los principales aspectos físicos que son atributos de calidad en los agregados manufacturados, además de la calidad intrínseca de la roca, son la forma de la partícula, la granulometría y la limpieza los cuales dependen en alguna medida de las características del proceso y de los equipos que se utilizan para la fragmentación de la roca. La forma de las partículas es tal vez uno de los aspectos de mayor interés cuando se producen agregados manufacturados, debido a sus importantes repercusiones en la economía, manejabilidad y comportamiento del concreto. En este

46


aspecto concurre la influencia de las características de la roca, del proceso y equipos de fragmentación y del tamaño de las partículas producidas.

2.2.4.2.2

Clasificación según su Tamaño

Los tamaños de agregados utilizados en el concreto van desde unos milímetros hasta partículas pequeñísimas de décimas de milímetro en sección transversal. En forma general los agregados se clasifican en grueso y fino, y la NOM-C-111-1988 “Agregados para concreto”, los define de la siguiente manera: Agregado Fino: Material comúnmente conocido como arena que pasa por la criba G 4.75 (No. 4), cuya composición granulométrica varía dentro de los límites especificados en esta norma. Agregado Grueso: Material comúnmente conocido como grava, que es retenida por la criba G 4.75 (No.4), cuya composición granulométrica varía dentro de los límites de esta norma. Por lo tanto el agregado grueso está formado por las partículas retenidas en la malla No. 4, hasta el tamaño máximo de partículas que se haya escogido para el concreto; los tamaños máximos más utilizados son de ¾” y 1 ½”. A su vez el agregado fino se compone del material que pasa la malla No. 4 hasta las partículas más finas que se retienen en la malla No. 100 (0.15 mm). El material entre 0.06 y 0.02 mm se clasifica como limo y, si son partículas más pequeñas, se les conoce como arcilla. La importancia de clasificar los agregados en grueso y fino es primordialmente para lograr, en la práctica, una combinación adecuada de estas dos fracciones, asegurando así una composición granulométrica correcta y suficientemente uniforme para obtener el producto final deseado.

2.2.4.2.3

Clasificación según su Forma y Textura

Las características de forma y textura tienen también efectos importantes en el concreto, sobre todo en cuanto a su compactación y su trabajabilidad. Como se 47


mencionó anteriormente, los agregados naturales provienen de tres tipos de roca ígneas, sedimentarias y metamórficas, dependiendo de su procedencia, tienen unas características mineralógicas y petrográficas determinadas. Adicionalmente a estas características, hay algunas propiedades que corresponden al agregado en sí, pero que indirectamente depende del tipo de roca; una de estas es la forma de las partículas del agregado. En términos generales, se puede decir que los agregados procedentes de piedras naturales sometidas a un proceso de trituración y clasificación tienen formas geométricas que varían desde las aproximadamente cubicas o poliédricas, a las de esquirlas alargadas o astilladas, o a las laminares aplanadas, o a las de forma de cascos. Mientras que los agregados de rio o de depósitos (arrastres fluviales o glaciares) tienen formas de cantos redondeados (cantos rodados), o aplanadas (medallón). En términos prácticos, la forma de las partículas del agregado juega un papel muy importante en la fabricación de concreto, debido a que la aptitud de compactación de la mezcla no solo depende de la granulometría del agregado sino también del grado de acomodamiento de las partículas. Para lograr un alto grado de acomodamiento y compactación de las partículas, que genera una alta densidad y por tanto una mayor resistencia en el concreto, las formas más adecuadas son las redondeadas para piedras de ríos y cantos rodados y la cúbica para triturados. En la medida en que la forma de las partículas del agregado se aleje de estas geometrías, menor será la cantidad de partículas que se acomoden dentro de un volumen determinado y por lo tanto quedaran espacios entre partícula y partícula que deben ser llenados con pasta de cemento, lo cual encarece el costo unitario y aumenta el riesgo de agrietamiento del concreto por el mayor contenido de cemento. En la siguiente figura se puede observar la forma cubica y redondeada:

48


Fig. 2.4 Partículas de forma redondeada y cúbica

Por otra parte, la forma ideal es la redondeada, debido a que el grado de acomodamiento de las partículas de forma redondeada es mejor que el de partículas de forma cubica. En cuanto a las partículas de forma “lajuda” (alargadas y planas), aparte de tener por lo general una estructura laminar (en capas) con poca resistencia, estas tienden a colocarse en posición horizontal dentro de la masa compacta de concreto, lo cual impide la salida del agua libre de la mezcla durante el proceso de fraguado y genera burbujas de aire que debilitan la resistencia del concreto. Existen varias clasificaciones para la forma de la partícula, de las cuales la siguiente es un ejemplo: Tabla 2.4 Clasificación de la Forma de las Partículas

CLASIFICACION REDONDEADA

DESCRIPCION

EJEMPLOS

Completamente desgastada por el agua o Grava de rio o de totalmente formada por fricción.

playa.

Irregulares por naturaleza, parcialmente Pizarras IRREGULAR

formada

por

fricción

o

con

bordes superficie

redondeadas. ESCAMOSA

subterránea.

Materiales cuyo espesor es pequeño en Roca laminada. comparación con sus otras dimensiones.

49

de o


Con bordes bien definidos formados en las Rocas ANGULAR

intersecciones de caras aproximadamente de planas.

trituradas

todo

tipo,

taludes.

Material que suele ser angular, pero cuya ALARGADA

longitud es bastante mayor que las otras

---

dos dimensiones. ESCAMOSA Y ALARGADA

Material cuya longitud es bastante mayor que el ancho y el ancho bastante mayor

---

que el espesor.

La forma y la textura pueden afectar la trabajabilidad del concreto, por lo cual también podrán afectar la demanda del agua y del cemento y, por consiguiente, a la resistencia final. La textura afecta también la adherencia que se desarrolla entre las partículas y la pasta de cemento, por lo cual nuevamente está influenciando a la resistencia del concreto. A su vez, la textura se clasifica como sigue:

Tabla 2.5 Textura de los Agregados Textura

Características

Superficial Vítrea

Ejemplos

Fractura concoidal

Pedernal negro, Escoria vítrea.

Desgastada por el agua o lisa debido a Grava, horsteno pizarra, Lisa

fractura de roca laminada o de roca de mármol, algunas riolitas. grano fino.

Granular

Fracturas que muestran granos más o Arenisca, oolita. menos redondeados en forma uniforme. Fractura áspera de roca de granos finos o Basalto, felisita pórfido,

Áspera

medianos,

que

contengan

cristalinas difíciles de detectar. 50

partes caliza.


Cristalina En forma de

Con partes cristalinas fáciles de detectar.

Granito, grabo, gneis.

Con cavidades y poros visibles.

Ladrillo

piedra

escoria

panal

pómez,

espumosa,

clinker, arcilla expandida.

2.2.4.2.4

Clasificación según su Densidad

Según la densidad, que es la propiedad que relaciona la cantidad de masa con el volumen que ocupa, se puede clasificar tanto los agregados naturales como los agregados artificiales y se hace en tres diferentes categorías, como se muestra en la siguiente tabla. Tabla 2.6 Clasificación de los Agregados según su densidad

Clasificación del Agregado

Masa Unitaria aproximada (kg/m3) Del

Del

agregado

concreto

480-1300

13-100

LIVIANO

500-1350

Variedades más comunes de Agregados Pizarras

Concretos

expandidas, escoria, arcilla

1300-200

2000-2500

Arena,

grava,

piedra triturada,

NORMAL

Ejemplo de uso

Clinker.

livianos estructurales. Obras en concreto en general arena grava, piedra.

2000-5600

>2500

PESADO

Barrita, limonita,

Concreto para

magnetita,

macizas de

limadura de

anclaje, para

acero.

protección contra radiaciones.

51


Teniendo en cuenta que los agregados en cuestión serán Naturales y Triturados se sugiere la clasificación de Arenas Naturales y Gravas Naturales así como de Arenas trituradas y Gravas trituradas.

2.2.4.2.5

Arenas y Gravas Naturales

Las arenas naturales se caracterizan por formarse de partículas relativamente redondeadas, de menos de 3 mm de diámetro. Las arenas naturales, por originarse de un proceso geológico como el arrastre o transporte, tiende a redondearse lo cual, la hace más manejable al perder sus aristas, disminuyendo su área específica (cantidad de área expuesta entre el peso de las partículas), y por lo tanto su absorción al agua. Las gravas naturales de la misma forma que las arenas, su origen es de tipo geológico ocasionado por la acción del intemperismo sobre las rocas, las cuales se fragmentan o desgastan debido al arrastre del agua principalmente, de donde su forma tiende a redondearse, perdiendo así sus aristas y las formas lajeadas, la superficie de estos fragmentos tiende a ser suave y terso. En general las gravas naturales que se encuentran en los lechos de los ríos, por haber sufrido efectos de intemperismo muy agresivos y permanecen, necesariamente se componen entonces de minerales bien entrelazados y compactos de alto peso específico y consistencia. Su resistencia a la compresión axial, en general es mayor a la del concreto, por lo cual también se vuelve un material deseable, además de su buena adherencia, limpieza y sanidad. Una grava o arena natural, se refiere a un depósito de material que se ha formado por cuestiones de tipo geológico, es decir que el hombre no ha intervenido para su creación, aunque se encuentren en cúmulos o estratos, acompañados de materiales a veces indeseables los cuales se habrán de separar en forma muy particular para que la contaminación sea mínima.

52


Para la obtención de estas gravas y arenas naturales será necesario usar implementos mecánicos, como trascabos y cribas, pijas o vibratorios, estos implementos no influyen necesariamente en la calidad de los agregados si no en las facilidades de su obtención y producción. Ya que su granulometría y forma no serán modificadas, solo se utilizan los implementos para la separación mecánica de los mismos; se incluye también el proceso de lavado para evitar el exceso de partículas finas.

2.2.4.2.6

Arenas y Gravas Trituradas

Las arenas trituradas se obtienen al someter a las rocas o fragmentos de mayor tamaño a un proceso de trituración o molienda y así obtener la granulometría deseada en nuestra arena para algún propósito diseño de mezcla. Las arenas trituradas se componen de fragmentos de forma angulosa y superficie áspera, su composición mineralógica es tan homogénea como la de la roca madre, generalmente son materiales relativamente puros, es decir que su contaminación con otros materiales es mínima y sus propiedades físicas y de retención son también muy homogéneas. Las gravas trituradas son producto de la molienda o trituración de rocas, ya sea que estas provengan de un banco o que provengan de un material de desecho en la producción de grava-arena, la forma de sus partículas es angulosa y su textura rugosa, lo cual dificulta notablemente su manejo sobre todo cuando se fabrica el concreto a mano. Su composición mineralógica es muy homogénea tanto como las rocas madre, su contaminación con otros materiales es mínima y sus propiedades físicas y de resistencia también son muy homogéneas. El uso de las gravas trituradas es muy común en la fabricación de concretos, tanto en la elaboración manual como con equipo industrial, como ejemplo revolvedoras, así como la utilización de bombas propulsoras del concreto hasta el sitio de la colocación gracias a que su granulometría se maneja con eficiencia.

53


2.2.4.3 Propiedades de los Agregados Las propiedades de los agregados dependen en gran parte de la calidad de la roca madre de la cual proceden, por lo que para su evaluación un examen petrográfico es de gran utilidad. Sin embargo, es posible conocer sus propiedades por medio de ensayos de laboratorio.

2.2.4.3.1

Criterios para la Elección de los Agregados

Debido a que las propiedades de los agregados empleados en la elaboración de concreto afectan las características de éste, es importante seleccionarlos cuidadosamente, teniendo en cuenta los siguientes puntos: Carácter de Trabajo. Las condiciones que deben cumplir los agregados para presas de concreto, son diferentes a las que se usan para pavimentos en este material. En las presas, las propiedades importantes del agregado son las que tienen efecto en el contenido de agua de la mezcla y las propiedades térmicas del concreto resultante. En pavimentos, la resistencia a la flexión es lo más importante por lo cual la forma de la partícula toma mayor significado. Condiciones Climáticas. Especial atención se le debe prestar a la mineralogía y solidez de los agregados usados en concreto colocado en medios ambientes agresivos, con el objeto de prevenir problemas de rompimiento o deterioración. Factores que afectan la Durabilidad. En condiciones de abrasión y erosión severas, son los agregados los que proporcionan la resistencia y no la matriz de cemento, por lo cual en estructuras hidráulicas o de drenaje, las características más importantes de ellos son la dureza, forma de las partículas y granulometría.

54


Economía. Los factores económicos que se deben considerar son: -

Efecto del costo del agregado sobre el precio del concreto basado en la calidad del agregado.

-

Efecto del agregado sobre los costos de construcción asociado con la facilidad y velocidad de colocación.

-

Costo de mantenimiento y reparaciones de acuerdo con la velocidad en que un concreto con diferentes agregados se deteriora en un determinado medio ambiente.

-

Uso de concreto de “menor calidad” donde la “poca calidad” podrá proporcionar adecuada durabilidad.

2.2.4.3.2

Propiedades Químicas de los Agregados

Las exigencias químicas que se deben hacer a los agregados para evitar su reacción en la masa del concreto, son las de evitar sustancias presentes agresivas y componentes geológicos o mineralógicos agresivos, entre los cuales el más frecuente parece ser la sílice activa.  Epitaxia. La única reacción química favorable de los agregados, conocida hasta el momento. Da mejor adherencia entre ciertos agregados calizos y la pasta de cemento, a medida que transcurre el tiempo.  Reacción álcali-agregado. La sílice activa, presente en algunos agregados, reacciona con los álcalis del cemento produciendo expansiones, destrucción de la masa y pérdida de características resistentes.

2.2.4.3.3

Propiedades Físicas de los Agregados

55


Las propiedades físicas que tienen mayor importancia en el comportamiento mecánico de las mezclas de concreto son: granulometría, densidad, porosidad, masa unitaria y forma y textura de las partículas.  Granulometría. Es la composición, en porcentaje, de los diversos tamaños de agregado en una muestra. Esta proporción se suele indicar, de mayor a menor tamaño, por una cifra que representa, en peso, el porcentaje parcial de cada tamaño que pasó o quedó retenido en los diferentes tamices que se usan obligatoriamente para tal medición. Para obtener un buen concreto, es necesario que la mezcla de la arena y de la piedra logre una granulometría que proporcione masa unitaria máxima, puesto que en esa condición el volumen de los espacios entre partículas es mínimo y por consiguiente la cantidad de pasta necesaria para pegarlos y para llenar los espacios entre ellos será mínimo, lo cual dará lugar a una mezcla de mejores condiciones técnicas y además económica.  Densidad. Es una de las propiedades del agregado que depende directamente de las de la roca original de donde proviene, y está definida como la relación entre la masa y el volumen de una masa determinada.  Porosidad. Existen diversas porosidades que se presentan en los agregados, de las cuales la que suele medirse son la porosidad superficial o saturable. Cuanto más poroso es, menos resistencia mecánica tiene, por lo tanto, cuanto menor sea la absorción, es más compacto y de mejor calidad. Desde el punto de vista de la porosidad y la capacidad de absorción de agua, el grano de agregado puede presentar una de las siguientes cuatro posibilidades:  Absolutamente seco: Con todos los poros vacíos, internos y superficiales.  Seco al aire o exteriormente: Con parte de la masa y de los poros internos llenos.

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 Saturado y superficialmente seco: Con toda la masa y los poros internos y de superficie llenos, pero con la superficie seca.  Húmedo: Cuando además de llenos todos sus poros, internos y superficiales, y de saturada toda su masa, se acumula humedad en la superficie.  Masa Unitaria. La relación que existe entre la masa del material que cabe en un determinado recipiente y el volumen de ése, da una cifra llamada masa unitaria. Si la colocación del agregado dentro del recipiente se ha hecho por simple efecto de la gravedad, desde una cierta altura de caída, se denomina masa unitaria suelta. Cuando la colocación se ha hecho en capas, posteriormente compactadas por golpes de una barra metálica, se le nombra masa compacta unitaria. La masa unitaria compacta es otro buen índice para conocer la calidad del agregado, puesto que cuanto mejor sea la granulometría mayor es el valor numérico de la masa.  Forma. La forma del agregado depende mucho del tipo de roca que lo originó, ya que para ciertas piedras resulta determinante el sistema de clivaje, las posibles instrucciones en la roca y su estado de meteorización. Las arenas por su origen geológico, suelen ser de forma redondeada, pero cabe recordar que es posible obtenerlas mediante trituración, y en este caso la forma también va depender de modo importante del sistema o maquinaria que se use para la fragmentación de la roca original en la producción de arena. La forma del agregado influye directa o indirectamente en el comportamiento del concreto, ya que se relaciona con la trabajabilidad, la resistencia y otras propiedades que poseen en los estados del concreto fresco y endurecido. Aquellas formas que son perjudiciales son las muy alargadas y/o escamosas; individualmente este tipo de granos puede conllevar a un punto de debilidad dentro de la masa de concreto, en su comportamiento ante los esfuerzos 57


mecánicos. Conjuntamente, un ligero exceso de granos de estas formas puede afectar la trabajabilidad. En agregados para concreto el contenido de partículas planas o de las alargadas debe ser mínimo, puesto que esta clase, es perjudicial para el buen comportamiento del concreto. Desde el punto de vista de la economía en el requisito de la relación agua/cemento, los agregados redondeados son preferibles a los agregados angulares. Por el otro lado, el cemento adicional requerido para los agregados angulares es contrarrestado en cierta medida por las resistencias superiores del agregado y, en ocasiones por una mayor durabilidad, como resultado de la unión del concreto endurecido, es decir, uniones más fuertes entre los agregados y la pasta de cemento.  Textura. Reviste especial importancia por su influencia en la adherencia entre los agregados y la pasta de cemento fraguado, así como también, por su efecto sobre las propiedades del concreto o mortero endurecido, tales como, densidad, resistencia a la compresión y a la flexión, cantidad requerida de agua, etc. En términos generales, se puede decir que la textura superficial es áspera en las piedras obtenidas por trituración y lisa en los cantos rodados, de rio, quebrada o mar. Es deseable que las partículas tengan superficie áspera para que haya buena adherencia con la pasta de cemento, especialmente en los concretos de alta resistencia. Sin embargo, haciendo los ajustes necesarios en el diseño de la mezcla, con otros tipos de textura en los agregados, también se puede hacer buen concreto.

2.2.4.3.4

Propiedades Mecánicas de los Agregados

 Dureza. Esta propiedad depende de la constitución mineralógica, la estructura y la procedencia del agregado. En la elaboración de concretos sometidos a elevadas tasas de desgaste por roce o abrasión, como aplicaciones en pavimentos o

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revestimientos de canales, la dureza del agregado grueso es una propiedad decisiva para la selección de los materiales.  Resistencia. El agregado grueso en mayor medida que el fino, va a resultar relacionado con el comportamiento de las resistencias del concreto, por su aporte en tamaños de grano dentro de la masa de la mezcla. En tal sentido, una de las posibilidades de ruptura de la masa es por medio del agregado grueso (las otras son por la pasta y por la interface de contacto entre pasta y agregado. De esta manera, la resistencia de los agregados cobra importancia y se debe buscar que éste nunca falle antes que la pasta de cemento endurezca. La falla a través del agregado grueso se produce bien sea porque tiene una estructura pobre entre los granos que constituyen las partículas o porque previamente se le han inducido fallas a sus partículas durante el proceso de explotación, o por un inadecuado proceso de trituración. Adicionalmente, cuando se aumenta la adherencia por la forma o textura superficial del agregado al buscar una alta resistencia en el concreto, también aumenta el riesgo de que las partículas del agregado fallen antes de la pasta de cemento endurecida.  Tenacidad. La tenacidad o resistencia a la falla por impacto es una propiedad que depende de la roca de origen y se debe tener en cuenta ya que tiene mucho que ver con el manejo de los agregados, porque si estos son débiles ante las cargas de impacto, se puede alterar su granulometría y también disminuir la calidad del concreto que con ellos se elabore.  Adherencia. Adherencia es la interacción que existe en la zona de contacto agregado-pasta, la cual es producida por fuerzas de origen físico-químico. Entre más adherencia se logre entre la pasta de cemento endurecida y los agregados, mayor será la resistencia del concreto. La adherencia depende de la calidad de la pasta de cemento y, en gran medida, del tamaño, forma, rigidez y textura de las partículas del agregado, especialmente cuando se trata de resistencia a flexión. 59


No se conoce ningún método que permita medir la adherencia de los agregados, pero es claro que aumenta con la rugosidad superficial de las partículas. 2.2.4.4 Sustancias Perjudiciales Contenido de Arcilla. La presencia excesiva de tamaños muy pequeños en la grava y en la arena puede afectar el comportamiento deseado de la mezcla de concreto, perjudicando al fraguado y la adquisición de resistencia mecánica de este. En el caso de apariencia de finos en las gravas, es posible que estos pasen a engrosar parte de la granulometría de la arena, ya que sus granos quedan comprendidos en esos tamaños. Desde luego, la presencia excesiva de finos puede plantear la mayor avidez de agua, y con ella crear una pasta fina que envuelva los granos de agregado y dañe sus condiciones de adherencia; esta misma avidez de agua puede llegar a afectar las condiciones de trabajabilidad. En caso de agregados obtenidos por trituración, suele ser abundante la presencia de polvillo, como material fino, por efecto mismo de las mandíbulas trituradoras, sin embargo, para su uso en el concreto debe tener su superficie limpia. El lavado se usa para remover dichas cantidades excesivas de partículas finas consideradas dañinas para la buena calidad del concreto, y es uno de los pasos que usan los productores de agregados en la producción de los mismos. Si hay exceso de partículas finas cubriendo los agregados, resultara una inadecuada adhesión entre la pasta de cemento endurecida y el agregado. Esto puede causar bajas resistencias a la compresión, durabilidad reducida; además la presencia de material fino incrementa la demanda de agua en el concreto con lo cual puede resultar una durabilidad reducida, aumento de la contracción y problemas con la trabajabilidad.

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Sales solubles. Algunos agregados pueden estar contaminados con un elevado contenido de sulfatos o de cloruros, adheridos a su superficie, por lo cual la arena resulta el agregado de mayor peligro, dada su elevada medida de superficie específica. Estas circunstancias no pueden ser detectadas por la vista ni por el gusto, pues muy pequeñas cantidades son suficientes para significar un peligro para el concreto; los sulfatos atacan al cemento produciendo reacciones expansivas que agrietan y desmoronan su masa. Los cloruros corroen el acero del concreto armado, perdiendo sus condiciones resistentes, aumenta el volumen y agrieta las secciones del concreto. Si el ataque corrosivo de los cloruros se produce en un medio ambiente agresivo, las primeras grietas se abren camino inmediatamente después de las soluciones del medio ambiente, y el ciclo destructivo se genera de forma acelerada. Materia Orgánica. En algunos casos se puede encontrar presencia de altos contenidos de materia orgánica en los agregados, las menos perjudiciales son las de tipo visible, tales como ramas o raíces ya que pueden detectarse y removerse de manera fácil. El peligro lo significa en mayor proporción la materia orgánica no visible que se impregna o adhiere a los granos del agregado. La presencia de elevadas cantidades de ese tipo de sustancias puede interferir con las reacciones químicas de la hidratación del cemento, un concreto de menor resistencia y puede afectar la velocidad de reacción del cemento ocasionando retrasos considerables en su tiempo normal de fraguado.

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CAPITULO 3. DISEÑO DE MEZCLAS

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CAPITULO III. DISEÑO DE MEZCLAS 3.1 INTRODUCCIÓN El diseño de las mezclas de concreto, es un tema de vital interés para todos los ingenieros y constructores que manejan el concreto. Las principales interrogantes con las que tiene que lidiar son principalmente las siguientes [Abrams, 1919].  ¿Cuál es la mezcla necesaria para producir un concreto con resistencia adecuada para un determinado trabajo?  ¿Con diferentes bancos de materiales de diferentes características que se encuentran en la región, cuales son los las adecuados para el diseño?  ¿Con determinados materiales, qué proporciones darán el mejor concreto al menos costo?  ¿Cuál es el efecto que produce en la resistencia del concreto los cambios en la mezcla, la consistencia y la clasificación de los agregados? El proporcionamiento de un concreto frecuentemente involucra la selección de los materiales y su combinación [Abrams, 1919]. El conocimiento de las propiedades del concreto tanto en estado fresco como en estado endurecido tiene como finalidad primordial la de determinar el diseño de la mezcla [Instituto del Concreto, 1997]. El Diseño de Mezclas puede ser definido como el proceso de selección de los ingredientes adecuados para concreto (cemento, agregados, agua y ocasionalmente aditivos) y la determinación de sus proporciones relativas con el objeto de producir un concreto de cierta resistencia, consistencia y durabilidad de la forma más económica posible [Shetty, 2005]. El objetivo del presente capítulo es proporcionar las claves, desde un punto de vista teórico, que permitan al principiante enfrentarse al diseño de cualquier tipo de mezcla en la práctica. 63


3.2 EL ARTE DE DOSIFICAR.

El análisis realizado en el apartado anterior pone de manifiesto la importancia que cada uno de los distintos componentes (agregados, agua y cemento) tiene en el conjunto de este material que es concreto. En efecto, estos elementos desempeñan funciones específicas, que se complementan con el fin de obtener más y mejores prestaciones en el material compuesto resultante. Imaginemos, por un momento, que ocurriría si no utilizásemos arena en la composición del concreto. Ciertamente, un material formado solo por agregados gruesos y pasta de cemento presentará un gran número de huecos, con todos los inconvenientes que esto conlleva, y además se producirá una importante pérdida de resistencia porque algunas piedras estarán unidas por una capa de aglomerante tan sólo por una cara; esto se traduce en un material quebradizo, que se fractura en su totalidad sin mayor esfuerzo. Se hace imprescindible, entonces, la presencia de una fracción de agregado más pequeña que acabe de tapar, de recubrir, de llenar todas estas zonas: la arena. Ésta proporciona trabajabilidad a la mezcla y, juntamente con el cemento, ejerce de conglomerante, de manera que se consigue obtener un material muy monolítico, parecido a una roca. Siguiendo con este razonamiento, podríamos plantearnos el caso extremo de un material formado sólo por pasta de cemento, o tal vez solo compuesto de roca. Es evidente que la mejora que presentaría el material resultante en algunos aspectos no compensa las desventajas que crea la falta del otro, de cara a lo que se espera de un material de construcción versátil como es el concreto. A partir de aquí, esto es, partiendo de la base que todos los ingredientes de la mezcla, es decir arena grava y agua, son imprescindibles desde un sentido físico, nuestro objetivo será hallar las proporciones en que debemos combinar estos para obtener un concreto que mejor cumpla con los requisitos que se esperan de él. 64


En una primera aproximación al tema, podemos considerar que la dosificación, o diseño racional de mezclas de concreto, es un proceso por el cual se obtiene la correcta combinación de cemento, agregados, agua y aditivos, cuando sean necesarios, con el fin de producir un concreto conforme a determinadas especificaciones. En contra de lo que pueda parecer, lo cierto es que detrás de esta sencilla definición existe un mundo complicado, que no puede reducirse a un conjunto de números, sino que necesita del entendimiento de ciertos principios fundamentales y de algo de práctica para poder ser dominado; realmente, vale la pena dedicar tiempo a su estudio, pues son evidentes los efectos que la dosificación tiene en el coste del concreto, así como en algunas de sus propiedades más importantes del estado fresco y endurecido. Uno de los objetivos de la dosificación es la obtención de un producto que se comportará según algunos requisitos predeterminados, siendo los más importantes, en general, la trabajabilidad del concreto fresco, la resistencia alcanzada por el concreto endurecido a una edad determinada y la durabilidad de este concreto. Asimismo, otro de los propósitos de la dosificación es la producción de una mezcla que cumpla con todos estos requerimientos al menor costo posible; esto implica tomar decisiones con respecto a la selección de ingredientes, ya que además de adecuados deben poderse adquirir a precios razonables. Una vez tenemos los materiales que formarán parte del concreto y conocemos las condiciones con las cuales se trabajará en obra, las variables que generalmente están bajo el control de la persona responsable son: la relación pasta de

cemento/agregado en la mezcla, la relación agua/cemento en la pasta de cemento, la relación arena/agregado grueso en los agregados y el uso de adiciones o aditivos. Ciertamente dentro de un volumen fijo no podemos modificar uno de los componentes de manera independiente al resto. Además, el cambio en una variable determinada puede afectar de forma opuesta a ciertas propiedades deseables del 65


concreto. Por ejemplo, la adición de agua en un concreto rígido (contenido de cemento fijo) provocará una mejora en la fluidez del material, pero al mismo tiempo será la responsable de una reducción en la resistencia de este. Es evidente, por tanto, que el diseño de mezclas implica la nada fácil tarea de equilibrar este tipo de resultados contradictorios. El concepto de diseño de mezclas de concreto ha sufrido algunos cambios a lo largo del tiempo. En un principio, la principal preocupación de los investigadores fue la definición y producción de un concreto ideal; esto se traducía, normalmente en la determinación de la granulometría conjunta ideal y, por lo tanto, en cómo debería especificarse el agregado grueso y el fino y en que proporciones deberían ser combinados. Hoy en día, sin embargo, el enfoque sobre este tema es algo distinto, siendo básico el considerar: en primer lugar, qué agregados son económicamente disponibles; en segundo lugar, que propiedades debería tener el concreto; y por último, cual es el camino más económico de proporcionar esas propiedades requeridas Según Day (1995), en toda dosificación es imprescindible tener en cuenta los siguientes puntos:  Utilizar agregados disponibles en vez de buscar agregados ideales.  Definir cuáles son los requisitos que originan un propósito definido en vez de considerar que existe un concreto ideal que cumple con todos los propósitos.  Es importante entender que existirá competencia en base al precio. 3.2.1

Consideraciones Generales

Es importante tener claros cuales son nuestros objetivos al dosificar un concreto, para ello es básico conocer, en primer lugar, cuál va ser su uso, de que medios disponemos (o son los adecuados) para su puesta en obra, dónde va a ser ubicado y, en general, todos aquellos datos que puedan ser útiles a la hora de definir las propiedades que ha de tener nuestro concreto para cumplir con su función. 66


Como ya se ha dicho anteriormente, existen tres propiedades esenciales que debe cumplir todo concreto, independientemente que sea un concreto convencional o no, cuyo logro nos hace pensar que el proceso de dosificación se ha realizado de manera correcta. Efectivamente, el concreto debe ser lo suficientemente trabajable en su estado fresco para una adecuada puesta en obra, como también ha de proporcionar la resistencia que se le exige (generalmente a compresión, determinada a los 28 días) en su estado endurecido y ciertas garantías de durabilidad en el tipo de ambiente al que vaya a ser expuesto, durante el periodo de tiempo establecido. El proceso constructivo se caracteriza por la intervención básica de distintas partes: el propietario, el constructor y el usuario de la estructura. Cada una de estas interviene en algún momento de la vida del concreto, siendo de más interés una propiedad u otra en función de la fase considerada.

Trabajabilidad

t=0

Constructor

t= vida útil Usuario Durabilidad

t= 28 días

Resistencia

Dirección de obra

Fig. 3.1 Propiedades y partes involucradas en las principales fases de la vida del concreto

Es importante tener en cuenta que la optimización de los costes totales (económicos, ambientales) va a ser uno de los objetivos esenciales en todo el proceso. En las líneas siguientes, analizaremos todas estas consideraciones básicas con algo más de detalle. 67


3.2.1.1 Trabajabilidad El tiempo en que el concreto se encuentra en su estado fresco es corto, pero decisivo. En efecto, las características que presenta el concreto en su estado endurecido dependen de manera radical del conocimiento y control de distintas propiedades que caracterizan al concreto fresco. Es imprescindible, por lo tanto, estudiar aquellas propiedades del concreto fresco que contribuirán a la consecución de una mezcla cuyo transporte, puesta en obra, compactación y acabado superficial pueda realizarse de forma fácil y sin segregación.

3.2.1.1.1

Propiedades Principales del Concreto Fresco

Consistencia. Una de las propiedades más características del concreto fresco es la consistencia del mismo. Esta muestra la capacidad que una mezcla fresca de concreto tiene de fluir, esto es su movilidad, su fluidez o, en otras palabras la oposición que presenta un concreto fresco a experimentar deformaciones. Asimismo, y desde un punto de vista más práctico, la consistencia es una medida del grado de humedad de la mezcla, de manera que generalmente se evalúa en términos de asiento (es decir, cuanto más húmeda es la mezcla, mayor es el asiento) por medio del ensayo del cono de Abrams. Este es un sistema muy sencillo de realizar en obra, que no requiere equipos costosos ni personal especializado y proporciona resultados satisfactorios, razones por las cuales han hecho que este ensaye sea universalmente empleado. Otro punto a favor del cono de Abrams es su aplicación como medio de control de obra, ya que permite detectar fácilmente cambios entre diferentes masas, ya sean debidos a variaciones de agua de amasado, en la humedad de los agregados e incluso en la granulometría de estos, especialmente en las arenas, siendo por consiguiente, un ensaye que permite verificar la regularidad del material.

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Tabla 3.1 Valores de asentamientos para el ensayo del Cono de Abrams

Consistencia

Asiento (cm)

Seca

0-2

Plástica

3-5

Blanda

6-9

Fluida

10-15

Compactabilidad. El concreto fresco obtenido debe ser diseñado de tal forma que podamos alcanzar la máxima densidad de compactación con una cantidad razonable de trabajo, o con la cantidad disponible bajo unas determinadas circunstancias. El hecho de requerir una mezcla que sea compactable como una de las características básicas de cualquier concreto en estado fresco, puede entenderse a partir del estudio de la relación existente entre el grado de compactación y la resistencia resultante. Para ello, en primer lugar sería conveniente expresar aquel como una relación entre densidades, esto es, de la densidad real de nuestro concreto sobre la densidad de la misma mezcla cuando este totalmente compactada; de igual forma, también la relación entre la resistencia actual del concreto sobre la resistencia que obtenemos cuando este tiene su máxima compacidad para referirnos a la resistencia resultante. De esta manera, la relación existente entre la densidad y la resistencia, expresadas estas como hemos comentado, queda reflejada en la forma como se muestra en la siguiente figura.

Fig. 3.2 Relación entre Densidad y Resistencia del Concreto

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Como se puede observar, la presencia de huecos en el concreto reduce enormemente su resistencia; en efecto, la existencia de un 5% de huecos puede disminuir hasta en un 30% la resistencia del concreto, e incluso un 2% de huecos puede resultar en una bajada de resistencia de más del 10%. En relación con esto, es importante tener claro que los huecos en el concreto son tanto burbujas de aire atrapado como espacios que quedan una vez ha desaparecido el exceso de agua; las burbujas de aire representan el aire “accidental”, es decir, el aire retenido dentro de un material granular suelto durante los procesos de mezcla y transporte, son función de la granulometría de las partículas más finas que encontramos en la mezcla, y pueden ser eliminadas más fácilmente de una mezcla más húmeda que de una seca. Estabilidad. El concreto es una mezcla de componentes sólidos muy distintos y de un líquido, por consiguiente y por su propia naturaleza, tiene que ser un material heterogéneo, al mismo tiempo sin embargo, es evidente la necesidad de homogeneidad en el material, hecho que se traduce aquí en el propósito de obtener una mezcla uniformemente heterogénea, es decir, en cualquier parte de su masa los componentes del concreto deben estar perfectamente mezclados y en la proporción prevista al diseñar la mezcla. Se hace imprescindible considerar el concepto de estabilidad, que surge de la necesidad de mantener al concreto como una masa homogénea, en efecto la estabilidad o cohesión de una mezcla mide la resistencia a segregar y a exudar de la misma. La segregación es un fenómeno por el cual los elementos constitutivos del concreto tienden a separarse unos de otros y a decantarse de acuerdo con su tamaño y densidad; la exudación es una forma de segregación en la que el agua tiende a elevarse hacia la superficie del concreto como consecuencia a la incapacidad de los agregados de arrastrarla con ellos al irse compactando, formando así una capa de agua que puede llegar hasta el 2% del ancho de la pieza.

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3.2.1.2 Resistencia La resistencia del concreto endurecido es la propiedad más importante para cumplir con la exigencia estructural, por lo que usualmente es considerada como la propiedad más valiosa del concreto; sin embargo no debemos olvidar que en muchas ocasiones otras características como la durabilidad y la permeabilidad, resultan ser más importantes. Con todo, se trata de una propiedad muy importante, pues proporciona una visión general de la calidad del concreto al estar directamente relacionada con la estructura de la pasta de cemento hidratada. El concreto es un material que resiste a las solicitaciones de compresión, tracción y flexión; la resistencia que presenta frente a los esfuerzos de compresión es la más elevada de todas, siendo unas diez veces superior a la de tracción, y es la que más interés presenta en su determinación, dado que en la mayor parte de las aplicaciones del concreto se hace uso de esa capacidad resistente y a que, por otra parte, la resistencia a compresión es un índice muy fácil de determinar de la magnitud de otras muchas propiedades del mismo. En general, las especificaciones del concreto exigen una resistencia a la compresión determinada a los 28 días, obteniéndose esta de forma nada complicada a través del ensayo a compresión. 3.2.1.3 Durabilidad El concepto de durabilidad del concreto se asocia a la capacidad del mismo de mantenerse en servicio durante el tiempo para el cual la estructura de la que forma parte ha sido proyectada. En otras épocas se creía que el concreto tenía una gran durabilidad, pero hoy en día se ve que ésta es limitada ya sea por causas relacionadas con el medio (heladas, ataques por sulfatos del terreno) o por causas internas (reacción álcali-agregado). Una larga vida en servicio se considera sinónimo de durabilidad; pero lo que bajo determinadas condiciones podemos considerar como durable puede que no lo sea en otras distintas, por lo que se hace necesario incluir referencias generales 71


sobre el ambiente al que va a estar expuesto el concreto durante su vida útil al momento de definir las propiedades que el concreto debe tener. 3.3 CRITERIO GENERAL DE DISEÑO DE MEZCLAS, METODO ACI 211

El método estudiado en el presente trabajo tiene como base el procedimiento del American Concrete Institute elaborado por el Comité ACI 211. El método americano ACI es el más conocido y ampliamente usado, fundamentado en el principio básico de la relación agua/cemento desarrollado por Abrams, que consiste en seguir en forma ordenada una secuencia de pasos y determinar la cantidad de cada material en peso y en volumen, para 1m3 de concreto. Los factores más importantes que deben considerarse al seleccionar el proporcionamiento de los agregados son en el orden propuesto por el Instituto Americano del Concreto (ACI 211), se incluyen en los siguientes pasos: PASO 1: Elección del revenimiento para cumplir los requisitos de trabajo: Cuando no se especifica el revenimiento, puede seleccionarse un valor apropiado para la obra de los que aparecen en el Cuadro 3.2. Tabla 3.2 Revenimientos recomendados para varios tipos de construcción [ACI 211]

Revenimiento, cm Tipos de Construcción

Máximo*

Mínimo

8

2

de sub-estructuras sencillos

8

2

Vigas y muros reforzados

10

2

Columnas para edificios

10

2

Pavimentos y losas

8

2

Concreto masivo

8

2

Muros de cimentación y zapatas Zapatas, cajones de cimentación y muros

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El revenimiento se puede incrementar cuando se emplee aditivos químicos, siempre que la mezcla de concreto tenga la misma o más baja relación Agua/Cemento y no exhiba segregación o sangrado excesivo. *También se puede incrementar 2 cm, cuando los métodos de compactación no sean por vibrado.

PASO 2: Elección del tamaño máximo del agregado: Los agregados de tamaño máximo o agregados bien graduados tienen menos vacíos que los tamaños pequeños. Por lo tanto, concretos con tamaños más grandes requieren menos mortero por unidad de volumen del concreto. Generalmente el tamaño máximo del agregado debe ser el más grande que esté económicamente disponible y el que resulte compatible con las dimensiones de la estructura. En ningún caso el tamaño máximo del agregado grueso debe exceder de 1/5 de la menor dimensión entre los costados de las cimbras, 1/3 del espesor de la losa, ni 3/4 de la separación mínima entre varillas de refuerzo o paquetes de varillas. En algunas ocasiones estas limitaciones se descartan si la trabajabilidad y los métodos de compactación son tales, que el concreto pueda ser colado sin que se formen cavidades o vacíos. Cuando se desea un concreto de alta resistencia los mejores resultados se obtienen reduciendo el tamaño máximo del agregado, ya que estos producen resistencias altas con una relación Agua/Cemento determinada. PASO 3: Determinación del agua de mezclado y contenido de aire: La cantidad de agua por unidad de volumen de concreto requerida para producir determinado revenimiento, depende del tamaño máximo, de la forma de la partícula y granulometría de los agregados, así como de la cantidad de aire incluido. En el cuadro 3.3 aparecen valores estimados del agua de mezclado requerida para concretos hechos con diversos tamaños máximos de agregados, con o sin aire incluido. Dependiendo de la textura y forma del agregado, los requerimientos de agua de mezclado pueden estar por encima o por debajo de los valores tabulados, pero son suficientemente precisos para una primera estimación. 73


Tales diferencias en los requerimientos de agua no se reflejan necesariamente en la resistencia, ya que existen otros factores que compensan y que pueden estar incluidos. Por ejemplo, con un agregado grueso redondo y uno angular, ambos similarmente bien graduados y de buena calidad, pueden producirse concretos de aproximadamente igual resistencia a la compresión utilizando la misma cantidad de cemento, a pesar de las diferencias en la relación agua/cemento resultante de los distintos requerimientos de agua de mezclado. La forma de la partícula en sí, no constituye un indicio de que un agregado este por encima o por debajo del promedio en su capacidad de producción de resistencia. En la parte superior del cuadro 3.3, se indica la cantidad aproximada de aire atrapado que puede esperarse en concretos sin aire incluido, premeditada, y en la parte inferior, el promedio de contenido de aire recomendado para concretos con aire incluido. Para el caso de que sea necesario o deseable incluir aire, se señalan tres niveles de contenido de aire para cada tamaño de agregado, los que dependen del propósito de la inclusión de aire y de la severidad de la exposición, si la inclusión de aire está en función de la durabilidad [ACI 211].

Exposición Ligera: cuando se desee la inclusión de aire por otros efectos benéficos que no sean la durabilidad, por ejemplo, para mejorar la cohesión o trabajabilidad, o para incrementar la resistencia del concreto con bajo factor de cemento, pueden emplearse contenidos de aire inferiores a los necesarios para la durabilidad. Esta exposición incluye servicio interior o exterior en climas en los que el concreto no estará expuesto a agentes de congelación y deshielo.

Exposición Moderada: implica el servicio en climas en donde es probable la congelación, pero en los que el concreto no estará expuesto continuamente a la humedad o al agua corriente durante largos periodos antes de la congelación, ni agentes descongelantes u otros productos químicos agresivos.

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Exposición

Severa:

el

concreto

expuesto

a

productos

químicos

descongelantes u otros agentes agresivos, o bien, cuando el concreto pueda resultar altamente saturado por el contacto continuo con humedad o agua corriente antes de la congelación. Ejemplos de estos son: pavimentos, pisos de puentes, guarniciones, desagües, aceras, revestimiento de canales, tanques exteriores para agua o resumideros [ACI 211]. Tabla 3.3 Requerimientos de Agua aproximada de mezclado y contenido de aire para diferentes revenimientos y tamaños máximos nominales de agregado [ACI 211]

Agua, Kg/m3 de concreto para tamaño máximo nominal de agregado indicado

Revenimiento, mm

3/8”

½”

¾”

1”

1 ½”

2”

3”

6”

10

12.5

20

25

40

50

70

150

Concreto sin aire incluido De 3 a 5

205

200

185

180

160

155

145 125

De 7 a 10

225

215

200

195

175

170

160 140

De 15 a 18

240

230

210

205

185

180

170

-

% Aire atrapado

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.3

0.2

Concreto con aire incluido De 3 a 5

180

175

165

160

145

140

135 120

De 8 a 10

200

190

180

175

160

155

150 135

De 15 a 18

215

205

190

185

170

165

160

-

% total de aire incluido

8.0

7.0

6.0

5.0

4.5

4.0

3.5

3

PASO 4: Elección de la relación agua/cemento: la relación agua/cemento requerida se determina no sólo por los requisitos de resistencia, sino también por otros factores como la durabilidad y las propiedades del acabado. Puesto que los diferentes agregados y cementos generalmente producen distintas resistencias empleando la misma relación agua/cemento, es muy deseable 75


establecer una relación entre la resistencia y la relación agua/cemento para los materiales que de hecho van a emplearse. En ausencia de estos datos, pueden tomarse del cuadro 3.4 valores aproximados y relativamente conservadores para concretos que contengan cemento Portland Tipo I. Tabla 3.4 Relaciones entre la relación Agua/Cemento y la resistencia a la compresión del concreto [ACI 211]

Resistencia a la compresión a los 28 días * Kg/cm2 450 400 350 300 250 200 150

Relación agua/cemento (por peso) Concreto sin incluir aire 0.38 0.43 0.48 0.55 0.62 0.70 0.80

Concreto con aire incluido ----0.40 0.46 0.53 0.61 0.71

*Los valores indican las resistencias promedio estimadas para concreto conteniendo un porcentaje de

aire no mayor que el indicado en la tabla 3.4 para la relación agua cemento constante. La resistencia del concreto se reduce conforme el contenido de aire aumenta. La resistencia está basada en cilindros de 15 x30 cm.

El promedio de la resistencia seleccionada del cuadro 3.4, debe exceder la resistencia especificada con un margen suficiente de error para condición de exposiciones severas, la relación agua cemento debe mantenerse baja, aun cuando los requerimientos de resistencia puedan cumplirse con un valor mayor. En la tabla

3.6 se establecen los valores límites.

76


Tabla 3.5 Relaciones agua/cemento máximas permisibles para concreto sujeto a exposiciones severas

Tipos de estructuras

Estructuras continuas o frecuentemente mojadas y expuestas congelación y deshielo

Estructuras expuestas al agua de mar o a sulfatos

0.45

0.40

0.50

0.45

Secciones esbeltas y secciones con menos de 3 cm. Todas las demás estructuras

PASO 5: Cálculo del Contenido de Cemento: la cantidad de cemento por volumen unitario de concreto se rige por las determinaciones expuestas en el paso 3 y 4. El cemento requerido es igual al contenido estimado de agua de mezclado (paso 3), dividido entre la relación Agua/Cemento (paso 4). Sin embargo, la especificación incluye un límite mínimo separado sobre el cemento aparte de los requerimientos para la resistencia y durabilidad, la mezcla debe basarse en el criterio que conduzca a una cantidad mayor de cemento. PASO 6: Estimación del contenido de agregado grueso: los agregados con tamaño máximo y granulometría esencialmente iguales producirán concreto con una trabajabilidad satisfactoria cuando un volumen dado de agregado grueso, seco y varillado, es utilizado por unidad de volumen de concreto. Valores apropiados de volumen para el agregado grueso están dados en el

cuadro 3.6 Se puede ver que para una trabajabilidad igual, el volumen de agregado grueso por unidad de volumen de concreto depende sólo de su tamaño máximo y del módulo de finura del agregado fino. Este volumen se convierte a masa seca del agregado grueso requerido en un metro cúbico de concreto, multiplicándolo por la masa unitaria de varillado en seco por metro cúbico de agregado grueso [ACI 211].

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Tabla 3.6 Volumen de agregado grueso por unidad de volumen del concreto [ACI 211]

Tamaño máximo del agregado Mm 9.5 12.5 19 25 37.5 50 75 150

Plg. 3/8” ½” ¾” 1” 1 ½” 2” 3” 6”

Volumen de agregado varillado en seco, por volumen unitario de concreto para diferentes módulos de finura de la arena 2.40 2.60 2.80 3.00 0.50 0.48 0.46 0.44 0.59 0.57 0.55 0.53 0.66 0.64 0.62 0.60 0.71 0.69 0.67 0.65 0.75 0.73 0.71 0.69 0.78 0.76 0.74 0.72 0.82 0.80 0.78 0.76 0.87 0.85 0.83 0.81

PASO 7: Estimación del contenido de agregado fino: al término del paso 6, todos los ingredientes del concreto han sido estimados excepto el agregado fino, cuya cantidad se determina por diferencia. Se pueden emplear cualquiera de estos procedimientos: 1.- método por “peso”, 2.- método de “volumen absoluto”. Si se desea obtener un cálculo teóricamente exacto del peso del concreto fresco por metro cubico, se puede utilizar la siguiente formula: 𝐔𝐦 = 𝟏𝟎𝐆𝐚(𝟏𝟎𝟎 − 𝐀) + 𝐂𝐦(𝟏 − 𝐆𝐚⁄𝐆𝐜) − 𝐖𝐦(𝐆𝐚 − 𝟏) De donde: 𝐔𝐦 = Peso volumétrico del concreto fresco. 𝐆𝐚 = Promedio obtenido de los pesos específicos de los agregados, fino y grueso combinados al granel. 𝐆𝐜 = Peso específico del cemento, por lo general es de 3.15. 𝐀 = Contenido de aire, en %. 𝐖𝐦 = Requerimiento de agua de mezclado Kg/m3. 𝐂𝐦 = Requerimiento de cemento, Kg/m3. 78


Tabla 3.7 Calculo tentativo del peso del concreto fresco

Tamaño máximo del agregado Mm plg.

Calculo tentativo del pero del concreto, kg/m3 Concreto sin aire Concreto con aire incluido incluido 9.5 3/8” 2280 2200 12.5 ½” 2310 2230 19 ¾” 2345 2275 25 1” 2380 2290 37.5 1 ½” 2410 2350 50 2” 2445 2345 75 3” 2490 2405 150 6” 2530 2435 En este caso, un procedimiento más exacto para calcular la cantidad de volumen total desplazado por los componentes conocidos (agua, aire, cemento y agregado grueso) se restan del volumen unitario de concreto para obtener el volumen requerido de agregado fino. El volumen ocupado por cualquier componente en el concreto es igual a su peso dividido entre la densidad de ese material. PASO 8: Ajustes por el contenido de humedad del agregado: debe considerarse la humedad del agregado para que pueda pesarse correctamente. Por lo general, los agregados están húmedos, y su peso en seco habrá que incrementar el porcentaje de agua que contenga, tanto absorbida como superficial. El agua de mezclado que se agrega la mezcla, debe reducirse en una cantidad igual a la humedad libre contenida en el agregado, es decir, humedad total menos absorción. PASO 9: Ajustes en la mezcla de prueba: las proporciones calculadas de la mezcla deben verificarse mediante de mezclas de prueba, fabricaciones y curados de muestras de concreto para pruebas a tensión y compresión en el laboratorio o por medio de mezclas reales en el campo. Sólo debe usarse el agua suficiente para producir el revenimiento requerido, independientemente de la cantidad supuesta al dosificar los componentes de la prueba. Deben verificarse el peso unitario y el rendimiento del concreto, así como el contenido de aire. También debe tenerse cuidado de lograr la trabajabilidad apropiada y ausencia de segregación, así como las propiedades del acabado [ACI 211]. 79


CAPITULO 4. PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS

80


CAPITULO IV. PROCEDIMIENTO DE PRUEBAS 4.1 AGREGADOS PÉTREOS

Tabla 4.1 Normatividad de Agregados Pétreos

Prueba

Normas Mexicanas

Industria de la construcción – Muestreo de Agregados.

NMX-C-030-ONNCCE-2004

Industria de la construcción – Agregados – Reducción de las muestras de agregados obtenidas en el campo al tamaño requerido

NMX-C-170-1997-ONNCCE

para las pruebas. Industria de la construcción – Agregados para concreto – Método de prueba estándar para


Partículas más finas que criba 0,075 mm (No. 200) por medio de lavado. Industria de la construcción – Agregados – Método

de

Determinación

prueba de

la

estándar densidad

para

la

relativa

y


absorción de agua del agregado fino. Industria de la construcción – Agregados – Método

de

determinación

prueba de

la

estándar densidad

para

la

relativa

y


absorción de agua del agregado grueso. Industria de la construcción – Agregados – Método de prueba estándar para la masa unitaria (peso volumétrico suelto y compacto).

81



4.1.1

Practica para Reducir una muestra de Agregados Finos a una cantidad Representativa

En esta práctica se obtienen los procedimientos para reducir una muestra tomada de un distribuidor de materiales a otra cuya cantidad sea conveniente para la realización de una serie de pruebas que describirán al material y determinará su calidad; de manera que la porción de muestra más pequeña sea representativa a la muestra total. 4.1.1.1 Práctica de Laboratorio con Agregados Finos para Concreto

4.1.1.1.1

Composición Granulométrica de la Arena

El análisis granulométrico de un agregado, consiste en separar y conocer los porcentajes de cada tamaño de las partículas que integran el mismo. EQUIPO. 1. Balanza de 2 kg. de capacidad y aproximación de 0.1 de gramo. 2. Pala, charola, brocha y cucharon de lámina galvanizada. 3. Juego de tamices con su tapa y su fondo, de las siguientes denominaciones:

Fig. 4.1 (a) Equipo para Granulometría de la Arena

82


Tabla 4.2 Numero de Mallas

Malla Núm.

4

‘’

8

‘’

16

‘’

30

‘’

50

‘’

100

‘’

200

Fig. 4.1 (b) Equipo para Granulometría de la Arena

Procedimiento de prueba. a) Se coloca la muestra sobre una superficie limpia y dura, donde no pueda existir ninguna pérdida de material o adición accidental de material extraño, hasta obtener 500 gr.

Fig. 4.2 Colocación del material para la granulometría de la Arena 83


b) Se divide la muestra en cuatro partes iguales con la pala, trazando dos líneas perpendiculares sobre la superficie del material, removiendo y eliminando dos cuartos diagonalmente opuestos, incluyendo todo el material fino recogido al limpiando los espacios y la zona de trabajo.

Fig. 4.3 (a) División con líneas perpendiculares

Fig. 4.3 (b) Eliminación de los cuartos diagonales opuestos y limpieza de la zona

84


c) La muestra de 500 gr. Se cernirá a través de los tamices sobrepuestos de mayor a menor (No. 4, 8, 16, 30, 50, 100, 200).

Fig. 4.4 Proceso de cernir el material a través de las mallas

d) Vertida la arena sobre la malla (No.8) se efectuará la operación manual de cribado, sobre una mesa de trabajo dándole a todo el juego de mallas un movimiento oscilatorio de vaivén, con el dedo e inclinándolo de un lado a otro en dicho movimiento, golpeando los costados con la palma de las manos.

Fig. 4.5 Cribado de la Arena a través de las mallas 85


e) Una vez que se haya comprobado que cada malla haya dado paso a todo el material menor que su abertura, se colocarán los retenidos en recipientes por separado y se pesarán, anotando el peso de cada retenido.

Fig. 4.6 Peso de los retenidos de arena en cada malla

f) Se calcularán los retenidos parciales obtenidos en cada malla y se expresarán como porcentajes de la muestra total (500 gr.)

Fig. 4.7 Retenidos parciales de arena en porcentaje

g) Luego se acumulan dichos porcentajes y se grafican dentro de los rangos establecidos para cada malla; gráfica que para este fin también se adjunta, teniendo por abscisas los porcentajes acumulados y por coordenadas, el número de malla que corresponde a cada porcentaje.

86


4.1.1.1.1.1 Cálculos a) Se realiza una tabla con cinco columnas. b) En la primera columna se escriben los números de las mallas en orden decreciente. c) En la segunda columna se anota el material retenido en las respectivas mallas de la columna 1. d) En la tercera columna se anota los porcentajes del material retenido en cada malla, respecto a la masa total de la muestra, mediante la siguiente expresión: % 𝑹𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 =

𝑾𝑵 𝒙 𝟏𝟎𝟎 ∑ 𝑾𝑻

De donde:

% Retenido = Porcentaje retenido en la malla N respecto al peso total, en %. WN = Peso del material retenido en la malla N, en gr. WT = Suma total del material retenido en la columna 2. e) En la cuarta columna se anotan el porcentaje en enteros, es redondeando el porciento de cada malla a enteros. f) En la columna cinco se anota los porcentajes retenidos acumulados de la siguiente manera:

% Retenido Acumulado = % Retenido en la malla N + % Retenido Acumulado en la malla anterior. g) El módulo de Finura se calcula de la siguiente manera:

𝑴. 𝑭 =

∑ 𝒅𝒆𝒍 % 𝑹𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 𝑨𝒄𝒖𝒎𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐 𝒆𝒏 𝒍𝒂𝒔 𝒎𝒂𝒍𝒍𝒂𝒔 𝟏𝟎𝟎, 𝟓𝟎, 𝟑𝟎, 𝟏𝟔, 𝟖 𝒙𝟏𝟎𝟎 𝟏𝟎𝟎 87


4.1.1.2

Practica de Laboratorio con Agregados Gruesos para Concreto.

4.1.1.2.1

Composición Granulométrica de la Grava Normal

EQUIPO. 1. Bascula de 20 kg. De capacidad, con aproximación de 1.0 gr. 2. Charola rectangular de lámina galvanizada. 3. Juego de tamices con abertura cuadrada y denominaciones de 1” a la No.4. Tabla 4.3 Numero de Mallas

Malla Núm.

1”

‘’

¾”

‘’

½”

‘’

3/8”

‘’

4

Fig. 4.8 Equipo Para Granulometría de la Grava Procedimiento de Prueba.

88


a) Para el análisis granulométrico de la grava se requirió una muestra de 10 kg obtenida por cuarteo.

Fig. 4.9 Cuarteo de la Muestra de Grava

b) La muestra de 10 kg. se cernirá a través de cada una de las mallas separando en charolas los retenidos correspondientes.

Fig. 4.10 Cribado de la Grava a través de las mallas

89


c) Se pesan los retenidos de cada malla y se anotan, la suma de todos los pesos parciales, debe coincidir con el peso total de la muestra.

Fig. 4.11 Retenidos de Grava en las Mallas d) Se calcularán los retenidos parciales y se expresan como porcentajes del peso total de la muestra.

Fig. 4.12 Peso de cada muestra de Grava

e) Luego se acumulan dichos porcentajes y se grafican dentro de los rangos establecidos para cada malla. Gráfica que para esta prueba se adjuntan, teniendo por abscisa los porcentajes acumulados y por ordenadas, el número de malla a que corresponde cada porcentaje.

90


4.1.1.2.1.1 Cálculos a) Se realiza una tabla con cinco columnas. b) En la primera columna se escriben los números de las mallas en orden decreciente. c) En la segunda columna se anota el material retenido en las respectivas mallas de la columna 1. d) En la tercera columna se anota los porcentajes del material retenido en cada malla, respecto a la masa total de la muestra, mediante la siguiente expresión: % 𝑹𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 =

𝑾𝑵 𝒙 𝟏𝟎𝟎 ∑ 𝑾𝑻

De donde:


% Retenido Acumulado = % Retenido en la malla N + % Retenido Acumulado en la malla anterior. g) El tamaño máximo del agregado que retuvo la primera malla, se elige ese límite granulométrico y se grafica con el porcentaje acumulado.

91


4.1.1.2.2

Composición Granulométrica de la Grava Triturada

EQUIPO. 1. Bascula de 20 kg. de capacidad, con aproximación de 1.0 gr. 2. Charola rectangular de lámina galvanizada. 3. Juego de mallas con abertura cuadrada y denominaciones de 1” a la No.4 (4.76mm). Tabla 4.4 Numero de mallas

Malla Núm.

1”

‘’

¾”

‘’

½”

‘’

3/8”

‘’

4

Fig. 4.13 Equipo para la Granulometría de la Grava Triturada

92


Procedimiento de prueba: a) Para el análisis granulométrico de la grava se requirió una muestra de 10 kg obtenida por cuarteo.

Fig. 4.14 Muestra de Grava Triturada obtenida por cuarteo

b) La muestra de 10 kg. se cernirá a través de cada una de las mallas separando en charolas los retenidos correspondientes.

Fig. 4.15 Cribado de Grava Triturada a través de las mallas 93


c) Se pesan los retenidos de cada malla y se anotan, la suma de todos los pesos parciales, debe coincidir con el peso total de la muestra.

Fig. 4.16 Retenidos de Grava Triturada en cada malla

d) Se calcularán los retenidos parciales y se expresan como porcentajes del peso total de la muestra. e) Luego se acumulan dichos porcentajes y se grafican dentro de los rangos establecidos para cada malla. Gráfica que para esta prueba se adjuntan, teniendo por abscisa los porcentajes acumulados y por ordenadas, el número de malla a que corresponde cada porcentaje.

94


4.1.1.2.2.1

Cálculos

a) Se realiza una tabla con cinco columnas. b) En la primera columna se escriben los números de las mallas en orden decreciente. c) En la segunda columna se anota el material retenido en las respectivas mallas de la columna 1. d) En la tercera columna se anota los porcentajes del material retenido en cada malla, respecto a la masa total de la muestra, mediante la siguiente expresión: % 𝑹𝒆𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒐 =

𝑾𝑵 𝒙 𝟏𝟎𝟎 ∑ 𝑾𝑻

De donde:


% Retenido Acumulado = % Retenido en la malla N + % Retenido Acumulado en la malla anterior. g) El tamaño máximo del agregado que retuvo la primera malla, se elige ese límite granulométrico y se grafica con el porcentaje acumulado.

95


4.1.2

Determinación de Tamaños menores que 0.074 (Malla 200) de la Arena.

4.1.2.1 Determinación de Pérdida de Finos por Lavado utilizados

La presencia de material de tamaño menor de 0.074 mm en una arena, puede ser considerada como impureza y por lo tanto, es necesario conocer su cantidad. Equipo necesario para la prueba: 1. Balanza de 2 kg de capacidad y 0.1 gramos de aproximación. 2. Charola de aluminio y recipiente de aluminio. 3. Recipiente de plástico. 4. Malla No. 200. 5. Horno eléctrico.

z Fig. 4.17 (a) Equipo para prueba de perdida de finos por lavado

96


Fig. 4.17 (b) Equipo para prueba de perdida de finos por lavado

Procedimiento de prueba: a) Se toma una muestra representativa de arena, obtenida por cuarteo.

Fig. 4.18 Muestra obtenida por cuarteo

b) Se seca la muestra a peso constante en el horno, a temperatura no mayor de 100-110 grados centígrados.

97


Fig. 4.19 Secado de la muestra en el horno

c) De la muestra secada al horno, se pesan 500 gr, se vierten en un recipiente de aluminio y se le agrega agua, dejándolo en reposo durante un periodo de 18 a 24 horas.

Fig. 4.20 Peso y saturado de la muestra

d) Transcurrido este tiempo se procede el lavado del material, agitando vigorosamente, en un movimiento en forma de ocho y vaciando el material en suspensión sobre la malla No. 200. Se vuelve a agregar agua al recipiente y se repite la operación tantas veces como sea necesario, hasta obtener un agua de lavado completamente limpia.

98


Fig. 4.21 Lavado minucioso de la muestra

e) A continuación se regresa el retenido en la malla No.200 al recipiente de lavado. f) Se seca el material en el horno hasta temperatura constante de 100 a 110 grados centígrados, y se pesa el material seco.

Fig. 4.22 Secado del material en el horno 99


4.1.2.1.1

Cálculos

Se calcula la pérdida por lavado con la siguiente fórmula:

%𝑨=

𝑷−𝒑 × 𝟏𝟎𝟎 𝑷

De donde: % A = Porcentaje del material que pasa la malla No 200, en %. P = Peso inicial de la muestra, en gr. p = Peso seco del material después del lavado, en gr.

4.1.3

Determinación de la Absorción en materiales para Concreto Hidráulico

4.1.3.1 Determinación de la Absorción de los Agregados utilizados

Absorción es la propiedad de las partículas del agregado de absorber agua por sus poros durante un periodo de 24 horas y se expresa como porcentaje del peso seco del material. Los valores de absorción se utilizan para calcular el cambio en la masa de un agregado debido al agua absorbida en los espacios de poro dentro de las partículas constituyentes, en comparación con la condición seca, cuando se considera que el conjunto ha estado en contacto con el agua el tiempo suficiente para satisfacer la mayor parte del potencial de absorción.

100


Equipo necesario para la prueba: 1. Balanza con sensibilidad de 0.1 gr de aproximación. 2. Recipiente metálico y brocha. 3. Molde metálico de forma cónica truncado con las siguientes medidas: 40 mm de diámetro superior, 90 mm de diámetro en la inferior y 75 mm de altura. 4. Pisón metálico con peso de 340 gr y una sección plana de 25 mm de diámetro en su cara de contacto. 5. Charola de lámina galvanizada u otro material no absorbente.

Fig. 4.23 Equipo para prueba de Absorción de la Arena

4.1.3.1.1

Determinación de la Absorción de la Arena

Procedimiento de Prueba: a) Se pone 2 kg. de material en una charola de lámina dejando la muestra sumergida completamente por el agua durante 24 horas.

Fig. 4.24 Material saturado en reposo

101


b) Al día siguiente se retira el agua de la charola teniendo precaución de que no haya pérdida de finos y se expande la muestra sobre la superficie de un recipiente que no sea absorbente, se remueve el material hasta conseguir un secado uniforme.

Fig. 4.25 Secado de la muestra de arena bajo el sol

c) Se coloca el molde cónico en una superficie lisa con el diámetro mayor hacia abajo, se llena de material el molde y posteriormente se compacta la superficie suavemente apisonando 25 veces, dejando la arena al ras del borde del cono y se retira el material que se haya acumulado alrededor de la base del cono.

Fig. 4.26 (a) Proceso de prueba de absorción de material con saturación media 102


Fig. 4.26 (b) Proceso de prueba de absorción de material con saturación media

d) Se levanta el molde y se observa el comportamiento de la arena moldeada, si al quitar el molde la muestra se deja caer es porque no existe humedad libre, si es lo contrario se sigue secando y se repite el proceso hasta que cumpla con la condición. Cuando se cae el agregado al quitar el molde cónico es porque se ha alcanzado una condición saturada con superficie seca.

Fig. 4.27(a) Proceso de Absorción de material con saturación nula 103


Fig. 4.27 (b) Proceso de Absorción de material con saturación nula

e) Posteriormente se pesan dos porciones de 500 gr. de la arena que se le hizo la prueba del cono, la primera porción se seca en un horno a una temperatura de 100 a 110 grados centígrados, se deja enfriar y se pesa el material seco.

Fig. 4.28 (a) Peso y secado de las muestras en el horno

104


Fig. 4.28 (b) Peso y secado de las muestras en el horno

4.1.3.1.1.1

Cálculos

Se calcula el contenido de absorción por la fórmula: % 𝑨𝒃𝒔𝒐𝒓𝒄𝒊ó𝒏 =

𝑷𝒉 − 𝑷𝒔 × 𝟏𝟎𝟎 𝑷𝒔

De donde: % Absorción = porcentaje de absorción, en %. Ph = Peso de la muestra saturada superficialmente seca, en gr. Ps = Peso de la muestra seca al horno, en gr.

105


4.1.3.1.2

Determinación de la Absorción de la Grava Normal

Equipo necesario para la prueba: 1. Báscula de 20 kg de capacidad y 0.1 gr de aproximación. 2. Horno eléctrico. 3. Charola de lámina galvanizada. 4. Recipiente de aluminio de 500 o 1000 ml. 5. Una franela o cualquier otro lienzo absorbente.

Fig. 4.29 Equipo para prueba de absorción de la grava normal 106


Procedimiento de Prueba: a) Se pone 2 kg. de material en una charola de lámina dejando la muestra sumergida completamente por el agua durante 24 horas. El material en estas condiciones servirá para determinar el porcentaje de absorción y densidad relativa en la prueba siguiente.

Fig. 4.30 Peso y saturación de la muestra de grava normal

b) Después de transcurrido el tiempo de reposo, se decanta la charola y se escurre el agua, quedando el material húmedo y saturado. El material se seca sobre

una

franela

o

cualquier

otro

lienzo

absorbente,

superficialmente seco y se pesa el material obteniendo (Ph).

Fig. 4.31 Secado de la grava superficialmente

107

dejándolo


c) Luego se seca el material en un horno a una temperatura constante de 100 a 110 grados centígrados. Se deja enfriar a una temperatura ambiente y se pesa obteniendo (Ps).

Fig. 4.32 Secado de la grava normal en el horno

4.1.3.1.2.1

Cálculos


𝑷𝒉 − 𝑷𝒔 × 𝟏𝟎𝟎 𝑷𝒔


108


4.1.3.1.3

Determinación de la Absorción de la Grava Triturada

Equipo necesario para la prueba: 1. Báscula de 20 kg de capacidad y 0.1 gr de aproximación. 2. Horno eléctrico. 3. Charola de lámina galvanizada. 4. Recipiente de aluminio de 500 o 1000 ml. 5. Una franela o cualquier otro lienzo absorbente.

Fig. 4.33 Equipo para prueba de absorción de la grava triturada 109


Procedimiento de prueba: a) Se pone 2 kg. de material en una charola de lámina dejando la muestra sumergida completamente por el agua durante 24 horas. El material en estas condiciones servirá para determinar el porcentaje de absorción y densidad relativa en la prueba siguiente.

Fig. 4.34 Peso y saturación de la muestra de grava triturada

b) Después de transcurrido el tiempo de reposo, se decanta la charola y se escurre el agua, quedando el material húmedo y saturado. El material se seca sobre

una

franela

o

cualquier

otro

lienzo

absorbente,

superficialmente seco y se pesa el material obteniendo (Ph).

Fig. 4.35 Secado de la grava triturada superficialmente

110

dejándolo


c) Luego se seca el material en un horno a una temperatura constante de 100 a 110 grados centígrados. Se deja enfriar a una temperatura ambiente y se pesa obteniendo (Ps).

Fig. 4.36 Secado al horno y pesado de la grava triturada

4.1.3.1.3.1

Cálculos


𝑷𝒉 − 𝑷𝒔 × 𝟏𝟎𝟎 𝑷𝒔


111


4.1.4

Determinación de la Densidad en materiales para Concreto Hidráulico

4.1.4.1 Determinación de la Densidad de los Agregados utilizados

La densidad es una propiedad física de los agregados y está definida por la relación entre el peso y el volumen de una masa determinada, lo que significa que depende directamente de las características del grano de agregado. Equipo necesario para la prueba: 1. Balanza con sensibilidad de 0.1 gr de aproximación. 2. Frasco volumétrico de vidrio “Le Chatelier”. 3. Pipeta de 15 ml con perilla. 4. Embudo de plástico. 5. Recipiente de lámina. 6. Papel higiénico. 7. Frasco de vidrio de 300 ml.

Fig. 4.37 Equipo para la prueba de la densidad de la arena 112


4.1.4.1.1

Determinación de la Densidad Relativa de la Arena

Procedimiento de prueba: a) Se afora con agua el frasco “Le Chatelier” haciendo coincidir el menisco inferior en la marca “0” y se seca con un pedazo de papel el interior del cuello del frasco.

Fig. 4.38 Aforo y preparación del equipo para la prueba de densidad de la arena 113


b) Se pesa en la balanza de 2 kg, 50 gramos de la misma arena que se utilizó en la prueba de absorción, conservando aun su condición de saturada y superficialmente seca (los pesos para la determinación de la absorción y densidad relativa deben hacerse seguido uno del otro).

Fig. 4.39 Peso de la arena superficialmente seca para prueba de densidad

c) Se coloca el embudo en el frasco “Le Chatelier” y se vierte los 50 gramos de la muestra dando al frasco una inclinación de 30 grados, se hace girar el frasco para eliminar todas las burbujas de aire atrapado.

Fig. 4.40 Colocación de la muestra en el equipo y se elimina el aire atrapado 114


d) Se pone el frasco “Le Chatelier” en posición vertical y se hace la lectura al nivel del menisco inferior. Esta lectura se anota y da directamente en volumen de la muestra introducida.

Fig. 4.41 Se realiza la lectura del nivel obteniendo con esta el volumen de la muestra

4.1.4.1.1.1

Cálculos

Se calculara la densidad relativa de la arena con la fórmula: 𝑫=

𝑷𝒉 𝑽

De donde: D = Densidad de la arena, en gr/cm3. Ph = Peso de la arena saturada, superficialmente seca, en gr. V = Volumen desalojado por el material y corresponde a la lectura del frasco “Le Chantelier” después de introducir el material, en cm3.

115


4.1.4.1.2

A) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Normal

Equipo necesario para la prueba: 1. Báscula de 20 kg de capacidad y 0.1 gr de aproximación. 2. Charola de lámina galvanizada. 3. Cucharón de lámina. 4. Malla cuadrada con abertura de 3/8”. 5. Horno eléctrico. 6. Picnómetro del tipo sifón. 7. Una probeta graduada de 500 ml de capacidad con aproximación de 5 ml. 8. Franela o cualquier otro lienzo absorbente.

Fig. 4.42 (A) Equipo para la realización de la densidad relativa de la grava normal

116


Procedimiento de Prueba: a) De una muestra representativa y mediante cuarteo se criba el material a través de la malla de 3/8”, y el material que retiene en esta malla (aproximadamente 5 kg). Se sumerge totalmente en agua en la charola y se deja reposando durante 24 hora

Fig. 4.43 (A) Obtención de la muestra de grava por cuarteo y saturación de la misma

b) Transcurrido ese tiempo, se escurre el agua de la charola y con una franela que ha sido humedecida y exprimida, se absorbe el agua superficial de las partículas,

hasta

que

estas

adquieran

superficialmente secas.

117

la

condición

de

saturadas

y


Fig. 4.44 (A) Secado del material superficialmente de la grava normal

c) Se afora el picnómetro con agua hasta el nivel de derrame, dejando que gotee y evitando cualquier vibración que pudiera provocar un arrastre de agua abajo del nivel de aforo.

Fig. 4.45 (A) Aforo del picnómetro evitando derrames

118


d) Se pesan 2 kg del material y se dejan caer en el picnómetro (aforado con agua hasta el nivel de derrame), teniendo cuidado de evitar salpicaduras al depositar las piedras.

Fig. 4.46 (A) Procedimiento de prueba de densidad de la grava

e) El agua desalojada se recogerá en la probeta graduada y se anotará la lectura del volumen desalojado.

Fig. 4.47 (A) Lectura del agua desalojada de la grava normal 119


4.1.4.1.2.1

Cálculos

Se calculará la densidad relativa aparente de la grava con la fórmula siguiente:

𝑫𝒓 =

𝑷𝒉 𝑽

De donde:

Dr = Densidad relativa de la Grava y se expresará con un número abstracto. Ph = Peso del material saturado superficialmente seco, en gr. V = Volumen de agua desalojado en la probeta por el material en ml.

B) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Normal Nota: Esta prueba es otro método más para obtener la densidad y se realizó con el propósito de ratificar el volumen desalojado por el material en la prueba anterior de la grava normal. Equipo necesario para la prueba: 1. Frasco de vidrio de 300 ml. 2. Charola de lámina. 3. Malla cuadrada con abertura de 3/8”. 4. Una probeta graduada de 500 ml de capacidad con aproximación de 5 ml. a) En la probeta graduada se vierte el agua con el frasco de vidrio teniendo cuidado de no salpicar las paredes de la misma hasta llenarlo a un nivel de 500 ml.

120


Fig. 4.48 (B) Probeta con nivel de agua hasta 500 ml

b) Se vierte cuidadosamente 300 gr de grava normal en la probeta con agua.

Fig. 4.49 (B) Colocación de la grava normal en la probeta 121


c) Se hace lectura del nivel de agua en base al nivel colocado inicialmente y se anota y compara con volumen obtenido en la prueba anterior para ratificar el valor de la densidad.

Fig. 4.50 (B) Lectura del nivel de agua total obtenido de la grava normal

4.1.4.1.3

A) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Triturada

Equipo necesario para la prueba: 1. Báscula de 20 kg de capacidad y 0.1 gr de aproximación. 2. Charola de lámina galvanizada. 3. Cucharón de lámina. 4. Malla cuadrada con abertura de 3/8”. 5. Horno eléctrico. 6. Picnómetro del tipo sifón. 7. Una probeta graduada de 500 ml de capacidad con aproximación de 5 ml. 8. Franela o cualquier otro lienzo absorbente.

122


Fig. 4.51 (A) Equipo para la prueba de densidad de la grava triturada

Procedimiento de Prueba: a) De una muestra representativa y mediante cuarteos se criba el material a través de la malla de 3/8”, y el material que retiene en esta malla (aproximadamente 5 kg). Se sumerge totalmente en agua en la charola y se deja reposando durante 24 horas.

123


Fig. 4.52 (A) Proceso de cuarteo y cribado de la grava triturada por la malla 3/8” y saturación de la misma

b) Transcurrido ese tiempo, se escurre el agua de la charola y con una franela que ha sido humedecida y exprimida, se absorbe el agua superficial de las partículas,

hasta

que

estas

adquieran

la

condición

de

saturadas

superficialmente secas.

Fig. 4.53 (A) Secado del material superficialmente de la grava triturada 124

y


c) Se afora el picnómetro con agua hasta el nivel de derrame, dejando que gotee y evitando cualquier vibración que pudiera provocar un arrastre de agua abajo del nivel de aforo.

Fig. 4.54 (A) Aforo del picnómetro evitando derrames

d) Se pesan 2 kg del material y se dejan caer en el picnómetro (aforado con agua hasta el nivel de derrame), teniendo cuidado de evitar salpicaduras al depositar las piedras.

Fig. 4.55 (A) Procedimiento de prueba de densidad de la grava 125


e) El agua desalojada se recogerá en la probeta graduada y se anotará la lectura del volumen desalojado.

Fig. 4.56 (A) Lectura del agua desalojada de la grava normal

4.1.4.1.3.1

Cálculos


𝑫𝒓 =

𝑷𝒉 𝑽

De donde:

Dr = Densidad relativa de la Grava y se expresará con un numero abstracto. Ph = Peso del material saturado superficialmente seco, en gr. V = Volumen de agua desalojado en la probeta por el material en ml.

126


B) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Triturada Nota: Esta prueba es otro método más para obtener la densidad y se realizó con el propósito de ratificar el volumen desalojado por el material en la prueba anterior de la grava normal. Equipo necesario para la prueba: 1. Frasco de vidrio de 300 ml. 2. Charola de lámina. 3. Malla cuadrada con abertura de 3/8”. 4. Una probeta graduada de 500 ml de capacidad con aproximación de 5 ml. a) En la probeta graduada se vierte el agua con el frasco de vidrio teniendo cuidado de no salpicar las paredes de la misma hasta llenarlo a un nivel de 500 ml.

Fig. 4.57 (B) Probeta con nivel de agua hasta 500 ml

127


b) Se vierte cuidadosamente 300 gr de grava normal en la probeta con agua.

Fig. 4.58 (B) Colocación de la grava triturada en la probeta

c) Se hace lectura del nivel de agua en base al nivel colocado inicialmente y se anota y compara con volumen obtenido en la prueba anterior para ratificar el valor de la densidad.

Fig. 4.59 (B) Lectura del agua desalojada de la grava triturada 128


Se realizaron estas pruebas adjuntas en ambos casos para la ratificación del volumen desalojado y compararlo con las pruebas iniciales; así se logró calcular la densidad relativa de cada material. 4.1.5

Determinación del Peso Volumétrico de los Agregados para Concreto

El Peso Volumétrico es la relación entre el peso de un material y el volumen ocupado por el mismo, expresado en kilogramos por metro cúbico. Hay dos valores en esta relación, dependiendo del sistema de acomodamiento que se halla dado al material, inmediatamente antes de la prueba la denominación que se le dará a cada una de ellas será: a) Peso volumétrico suelto. b) Peso volumétrico compacto.

PESO VOLUMÉTRICO SUELTO. Se usará invariablemente para la conversión de peso a volumen; es decir, para conocer el consumo de agregados por metro cúbico de concreto.

PESO VOLUMÉTRICO COMPACTO. Este valor se usará para el conocimiento de volúmenes de materiales apilados y que están sujetos a acomodamientos o asentamientos provocados por el tránsito sobre ellos o por la acción del tiempo. Equipo necesario para la prueba: 1. Bascula de 20 kg de aproximación y aproximación de 1.0 gr. 2. Cucharón de lámina con mango. 3. Recipiente de lámina con volumen y peso conocido. 4. Varilla punta de bala de 5/8” de diámetro y 60 cm de longitud. 5. Pala cuadrada y enrasador. 6. Charola rectangular. 7. Brocha.

129


Fig. 4.60 Equipo para la determinación del peso volumétrico compacto

130


4.1.5.1 Determinación del Peso Volumétrico Compacto de la Grava Normal

Procedimiento de Prueba: a) Se deberá llenar el recipiente en tres capas: la primera capa será a 1/3 se su capacidad dándole 25 golpes con la varilla de compactación, distribuidos uniformemente sobre la superficie. Después se llenara 2/3 de su capacidad y se repite la operación dándole 25 golpes, como antes mencionado. Se procede a llenar hasta derramar dando 25 golpes, procurando de al golpear la primera capa no choque la varilla en el fondo del molde, al golpear la segunda capa y ultima, solo permita que la varilla de compactación no penetre más de la capa siguiente.

Fig. 4.61 Compactación en capas por varillado para el volumen compacto de la grava normal

131


a) El enrase se hace con la regla metálica, recorriéndolo cuantas veces sea necesario sobre los bordes del recipiente, eliminando todo el material que se oponga a su libre movimiento; en caso de ser grava de diámetro pequeño. Si la grava tiene mayor tamaño, el enrase se hará a mano, tratando de que el material no sobresalga de los bordes del recipiente.

Fig. 4.62 Enrase del molde con la regla metálica

b) A continuación se pesa el recipiente de lámina con su contenido de grava y se anota el peso obtenido total del agregado.

Fig. 4.63 Peso del recipiente con el material 132


4.1.5.1.1

Cálculos

El cálculo de los pesos volumétricos de la grava, se hará de acuerdo con la fórmula siguiente: 𝒌𝒈 𝑷 − 𝒑 = × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝟑 𝑽

De donde: 𝒌𝒈 𝒎𝟑

= Peso del material en kilogramos por metro cúbico.

P = Peso del recipiente de lámina, más el material en kg. p = Peso del recipiente de lámina en kg. V = Volumen del material en litros, o sea, volumen del recipiente de lámina.

1. Se realizan 3 pesos volumétricos seguidos y se verifica que el resultado de estos no rebase 5 kg entre sí. 2. Se calcula el volumen del molde, se procede a medir la altura y diámetro del molde.

V = A (h)

𝐀=

133

𝛑(𝐝𝟐 ) 𝟒


4.1.5.2 Determinación del Peso Volumétrico Compacto de la Grava Triturada

Procedimiento de Prueba: a) Se deberá llenar el recipiente en tres capas: la primera capa será a 1/3 se su capacidad dándole 25 golpes con la varilla de compactación, distribuidos uniformemente sobre la superficie. Después se llenara 2/3 de su capacidad y se repite la operación dándole 25 golpes, como antes mencionado. Se procede a llenar hasta derramar dando 25 golpes, procurando de al golpear la primera capa no choque la varilla en el fondo del molde, al golpear la segunda capa y ultima, solo permita que la varilla de compactación no penetre más de la capa siguiente.

Fig. 4.64 Compactación por varillado para el volumen compacto de la grava triturada

134


c) El enrase se hace con la regla metálica, recorriéndolo cuantas veces sea necesario sobre los bordes del recipiente, eliminando todo el material que se oponga a su libre movimiento; en caso de ser grava de diámetro pequeño. Si la grava tiene mayor tamaño, el enrase se hará a mano, tratando de que el material no sobresalga de los bordes del recipiente.

Fig. 4.65 Enrase del molde con la regla metálica

b) A continuación se pesa el recipiente de lámina con su contenido de grava y se anota el peso obtenido total del agregado.

Fig. 4.66 Peso del recipiente con el material 135


4.1.5.2.1

Cálculos

El cálculo de los pesos volumétricos de la grava, se hará de acuerdo con la fórmula siguiente: 𝒌𝒈 𝑷 − 𝒑 = × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝟑 𝑽

De donde: 𝒌𝒈 𝒎𝟑

= Peso del material en kilogramos por metro cúbico.

P = Peso del recipiente de lámina, más el material en kg. p = Peso del recipiente de lámina en kg. V = Volumen del material en litros, o sea, volumen del recipiente de lámina.


V = A (h)

𝐀=

136

𝛑(𝐝𝟐 ) 𝟒


4.2 CONCRETO FRESCO

4.2.1

Elaboración de la Mezcla de Concreto Manualmente

El proceso de elaboración del concreto se inicia, de hecho, a partir de la medición de los materiales que se requieren para integrar una mezcla de concreto fresco. En el diseño de una mezcla de concreto es necesario conocer las características físicas de los materiales a emplearse, que se proporcionan a partir de los datos obtenidos en el laboratorio (gracias a los diferentes tipos de pruebas de los materiales a utilizarse para la realización del método ACI 211). La proporción en volumen de los materiales se obtuvieron gracias al método del ACI

211 para el

diseño de la mezcla de concreto hidráulico. Equipo necesario para la prueba: 1. Pala

Fig. 4.67 Equipo necesario para elaborar la mezcla de concreto

137


Procedimiento de Mezcla hecha manualmente: a) La mezcla se realizara sobre una superficie limpia, libre de cualquier otro material que pueda contaminar el concreto.

Fig. 4.68 Limpieza del área de trabajo

b) Se coloca la arena sobre la superficie, y con la pala se extiende tratando de no esparcirse demasiado a los lados.

Fig. 4.69 Colocación de la Arena en la zona de trabajo 138


c) Se agrega el cemento Anáhuac Extra (CPC 30R RS) sobre la arena ya extendida sobre la superficie y se mezcla hasta lograr un color uniforme, de la misma manera se extiende para incorporar la grava.

Fig. 4.70 Colocación del Cemento sobre la arena y proceso de mezclado

d) Se agrega la Grava en el centro del material ya agregado, se mezcla la grava junto con la arena y el cemento hasta obtener una mezcla uniforme; se hace un cráter a la mezcla para agregarle el agua.

Fig. 4.71 Incorporación de la grava y mezclado uniforme 139


e) Se agrega agua según el diseño de mezcla y se toma cuidado de que no mane de la mezcla de los agregados; de la parte más alta de la mezcla se introduce hacia el centro y se incorpora de un lado a otro hasta tener un color uniforme.

Fig. 4.72 Agua agregada y mezcla uniforme final

Notas:  Si se agrega más agua, se disminuye la resistencia.  No deben pasar más de 30 minutos después de agregada el agua hasta la

colocación de la mezcla. Evitar agregar más agua transcurridos los 30 minutos.  Si parte de la mezcla ya inició el fraguado, ésta no debe ser utilizada. 4.2.2

Concreto Fresco. Normatividad

Tabla. 4.5 Normatividad del Concreto Fresco

Prueba Industria

de

la

Norma

construcción

–

Concreto hidráulico – Método de prueba

estándar

para

la


determinación del revenimiento en el concreto fresco. Industria

de

Concreto

–

la

construcción

Método

de

–

prueba

estándar para la elaboración de especímenes en el laboratorio. 140



4.2.2.1 Prueba Estándar de Revenimiento para Concreto Fresco

El propósito de la prueba de revenimiento es determinar la consistencia del concreto, esta es una medida de la fluidez o movilidad relativa de la mezcla de concreto; el revenimiento no mide el contenido de agua o la trabajabilidad del concreto, es verdad que el incremento o disminución en el contenido de agua causará el correspondiente aumento o disminución en el revenimiento del concreto, siempre y cuando todos los otros materiales y condiciones permanezcan constantes. Sin embargo, muchos factores pueden causar que el revenimiento del concreto cambie sin que cambie el contenido de agua. Además, el contenido de agua puede aumentar o disminuir sin sentirse un cambio aparente en el revenimiento del concreto. Ciertos factores como el cambio de las propiedades de los agregados o granulometría, proporciones de la mezcla, contenido de aire, temperatura del concreto o el uso de aditivos especiales pueden influir en el revenimiento del concreto, o inversamente, pueden resultar en un cambio en el requerimiento de contenido de agua para mantener un revenimiento dado. Esta norma establece los procedimientos que ayudan a determinar la consistencia del concreto hidráulico en estado fresco mediante el método de ensayo conocido como revenimiento. Con este método se obtienen valores confiables de revenimiento en el intervalo de 2 a 20 cm; es aplicable al concreto fresco industrializado o hecho en obra con tamaño máximo nominal del agregado menor de 50 mm.

141


Equipo necesario para la prueba. 1. Cono estándar de revenimiento (10 cm de diámetro en la parte superior por 20 cm de diámetro en la parte inferior por 30 cm de altura). 2. Varilla de punta redondeada (60 cm de largo x 16 mm de diámetro). 3. Cucharon de lámina galvanizada.

4. Mazo de hule de 600 gr ± 200 gr y llana metálica. 5. Probeta de vidrio de 1000 ml de capacidad.

Fig. 4.73 Equipo para la prueba de Revenimiento

Procedimiento de Prueba: a) Humedezca el interior del cono de revenimiento y colóquelo sobre una superficie plana, no absorbente y rígida.

Fig. 4.74 Cono de revenimiento humedecido y colocado en superficie plana 142


b) Sostenga el cono firmemente en su lugar parándose sobre los estribos de apoyo a cada lado del molde. Llene el cono en tres capas.

Fig. 4.75 Llenado del cono en tres capas, sujetado de los apoyos

c) Para la primera capa: 1. Llene el molde a aproximadamente 1/3 de su volumen 7 cm. 2. Varille la capa 25 veces en todo su espesor. Distribuya uniformemente los golpes sobre la sección trasversal de la capa. Incline ligeramente la varilla, empezando cerca del perímetro, continuando en forma de espiral hacia el centro.

Fig. 4.76 Llenado del cono, primera capa

143


d) Para la segunda capa: 3. Llene el cono a aproximadamente 2/3 de su volumen, 16 cm. aproximadamente. 4. Varille la capa 25 veces en todo su espesor, penetrando ligeramente en la primera capa. Distribuya uniformemente los golpes en toda la sección transversal de la capa.

Fig. 4.77 Llenado del cono, segunda capa

e) Para la tercera capa: 5. Amontone el concreto por encima de la parte superior del cono. 6. Varille la capa 25 veces todo su espesor, penetrando ligeramente en la segunda capa. distribuya uniformemente los golpes en toda la sección transversal de la capa.

Fig. 4.78 Llenado del cono, tercera capa 144


7. Si como resultado del varillado el concreto cae de la parte superior del cono, agregue concreto a modo de mantener un exceso por encima del cono. f)

Enrase la parte superior de la superficie de concreto con la varilla de compactación en un movimiento de enrasado. Al tiempo que se mantiene una presionado hacia abajo del cono, se remueve el concreto que se haya acumulado alrededor de la base del cono durante en enrasado.

Fig. 4.79 Enrase y limpieza del material en la parte inferior del cono

g) Remueva el cono levantándolo en una dirección vertical constante. No debe haber ningún movimiento lateral o de torsión del cono al levantarlo.

Fig. 4.80 Levantamiento cuidadoso del cono en dirección vertical

145


h) Si ocurre un claro desplome o partición del concreto desde un lado o una porción de la masa, deseche la prueba y haga una nueva prueba en otra porción de la muestra. i) coloque el cono al revés y ponga la varilla a través del cono volteado y mida inmediatamente el revenimiento. Este es la distancia vertical entre la parte superior del cono y el centro original desplazado en la parte superior de la superficie del espécimen.

Fig. 4.81 Lectura del revenimiento

j) Registre la lectura del revenimiento. Este diseño fue hecho para un revenimiento de 8 a 10 cm. Tabla 4.6 Asiento en centímetros del concreto

Consistencia

Asiento (cm)

Seca

0-2

Plástica

3-5

Blanda

6-9

Fluida

10-15

146


Notas:  El tiempo es un factor importante en la prueba; este ensayo debe iniciarse dentro de los 5 minutos siguientes al muestreo y debe ser completado a los 2 minutos y 30 segundos después de haberse iniciado.  El ensayo de asentamiento debe considerarse como un medio para determinar si está bien proporcionadas las cantidades de agua y de otros materiales empleados en la mezcla, debido a que este ensayo puede reflejar cambios en la granulometría de los agregados, en las propiedades del cemento y en la temperatura.

4.2.2.2 Prueba Estándar para la elaboración de Especímenes de Concreto

La resistencia a compresión del concreto se mide para asegurar

que el

concreto cumpla con los requisitos de las especificaciones de la obra y para el control de calidad. Para probar la resistencia a compresión del concreto se elaboran especímenes cilíndricos de prueba de 15 x 30 cm. Equipo necesario para la prueba: 1. Molde metálico de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura para la elaboración de cilindros de concreto. 2. Varilla de punta de bala. 3. Pala. 4. Cucharón de lámina galvanizada. 5. Aceite para evitar la adherencia entre el molde metálico y la mezcla de concreto. 6. Brocha.

147


Fig. 4.82 Equipo para la Elaboración de especímenes de concreto

Procedimientos de prueba para cilindros de 15 x 30 cm. usando concreto con un revenimiento de 8 a 10 cm: a) Limpie el molde cilíndrico y unte ligeramente el interior con aceite para que el concreto no se adhiera a las paredes del molde, luego colóquelo en una superficie limpia, nivelada y firme, es decir, la placa de acero.

Fig. 4.83 Aplicación de aceite en el interior del molde 148


b) Utilice el cucharon para colocar el concreto en el molde. Tenga cuidado en distribuir el material uniformemente alrededor del perímetro del molde.

Fig. 4.84 Colocación del concreto en el molde metálico

c) Para la primera capa: 1. Llene el molde aproximadamente 1/3 de su volumen. 2. Varille la capa 25 veces en todo su espesor. Distribuya el varillado uniformemente en toda la sección transversal del molde.

Fig. 4.85 Llenado del molde, primera capa 149


d) Para la segunda capa: 3. Llene el molde aproximadamente 2/3 de su volumen. 4. Varille la capa 25 veces, penetrando la capa subyacente aproximadamente 25 mm. Distribuya el varillado uniformemente en toda la sección transversal del molde.

Fig. 4.86 Llenado del molde, segunda capa e) Para la tercera capa: 5. Agregue una cantidad de concreto que llene el molde después de la compactación. 6.

Varille la capa 25 veces, penetrando la capa subyacente aproximadamente 25 mm. Distribuya uniformemente el varillado en toda la sección transversal del molde.

Fig. 4.87 Llenado del molde, tercera capa

150


f) Golpee ligeramente el exterior del molde de 10 a 15 veces con el mazo de hule para cerrar los huecos dejados por la varilla de compactación.

Fig. 4.88 Expulsión de aire a través de golpeo con el mazo de hule g) Retire el exceso de concreto y enrase la parte superior con una llana para producir una superficie plana, pareja y a nivel, y cubra con una bolsa de plástico para evitar la pérdida de humedad de la muestra y llévela a un lugar para el curado inicial y almacenamiento.

Fig. 4.89 (a) Enrase y almacenamiento de cilindros de concreto para su endurecimiento 151


Fig. 4.89 (b) Enrase y almacenamiento de cilindros para su endurecimiento

4.3 CONCRETO ENDURECIDO

4.3.1.

Concreto Endurecido. Normatividad

Tabla 4.7 Normatividad del Concreto Endurecido Prueba

Norma

Industria de la construcción – Concreto hidráulico – Método de prueba estándar para el curado de especímenes de


prueba en el laboratorio. Industria de la construcción - Concreto hidráulico – Practica estándar para el


cabeceo de especímenes de concreto. Industria de la construcción – Concreto – Método de prueba estándar para la Determinación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto.

152



4.3.1.1 Curado de Especímenes de Concreto en el Laboratorio

Cuando se mezcla cemento con agua, tiene lugar una reacción química; esta reacción llamada hidratación es la que hace que el cemento, y por lo tanto el concreto se endurezca y después desarrolle resistencia. Este desarrollo de resistencia se observa solo si el concreto se mantiene húmedo y a temperatura favorable, especialmente durante los primeros días. El concreto que ha sido correctamente curado es superior en muchos aspectos: no solo es más resistente y durable ante los ataques químicos, sino que es más resistente al desgaste, y más impermeable; por añadidura, es menos probable que lo dañe las heladas y los golpes accidentales que reciba. Además de asegurar el desarrollo de resistencia en el cuerpo del concreto, el curado apropiado proporciona a la delgada capa expuesta de este, una propiedad de “cubierta endurecida” que aumenta considerablemente su buen aspecto durante mucho tiempo, cuando está a la intemperie y su resistencia al desgaste. En todos los aspectos, un concreto buen curado es un mejor concreto. El tiempo que el concreto debe protegerse contra la perdida de humedad depende del tipo de cemento, de las proporciones de la mezcla, de la resistencia necesaria, del tamaño y forma de la masa del concreto, del tiempo y de las futuras propiedades de exposición. Procedimiento de Prueba: a) Para evitar la evaporación del agua en los especímenes de concreto sin fraguar, se debe cubrir inmediatamente después de terminados, hasta que los especímenes sean extraídos de los moldes.

153


b) Los especímenes deben ser descimbrados no antes de 20 h ni después de 48h de su elaboración. c) A menos que en otro método se especifique lo contrario, todos los especímenes deben ser curados en humedad a temperatura de 23°C ± 3ºC durante las primeras 24 h después de ese tiempo deben mantenerse a una temperatura de 23°C ± 2°C, con una humedad relativa de 95 % mínima, hasta el momento de la prueba. d) El almacenaje durante las primeras 48 h debe ser en un sitio libre de vibraciones. Con relación a los especímenes extraídos de los moldes, el curado húmedo significa que los especímenes de prueba pueden mantenerse con agua libre en su superficie en todo tiempo. e) Los especímenes no deben ser expuestos a goteo directo o agua corriente.

Fig. 4.90 Descimbrado y preparación de los cilindros para su curado 154


Fig. 4.91 Curado de cilindros en recipientes individuales

El curado es uno de los pasos con mayor importancia después del colado y terminado del concreto, es la última y una de los pasos más fundamentales de las etapas de la construcción. 4.3.1.2 Cabeceo de Especímenes de Concreto en el Laboratorio

Esta práctica describe los procedimientos para proporcionar superficies planas en los extremos de los cilindros de concreto para cabecear con materiales adheribles o cemento puro a los especímenes cilíndricos de concreto recién elaborados, así como con mortero de azufre a los especímenes cilíndricos y corazones de concreto endurecido, cuando la superficie final no se ajusten a los requisitos de planicidad y perpendicularidad de las normas aplicables. Cabeceo es la preparación con cemento puro o mortero de azufre, de las bases de los especímenes cilíndricos para lograr el paralelismo entre las caras para su prueba.

155


Descripción de las partes del equipo necesario para la prueba de cabeceo:

Platos metálicos: Para el cabeceo con mortero de azufre se deben emplear platos metálicos cuyo diámetro sea por lo menos 5 mm mayor que el del espécimen por cabecear y su superficie de asiento no debe apartarse de un plano en más de 0.05 mm en 150 mm. La superficie de los platos debe estar libre de estrías, ranuras depresiones mayores de 0.25 mm de profundidad en un área geométrica regular de 32 mm.

Dispositivo para cabeceo vertical: También se puede emplear un plato formado de 2 piezas metálicas que faciliten el reafinado de la superficie de cabeceo, lo cuál puede ser necesario. En tal dispositivo la sección inferior es una placa sólida y la superior es un anillo circular maquinado, que forma el borde del plato. Estas piezas se fijan con tornillos.

Fig. 4.92 Dispositivo para cabeceo 156


Recipiente para fundir el azufre: Existen dos tipos: los equipados con dispositivos que controlan automáticamente la temperatura y los sometidos a calor externo. En ambos casos los recipientes deben estar fabricados o forrados de un material que no sea reactivo con el mortero de azufre fundido.

Fig. 4.93 Recipiente para fundir el azufre

Equipo para la elaboración de cabeceo de cilindros de concreto: 1. Estufa. 2. Recipiente para fundir el azufre. 3. Recipiente con azufre. 4. Recipiente con aceite y brocha. 5. Brocha 5 Plg. 6. Espátula. 7. Equipo para cabeceo de cilindros. 8. Regla.

157


Fig. 4.94 Equipo para el cabeceo de cilindros de concreto

Procedimiento de Prueba: a) Transcurrido el tiempo de curado, se procede a retirar los especímenes del lugar de curado, poniéndolos a secar a la intemperie durante un periodo corto de tiempo para que pierdan el agua superficial de las capas del cilindro, eliminando cualquier depósito de material aceitoso o exceso de agua que se encuentre en cualquiera de las bases del espécimen que interfieran con la adherencia del azufre derretido.

158


Fig. 4.95 Proceso de secado superficial de los especímenes

b) Las superficies cabeceadas deben ser planas y se debe proceder a la toma de medidas de los diámetros de cada cilindro, haciéndolo en 4 ocasiones para determinar un promedio de la base.

Fig. 4.96 Medición de los diámetros y preparación de los especímenes

c) Se prepara el mortero de azufre para su empleo calentándolo en la estufa hasta obtener una consistencia líquida; se recomienda colocar en el recipiente la cantidad necesaria para los especímenes a cabecear ya que el azufre no debe ser re-usado más de 10 veces. El mortero de azufre debe estar seco al colocarlo en el recipiente ya que la humedad puede producir espuma. 159


Fig. 4.97 Preparación del Mortero de azufre para la aplicación a cilindros

d) Inmediatamente antes de vaciar la capa de azufre debe evitarse cualquier residuo que pueda provocar un desnivel en la capa a colocar en el cilindro; hecho esto debe aceitarse ligeramente el plato de cabeceo y agitarse el mortero de azufre fundido.

Fig. 4.98 Limpieza del equipo de cabeceo y colocación de aceite en el plato

160


e) Se vierte el azufre en el plato de cabeceo, evitando salpicar los costados y de manera rápida para impedir que el mortero de azufre se seque de inmediato e impida que se adhiera a la superficie del espécimen.

Fig. 4.99 Vertido del azufre en el plato de cabeceo

f) Se coloca el cilindro en el plato de cabeceo, alineándolo en el eje para evitar desniveles y se deja secar unos minutos para que se adhiera al espécimen; se eliminan los excesos del equipo de cabeceo.

Fig. 4.100 Colocación de cilindro y secado 161


g) Se quita el espécimen de la base y se deja en reposo para el proceso de ensaye de compresión en la prensa hidráulica. Los especímenes cabeceados no se ensayarán hasta que el azufre haya desarrollado la resistencia requerida.

Fig. 4.101 Se retira el cilindro del equipo de cabeceo

h) Las bases de los especímenes curados en forma húmeda deben estar suficientemente secas en el momento del cabeceo, para evitar que se formen burbujas de vapor o bolsas de espuma de diámetro mayor de 6 mm. Para asegurarse que la capa de azufre se ha adherido a la superficie del espécimen, la base de este no debe ser aceitada antes de la aplicación de la capa.

Fig. 4.102 Etapa final del cabeceo 162


4.3.1.3 Método de Prueba Estándar para la determinación de la Resistencia a la Compresión de cilindros de Concreto La resistencia a la compresión de las mezclas de concreto se puede diseñar de tal manera que tengan una amplia variedad de propiedades mecánicas y de durabilidad, que cumplan con los requerimientos de diseño de la estructura. La resistencia a la compresión del concreto es la medida más común de desempeño que emplean los ingenieros para diseñar edificios y otras estructuras. El objetivo es determinar la resistencia a la compresión de cilindros de concreto a edades de 7, 14 y 28 días con resistencias de 200 kg/cm 2, 250 kg/cm2 y 300 kg/cm2 para analizar cuál es el comportamiento de dicha resistencia; los valores obtenidos dependerán de la forma y tamaño del espécimen, de la dosificación, de los procedimientos de mezclado, de los métodos de muestreo, de los moldes, de la fabricación, de la edad, de la temperatura y de las condiciones de humedad durante el curado. Descripción del equipo necesario para la prueba: La máquina de prueba puede ser de tipo a compresión o universal, con capacidad suficiente y que pueda funcionar a la velocidad de aplicación de carga, debe estar provista de algún dispositivo complementario que pueda ser operado mecánica o manualmente para la ejecutar la carga a una velocidad adecuada para su calibración. La máquina de prueba debe estar equipada con dos bloques sólidos de acero o similar, para la aplicación de la carga, con superficie de contacto endurecida con una dureza rockwell deseable de C-55. Uno de los bloques debe tener asiento esférico y apoyarse en la parte superior del espécimen, y el otro bloque rígido sobre el cual descansará el mismo.

163


La máquina de prueba puede ser de tipo a compresión o universal, con capacidad suficiente y que pueda funcionar a la velocidad de aplicación de carga, debe estar provista de algún dispositivo complementario que pueda ser operado mecánica o manualmente para la ejecutar la carga a una velocidad adecuada para su calibración. La máquina de prueba debe estar equipada con dos bloques sólidos de acero o similar, para la aplicación de la carga, con superficie de contacto endurecida con una dureza rockwell deseable de C-55. Uno de los bloques debe tener asiento esférico y apoyarse en la parte superior del espécimen, y el otro bloque rígido sobre el cual descansará el mismo. Debe contar con una aguja indicadora, la cual debe tener la longitud suficiente para coincidir con las marcas de graduación. Cada carátula debe estar equipada con una aguja de arrastre de la misma longitud que la aguja indicadora y un mecanismo para ajustar a la referencia en cero en caso de desviación. La separación mínima, entre las graduaciones no debe ser menor a 1 mm para realizar la lectura adecuada. Las máquinas con sistema digital deben ser equipadas con un dispositivo que registre la carga máxima aplicada.

Fig. 4.103 Prensas Hidráulicas utilizadas

164


Procedimiento de Prueba: 1. Al colocar los especímenes se limpian las superficies de las placas superior e inferior y las cabezas del espécimen de prueba, se coloca este último sobre la placa inferior alineando su eje cuidadosamente con el centro de la placa de carga con asiento esférico; mientras la placa superior se baja hacia el espécimen asegurándose que se tenga un contacto suave y uniforme. 2. Se debe aplicar la carga con una velocidad uniforme y continua sin producir impacto, ni pérdida de carga. La velocidad de carga debe estar dentro del intervalo de 84 kg/cm2/min a 210 kg/cm2/min, equivalente para un diámetro estándar de 15 cm a un rango 14,8 ton/min a 37,1 ton/min. 3. Se permite una velocidad mayor durante la aplicación de la primera mitad de la carga máxima esperada siempre y cuando durante la segunda mitad se mantenga la velocidad especificada; pueden utilizarse máquinas operadas manualmente o motorizadas que permitan cumplir con lo anterior, teniendo en cuenta que sólo se harán los ajustes necesarios en los controles de la máquina de prueba para mantener uniforme la velocidad de aplicación de carga, hasta que ocurra la falla 4. Se aplica la carga hasta que aparezca la falla de ruptura, registrándola en el informe (Fig. 4.104)

Fig. 4.104 Carga hasta la falla de ruptura 165


5. Los especímenes para la aceptación o rechazo de concreto deben ensayarse a la edad de 14 días en el caso del concreto de resistencia rápida o 28 días en el caso de resistencia normal con las tolerancias que se indican en la tabla 4.9.

4.3.1.3.1

Cálculos

La resistencia de ruptura a la compresión del espécimen, es dividiendo la carga máxima axial soportada durante la prueba en el momento de la falla y el área promedio de la sección transversal. Se determina con la fórmula: 𝐟𝐜 =

𝐏 𝐀

De donde:

fc = Resistencia de ruptura a la compresión, en Kg/cm2. P = Carga máxima axial aplicada al cilindro en el momento de la falla, en kg. A = Área de la sección transversal del cilindro, en cm2. El informe de la prueba es el registro de los resultados donde debe incluir los datos siguientes:  Clave de identificación del espécimen.  Edad nominal del espécimen.  Diámetro en centímetros, con aproximación a mm.  Carga máxima en Kg.  Resistencia a la compresión, calcula con aproximación a 1 Kg/cm2.  Defectos observados en el espécimen o en sus cabezas.  Descripción de falla de ruptura.

166


4.3.1.3.2

Baja resistencia en los Resultados de Ensaye de Cilindros de Concreto Tabla 4.8 Diagrama de Fallas de cilindros a compresión

Diagrama de falla de cilindros sometidos a compresión 1. se observa cuando se logra una carga de compresión bien aplicada

sobre un espécimen de prueba bien preparado. 2. Se observa comúnmente cuando las caras de aplicación de carga se

encuentran en el límite de tolerancia especificada o excediendo esta. 3. Se observa en espécimen que presenta una superficie de carga

convexa y/o difiere del material de cabeceo: también por concavidad del plato de cabeceo o convexidad en una de las placas de carga. 4. Se presenta en espécimen que presenta una cara de aplicación

cóncava y/o por diferencia en el material de cabeceo o también por concavidad en una de las placas de carga. 5. Se observa cuando se producen concentraciones de esfuerzos en

puntos sobresalientes de las caras de aplicación de carga, por deficiencias en el material de cabeceo, rugosidades en el plato cabeceador o placas de carga. 6. Se observa en especímenes que presentan una cara de aplicación de

carga convexa y/o por deficiencias del material de cabeceo, rugosidades en el plato cabeceador o placas de carga. 7. Se observa cuando las caras de aplicación de carga del espécimen se

desvían ligeramente de las tolerancias de paralelismo establecidas, o por ligeras desviaciones en el centro del espécimen para la aplicación de carga.

167


Los resultados de las pruebas de resistencia de cilindros de concreto se usan como la base para la aceptación del concreto premezclado cuando se especifica un requisito de resistencia. Los cilindros son moldeados a partir de una muestra de concreto fresco, curado en condiciones estándares y probado a una edad particular, según se indique en las especificaciones, usualmente a 28 días. Tabla 4.9 Tolerancias

Tolerancias Edad de prueba

Tolerancia permisible

24 h

± 0:30 h

3 días

±2h

7 días

±6h

14 días

± 12 h

28 días

± 24 h

168


CAPITULO 5. RESULTADOS

169


CAPITULO V. RESULTADOS DE PRUEBAS DE LOS AGREGADOS 5.1 GRANULOMETRÍA

5.1.1 Composición Granulométrica de la Arena Pesos de la Arena en cada malla, con y sin recipiente

Malla

No.8

No. No. No. No. 16 30 50 100 211.00 164.30 150.00 143.40 101.00

Peso (gr)

Recipiente 60.30 60.30 Peso Sin 150.70 104.00 Recipiente

No. 200 83.40

60.30

60.30

60.30

60.30

89.70

83.10

40.70

23.10

Fino

Peso total 69.00 922.10 60.30 422.10 8.70

120

100

98

94 86

80

60

69 % acumulado 51

Limites ASTM Limites ASTM2

40

30

20 0 0 Malla Malla Malla Malla Malla Malla Malla 200 100 50 30 16 8 4

Límites en la Granulometría de las Arenas

170

500.00 gr


Porcentajes Acumulados del Peso de la Arena en cada malla.

Malla

Peso (gr)

% % Enteros Acumulado

Porciento

No. 4 No. 8 150.70 30.14 No. 16 104.00 20.80 No. 30 89.70 17.94 No. 50 83.10 16.62 No. 40.70 8.14 100 No. 23.10 4.62 200 Fino 8.70 1.74 Sumas 500.00 100.00 Módulo de Finura = 3.30

30 21 18 17 8

30 51 69 86 94

4

98

2 100

100

Observaciones

Mediante el estudio del Análisis Granulométrico y las gráficas de los límites en la granulometría de la Arena, se determina a través del módulo de finura que dicha arena corresponde a una Arena gruesa.

5.1.2 Composición Granulométrica de la Grava Peso de la Grava en cada malla, con y sin recipiente

Malla

1”

Peso (gr)

¾”

½”

3/8”

No. 4

Peso total

1,426.00 2,514.00 3,566.00 1,782.00 3,962.00 13,250.00

Recipiente

650.00

Peso Sin Recipiente

776.00

650.00

650.00

650.00

650.00

3,250.00

1,864.00 2,916.00 1,132.00 3,312.00 10,000.00

Porcentajes Acumulados del Peso de la Grava en cada malla

Malla 1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” No. 4 Sumas

Peso (gr) 776.00 1,864.00 2,916.00 1,132.00 3,312.00 10,000.00

Porciento 7.76 18.64 29.16 11.32 33.12 100.00

% % Enteros Acumulado 8 19 29 11 33 100

171

8 27 56 67 100

Observaciones En base al análisis granulométrico y a los resultados de la gráfica, podemos deducir que esta grava se encuentra bien graduada.


Las curvas granulométricas para la grava se eligen según el tamaño máximo del agregado que retuvo la malla. En este caso se tomó la de 1 pulgada. 120

120

Agregado maximo 2" 100

100

80

80

60

Agregado maxmo 1 1/2"

60 Limites ASTM

40

40

Limites ASTM2

Limites ASTM2

20

20

0

0 No.4 3/8" 1/2" 3/4" 1"

1 2" 1/2"

No.4 3/8" 1/2" 3/4" 1"

120

1 2" 1/2"

120 100

100

Limites ASTM

Agregado maxmo 1"

100

80

Agregado maxmo 3/4"

80 67

60

56

% Acumulado

40 27 20

60

Limites ASTM

Limites ASTM2

8

Limites ASTM

40

Limites ASTM2 20

0

0 No.4 3/8" 1/2" 3/4" 1"

1 2" 1/2"

No.4 3/8" 1/2" 3/4" 1"

Fig. 5.2 Límites en la Granulometría de la Grava.

172

1 2" 1/2"


5.1.3 Composición Granulométrica de la Grava Triturada

Peso de la Grava Triturada en cada malla, con y sin recipiente

Malla

1”

¾”

½”

Peso (gr)

675.00

Recipiente

650.00

650.00

Peso Sin Recipiente

25.00

701.00

3/8”

No. 4

Peso total

1,351.00 3,794.00 2,765.00 4,665.00 13,250.00 650.00

650.00

650.00

3,250.00

3,144.00 2,115.00 4,015.00 10,000.00

Porcentajes Acumulados del Peso de la Grava en cada malla

Malla 1 ½” 1” ¾” ½” 3/8” No. 4 Sumas

Peso (gr)

Porciento

25.00 701.00 3,144.00 2,115.00 4,015.00 10,000.00

0.25 7.01 31.44 21.15 40.15 100.00

% % Enteros Acumulado 1 7 31 21 40 100

1 8 39 60 100

Observaciones Mediante el análisis se pudo observar con los datos arrojados, que estos agregados contenían pocos gruesos, lo cual pudo deberse a la forma alargada de los mismos.

Las curvas granulométricas para la grava se eligen según el tamaño máximo del agregado que retuvo la malla. En este caso se tomó la de 1 pulgada y se grafica con el porcentaje acumulado.

173


Límites en la Granulometría de la Grava Triturada

174


5.2 Determinación de tamaños menores que 0.074 mm (Malla #200) de la Arena

5.2.1

Determinación de Pérdida de Finos por Lavado

Peso original de la muestra en gramos: P = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑅𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 104.6 𝑔𝑟 + 500 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 604.6 𝑔𝑟. Peso seco del material lavado en gramos: p = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑦 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑠𝑒𝑐𝑜 = 591.4 𝑔𝑟. Siguiendo la fórmula: %𝑨 =

604.6 𝑔𝑟 − 591.4 𝑔𝑟 × 100 = 𝟐. 𝟏𝟖 % 295.6 𝑔𝑟

5.3 Determinación de la Absorción en materiales para concreto hidráulico

5.3.1

Determinación de la Absorción de la Arena

Peso original de la muestra en gramos: 𝑷𝒉 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 361.5 𝑔𝑟 − 61.5 𝑔𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 300 𝑔𝑟. 𝑷𝒔 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 357.3 𝑔𝑟 − 61.5 𝑔𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑒 = 295.8 𝑔𝑟.

Peso total del material a ocupar: 300 𝑔𝑟 𝑦 295.8 𝑔𝑟

𝑨𝒃𝒔𝒐𝒓𝒄𝒊ó𝒏 =

300 𝑔𝑟 − 295. 8 𝑔𝑟 × 100 = 𝟏. 𝟒𝟏 % 295.8 𝑔𝑟

175


5.3.2

Determinación de la Absorción de la Grava Normal

Peso original de la muestra en gramos: 𝑷𝒉 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 401.1 𝑔𝑟 − 100 𝑔𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 301.1 𝑔𝑟. 𝑷𝒔 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 397.3 𝑔𝑟 − 100 𝑔𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑒 = 297.3 𝑔𝑟.

Peso total del material a ocupar: 301.1 𝑔𝑟 𝑦 297.3 𝑔𝑟

% 𝒅𝒆 𝑨𝒃𝒔𝒐𝒓𝒄𝒊ó𝒏 =

5.3.3

301.1 𝑔𝑟 − 297.3 𝑔𝑟 × 100 = 𝟏. 𝟐𝟖 % 297.3 𝑔𝑟

Determinación de la Absorción de la Grava Triturada

Peso original de la muestra en gramos: 𝑷𝒉 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 402.9 𝑔𝑟 − 102.9 𝑔𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = 300 𝑔𝑟. 𝑷𝒔 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 399.1 𝑔𝑟 − 102.9 𝑔𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑒 = 296.2 𝑔𝑟.

Peso total del material a ocupar: 300𝑔𝑟 𝑦 296.2 𝑔𝑟

% 𝒅𝒆 𝑨𝒃𝒔𝒐𝒓𝒄𝒊ó𝒏 =

300.0 𝑔𝑟 − 296.2 𝑔𝑟 × 100 = 𝟏. 𝟐𝟖 % 296.2 𝑔𝑟

176


5.4 Determinación de la Densidad en materiales para concreto hidráulico

5.4.1

Determinación de la Densidad de la Arena

𝑷𝒉 = Peso total con el recipiente 64.4 gr – 14.4 gr del recipiente = 50 gr

V = Volumen obtenido del frasco 19 cm3. 𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 =

5.4.2

50𝑔𝑟 = 𝟐. 𝟔𝟑 𝒈𝒓⁄𝒄𝒎𝟑 19𝑐𝑚3

(a) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Normal

𝑷𝒉 = Peso total con el recipiente 402.5 gr – 101.4 gr del recipiente = 301.1 gr.

V = Volumen obtenido del sifón recaudado en la probeta graduada = 117 ml.

𝑫𝒓 =

301.1 𝑔𝑟 𝒈𝒓 = 𝟐. 𝟔𝟖 ⁄𝒎𝒍 112 𝑚𝑙

(b) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Normal Se calculará la densidad relativa aparente de la grava con la fórmula siguiente: 𝑫𝒓 = 𝑫𝒓 =

𝑷𝒉 𝑽

301.1 𝑔𝑟 𝒈𝒓 = 𝟐. 𝟓𝟕 ⁄𝒎𝒍 117 𝑚𝑙

177


5.4.3

(a) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Triturada

𝑷𝒉 = Peso total con el recipiente 404.6 gr – 104.6 gr del recipiente = 300 gr.

V = Volumen obtenido del sifón recaudado en la probeta graduada = 114 ml.

𝑫𝒓 =

300 𝑔𝑟 𝒈𝒓 = 𝟐. 𝟔𝟕 ⁄𝒎𝒍 112 𝑚𝑙

(b) Determinación de la Densidad Relativa de la Grava Triturada


𝑫𝒓 =

𝑫𝒓 =

𝑷𝒉 𝑽

300 𝑔𝑟 𝒈𝒓 = 𝟐. 𝟔𝟑 ⁄𝒎𝒍 114 𝑚𝑙

178


5.5 Determinación del Peso Volumétrico de los Agregados para concreto hidráulico.

5.5.1

Determinación del Peso Volumétrico compacto de la Grava


Diámetro= 15.2 cm

V = A (h)

Altura= 22.9 cm 𝝅(𝒅𝟐 ) 3.1416(15.2𝑐𝑚2 ) 𝑨= = = 181.46 𝑐𝑚2 ∴ 𝑽 = 181.46 𝑐𝑚2 (22.9𝑐𝑚) 𝟒 4 = 𝟒𝟏𝟓𝟓𝒄𝒎𝟑 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟒𝟏𝟓𝟓 𝒎𝟑 Siguiendo la fórmula: 𝒌𝒈 𝑷 − 𝒑 = 𝒎𝟑 𝑽

𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐𝟏 =

15633𝑘𝑔 − 8851𝑘𝑔 𝒌𝒈 × 1000 = 𝟏𝟔𝟑𝟐 𝟑 3 0.004155 𝑚 𝒎

𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐𝟐 =

15629𝑘𝑔 − 8851𝑘𝑔 𝒌𝒈 × 1000 = 𝟏𝟔𝟑𝟏 𝟑 3 0.004155 𝑚 𝒎

𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐𝟑 =

15616𝑘𝑔 − 8851𝑘𝑔 𝒌𝒈 × 1000 = 𝟏𝟔𝟑𝟎 𝟑 3 0.004155 𝑚 𝒎

179


Peso Volumétrico compacto de la Grava Normal.

Ensaye

Peso del

Peso del

Peso del

Volumen

Peso

No.

Material

Molde (kg)

Material

del Molde

Volumétrico

(kg)

(Lt o m3)

compacto

más molde

(kg/m3) 01

15,633.00

8,851.00

6,782.00

4,155.00

1,632.00

02

15,629.00

8,851.00

6,778.00

4,155.00

1,631.00

03

15,616.00

8,851.00

6,775.00

4,155.00

1,630.00

5.5.2

Determinación del Peso Volumétrico compacto de la Grava Triturada


Diámetro= 15.2 cm

V = A (h)

Altura= 22.9 cm 𝝅(𝒅𝟐 ) 3.1416(15.2𝑐𝑚2 ) 𝑨= = = 181.46 𝑐𝑚2 ∴ 𝑽 = 181.46 𝑐𝑚2 (22.9𝑐𝑚) 𝟒 4 = 𝟒𝟏𝟓𝟓𝒄𝒎𝟑 Siguiendo la fórmula: 𝒌𝒈 𝑷 − 𝒑 = × 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝟑 𝑽

180


𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐𝟏 =

15150𝑘𝑔 − 8851𝑘𝑔 𝒌𝒈 × 1000 = 𝟏𝟓𝟏𝟔 𝟑 3 0.004155 𝑚 𝒎

𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐𝟐 =

15131𝑘𝑔 − 8851𝑘𝑔 𝒌𝒈 × 1000 = 𝟏𝟓𝟏𝟏 𝟑 3 0.004155 𝑚 𝒎

𝑷𝒆𝒔𝒐 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒐𝟑 =

15140𝑘𝑔 − 8851𝑘𝑔 𝒌𝒈 × 1000 = 𝟏𝟓𝟏𝟑 𝟑 3 0.004155 𝑚 𝒎

Peso Volumétrico compacto de la Grava Normal.

Ensaye

Peso del

Peso del

Peso del

Volumen

Peso

No.

Material

Molde (kg)

Material

del Molde

Volumétrico

(kg)

(Lt o m3)

compacto

más molde

(kg/m3) 01

15,150.00

8,851.00

6,299.00

4,155.00

1,516.00

02

15,131.00

8,851.00

6,280.00

4,155.00

1,511.00

03

15,140.00

8,851.00

6,289.00

4,155.00

1,513.00

181


5.6 Diseño de Mezclas por el Método ACI 211

Diseño de Mezcla 1: Arena y Grava Normal (Método ACI para

5.6.1

1m3 de Concreto Hidráulico) Para diseñar una mezcla es necesario conocer las características físicas de los materiales a emplear en la elaboración del concreto: Datos Analíticos

Arena

Grava

Cement

Agua

o f’c: 200Kg/cm2

Densidad

2.63

2.57

Revenimiento: 8 – 10

Absorción

1.41

1.28

3.15

1

cm Agua: 175 mm

Peso Vol.

1631

Compactado Relación

Módulo de

Agua/Cemento: 0.61

Finura Agregado

3.30 1”

Máximo Para conocer los datos de arriba es necesario determinar previamente en el laboratorio las pruebas físicas siguiendo las normas NMX y/o ASTM. La dosificación de realizar de acuerdo a los pasos siguientes: Paso 1: Apoyándonos en las tablas diseñaremos una mezcla de fć = 200 Kg/cm2 a los 7, 14 y 28 días de edad, con un revenimiento 8 – 10 cm empleando Cemento Anáhuac Extra tipo CPO 30R. 182


Paso 2: Un tamaño máximo de la graba normal 25 mm (1”). Paso 3: Para un concreto con aire incluido, revenimiento 8 – 10 cm y tamaño máximo 25 mm (1”), en la Tabla 3.3 obtenemos un valor 175 Kg/m3. Paso 4: En la Tabla 3.4 aparece un valor de 0.61 de relación agua/cemento necesario para producir una resistencia de 200 Kg/cm2 en concreto con aire incluido. Paso 5: En base a la información obtenida en los pasos 3 y 4 se concluye que el consumo de cemento es de: 175 Kg/cm3/0.61 = 286 Kg/m3. Paso 6: En la Tabla 3.6 estimamos la cantidad de grava; para un módulo de finura 3.30 %, un tamaño máximo de grava de 25 mm (1”), puede emplearse 0.65 metros cúbicos de grava, por lo tanto el peso de la grava es de 1631 x 0.65 = 1060 Kg/m3. Paso 7: Conociendo los consumos de agua, cemento y grava, el material restante que cumpla un metro cubico de concreto debe consistir en arena y aire que pueda quedar incluido. Cemento

286.00

Grava

1060.00

Agua

175.00

Total

1521.00

Paso 8: En base a los resultados anteriores se realiza un proporcionamiento base en peso y en volumen de los agregados para obtener el agregado fino.

183


Proporcionamiento base sin corregir

Materiales

Peso

Densidad

Volumen

Cemento

286.00

÷ 3.15

90.00

Arena

875.00

2.63 x 333

333.00

Grava

1060.00

÷ 2.57

412.00

Agua

175.00

175.00

Total

2396.00

1000.00

El peso de la arena estimando en la primera proporción es de 875 kg, se obtuvo en base al peso en volumen para 1m3 multiplicado por la densidad de la arena. Paso 9: Ajuste del proporcionamiento de la mezcla de prueba.

Materiales

Cantidades

Absorción

Correcciones

Cantidades Corregidas

Cemento

286.00

286.00

Arena

875.00

x 1.41 ÷ 100

12.33

862.67

Grava

1060.00

x 1.28 ÷ 100

13.56

1046.44

Agua

175.00

Suma 25.89

200.89

Total

2396.00

2396.00

Proporcionamiento corregido

Paso 10: Calculo de materiales para cilindros de 15 cm x 30 cm, cantidad de cilindros a elaborar en la primera mezcla 6 especímenes.

184


Diámetro d = 15 cm. Altura h = 30 cm. 𝛑(𝐝𝟐 ) (3.1416)(15)2 𝐀= = = 𝟏𝟕𝟔. 𝟕𝟏𝒄𝒎𝟐 (4) 𝟒 𝐕 = 𝐀(𝐡)

𝑽 = 176.71𝑐𝑚2 (30 𝑐𝑚) = 𝟓𝟑𝟎𝟏 𝒄𝒎𝟑

𝐕 = (5301 𝑐𝑚3 )(6 + 1) 1 𝑚𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜 = 𝟑𝟕𝟏𝟎𝟕 𝒄𝒎𝟑

(0.0371)(286) = 𝟏𝟎, 𝟔𝟏𝟎 𝑲𝒈 𝒅𝒆 𝑪𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 (0.0371)(862.67) = 𝟑𝟐, 𝟎𝟎𝟓 𝑲𝒈 𝒅𝒆 𝑨𝒓𝒆𝒏𝒂 (0.0371)(1046.44) = 𝟑𝟖, 𝟖𝟐𝟐 𝑲𝒈 𝒅𝒆 𝑮𝒓𝒂𝒗𝒂 (0.0371)(200.89) = 𝟕. 𝟒𝟓𝟑 𝑳𝒕𝒔. 𝒅𝒆 𝑨𝒈𝒖𝒂

5.6.2

Diseño de Mezcla 1: Arena y Grava Triturada (Método ACI para 1m3 de Concreto Hidráulico)

Para diseñar una mezcla es necesario conocer las características físicas de los materiales a emplear en la elaboración del concreto:

185


Datos Analíticos

Arena

Grava

Cement

Agua

o f’c: 200Kg/cm2

Densidad

2.63

2.63

Revenimiento: 8 – 10

Absorción

1.41

1.28

3.15

1

cm Agua: 175 mm

Peso Vol.

1513

Compactado Relación

Módulo de

Agua/Cemento: 0.61

Finura Agregado

3.30 1”

Máximo Para conocer los datos de arriba es necesario determinar previamente en el laboratorio las pruebas físicas siguiendo las normas NMX y/o ASTM. La dosificación de realizar de acuerdo a los pasos siguientes: Paso 1: Apoyándonos en las tablas diseñaremos una mezcla de fć = 200 Kg/cm2 a los 7, 14 y 28 días de edad, con un revenimiento 8 – 10 cm empleando Cemento Anáhuac Extra tipo CPO 30R. Paso 2: Un tamaño máximo de la graba normal 25 mm (1”). Paso 3: Para un concreto con aire incluido, revenimiento 8 – 10 cm y tamaño máximo 25 mm (1”), en la Tabla 3.3 obtenemos un valor 175 Kg/m3. Paso 4: En la Tabla 3.4 aparece un valor de 0.61 de relación agua/cemento necesario para producir una resistencia de 200 Kg/cm2 en concreto con aire incluido.

186


Paso 5: En base a la información obtenida en los pasos 3 y 4 se concluye que el consumo de cemento es de: 175 Kg/cm3/0.61 = 286 Kg/m3. Paso 6: En la Tabla 3.6 estimamos la cantidad de grava; para un módulo de finura 3.30 %, un tamaño máximo de grava de 25 mm (1”), puede emplearse 0.65 metros cúbicos de grava, por lo tanto el peso de la grava es de 1513 x 0.65 = 983 Kg/m3. Paso 7: Conociendo los consumos de agua, cemento y grava, el material restante que cumpla un metro cubico de concreto debe consistir en arena y aire que pueda quedar incluido. Cemento

286.00

Grava

1060.00

Agua

175.00

Total

1521.00

Paso 8: En base a los resultados anteriores se realiza un proporcionamiento base en peso y en volumen de los agregados para obtener el agregado fino. Proporcionamiento base sin corregir

Materiales

Peso

Densidad

Volumen

Cemento

286.00

÷ 3.15

90.00

Arena

949.00

2.63 x 361

361.00

Grava

983.00

÷ 2.63

374.00

Agua

175.00

175.00

Total

2393.00

1000.00

El peso de la arena estimando en la primera proporción es de 949 kg, se obtuvo en base al peso en volumen para 1m3 multiplicado por la densidad de la arena.

187


Paso 9: Ajuste del proporcionamiento de la mezcla de prueba.

Proporcionamiento corregido Materiales

Cantidades

Absorción

Correcciones

Cantidades Corregidas

Cemento

286.00

286.00

Arena

949.00

x 1.41 ÷ 100

13.38

936.00

Grava

983.00

x 1.28 ÷ 100

12.58

970.00

Agua

175.00

Suma 25.96

200.96

Total

2393.00

2393.00

Paso 10: Calculo de materiales para cilindros de 15 cm x 30 cm, cantidad de cilindros a elaborar en la primera mezcla 6 especímenes.

Diámetro d = 15 cm. Altura h = 30 cm.

𝐀=

𝛑(𝐝𝟐 ) (3.1416)(15)2 = = 𝟏𝟕𝟔. 𝟕𝟏𝒄𝒎𝟐 (4) 𝟒

𝐕 = 𝐀(𝐡)

𝑽 = 176.71𝑐𝑚2 (30 𝑐𝑚) = 𝟓𝟑𝟎𝟏 𝒄𝒎𝟑

𝐕 = (5301 𝑐𝑚3 )(6 + 1) 1 𝑚𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜 = 𝟑𝟕𝟏𝟎𝟕 𝒄𝒎𝟑

(0.0371)(286) = 𝟏𝟎, 𝟔𝟏𝟎 𝑲𝒈 𝒅𝒆 𝑪𝒆𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 (0.0371)(862.67) = 𝟑𝟐, 𝟎𝟎𝟓 𝑲𝒈 𝒅𝒆 𝑨𝒓𝒆𝒏𝒂 (0.0371)(1046.44) = 𝟑𝟖, 𝟖𝟐𝟐 𝑲𝒈 𝒅𝒆 𝑮𝒓𝒂𝒗𝒂 (0.0371)(200.89) = 𝟕. 𝟒𝟓𝟑 𝑳𝒕𝒔. 𝒅𝒆 𝑨𝒈𝒖𝒂 188


5.7 5.6.2

CONCRETO ENDURECIDO

Resistencia a Compresión; Comparativa de la Grava Normal y Grava Triturada en Especímenes de Concreto Resultados obtenidos de Grava Normal f’c=200 kg/cm2

Ensaye No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Edad en días 7 7 7 7 7 7 14 14 14 14 14 14 28 28 28 28 28 28

Revenimiento 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9

Diámetro 15.50 15.50 14.93 15.08 15.50 15.53 15.43 15.45 14.83 15.43 15.65 15.43 14.65 14.75 15.00 15.48 14.73 15.65

Área (cm) 188.69 188.69 175.07 178.60 188.69 189.42 186.99 187.48 172.73 186.99 192.36 186.99 168.56 170.87 176.72 188.21 170.41 192.36

189

Carga de ruptura 29800 22800 23600 23500 23600 22400 35200 38600 35000 34000 33800 34000 39000 37000 38000 42000 33200 36000

f'c Ruptura 157.93 120.83 134.80 131.58 125.07 118.25 188.24 205.89 202.63 181.83 175.71 181.83 231.37 216.53 215.04 223.16 194.82 187.15

f'c % Proyecto Resistencia 200 78.96 200 60.42 200 67.40 200 65.79 200 62.54 200 59.13 200 94.12 200 102.95 200 101.31 200 90.91 200 87.86 200 90.91 200 115.68 200 108.27 200 107.52 200 111.58 200 97.41 200 93.57


Resultados obtenidos de Grava Triturada f’c=200 kg/cm2

Ensaye No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Edad en días 7 7 7 7 7 7 14 14 14 14 14 14 28 28 28 28 28 28

Revenimiento

Diámetro

8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9

15.53 15.58 15.48 15.50 15.45 14.75 15.50 14.78 14.75 15.45 14.78 15.53 14.73 15.48 15.43 15.43 15.48 14.85

Área (cm) 189.42 190.65 188.21 188.69 187.48 170.87 188.69 171.57 170.87 187.48 171.57 189.42 170.41 188.21 186.99 186.99 188.21 173.20

190

Carga de ruptura 37000 31400 35000 35800 32800 28000 41200 35000 35000 35800 35600 39000 40000 38600 40000 40000 42000 38000

f'c Ruptura 195.33 164.70 185.97 189.73 174.95 163.86 218.34 204.00 204.83 190.96 207.50 205.89 234.73 205.09 213.91 213.91 223.16 219.40

f'c Proyecto 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200

% Resistencia 97.66 82.35 92.98 94.86 87.48 81.93 109.17 102.00 102.41 95.48 103.75 102.94 117.36 102.55 106.96 106.96 111.58 109.70

Influencia de la Morfologia de los Agregados en la Resistencia del Concreto en cilindros de concreto de 15 cm x 30 cm Grafica de especímenes de la Grava Normal y Grava Triturada, y grafica de resistencia compresión en porcentaje; 200 Kg/cm2.

% de Recistencia a la Compresión

% de Resistencia a la compresión a los 7, 14 y 28 días Grava Normal y Triturada f'c= 200 130.00 110.00 90.00 70.00 50.00 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Número de Cilindro % Resistencia Real del Especimen Grava Normal Resistencia de Diseño % de Resistencia Real del Especimen Grava Triturada

Recistencia a la Compresión f'c

Resistencia a la compresión a los 7, 14 y 28 días Grava Normal y Triturada f'c= 200 250 200 150 100 50 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Número de Cilindro Resistencia Real del Especimen Grava Normal Resistencia de Diseño Resistencia Real del Especimen Grava Triturada

191

15

16

17

18


Resultados obtenidos de Grava Normal f’c=250 kg/cm2 Ensaye No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Edad en días 7 7 7 7 7 7 14 14 14 14 14 14 28 28 28 28 28 28

Revenimiento

Diámetro

8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5

15.50 15.40 15.50 14.75 15.50 15.43 15.55 15.55 15.50 14.83 14.80 15.55 14.53 14.73 14.75 15.45 15.43 15.40

Área (cm) 188.69 186.27 188.69 170.87 188.69 186.99 189.91 189.91 188.69 172.73 172.03 189.91 165.81 170.41 170.87 187.48 186.99 186.27

192

Carga de ruptura 34200 34600 26800 31800 34000 32800 33200 36000 33400 34000 34600 38400 48000 49000 51000 50000 50200 54000

f'c Ruptura 181.25 185.76 142.03 186.10 180.19 175.41 174.82 189.56 177.01 196.84 201.12 202.20 289.48 287.54 298.47 266.70 268.46 289.91

f'c Proyecto 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250

% Resistencia 72.50 74.30 56.81 74.44 72.07 70.16 69.93 75.82 70.80 78.73 80.45 80.88 115.79 115.02 119.39 106.68 107.38 115.96


Resultados obtenidos de Grava Triturada f’c=250 kg/cm2 Ensaye No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Edad en días 7 7 7 7 7 7 14 14 14 14 14 14 28 28 28 28 28 28

Revenimiento

Diámetro

8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

14.78 15.43 15.45 14.73 15.45 14.70 15.43 15.50 14.80 15.33 14.80 15.45 14.80 15.48 14.75 15.43 14.68 15.48

Área (cm) 171.57 186.99 187.48 170.41 187.48 169.72 186.99 188.69 172.03 184.58 172.03 187.48 172.03 188.21 170.87 186.99 169.26 188.21

193

Carga de ruptura 32500 37000 39000 36000 39000 34000 44000 43000 42000 45000 42000 44600 47000 48000 43200 47500 47400 46000

f'c Ruptura 189.43 197.87 208.03 211.25 208.03 200.33 235.30 227.88 244.14 243.80 244.14 237.90 273.20 255.04 252.82 254.02 280.05 244.41

f'c Proyecto 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250 250

% Resistencia 75.77 79.15 83.21 84.50 83.21 80.13 94.12 91.15 97.66 97.52 97.66 95.16 109.28 102.02 101.13 101.61 112.02 97.77



Resistencia a la compresión a los 7, 14 y 28 días Grava Normal y Triturada f'c= 250 350 300 250 200 150 100 50 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

17

18




2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14


194

15

16


Resultados obtenidos de Grava Normal f’c=300 kg/cm2 Ensaye No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Edad en días 7 7 7 7 7 7 14 14 14 14 14 14 28 28 28 28 28 28

Revenimiento

Diámetro

8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5

15.50 15.40 14.73 15.48 15.45 15.48 14.45 15.18 15.18 15.50 15.45 15.33 14.80 15.00 14.78 14.75 15.68 14.80

Área (cm) 188.69 186.27 170.41 188.21 187.48 188.21 163.99 180.98 180.98 188.69 187.48 184.58 172.03 176.72 171.57 170.87 193.10 172.03

195

Carga de ruptura 39500 39500 38000 38000 41000 41000 42000 46500 45500 46000 48000 46500 48000 48000 54000 49500 53000 51500

f'c Ruptura 209.34 212.06 222.99 201.91 218.69 217.85 256.11 256.93 251.41 243.78 256.03 251.93 279.01 271.62 314.74 289.69 274.47 299.36

f'c Proyecto 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300

% Resistencia 69.78 70.69 74.33 67.30 72.90 72.62 85.37 85.64 83.80 81.26 85.34 83.98 93.00 90.54 104.91 96.56 91.49 99.79


Resultados obtenidos de Grava Triturada f’c=300 kg/cm2 Ensaye No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Edad en días 7 7 7 7 7 7 14 14 14 14 14 14 28 28 28 28 28 28

Revenimiento

Diámetro

8 8 8 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

14.78 14.70 14.68 15.45 14.80 14.63 14.70 14.63 15.38 15.45 14.75 15.53 14.65 15.45 15.43 14.83 15.45 15.43

Área (cm) 171.57 169.72 169.26 187.48 172.03 168.10 169.72 168.10 185.78 187.48 170.87 189.42 168.56 187.48 186.99 172.73 187.48 186.99

196

Carga de ruptura 34000 33000 33000 38000 33000 33000 43000 44000 49000 51500 44000 52000 44000 52500 53500 49000 51000 53500

f'c Ruptura 198.17 194.44 194.97 202.69 191.82 196.31 253.36 261.74 263.75 274.70 257.50 274.52 261.03 280.03 286.11 283.68 272.03 286.11

f'c Proyecto 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300

% Resistencia 66.06 64.81 64.99 67.56 63.94 65.44 84.45 87.25 87.92 91.57 85.83 91.51 87.01 93.34 95.37 94.56 90.68 95.37




2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18



Resistencia a la compresión a los 7, 14 y 28 días Grava Normal y Triturada f'c= 300 350 300 250 200 150 100 50 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14


197

15

16

17

18


CONCLUSIONES El uso del concreto se ha extendido tanto en zonas urbanas como rurales debido a su bajo costo; lo económico del material, radica en que la mayor parte de sus componentes (agregados pétreos) son abundantes en la naturaleza, de manera que las característica de estos, son decisivas para la calidad del concreto. La calidad de un buen concreto, está en función de las propiedades de los agregados, de la calidad en el diseño de la mezcla, de su transporte, colocación y mantenimiento. La diferencia entre un concreto de buena calidad y un concreto que no lleva control de calidad, se manifiesta eventualmente en la obra, en su seguridad, durabilidad y costo. De esta forma, sería un error generalizar que en el concreto, los agregados triturados de la ciudad de Coatzacoalcos Veracruz, siempre van a dar las resistencias más altas a la compresión. La composición mineralógica, forma y textura de los agregados, varían de una zona a otra e incluso en el mismo lugar de donde se extraen. Es por ello que los datos de esta investigación deben tomarse con cautela y no dar por hecho que todos los materiales que presentan estas formas se comportarán igual. Particularmente en esta tesis, los agregados redondeados, que son los más baratos y con mayor disponibilidad en la región, obtuvieron bajas resistencias que el agregado triturado. Esto no significa que el agregado redondeado sea de baja calidad, puesto que los especímenes elaborados con este agregado alcanzaron su resistencia óptima; pero el agregado triturado superó dichos resultados de resistencia en 200 kg/cm2 y 250 Kg/cm2, siendo la misma relación agua/cemento para el primer diseño en ambos casos de agregados (grava y grava triturada) y así mismo dos relaciones de agua/cemento, diferentes en los diseños restantes 250 Kg/cm 2 y 300 Kg/cm2. En base al control de calidad, en un laboratorio de diseño se realizan distintos proporcionamientos en base a la resistencia requerida y al presupuesto al que este sujeto dicho diseño; esto significa el uso de distintas relaciones agua/cemento para 198


adecuarse a la más indicada. Esto nos permite asegurar que en los diseños realizados con diferentes relaciones agua/cemento, de la misma manera serán distintos, el requerimiento de cemento y agregados; por lo tanto resultarán mayores o menores resistencias según sea el caso. Debido a esto, no podemos concluir que en el diseño realizado en este proyecto para un f’c de 200 Kg/cm2, 250 Kg/cm2 y 300 Kg/cm2 se utilizará la misma relación agua/cemento para futuras investigaciones. En el diseño de mezcla para un f’c de 300 Kg/cm2 utilizado en esta investigación la relación agua/cemento a los 28 días que alcanza su máxima resistencia no fue la óptima ya que no alcanzaron la resistencia requerida del 100% para un concreto aceptable; por lo tanto con una menor relación agua/cemento en el diseño pueden obtenerse mejores resultados en estas pruebas y tener resistencias más altas. Se debe tener en cuenta que no siempre la piedra triturada por ser roca se comportara mejor que el agregado redondeado, se concluye esto en base a los resultados obtenidos en la práctica donde se observó que el diseño de la mezcla, la relación agua/cemento, curado, trasporte, cabeceo influyen de manera importante en el comportamiento del concreto. De esta forma, esta tesis se elabora para que el Ingeniero Civil amplíe sus conocimientos en cuanto a procesos de control de calidad, especificaciones de los componentes del concreto en diferentes normativas y familiarizarse con los cambios que sufre el concreto dependiendo del agregado pétreo que posee en su interior. Los objetivos de esta tesis se cumplieron por completo, resultando en el camino nuevos retos, que provocaron mayor indagación en la bibliografía existente, e información básica para futuras investigaciones.

199


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