UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS
ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA PROCEDENCIA DE AGREGADOS Y SU REPERCUSIÓN EN EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETOS ESTRUCTURALES EN EL DISTRITO DE PUNO - 2013.
PRESENTADO POR: OMAR HENRY VARGAS PALOMINO PARA OPTAR EL TITULO DE: INGENIERO CIVIL
PUNO - PERÚ
2013
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL TESIS ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA PROCEDENCIA DE AGREGADOS Y SU REPERCUSIÓN EN EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETOS ESTRUCTURALES EN EL DISTRITO DE PUNO - 2013. PRESENTADA POR: OMAR HENRY VARGAS PALOMINO
PARA OPTAR EL TITULO DE: INGENIERO CIVIL
APROBADA POR EL SIGUIENTE JURADO:
…………………………………………. PRESIDENTE Ing. Máximo Eleuterio Coyla Quiza
………………………………………… … PRIMER MIEMBRO Ing. Daniel Coyla Sanchez
…………………………………………. SEGUNDO MIEMBRO Ing. Hernan Parmenio Colorado Huanca
…………………………………………. DIRECTOR Ing. German Belizario Quispe
i
DEDICATORIA A
mis
yYolanda,
padres que
inconmensurable
Antonio con
su
amor
y
sobre todo su entendimiento me
encaminaron
en
esta
vida. A Cesar, Camila, Kyara y Rocio, mis grandes amores.
ii
AGRADECIMIENTO
A Dios, por acompañarnos en todo momento y permitir la culminación de esta gran etapa.
Antonio y Yolanda, mis queridos padres, por su apoyo sincero y desinteresado, así como el su amorincondicional para con nosotros, este logro es de ustedes.
A Edgar, Carmen y Rocío, que siempre creyeron y apostaron por esta nueva aventura que empiezo.
A César, Camila y Kyara que hoy en día son los pilares y la razón fundamental que me impulsan para seguir adelante.
A mis compañeros y amigos que han formado parte de mi vida profesional a los que agradezco su amistad, consejos, apoyo, ánimo y compañía.
iii
RESUMEN ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA PROCEDENCIA DE AGREGADOS Y SU REPERCUSIÓN
EN
EL
DISEÑO
DE
MEZCLAS
DE
CONCRETOS
ESTRUCTURALES EN EL DISTRITO DE PUNO – 2013.
Br. Omar Henry Vargas Palomino En el presente trabajo de investigación el propósito fundamental fue estudiar la influencia de la calidad de los agregados pétreos ubicados en el distrito de Puno sobre la resistencia a compresión del concreto, realizando ensayos comparativos entre los concreto realizado con agregados de la Cantera Viluyo y de la cantera Carucaya variando las resistencias de diseño empleadas, para lo cual se realizaron 60 mezclas de concreto y 180 cilindros de ensayo. Las propiedades del concreto que se estudiaron fueron la trabajabilidad (manejabilidad) y la resistencia a la compresión a los 7 días y 28 días Los resultados permiten concluir que en el concreto realizado con agregados de la Carucaya, presento poca trabajabilidad debido a la gran cantidad de tamaños cercanos al tamaño máximo nominal del agregado, en el concreto endurecido, los resultados de la resistencia a compresión fueron los esperados en el diseño de mezcla, todo esto, a diferencia del concreto realizado con agregados de la Viluyo que presento mejor trabajabilidad pero baja resistencia a la compresión, es de hacer notar que existen variables en la calidad de los agregados que no están incluidas en las fórmulas de diseño de mezcla que afectan directamente las propiedades mecánicas del concreto.
iv
INDICE
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS______________________________________1 DEDICATORIA________________________________________________________ii AGRADECIMIENTO___________________________________________________iii RESUMEN___________________________________________________________iv INTRODUCCIÓN.____________________________________________________vii CAPITULO I__________________________________________________________1 1.
EL PROBLEMA.___________________________________________________1 1.1.
Planteamiento del Problema_________________________________________1
1.2.
Objetivos de la Investigación.________________________________________3
1.3.
Justificación de la Investigación.____________________________________4
1.4.
Alcances de la Investigación.________________________________________5
1.5.
Limitaciones de la Investigación.____________________________________6
1.6.
Delimitación Temporal y Espacial.____________________________________6
1.6.1. 1.6.2.
Temporal._____________________________________________________________6 Espacial.______________________________________________________________6
CAPITULO II__________________________________________________________7 2.
MARCO TEÓRICO.________________________________________________7 2.1.
Antecedentes de la Investigación.____________________________________7
2.1.1. 2.1.2.
2.2.
Bases Teóricas.___________________________________________________15
2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.4. 2.2.5. 2.2.6.
2.3.
Antecedentes históricos.________________________________________________7 Investigaciones Previas._______________________________________________13 Estudios Geológicos de las Canteras a Investigar.________________________15 Geomorfología._______________________________________________________20 El Concreto.__________________________________________________________29 Características del concreto.___________________________________________31 Componentes del Concreto____________________________________________34 Resistencia del Concreto______________________________________________45
Definición de Términos____________________________________________53
CAPITULO III________________________________________________________59 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION Y PROGRAMA DE ENSAYOS_59 3.1.
Variable a Estudiar en el Desarrollo Experimental____________________59
3.1.1. 3.1.2. 3.1.3.
3.2.
Resistencia de Diseño.________________________________________________60 Tipos de Agregados.__________________________________________________61 Ensayos a los Agregados._____________________________________________62
Programa de ensayos______________________________________________63 v
3.3. Parámetros de Comparación._________________________________________64 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. 3.3.4. 3.3.5. 3.3.6. 3.3.7.
Concreto en Estado Fresco.____________________________________________65 Concreto en Estado Endurecido.________________________________________65 Identificación de las Probetas.__________________________________________66 Preparación de las mezclas de concreto:________________________________68 Ensayos Previos._____________________________________________________68 Obtención de Pesos específicos para el Diseño de Mezcla Método ACI._____70 Diseños de mezcla de concreto.________________________________________77
CAPITULO IV________________________________________________________87 DESARROLLO DE LA ETAPA EXPERIMENTAL_________________________87 4.1.
Evaluación de la calidad de los agregados.__________________________87
4.1.1. 4.1.2.
4.2.
Agregados cantera Viluyo:_____________________________________________87 Agregados cantera Carucaya:__________________________________________87
Preparación del Ensayo Slump_____________________________________88
4.2.1. 4.2.2. 4.2.3.
Definición.___________________________________________________________88 Equipos a utilizar._____________________________________________________88 Procedimiento del ensayo (SLUMP)_____________________________________89
4.3. Elaboración de briquetas para los ensayos de Compresión del Concreto.________________________________________________________________92 4.3.1. 4.3.2. 4.3.3. 4.3.4.
4.4.
Equipo necesario:_____________________________________________________92 Muestreo:____________________________________________________________93 Desmoldado:_________________________________________________________97 Curado:_____________________________________________________________97
Evaluación y aceptación del concreto.______________________________98
4.4.1.
Ensayo a la Compresión del Concreto.__________________________________99
CAPITULO V___________________________________________________________101 RESULTADOS Y DISCUSIÓN____________________________________________101 CONCLUSIONES_______________________________________________________111 REFERENCIAS_________________________________________________________114
vi
INTRODUCCIÓN. El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas proporciones de cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que inicialmente denota una estructura plástica y moldeable y que posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades aislantes y resistentes, lo que hace un material ideal para la construcción.
La pasta es el resultado de la combinación química del cemento y el agua. Se le considera la fase continua del concreto, ya que siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto.
El agregado es la fase discontinua del concreto, dado que sus diversas partículas no están unidas o en contacto unas con otras, si no se encuentran separadas por espesores diferentes de pasta reducida.
En tiempos pasados se decía que los agregados eran elementos inertes dentro del concreto ya que estos no intervenían directamente dentro de las reacciones químicas, en la actualidad se establece que siendo este material el que mayor porcentaje (aproximadamente el 60% - 80% del volumen) de participación tiene dentro de la unidad cubica de concreto, sus propiedades y características diversas influyen en todas las propiedades del concreto, la influencia de los agregados en las propiedades del concreto tienen efectos importantes, no solo en el acabado y calidad final del concreto, sino, también sobre la trabajabilidad y consistencia en estado plástico, así como la durabilidad y resistencia del vii
concreto endurecido. La mayor parte de los factores que influyen en la bondad de las canteras de agregados se relacionan a la historia geológica de la región. Estos factores incluyen el tamaño, forma y ubicación de la cantera; tipos y condiciones de roca; granulometría, grado de redondez y uniformidad de las partículas de los agregados. Esta gran variabilidad en las características de componentes en los agregados pétreos de acuerdo a su ubicación, por lo que las propiedades del concreto están determinadas fundamentalmente por las características físicas y químicas de sus componentes, además de los cambios en la trabajabilidad, serán la base de esta investigación que pretende evaluar la influencia de los diferentes agregados en el Distrito de Puno en las características del concreto en estado fresco y en estado endurecido, siendo una guía para poder comprender el importante rol que los agregados desempeñan.
En la actualidad, para el momento de la elaboración de expedientes que contienen mezclas de concreto, el ingeniero civil se ve en la necesidad de recurrir a la utilización de agregados de diferentes proveniencia, pero al momento de ejecutar la obra existe diferentes problemas con relación a la extracción del agregado, generando cambios de la procedencia de los agregados sin realizar los ajustes correspondientes en los diseños de mezclas, los cuales nos van a alterar y por ende generar cambios en la trabajabilidad del concreto en estado fresco y en su resistencia final en estado endurecido.
viii
Esta investigación en particular se ve enfocado en el comportamiento mecánico del concreto elaborado con agregados de la cantera de Viluyo y Cantera de Carucaya, los agregados a utilizar en el caso de ambas cantera serán el hormigónque fueron evaluados según la Norma Técnica Peruana NTP, observando de esta manera los diferentes niveles de calidad para ambos casos.
Para cuantificar los efectos de la variación en los niveles de calidad de los agregados y su influencia en la resistencia final del concreto, se establece un plan de ensayos a realizar en el Laboratorio de Materiales donde se efectúan ensayos comparativos entre mezclas de concreto que poseen igual resistencia e igual relación agua-cemento, pero se varían las cantidades de agregados de acuerdo a su proveniencia, para lo cual se realizan 60 mezclas en total, evaluando resistencia baja (175 Kg/cm 2) y resistencia alta (210Kg/cm2) para ambas canteras en estudio.
ix
CAPITULO I 1. EL PROBLEMA. 1.1.
Planteamiento del Problema La calidad del concreto es referida, usual y principalmente, a su resistencia a la compresión, la misma que es indicada en las especificaciones técnicas y es un factor determinante en la seguridad de una estructura, pero esta no se obtiene únicamente con un correcto diseño de mezcla para una obra, un eficiente mezclado y colocación, porque aun cumpliendo con estos, los resultados de laboratorio muestran variaciones considerables en la resistencia de un concreto hecha bajo un mismo diseño. Las causas de las variaciones en la resistencia de un concreto son difíciles de descifrar, pero si se considera que los agregados constituyen el esqueleto del concreto, y son responsables de buena parte de las características del mismo pues son un elemento mayoritario, estando su porcentaje del 70% al 80% de la unidad cúbica del concreto , se puede concluir que las variaciones de calidad en el tiempo de estos afectan en gran medida las propiedades finales del concreto. Se puede mencionar, por ejemplo, que uno de los factores que afectan la resistencia mecánica del concreto y no encuentran
1
implícito en las formulas en que se basan los diseños de mezcla, es la cantidad de agregado fino que pasa la malla N° 200, además de éste, la presencia de materiales desmenuzables e impurezas como limos, arcillas, materias orgánicas y partículas livianas en los agregados afectan de igual modo la adherencia interna del concreto y por ende su resistencia final dado que estos agregados son de baja densidad por lo que son poco resistentes y porosos . Con base a lo expuesto, y considerando que la explotación de canteras de grava y bancos de arena en Puno y en nuestro país se lleva a cabo con un mínimo y a veces ningún control de calidad que aseguren que el material obtenido cumpla con los requisitos de las normas técnicas empleadas en nuestro medio, la presente investigación tiene como propósito estudiar los diferentes tipos de agregados disponibles en el mercado, elaborar mezclas de baja y alta resistencia con estos agregados y evaluar resultados con el fin optimizar las cantidades a incluir en el diseño de mezcla, de acuerdo a la proveniencia del mismo, contribuyendo así, con dar a conocer las bondades de las canteras de agregados disponibles en Puno. 1.2.
Objetivos de la Investigación. Objetivo General Evaluar la influencia de agregados de diferentes procedencias en el
2
Distrito de Puno en las propiedades mecánicas a la compresión del concreto.
Objetivos Específicos -
Realizar los ensayos de control de calidad de agregados de procedencia de la cantera Viluyo y la cantera Carucaya además de elaborar un análisis comparativo.
-
Diseñar y elaborar mezclas de concreto con diferentes resistencias, alta (210 Kg/cm2) y baja (175Kg/cm2), para ambas canteras.
-
Efectuar ensayos de laboratorio que permitan conocer las características del concreto en estado fresco (trabajabilidad y/o manejabilidad) y en estado endurecido (resistencia mecánica a la compresión).
1.3.
Justificación de la Investigación. La importancia de obtener concreto de resistencia estable obteniendo concretos de acuerdo al diseño propuesto, de durabilidad óptima, con las proporciones adecuadas dependiendo
3
de la proveniencia del agregado en el Distrito de Puno, es la razón principal del enfoque de este estudio, debido a que estos aspectos son los que idealmente deben cumplir los usuarios del concreto.
Obtener resultados estables en cuanto a resistencia en distintas fechas de producción en una obra, es realmente difícil, las variaciones que se presentan son comúnmente a causa de no optimizar los componentes del concreto.
Sabemos que la durabilidad del concreto está ligada a la durabilidad individual de sus componentes, y de estos, los agregados son los señalados como principales modificadores de ésta, ya que la producción de cemento esta normada y tecnificada en el país, no así, la producción y obtención de agregados pétreos, en esta investigación se evaluaran posibles factores que modifiquen las características del concreto como por ejemplo: una excesiva finura en la arena, la cual aumenta los requerimientos de agua y en consecuencia de cemento, además de excesos de absorción y material grueso presente en arenas que puedan disminuir la trabajabilidad, aumentando la necesidad de pasta.
En conclusión, este estudio permitirá predecir los efectos que sufre
4
el concreto con cada alteración de las características de los agregados al ser explotados en las canteras del Distrito de Puno, además se analizara la falta estricta de controles de calidad o estudios que verifiquen la variación de los agregados.
1.4.
Alcances de la Investigación. En el presente trabajo de investigación se alcanzará a evaluar la calidad de los agregados para concreto disponibles en el Distrito de Puno, estableciendo
así un análisis comparativo entre ellos,
determinando si estos se mantienen dentro de los límites aceptables determinados por la NTP (Norma Técnico Peruana), así como la influencia de las variaciones de estos índices de calidad y plantear a nivel de diagnóstico, las causas y los efectos que estos puedan generar en la resistencia del concreto, todo esto, a través de la experimentación y ensayos en el Laboratorio de Materiales. Esto permitirá esquematizar y analizar los resultados para nuevas investigaciones referidas al área en estudio. 1.5.
Limitaciones de la Investigación. Las limitaciones en esta investigación están determinadas por la falta de conocimiento de datos importantes acerca de las características químicas en los agregados, derivando que no se puedan conocer los efectos que estas características puedan
5
causar sobre el concreto, estos ensayos no es posible realizarlos por la insuficiencia de equipos de laboratorio y el alto costo que implica la elaboración de ensayos mineralógicos y petrográficos como:
presencia
de
cloruros
y
sulfatas,
además
de
la
disgregabilidad del agregado a los sulfatos, especificados en la norma NTP 334.094:2001.
1.6.
Delimitación Temporal y Espacial. 1.6.1. Temporal. El objeto de la investigación tomó como punto de partida el mes de Julio del dos mil trece a Noviembre del dos mil trece, dicho periodo permitió establecer los objetivos planteados.
1.6.2.
Espacial.
Esta investigación recopilará y analizará las canteras que suministran material pétreo (Agregado Grueso, fino y hormigón) al distrito de Puno, provincia de Puno y Departamento de Puno.
CAPITULO II 2. MARCO TEÓRICO.
6
2.1. 2..1.
Antecedentes de la Investigación. Antecedentes históricos. El concreto, en su concepto más general de masa constituida por materiales pétreos ligados con productos aglomerantes, fue utilizado por el hombre desde los albores de la civilización en la construcción de diversas obras, muchas de las cuales causan admiración, aún en nuestros días, por su magnitud, belleza, resistencia y extraordinaria durabilidad .
El
desarrollo
suficientemente
histórico
de
conocido,
su debido
tecnología a
que
no
es
aun
los
avances
tecnológicos logrados en las diversas épocas por las distintas civilizaciones se han perdido al desaparecer o decaer éstas.
Sin embargo, con los actuales antecedentes disponibles podemos distinguir tres etapas en el desarrollo tecnológico del hormigón:
Una
primera
etapa
abarca
principalmente
el
período
comprendido entre 7.000 años Antes de Cristo hasta las cercanías del siglo I A.C. y se caracteriza por la utilización de aglomerantes en la unión de bloques constituidos tanto por
7
materiales
naturales
(roca)
como
elaborados
(ladrillos
cerámicos). El primer aglomerante conocido fue aparentemente la arcilla, ligante utilizado especialmente en las construcciones babilónicas y asirías. Posteriormente, se utilizó también el yeso, principalmente en las construcciones egipcias. Finalmente, los griegos emplearon extensamente aglomerantes en base a cales grasas simples, material que aparentemente fue ya conocido por civilizaciones más antiguas.
La segunda etapa, más conocida actualmente, corresponde al importante desarrollo tecnológico logrado por los romanos desde el siglo I A.C., que les permitió obtener propiamente un hormigón semejante al que conocemos hoy, que, además de constituir un producto que ligaba bloques, podía utilizarse, mezclando puzolana con cal, materiales pétreos y cascotes de ladrillo, para moldear en sitio partes de estructuras y estructuras completas. Con este producto se generó una revolución tecnológica en la construcción, que permitió mejorar la calidad de las fundaciones, simplificar los procedimientos constructivos y construir elementos de grandes dimensiones y de gran belleza, resistencia y durabilidad. Un ejemplo de obra de hormigón moldeado en sitio lo constituye el domo del Panteón
8
romano, construido en el siglo I D.C., de 43.4 metros de diámetro (levemente superior al de la Basílica de San Pedro), que se mantiene en excelente estado de conservación después de casi veinte siglos de existencia.
Algunos aspectos de este importante desarrollo del concreto ha llegado a nuestros días, entre otros antecedentes, por el libro “DeArchitectura”, escrito por el ingeniero y arquitecto romano Vitruvio en el siglo I A.C., en el cual describió la tecnología utilizada en esa época. Las actuales denominaciones “cemento” y “puzolana” derivan del término “opus coementitium” con que los romanos designaban al concreto, y del nombre de un puerto cercano a Roma, Puzzuoli, en cuya vecindad se extraía el mencionado material volcánico, que mezclado con cal constituía un cemento natural. Es significativo lo que decía Vitruvio en relación con la puzolana: “También hay una clase de polvo que, por causas naturales, produce resultados asombrosos, se encuentra en la vecindad de Bata y Putuoli (Puzzuoli) y en los pueblos alrededor del Monte Vesubio. Esta sustancia, cuando es mezclada con cal y cascotes o piedras, no solamente provee resistencia a construcciones de todo tipo, sino que cuando se construyen pilares en el mar, endurece bajo el agua, de tal
9
manera que ni las olas ni la fuerza del agua pueden disolver.” Esos pilares, aún existentes, tienen más de 2.000 años de antigüedad. La tecnología lograda por los romanos se perdió al decaer la vitalidad del Imperio y ser invadido por otros pueblos.
Fue sólo en el siglo XIX cuando se inicia la tercera y actual etapa, con el redescubrimiento del concreto a través de la obtención, en Francia e Inglaterra, del cemento como ligante hidráulico, complementado a comienzos del presente siglo con la utilización, en Italia, de los cementos puzolánicos. La tecnología del hormigón en esta etapa adquirió de inmediato un extraordinario ritmo de perfeccionamiento debido al esfuerzo sistemático de investigación aplicada desde el siglo pasado. Posteriormente al descubrimiento de Smeaton, en 1756, sobre el uso de buenos morteros para reconstruir el faro de Eddyston, el cemento fue desarrollado a partir de las investigaciones del francés Vicat en 1818 y del escocés Aspdin, quien lo patentó en 1824 con el nombre de cemento Portland, por la denominación romana del hormigón y por la similitud del producto obtenido con las rocas de la isla de ese nombre.
Entre las investigaciones posteriores de mayor importancia
10
pueden citarse, entre otras, las desarrolladas por:
-
Johnson, en 1884, en relación con el proceso de clinquerización, que permitió la producción industrial del
-
cemento. De Preaudeau, en relación con la determinación de la
-
compacidad de las arenas. Alexandre, sobre los
procedimientos
para
la
determinación del agua de mojado de las arenas y la influencia de la temperatura sobre el fraguado de la pasta -
de cemento. Férét, también sobre la determinación de la compacidad y el agua de mojado de las arenas y una de las propiedades básicas del hormigón, la influencia de la
-
razón agua/cemento sobre la resistencia de los morteros. Abrams, quien investigó sobre la medición de la trabajabilidad de los hormigones, desarrollando el cono que lleva su nombre para este objeto, ideó la noción de módulo de finura de los áridos, destinado a sintetizar su granulometría en una sola cifra, y que también llegó, paralelamente con Férét, a la relación entre resistencia y razón agua/cemento.
Diversos investigadores italianos, en relación con la influencia de la puzolana en las características del cemento.
11
Ellas
han
sido
enriquecidas
por
un
sinnúmero
de
investigaciones, entre las que es importante destacar las relacionadas con el uso de otros materiales (fierros, fibras, etc.), y con diversos aditivos que han permitido adaptar sus características a las necesidades de los distintos tipos de obras.
Actualmente se profundizan los estudios relativos a la fisuración y rotura del hormigón, los que permiten precisar el diseño de los elementos de concreto armado.
En la actualidad se han refinado en gran forma los sistemas de análisis, mediante la utilización en computador del método de elementos finitos. Concretos pre y post-tensados. Su empleo fue impulsado principalmente para la construcción de puentes de grandes luces.
En los últimos años es difícil seguir la historia de la evolución del proceso de mezclas. Muchos son los protagonistas y países implicados. Donde hay algo en común: Obtener un concreto que cumpla con todos los requisitos establecidos por el ingeniero proyectista, que ofrezca al usuario el máximo de seguridad, y
12
que tenga el menor consto compatible con las exigencias a sus propiedades en un gran porcentaje .
2..2.
Investigaciones Previas. Aleajos
y
Fernández,
investigación
(2006)
denominada
desarrollaron
“Influencia
de
una los
agregados pétreos en las propiedades del concreto fresco” Dicha investigación consistió en la realización de ensayos con el fin de determinar como la absorción es quizás la propiedad del agregado que más influye en la consistencia del concreto, puesto que las partículas
absorben
agua
directamente
en
la
mezcladora, disminuyendo la manejabilidad de la mezcla. Si dos tipos de agregados tienen absorción similar,
otros
factores
secundarios
serán
de
importancia en la consistencia de la mezcla, tales como forma, tamaño y graduación; ya que mientras mayor superficie de agregado sea necesario cubrir con pasta, se tendrá menos fluidez. Una buena consistencia y manejabilidad de la mezcla se obtiene con la combinación de índices bajos de absorción y un coeficiente bueno de forma, en donde las partículas
13
son aproximadamente redondas.
El presente estudio es un aporte importante para el desarrollo
de
la
investigación,
por
cuanto
los
resultados de la misma referidos a la absorción permiten tener un patrón de comparación a la hora de analizar los resultados obtenidos en el presente estudio.
Por otro lado Kosmatka y Panarese (2003), dieron a conocer que la granulometría y el tamaño máximo del agregado para las gravas afectan las porciones relativas de los agregados, así como los requisitos de agua y cemento, la trabajabilidad la economía y durabilidad del concreto. Cuando los agregados son muy gruesos, pueden producir mezclas rígidas; mientras que los agregados que no poseen una gran deficiencia o exceso de algún tamaño y tienen una curva granulométrica suave, producirán resultados más satisfactorios en las propiedades del concreto fresco.
14
Es necesario indicar que , hacen presente que las principales variables que influyen en el acabado definitivo
del
concreto
son:
el
diseño
y
las
características de la mezcla empleada y las técnicas de
compactación
del
concreto,
así
como
la
improvisación causada por la falta de planeación lleva a
la
selección
de
procedimientos
constructivos
inadecuados.
2.2.
Bases Teóricas.
2.2.1. Estudios Geológicos de las Canteras a Investigar. 2.2.1.1.
Generalidades. El presente estudio de Geología corresponde a la elaboración de estudio definitivo de comparación de agregados en cantera de Viluyo y Carucaya, Distrito de Pichacani, Provincia de Puno y Departamento de Puno.
15
2.2.1.2.
Ubicación y accesibilidad del área de estudio. El área en estudio se encuentra ubicada en: Región
: Puno
Departamento : Puno Provincia
: Puno
Distrito
: Pichacani
Lugar
: C.P. Viluyo. y C.P. Carucaya
Para llegar a la zona de Proyecto se toma de las siguientes rutas como son: Cuadro 01:Vías de acceso de las canteras. VIAS DE ACESOS DIST. (Km)
TIEM. (Min)
TIPO DE VÍA
Puno – Km. 27+000
27
40
Asfaltada
Km. 27+000 – Puente Carrozable Viluyo
5
15
Trocha
TRAMO
VÍA PRINCIPAL Puno – Moquegua A caserío Viluyo
Fuente: Elaboración propia Con coordenadas UTM y altitudes que presenta así: Cuadro 02: Coordenadas de Ubicación del Proyecto. CUADRO DE UBICACIÓN DEL PROYECTO DETALLE
COORDENADAS UTM
VERTICES Vértice A
393800 E
8222600 N
Vértice B
394800 E
8222600 N
Vértice C
394800 E
8221900 N
Vértice D
393800 E
8221900 N
ALTITUD PROMEDIO
3,950
DATUM
WGS 84/UTM Zona 19 H.S.
16
Fuente: Elaboración propia
2.2.1.3.
Clima. Las canteras en estudio corresponde a la región denominado
Altiplano,
presenta
temperaturas
muy
inestables siendo la máxima de 8° C a 12° C y las variaciones estacionales no exceden de 5° C es decir es casi uniforme durante el año existiendo mínimas temperaturas en la temporada de otoño e invierno llegando por debajo de 0° a -5°C. Observándose dos estaciones bien definidas como son:
Época de lluvias. Caracterizada por una precipitación pluvial abundante, que se produce entre los meses de Diciembre a Marzo (del orden de los 670 mm. de promedio anual).
Época de heladas y sequias. Se caracteriza por una escasa precipitación pluvial, comprendiendo los meses de Abril a Noviembre. En los meses de Mayo, Agosto y Octubre
se
presentan
esporádicas
granizadas
y
nevadas.
17
La vegetación en esta región, debido al clima imperante es escaso y está compuesta de gramíneas como ichu o paja brava y otros forrajes que sirven de alimento a la ganadería
compuesta
predominantemente
por
auquénidos, vacunos nativos y ovinos. 2.2.1.4.
Objetivos del estudio geológico. El objetivo del estudio definitivo es determinar las características geológicas de los terrenos y canteras para relleno, afirmado, concreto hidráulico, roca y finalmente se verifico y se determinó la calidad del agua que incluye estas.
2.2.1.5.
Método de trabajo. El presente estudio geológico, la metodología definida comprende básicamente una investigación de campo a lo largo de la zona en estudio, mediante muestreos y mapeos con la toma de muestras.
2.2.1.6.
Recopilación de datos. En esta etapa se efectuó lo siguiente: Recopilación bibliográfica, selección y evaluación
18
de la información general desde el punto de vista geológico. Análisis y evaluación de la documentación referente al proyecto. Obtención de información geológica, cartográfica y topográfica existente.
2.2.1.7.
Trabajo de campo. Se hizo el mapeo geológico, exploración y localización de canteras con un reconocimiento del afloramiento de suelo para relleno, afirmado, roca, agregado y agua, que pudieran ser explotadas para los diferentes usos del proyecto.
2.2.1.8.
Trabajos gabinete. Con los datos obtenidos en campo, se han realizado la interpretación
de
la
geología
de
la
zona
del
emplazamiento de las infraestructuras que contendrá el proyecto en estudio, información con la que se ha confeccionado los mapas geológicos y geomorfológicos, también se efectuó diseño de canteras para concreto hidráulico.
19
2.2.2. Geomorfología. 2.2.2.1.
Geomorfología de la zona de proyecto. La zona de estudio se halla ubicado dentro de la unidad geomorfológica
regional
conocida
como
Cordillera
Occidental y Altiplano o Meseta del Collao, el cual se caracteriza por presentar una topografía Montañosa, ondulada, plana y además está conformada por una cadena de montañas conformada por rocas volcánicas, volcano
clásticas
y
sedimentarias
cubiertas
por
depósitos cuaternarios como son: aluviales, fluviales, coluviales, fluvioglaciares y residuales.
2.2.2.2.
Unidades geomorfológicas locales. En la zona de estudio, durante los trabajos de campo se ha podido identificar tres sistemas (Antrópico, Fluvial, y Volcánico - Montañoso), los mismos que contienen 7 unidades geomorfológicas, las que se presentan en el cuadro siguiente:
20
FOTO 01: VISTA DE LA GEOMORFOLOGIA LOCAL
Cuadro 03: Unidades Geomorfológicas UNIDADES GEOMORFOLOGICAS SISTEMAS UNIDADES ANTRÓPICO Vías y accesos Lecho Fluvial FLUVIAL Terrazas Aluviales Bofedales Laderas Altas VOLCÁNICO Laderas Bajas -MONTAÑOSO Pie de Monte
2.2.2.2.1. Sistema antrópico. Está
constituido
por
las
construcciones
y/o
modificaciones efectuadas en la superficie tales como:
Vías de acceso local.
Viviendas comunales.
2.2.2.2.2. Sistema fluvial. Este sistema contiene unidades que tienen relación directa con el escurrimiento superficial de las
21
aguas, dichas unidades son: Lecho fluvial. El efluente principal del área donde se emplaza el proyecto es el Rio Viluyo, las cuales discurren en direcciones de SE-NW, siendo
de
gran
biodiversidad
de
importancia la
zona,
para este
la Río
desemboca en rio Ilave y luego en el Lago Titicaca,
llevando
consigo
materiales
cuaternarios sueltos como son las gravas, arenas y limos.
FOTO 02: RIO VILUYO
Terrazas aluviales.
22
Las terrazas se hallan ubicadas en los márgenes izquierdo y derecho del rio Viluyo, y estos fueron formadas al ir desgastando las paredes del lecho fluvial, la terrazas están formadas por materiales granulares y finos
superpuestas
tales
como
gravas,
arenas y suelos finos. Dentro de esta unidad, se desarrolla la producción agrícola, aprovechando su relieve y las propiedades físicas de los suelos, en nuestro tramo en estudio se observa a lo largo del rio Viluyo.
Bofedales. En toda el área de estudio se pudo divisar varias zonas de áreas hidromorficas, que se mantienen como tal incluso en épocas de estiaje, se forman debido a una capa impermeabilizante que impide la infiltración del agua. Estos bofedales son de gran importancia para mantener la Biodiversidad tanto animal como vegetal en la zona y se identificaron en el eje de la carretera al
23
caserío Viluyo. 2.2.2.2.3. Sistema volcánico– montañoso. Está constituido por geo formas originadas por edificación tectónica, volcánica y sedimentaria; así como, originadas por denudación muy relacionada con la composición litológica en la zona de proyecto este sistema se encuentra en el margen izquierdo y derecho del rio Viluyo a unos 2 Kms. Laderas y taludes. Podemos
distinguir
dos
clasificaciones
dentro de esta unidad como son las laderas Altas, que contempla esencialmente las áreas elevadas que poseen una pendiente mayor a 35º 45° que lo constituyen en ambos lados del rio Viluyo. Pie de monte. Son
las
acumulaciones
de
materiales
inconsolidados que se encuentra en las zonas de unión entre las montañas y planicies,
este
depositario
se
produce
24
cuando estas partículas sueltas pierden su energía potencial debido a la disminución del ángulo de la pendiente, este se presenta con claridad en los cerros que lo rodea el proyecto.
2.2.2.3.
Geología local.
2.2.2.3.1. Cenozoica (neogeno). Grupo tacaza (TTA). Este grupo se presenta en los alrededores del proyecto a una distancia de Km. 2.00, su edad esta entre los sistemas Neógeno en las serie Mioceno – Oligoceno correspondientemente, está compuesto por basaltos y arcosas rojas abajo y aglomerados de andesita con tufos de dacita arriba afloran en los cerros aledaños del proyecto, no afectan a nuestro área de estudio.
Grupo barroso (NQ-BA) Este grupo se presenta en las inmediaciones del proyecto su edad esta entre los Sistemas Neógeno –
Cuaternario
en
las
series
Pliocenicas
–
25
holocenicas respectivamente, están compuestos por una variedad de rocas de origen volcánico. Este
grupo
Casamiento
y
contempla
a
Umayo
con
las sus
formaciones respectivos
miembros litológicos. Estas se pueden divisar a grandes extensiones ya que poseen un Angulo de buzamiento mayor a los 45º y presentan un relieve empinado debido a sus componentes líticos como son. Las lavas andesiticas y daciticas, tobas biotiticas, brechas de flujo y aglomerados en una matriz areno tobacea, no afectan al proyecto.
Formación maure (Nm-ma) Esta unidad se encuentra a los alrededores del proyecto su edad está desde el Neógeno – Miocena, está constituido por areniscas tobaceas, limolitas, arcillitas y conglomerados presenta una coloración de tonos rojizos a gris verdosos. En un ámbito
regional,
presentar
una
estos
se
caracterizan
interestratificación
por
(ignimbritas,
tobas, andesitas basalticas) conjuntamente con sedimentos lacustres que se extienden en el
26
cuadrángulo de la hoja 34-Y, no influye en el proyecto.
2.2.2.3.2. Cenozoica (cuaternario) Formación Azangaro (TQ-az) Serie
sedimentario
de
edad
plio-pleistoceno
compuesta de arcillas lacustrino, bien laminados casi horizontales, se observa con claridad ríos abajo del proyecto a unos 600 m. tal como se observa en el plano geológico.
Depósitos fluviales (Q-al) Dentro de este depósito se ubica nuestro proyecto y también se encuentra a lo largo del lecho del rio Viluyo, están compuestos predominantemente por gravas
en
redondeadas
un a
matriz
arenoso,
sub-redondeadas,
de
formas son
de
composición heterogenea. Estos depósitos son adecuados como canteras (agregado para concreto hidráulico y relleno como mezcla de relleno y afirmado).
27
28
MAPA N° 01: Ubicación Regional Geopolítica, Mineral - Región Puno, Fuente MTC.
2.2.3. El Concreto. Define al Concreto como un producto artificial compuesto, que consiste de un medio ligante denominado pasta, dentro del cual se encuentran embebidas partículas de un medio ligado denominado agregado.
La pasta es el resultado de la combinación química del material cementante con el agua. Es la fase continua del concreto dado que siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto de éste.
El agregado es la fase discontinua del concreto dado que sus diversas partículas no se encuentran unidas o en contacto unas con otras, sino que se encuentran separadas por espesores diferentes de pasta endurecida.
Las
propiedades
del
concreto
están
determinadas
fundamentalmente por las características físicas y químicas de sus materiales componentes, pudiendo ser mejor comprendidas si se
29
analiza la naturaleza del concreto.
El concreto el cual es de mucho uso en la construcción de obras civiles cuyos componentes básicos son cemento y agua (pasta), arena y grava (agregado), ofrece una resistencia que depende en gran medida de la calidad y proporción de los componentes de las mezclas y de las condiciones de humedad y temperatura durante los procesos de fabricación, compactación y de fraguado. A los efectos se requiere conocer:
-
Procedencia de los agregados grueso y fino. Origen y tipo de cemento. Procedencia y calidad del agua mezclado. Diseño de mezcla, indicando el asentamiento. Dosificación en peso y volumen de los materiales a mezclar, asegurar una resistencia promedio a la compresión.
La dosificación de los ingredientes del concreto se determina a fin de lograr: La trabajabilidad y consistencia adecuadas para que el concreto sea vaciado dentro del encofrado y alrededor del refuerzo, sin segregación ni exudación excesivas; bajo las condiciones de colación en obra y requisitos del ensayo de resistencia indicados en la norma.
30
2.2.4. Características del concreto. El Concreto es un material constituido principalmente por áridos y pasta de cemento. Eventualmente contiene también una pequeña proporción de aire y aditivos utilizados para modificar algunas de sus propiedades . El agregado utilizado es un material granular compuesto de partículas de origen pétreo de diferente tamaño, de contextura dura y material estables, cuyo objeto básico es constituir un esqueleto inerte para el hormigón. Generalmente se integra mediante dos o más fracciones, cada una de las cuales contiene una gama diferente de tamaños de partículas. La pasta de cemento está formada por la mezcla de cemento y agua el cual constituye el aglomerante activo del Concreto. Todos
estos
materiales
se
mezclan
homogéneamente
en
cantidades adecuadas para constituir una masa plástica y trabajable, a la cual se le pueden conferir propiedades apropiadas para ser moldeada en la forma que se desee. En esta etapa el concreto puede ser fácilmente transportado y depositado en el elemento del cual pasará a formar parte constituyente, recibiendo a continuación un tratamiento adecuado de consolidación o compactación, que le confiere su máxima densidad.
31
En el intertanto, el cemento y el agua se han combinado, generando un proceso físico-químico en cuya etapa inicial se produce la hidratación de los componentes del cemento, del cual resulta primero su fraguado y posteriormente su endurecimiento gradual,
que,
en
condiciones
adecuadas
de
humedad
y
temperatura, prosigue indefinidamente en el tiempo, con un incremento creciente de la capacidad resistente del concreto. Esta capacidad resistente es una propiedad importante para el diseño y la construcción de obras de ingeniería y puede ser aproximadamente prevista en función de las características y proporciones de los materiales constituyentes. Las condiciones reseñadas permiten establecer las razones del uso tan difundido que el concreto a alcanzado como material de construcción y que pueden resumirse en las siguientes:
Posibilidad de producción utilizando materiales de amplía
difusión en cualquier país del mundo. Facilidad para conferirle cualquier forma debido a su
plasticidad. Posibilidad de prever y adaptar sus características a
cualquier tipo de obra. Posibilidad de construcción utilizando recursos simples o
complejos según la naturaleza de la obra. Buena durabilidad y resistencia a la corrosión, a condiciones
32
ambientales desfavorables y al fuego. Estas características han hecho del concreto un material de construcción ampliamente utilizado en la construcción de obras de ingeniería de muy diversa naturaleza, pudiendo señalarse que actualmente el consumo mundial de cemento supera los 1.100 millones de toneladas. Sin embargo, su empleo requiere de un profundo conocimiento de las propiedades del Concreto, lo cual constituye el objetivo básico de la presente investigación.
2.2.5. Componentes del Concreto 2.2.6.1.
Los Agregados. Define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas,
de origen natural o artificial. Los agregados en la fase discontinua del concreto. Ellos son materiales que están embebidos en la pasta y ocupa entre el 62% y 78% de la unidad cubil del concreto.
La estructura interna del concreto es la que establece su comportamiento resistente, debido en gran parte a la capacidad de la pasta para adherirse a los agregados, y
33
soporte mecánico propiciado por el acomodo de las partículas inertes y sus características propias; es decir, que el resultado del comportamiento se debe a la conjunción de ambos.
La estructura del concreto no es homogénea, y en consecuencia no es isotrópica, es decir no mantiene las mismas propiedades en diferentes direcciones. Esto se debe principalmente a los diferentes materiales que intervienen, su variabilidad individual, así como al proceso de elaboración, en que durante la etapa en que la pasta es plática, se posibilita
el
acomodo
aleatorio
de
los
diferentes
componentes hasta su ubicación definitiva al endurecer.
Los agregados son usados en la elaboración de concreto, morteros
y
diferentes
componentes
constructivos,
específicamente en mezclas de concreto ocupan, por lo menos, tres cuartas partes del volumen, por lo que su elección y control deben ser cuidadosos por ser factor decisivo en su calidad.
Los agregados en las mezclas de concreto crean un esqueleto rígido y estable, lo que se logra uniéndolos con cemento y
34
agua (pasta). Entre las funciones principales de los agregados se tienen:
Proporcionar relleno relativamente económico para el
material cementante. Proveer una masa de partículas aptas para resistir la acción
de
cargas aplicadas,
abrasión,
paso
de
humedad, y la acción climática. Reducir los cambios de volumen resultante de los procesos de fraguado y endurecimiento y de los cambios de humedad de la pasta de cemento.
Los agregados pueden ser utilizados en su estado natural o pueden provenir de un proceso de trituración. El agregado grueso triturado presenta mejores características de adherencia que el agregado natural, por lo que sus concretos pueden alcanzar mayor resistencia. Los agregados deben estar libres de partículas orgánicas, sales, limos y arcillas que puedan afectar las reacciones químicas de fraguado o produzcan porosidades indeseables. Dependiendo del tipo de concreto que se desee fabricar, se pueden emplear agregados ligeros, agregados normales o agregados pesados. Así como también se pueden utilizar agregados artificiales.
35
El progresivo agotamiento de las fuentes de obtención de las arenas, o las restricciones ambientalistas para su explotación, tienden a generar escasez del material, por lo cual se ha empezado a obtener arena a partir de la trituración de rocas, usualmente las mismas de las que se obtiene el agregado grueso, aunque sus características no sean idénticas a la de la arena natural.
Por lo que se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas, de origen natural o artificial, cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados en la Norma NTP 400.011.
Un adecuado conocimiento de la naturaleza física y química del concreto,
así
como
del
comportamiento
de
éste,
implica
necesariamente el de los materiales que conforman la corteza terrestre, estudiados a la luz de la geología y, específicamente, de la petrología.
El agregado empleado en la preparación del concreto se clasifica en agregado fino, agregado grueso y hormigón, conocido este último como agregado integral. Se define como agregado fino a aquel, proveniente de la desintegración natural o artificial de las rocas, que pasa el Tamiz de
36
3/8" y queda retenido en el tamiz N° 200. El más usual de los agregados finos es la arena, definida como el producto resultante de la desintegración natural de las rocas. Se define como agregado grueso a aquel que queda retenido en el Tamiz N° 4 y es proveniente de la desintegración natural o artificial de las rocas. El agregado grueso suele clasificarse en grava y piedra triturada o chancada, La grava es el agregado grueso proveniente de la disgregación y abrasión natural de materiales pétreos. Se encuentra generalmente en canteras y lechos de ríos depositado en forma natural. La piedra chancada, o piedra triturada, es el agregado grueso obtenido por trituración artificial de rocas y gravas. Se define como hormigón, o agregado integral, al material conformado por una mezcla de arena y grava. Este material, mezclado en proporciones arbitrarias se da en forma natural en la corteza terrestre y se le emplea tal como se le extrae de la cantera. Cuadro 04:Límites de sustancias Dañinas.
37
2.2.6.2.
FUNCIONES DEL AGREGADO Las tres principales funciones del agregado en el concreto son. a. Proporcionar un relleno adecuado a la pasta, reduciendo el contenido de ésta por unidad de volumen y, por lo tanto, reduciendo el costo de la b.
unidad cúbica de concreto, Proporcionar una masa de partículas capaz de resistir las acciones mecánicas, de desgaste, o del
c.
intemperie, que puedan actuar sobre el concreto Reducir los cambios de volumen resultantes de los procesos de fraguado y endurecimiento, de humedecimiento y secado; o de calentamiento de la pasta
2.2.6.3.
INTERRELACION AGREGADO-CONCRETO Las propiedades del concreto resultantes del empleo
38
de un agregado determinado dependen de: a. La composición mineral de las partículas de agregado, la cual influye fundamentalmente sobre la
resistencia,
durabilidad
y
elasticidad
del
concreto. b. Las características superficiales de las partículas, las
cuales
influyen
especialmente
sobre
la
trabajabilidad, fluidez y consistencia del concreto; así como sobre la adherencia entre fa pasta y el agregado. c. La granulometría de los agregados fino y grueso, definida por sí misma, así como por la superficie específica, módulo de fineza, y tamaño máximo del agregado grueso. Estas propiedades influyen fundamentalmente sobre las propiedades del concreto al estado no endurecido, sobre su densidad y sobre la economía de la mezcla. d. El volumen de agregado por unidad de volumen del concreto, el cual influye especialmente en los cambios de volumen debidos a los procesos de humedecimiento y secado; a los procesos de calentamiento y enfriamiento; así como en el costo de la unidad cúbica de concreto. e. La porosidad y absorción del agregado, las cuales influyen sobre la relación agua-cemento efectiva,
39
así como sobre las propiedades del concreto al estado no endurecido. 2.2.6.4. El Cemento El cemento es el componente más activo del concreto y, generalmente, tiene el mayor costo unitario Por ello, y considerando que las propiedades del concreto dependen tanto de la cantidad como de la calidad de sus componentes, la selección y uso adecuado del cemento son fundamentales para obtener en forma económica las propiedades deseadas para una mezcla dada . En el mercado peruano existe variedad de cementos para ser empleados por el usuario y la mayoría de ellos proporcionan adecuados niveles de resistencia y durabilidad en las obras usuales. Se distinguen varios tipos, en función de sus propiedades y características. La importancia de elaborar especificaciones adecuadas es obvia, ya que ellas deben garantizar que sólo se ha de emplear la cantidad y tipo de cemento adecuados para alcanzar los requisitos que se desea obtener en el concreto. La totalidad de los cementos empleados en el Perú son cementos portland que cumplen con los requisitos que especifica la Norma ASTM C 150; o cementos combinados, que cumplen con lo indicado en la Norma ASTM C 595 y la
40
NTP 334.050:2004. Además su calidad depende del tipo y modo de almacenamiento. 2.2.6.5. El Agua
El agua presente en la mezcla de concreto reacciona químicamente con el material cementante para lograr:
a.
La formación de la pasta.
b.
Permitir que el conjunto de la masa adquiera las propiedades que:
En estado no endurecido faciliten una adecuada
manipulación y colocación de la misma; y En estado endurecido la conviertan en un producto de las propiedades y características deseadas.
Como requisito de carácter general y sin que ello implique la realización de ensayos que permitan verificar su calidad. Se podrá emplear como aguas de mezclado aquellas que se consideren potables, o las que por experiencia se conozca que pueden ser utilizadas en la preparación del concreto .
Adicionalmente, el agua empleada no deberá contener sustancias que puedan producir efectos desfavorables sobre
41
el fraguado, la resistencia o durabilidad, apariencia del concreto, o sobre los elementos metálicos embebidos en éste.
Previamente a su empleo, será necesario investigar y asegurarse que la fuente de provisión no está sometida a influencias
que
puedan
modificar
su
composición
y
características con respecto a las conocidas que permitieron su empleo con resultados satisfactorios.
El agua que a ser empleada en la preparación del concreto deberá cumplir con los requisitos de la Norma NTP 339.088 y ser, de preferencia, potable.
No existen criterios uniformes en cuanto a los límites permisible para las sales y sustancias presentes en el agua que va a emplearse . El agua empleada en la preparación y curado del concreto deberá ser, de preferencia potable. El Agua debe estar dentro de los límites siguientes:
El contenido máximo de materia orgánica, expresada
en oxígeno consumido, será de 3ppm El contenido de residuo sólido no será mayor de 5000 ppm.
42
El pH estará comprendido entre 5,5 y 8. El contenido de sulfatos, expresado en ion SO4 será
menor de 600 ppm El contenido de cloruros, expresado en ion C1, será
menor de 1000 ppm El contenido de Carbonatos y Bicarbonatos alcalinos
(alcalinidad total) será mayor de 1000 ppm. REQUISITOS DE DURABILIDAD Límites permisibles para el Agua de mezcla y de curado según la NTP 339.088 El PH del agua debe estar en promedio en 7 (estado neutro), cuando el PH<6 (agua ácida) daña severamente al concreto (especialmente al acero) de preferencia debe emplearse agua potable.
Se utilizará aguas no potables sólo si:
a. Están limpias y libres de cantidades perjudiciales de aceites, ácidos, álcalis, sales, materia orgánica u otras sustancias que puedan ser dañinas al concreto, acero de refuerzo o elementos embebidos. b. La selección de las proporciones de la mezcla de concreto se basa en ensayos en los que se ha utilizado agua de la fuente elegida. c. Los cubos de prueba de mortero preparados con agua no potable y ensayados de acuerdo a la Norma ASTM
43
C 109, tiene a los 7 y 28 días resistencias en compresión no menores del 90% de las muestras similares preparadas con agua potable.
2.2.6. Resistencia del Concreto La resistencia es una de las propiedades más importantes del concreto, principalmente cuando se le utiliza con fines estructurales (Compresión, Tracción y flexión (usada en pavimentos)) .
El Concreto, en su calidad de constituyente de un elemento estructural, queda sometido a las tensiones derivadas de las solicitaciones que actúan sobre éste. Si sobrepasan su capacidad resistente se producirán fracturas, primero de origen local y posteriormente generalizadas, que podrán afectar la seguridad de la estructura.
2.2.7.1.
Resistencia a la Compresión.
La característica más resaltante del concreto es su alta capacidad de resistencia a la compresión, siendo también el factor que se emplea frecuentemente para definir su calidad, la cual puede determinarse mediante el ensayo de laboratorio establecido en la norma ASTM C39 “Pruebas de
44
resistencia a la compresión de cilindros de concreto moldeado” y ASTM C31 “Práctica Normalizada para la preparación y curado en obra de las probetas para ensayo del hormigón”, provocando la falla de un cilindro Standard de 30 cm. de alto por 15 cm de diámetro, luego de permanecer sumergido en agua durante 28 días, y posteriormente ser sometido a fuerzas de compresión axial en una maquina universal.
El valor de la resistencia obtenido en el ensayo no es absoluto, puesto que depende de las condiciones en que ha sido realizado. Entre las condiciones en que se realiza el ensayo,
las
de
mayor
influencia
son
analizadas
a
continuación:
Forma y dimensiones de la probeta: Las probetas empleadas normalmente para determinar la resistencia a la compresión son de forma cúbica o cilíndrica. De las primeras, se emplean de preferencia las de 15 y 20 cm de arista, y para las segundas las de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. Condiciones de ejecución del ensayo: o Velocidad de aplicación de la carga de ensayo. o Estado de las superficies de aplicación de la carga.
45
o Centrado de la carga de ensayo. Características del hormigón: o Tipo de cemento. o Relación agua / cemento. o Edad del hormigón. Condiciones ambientales: o Temperatura. o Humedad. 2.2.7.2.
Diagrama Esfuerzo vs. Deformación.
La realización del ensayo de compresión axial, permite la cuantificación de los resultados y la realización de diagramas esfuerzos vs. Deformación para varios tipos de concretos, encontrándose que para los de alta resistencia el diagrama alcanza un pico (máximo valor de esfuerzo) relativamente agudo para un valor de deformación de 0.002 mm/mm, mientras que para los concretos de baja resistencia, el diagrama es más llano para el mismo valor de elongación; presentándose en ambos casos un valor máximo de deformación de 0.004 mm/mm con el concreto ya figurado y para valores de esfuerzos bastante menores.
2.2.7.3.
Módulo de elasticidad
El módulo de elasticidad, definido por la ecuación E = esfuerzo /deformación es una medida de la rigidez, o sea la resistencia del hormigón a la deformación.
46
El hormigón no es un material verdaderamente elástico, pero el hormigón que ha endurecido por completo y se ha cargado en forma moderada tiene una curva de esfuerzo de compresióndeformación que, en esencia, es una recta dentro del rango de los esfuerzos usuales de trabajo.
El módulo de elasticidad del hormigón estructural normalmente varía entre:
Y se suele asumir como:
Cuando se dibujan las curvas Esfuerzo – Deformación (ε-σ) de las muestras cilíndricas de hormigón, sometidas a compresión bajo el estándar ASMT, se obtienen diferentes tipos de gráficos que dependen fundamentalmente de la resistencia a la rotura del material tal como se muestra en la siguiente figura:
47
Los hormigones de menor resistencia suelen mostrar una mayor capacidad de deformación que los hormigones más resistentes.
Todos
los
hormigones
presentan
un
primer
rango
de
comportamiento relativamente lineal (similar a una línea recta en la curva esfuerzo - deformación) y elástico (en la descarga recupera la geometría previa a la carga), ante la presencia incremental de solicitaciones
de
compresión,
cuando
las
cargas
son
comparativamente bajas (menores al 70% de la carga de rotura), y un segundo rango de comportamiento no lineal e inelástico (con
48
una geometría curva en la curva esfuerzo - deformación) cuando las cargas son altas.
La pendiente de la curva en el rango de comportamiento lineal recibe la denominación de Módulo de Elasticidad del material o Módulo de Young que se simboliza “Ec”.
49
El módulo de Elasticidad puede calcularse mediante la siguiente expresión.
El módulo de Elasticidad es diferente para distintas resistencias a la compresión de los hormigones, e incrementa en valor cuando la resistencia del concreto es mayor. El ACI (American Concrete Institute)
propone
la
siguiente
expresión,
obtenida
experimentalmente, como forma aproximada de calcular el módulo de elasticidad del hormigón, en función a la resistencia a la compresión del mismo.
Donde: Ec : Módulo de elasticidad del hormigón medido en Kg/cm 2. f¨c : Resistencia a la compresión del hormigón en Kg/cm 2.
50
La expresión previa es adecuada para hormigones con agregados de peso normal y resistencias normales y medias. A continuación se presenta una tabla que relaciona la resistencia de hormigones utilizados con más frecuencia con su módulo de elasticidad. Cuadro 05:Resistencia de Hormigones y Ec
El Módulo de Elasticidad es un aspecto importante a considerar en este material, depende de la resistencia del mismo, por lo que los concretos de alta resistencia poseen Módulos de Elasticidad mayores que aquellos concretos de baja resistencia. Con respecto al tema Febres (2006) expresa que:
Una vez alcanzado el esfuerzo máximo, que se obtiene para deformaciones unitarias alrededor de 0.002 cuando no hay confinamiento, los concretos de alta resistencia se deterioran más rápidamente que los de baja resistencia, lo cual hace a los de baja
51
resistencia más aptos para las zonas altamente sísmicas o aquellas situaciones donde se puedan alcanzar grandes esfuerzos en forma repetida, (p.7).
El efecto del confinamiento del concreto aumenta la capacidad de deformación a la cual se alcanza el esfuerzo máximo, pero este efecto es común en todos los concretos y no importando su resistencia, siempre los concretos de menor resistencia se degradan más suavemente que los de alta resistencia, que son relativamente frágiles.
2.3. Definición de Términos En este punto se describirán brevemente los términos utilizados a los largo de la investigación que puedan llegar a confundir a los lectores.
Agregado: Material granular, el cual puede ser arena, grava, piedra triturada
o escoria, empleado con un medio cementante para formar concreto o mortero hidráulico
Agregado fino: Agregado que pasa la malla de 3/8” (9.5 mm) y casi
totalmente la malla numero 4 (4.75 mm), y es predominante retenido en la malla numero 200 (0.075 mm).
52
Agregado grueso: Agregado retenido en la malla numero 4 (4.75 mm).
Agregado ligero: Agregado de baja densidad utilizado para producir
concretos ligero. Incluye pómez, escoria volcánica, tobas, diatomita, arcilla sintética o expandida, lutita, pizarra, lutitas diatomáceas, perlita, vermiculita, y productos de combustión de carbón.
Agregado pesado: Agregado de alta densidad, que puede ser barita,
magnetita, limonita, ilmenita, hierro o acero.
Aire atrapado: Es la cantidad de aire propia de una mezcla después de su
compactación.
Arena: Agregado fino resultado de la desintegración y abrasión de roca o de
la transformación de una arenisca que se desmenuza fácilmente.
Asentamiento del Concreto: Es la diferencia entre la altura del recipiente
que sirve de molde de una probeta de concreto fresco y la de la probeta fuera del molde, medida en el eje y expresada en pulgadas.
Calor de hidratación: Es la cantidad de calor liberado durante el proceso de
hidratación, debido a reacciones fisicoquímicas.
53
Condición saturada y superficie seca: Es aquella según la cual cada
partícula del agregado tiene sus poros llenos de agua, pero la superficie no presenta agua libre.
Consistencia: Es el grado de fluidez de una mezcla determinada de acuerdo
a un procedimiento prefijado.
Contenido de aire: Es la diferencia entre el volumen aparente de la mezcla y
el resultante de la suma de los volúmenes absolutos de los componentes.
Contenido de humedad: Es la cantidad de agua de un material expresada
como un porcentaje de su peso seco.
Dosificación: Es la proporción en peso o en volumen de los distintos
elementos integrantes de una mezcla.
Durabilidad: Es la propiedad que tienen los morteros o concretos de resistir
la acción continua de agentes destructivos con los cuales han de estar en contacto.
Endurecimiento: Es el proceso de aumento de la resistencia mecánica
posterior al periodo de fraguado.
54
Exudación: Es el fenómeno según el cual se produce una acumulación
progresiva en la superficie de una masa de concreto fresco de parte del agua de mezcla, fenómeno este que acompaña a la compactación y sedimentación del concreto.
Fraguado: Es fundamentalmente un proceso de hidratación de los distintos
componentes de un aglomerante hidráulico por el cual este adquiere una mayor consistencia puesta en evidencia por ensayos tipificados.
Fatiga: Pérdida de la resistencia mecánica de un material, al ser sometido
largamente a esfuerzos repetidos.
Grava: Agregado grueso resultante de la desintegración natural y abrasión
de rocas o transformación de un conglomerado débilmente cementado.
Grava triturada: Es el producto resultado de la trituración artificial de gravas,
en la que la mayoría de los fragmentos tienen como mínimo una cara resultado de la fractura.
Impacto: Efecto de una fuerza aplicada bruscamente
Mezcla: Es la cantidad de concreto o mortero preparada de una sola vez.
55
Muestra: Es una porción representativa de un material.
Mortero: Conglomerado o masa constituida por arena, conglomerante y
agua, que puede contener además algún aditivo.
Pasta de cemento: Es una mezcla de cemento y agua.
Piedra triturada: Es el producto de la trituración artificial de rocas, peñascos
o fragmentos de roca grandes, en el cual todas las caras resultantes se derivan de las operaciones de trituración.
Porosidad: Es el cociente entre el volumen de los poros y el volumen
aparente del cuerpo.
Relación Agua-Cemento: Es el cociente entre el peso del contenido de agua
libre de mezclado y el de cemento en una mezcla dada.
Segregación: Es la separación de los distintos componentes de una mezcla
de concreto o mortero fresco durante su transporte o colocación.
Tamaño máximo nominal: Es la abertura del tamiz de malla menor a través
del cual puede pasar como mínimo el 95% del agregado.
56
Tamaño máximo: Es la designación que corresponde a un agregado,
expresada por la abertura de los tamices límites, por los cuales pasa y queda retenido en su totalidad.
Tiempo de fraguado: Es el tiempo requerido por una pasta fresca de
cemento y agua, de una cierta consistencia, para pasar de un grado arbitrario de rigidez a otro, determinado por un ensayo específico.
Trabajabilidad: Es la mayor o menor facilidad que presenta un concreto o
mortero de ser mezclado, transportado y colocado.
57
CAPITULO III PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION Y PROGRAMA DE ENSAYOS En la actualidad, para la elaboración de mezclas para la ejecución de obras de la jurisdicción del distrito de Puno se emplean como agregados para concreto el hormigón (Grava 51.09% y Arena 48.91%), donde en este particular se estudia el comportamiento mecánico del concreto utilizando agregados provenientes de la Cantera Carucaya y Cantera Viluyo, estos materiales empleados serán la variable en estudio, las cantidades de cemento y de agua natural permanecerán sin variación según el procedimiento de diseño de mezcla, caracterizando su resistencia a la compresión para identificar la variación de la influencia que ejercen dichos materiales. Además se estudian los cambios en la trabajabilidad de la mezcla de concreto para ambas canteras.
3.1. Variable a Estudiar en el Desarrollo Experimental
Para realizar la comparación entre el resultado final de la resistencia a la compresión de un concreto de la cantera Carucaya y un concreto de la Cantera Viluyo, se establecen como variables del desarrollo experimental las cantidades de agregados para cada cantera para garantizar la trabajabilidad, arrojando de esta manera cantidades considerablemente distintas de agregados, otra variable será la resistencia de diseño de
58
mezcla utilizada para realizar las probetas de ensayos; observando así, la incidencia de estas variaciones en la resistencia a la compresión del concreto.
Entre los ensayos realizados en la presente investigación, se enmarcan en los siguientes procesos normativos:
Cuadro 06:Procesos Normativos. Descripción
NTP
ASTM
DISEÑO DE MEZCLA
ACI 211
ELABORACIÓN, CURADO Y ENSAYO DE PROBETAS CILÍNDRICAS EN EL CAMPO ( 03 Probetas ) + Slump
ACI 211
COMPRESIÓN (rotura de probeta 6” x 12”)
339.034
C39
ASENTAMIENTO (CONO DE ABRAMS)
339.035
C143
3.1.1.
Resistencia de Diseño. Se realizaron cuatro (4) diseños de mezcla, dos (2) con una calidad nominal a los veintiocho 28 días de 175kg/cm 2 y dos (2) con una calidad nominal a los 28 días de 210kg/cm 2, esto con la intención de observar mejor el comportamiento mecánico de los agregados en concretos de resistencias bajas y en resistencias altas.
3.1.2.
Tipos de Agregados. Para la elaboración de la investigación se partió de la idea de
59
analizar la calidad de cada uno de los agregados a emplear en los diseños de mezclas, aplicando posteriormente el análisis comparativo correspondiente y evaluando la variación en cantidad de cada agregado y la manejabilidad aportada a la mezcla de concreto en estado fresco. Al emplear los agregados de la cantera Carucaya se pudo apreciar gran cantidad de agregado grueso en el hormigón (Superior al 25%) y un contenido de impurezas orgánicas muy cercano al límite máximo (#3). Los estudios a los agregados se iniciaron con el hormigón lavado de la cantera Carucaya, estas muestras fueron trasladas en bolsas plásticas totalmente selladas con el fin de mantener la humedad que poseían a pie de planta. Por último se efectuó la fase de recolección de hormigón de la cantera Viluyo, igualmente, se realizó el traslado en bolsas y sacos plásticos totalmente sellados que garantizaran las condiciones iniciales de humedad y contenido de material fino 3.1.3.
del agregado. Ensayos a los Agregados. Para conocer la calidad de los agregados se efectuaron ciertos ensayos cuyas condiciones básicas generales fueron:
a)
Se realizaron sobre muestras representativas del
60
yacimiento, y de sus diferentes zonas.
b)
Se llevaron al laboratorio con personal y equipos adecuados,
siguiendo
cuidadosamente
los
sucesivos pasos de un procedimiento normativo.
Cuadro 07:Procesos normativos que se utilizaron. Descripción
3.2.
NTP
ASTM
ANÁLISIS GRANULOMETRICO
400.012
C136
MATERIAL MAS FINO QUE LA MALLA Nº 200
400.018
C117
CONTENIDO DE HUMEDAD
339.185
C566
PESO ESPECIFICO Y ABSORCION AGREGADO FINO
400.022
C128
PESO ESPECIFICO Y ABSORCION AGREGADO GRUESO
400.021
C127
PESO UNITARIO SUELTO Y COMPACTADO AGREGADO FINO
400.017
C29/C29M
PESO UNITARIO SUELTO Y COMPACTADO AGREGADO GRUESO
400.017
C29/C29M
Programa de ensayos
Para cuantificar la influencia de los diferentes agregados utilizados en el distrito de Puno sobre la resistencia a compresión del concreto, se efectuaron ensayos comparativos entre un concreto fabricado con
61
agregados de la Cantera Carucaya y un concreto fabricado con Resistencia a la Compresión Item (Kg/cm2) 1 175 2 175 3 210 4 210 Total agregados de la Cantera Viluyo.
Procedencia del agregado Carucaya Viluyo Carucaya Viluyo
Cantidad de Briquetas 45 45 45 45 180
Se realizaron 60 mezclas diferentes donde se variaba la resistencia de diseño y los valores de 3 según la proveniencia del agregado, con Resistencia a la Compresión (Kg/cm2) Procedencia del agregado
la 175 y 210 Cantera A 175 y 210 Cantera B finalidad de garantizar una trabajabilidad aceptable, como se muestra a continuación:
Cuadro 08:Variables de Mezclas de Concreto.
De cada una de estas mezclas se realizaron tres (3) briquetas para ser ensayados a compresión.
62
Cuadro 09:Cantidad de Briquetas.
Foto 03: Foto de los Cilindros de Ensayo (Fuente investigación realizada por los autores)
3.3. Parámetros de Comparación. Los parámetros de comparación a utilizar en esta investigación permitirán evaluar lo relativo a la consistencia o grado de fluidez del concreto en estado fresco a través del ensayo de asentamiento, característica relativa a la mayor o menor facilidad para colocar el concreto, además del grado de endurecimiento o resistencia que es capaz de adquirir el concreto.
3.3.1.
Concreto en Estado Fresco. Cuando se realizaba la mezcla, es decir, cuando el concreto se encontraba en estado fresco es importante estudiar el comportamiento de la trabajabilidad al variar la fuente de agregado.
63
Durante la etapa en que el concreto se mantiene en estado fresco es de gran importancia poder otorgarle una docilidad adecuada, para el uso que se desea darle, para cuantificar la trabajabilidad del concreto se midió el asentamiento de cono, este, es un índice bastante practico; aunque no mide todas las propiedades plásticas de la mezcla, ni las valora con el mismo grado de influencia que ellas realmente tienen en el concreto, brinda una información útil sobre todo en términos comparativos. Este ensayo se realizó a las sesenta (60) mezclas realizándolo luego del mezclado del concreto, con el fin de observar la variabilidad del asentamiento al cambiar el tipo de agregado.
3.3.2.
Concreto en Estado Endurecido.
Al concreto endurecido se le realizaron ensayos de compresión. El ensayo de compresión axial se realizó a un cilindro de cada mezcla al tiempo de siete (7) días y a dos cilindros a los veintiocho (28) días, es decir que se ensayaron a compresión a los siete (7) días sesenta (60) cilindros y a los veintiocho (28) días ciento veinte (120) cilindros más, dando un total de ciento ochenta (180) cilindros
ensayados
a
compresión
axial
para
esta
64 Estado del Concreto Estado Fresco Estado Endurecido
Parámetros de Comparación Trabajabilidad Resistencia a la Compresión
Edad de Realización Menos de media hora 7 días y 28 días
investigación. Cuadro 10:Programa de edades de ensayos.
3.3.3.
Identificación de las Probetas.
Como se describió anteriormente se realizaron tres briquetas de cada una de las sesenta (60) mezclas elaboradas, cada uno de los cilindros fueron identificados especificando, la fecha de elaboración de la probeta, numero de probeta, la resistencia de diseño y la edad de ensayo, cabe destacar que la numeración de las probeta se realizó en orden correlativo comenzando con la cantera A con resistencia de 175 kg/cm2. Cuadro 11:Identificación de las briquetas según cantera.
Cantera en Estudio Carucaya Carucaya Viluyo Viluyo
Resistencia de Diseño Kg/cm2 175 210 175 210
N° Correlativo 100 – 114 200 – 214 300 – 314 400 – 414
La fecha de elaboración de la probeta se identificó con el día, el mes y el año como 07/04/2013. Y para finalizar su edad correspondiente, cada uno de las tres briquetas
65
elaboradas por mezcla se les denominó 7 y 28. En este sentido, se encontraba en los cilindros la siguiente nomenclatura:
Fig. 6. Identificación de los cilindros (fuente Propia).
07/04/2013 100 175 Kg/cm2 7 3.3.4.
Preparación de las mezclas de concreto:
Para la elaboración de los diseños de mezcla del concreto utilizados para la investigación, se hizo necesario realizar una serie de ensayos a los materiales que serán utilizados. El cemento utilizado es fabricado por la empresa RUMI S.A. C.A. hecho en Perú – Puno – San Román – Caracoto, según norma NTP 334.009:2005 y su denominación comercial es Cemento Portland Tipo IP, que corresponde a un cemento tipo Portland IP con peso específico de 3.15. El agua de mezclado y curado es el agua potable utilizada en la ciudad de Puno por lo que no se realizaron ensayos de verificación de su calidad, pues es usada frecuentemente para realizar concretos en el laboratorio.
66
3.3.5.
Ensayos Previos.
3.3.5.1
Granulometría.
La granulometría es el análisis de la composición del material en cuanto a la distribución del tamaño de los granos que lo integran. Esta característica decide, de manera muy importante, la calidad del material para su uso como componente del concreto. Para la realización de los diseños de mezcla se realizó el análisis granulométrico, con el objetivo de conocer la distribución de tamaños de las partículas que componen la muestra. Se obtuvo separándolas de acuerdo a su dimensión, mediante los tamices adecuados según la NTP 400.012. "AGREGADOS. Análisis granulométrico del agregado fino, grueso y global
", que indica los tamices a utilizar para cada tipo de material y las operaciones a realizar. Ver anexos.
3.3.5.2
Peso Específico.
El peso específico de un material es la relación existente entre el peso del material y el volumen que ocupa, suele expresarse en Kilogramos entre metro cúbico (Kg/m3), es rigurosamente aplicado a las pruebas que normalmente se utilizan en la tecnología
67
del concreto, salvo en el caso del cemento y otros materiales finamente divididos.
El ensayo realizado en la presente investigación para obtener los valores de peso específico necesarios para la realización de los diseños de mezcla se encuentra normalizado por el método ACI.
3.3.6. Obtención de Pesos específicos para el Diseño de Mezcla
Método ACI. Este
procedimiento
considera
nueve
pasos
para
el
proporcionamiento de mezclas de concreto normal, incluidos el ajuste por humedad de los agregados y la corrección a las mezclas de prueba.
El primer paso contempla la selección del slump, cuando este no se especifica el informe del ACI incluye una tabla en la que se recomiendan diferentes valores de slump de acuerdo con el tipo de construcción que se requiera. Los valores son aplicables cuando se emplea el vibrado para compactar el concreto, en caso contrario dichos valores deben ser incrementados en dos y medio centímetros.
68
Posteriormente
se
determina
la
resistencia
promedio
necesaria para el diseño; la cual está en función al f’c, la desviación estándar, el coeficiente de variación. Los cuales son
indicadores
estadísticos
que
permiten
tener
una
información cercana de la experiencia del constructor.
Cabe resaltar también que existen criterios propuestos por el ACI para determinar el f’cr, los cuales se explican a continuación: a. Mediante las ecuaciones del ACI. f’cr=f’c+1.34s…………..I f’cr=f’c+2.33s-35………II De I y II se asume la de mayor valor. Donde s es la desviación estándar, que viene a ser un parámetro estadístico que demuestra la performancia o capacidad del constructor para elaborar concretos de diferente calidad.
X1, X2,…., XN valores de las resistencias obtenidas en probetas estándar hasta la rotura (probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura). X = es el promedio de los valores de la resistencia a la rotura de las probetas estándar.
69
N = es el número de probetas ensayadas, que son mínimamente 30.
b. Cuando no se tiene registro de resistencia de probetas correspondientes a obras y proyectos anteriores. f’c
f’cr
Menos de 210
f’c+7 0
c. Teniendo en control
cuenta el grado de
de 210 – 350
d. Para
Nivel de >350 Control
f’cr
Regular o Malo
el comité concreto.
calidad en la obra.
f’c+8 4 f’cr f’c+9 8 1.3 a 1.5 f’c
Bueno
1.2f’c
Excelente
1.1f’c
determinar
el
propuesto por europeo
del
Donde: f’cr
=
Resistencia promedio a calcular.
V
=
Coeficiente de variación de los ensayos de
resistencia a las probetas estándar. t
=
Coeficiente de probabilidad de que 1 de
cada 5, 1 de cada 10, 1 de cada 20 tengan un valor menor que la resistencia especificada.
V entonces es un parámetro estadístico que mide la performancia del constructor para elaborar diferentes
70
tipos de concreto.
Segundo Paso es la elección del tamaño máximo del agregado enfocado al proyecto de Obra a desarrollarse, la cantidad de agua que se requiere para producir un determinado slump depende del tamaño máximo, de la forma y granulometría de los agregados, la temperatura del concreto, la cantidad de aire incluido y el uso de aditivos químicos.
Tercer
paso,comparaciones
con
la
tabla
anexa
para
establecer los contenidos de agua recomendables en función del slump requerido y el tamaño máximo del agregado, considerando concreto sin y con aire incluido.
Cuarto paso, el ACI proporciona una tabla con los valores de la relación agua/cemento de acuerdo con la resistencia a la compresión a los 28 días que se requiera, por supuesto la resistencia promedio seleccionada debe exceder la resistencia especificada con un margen suficiente para mantener dentro de los límites especificados las pruebas con valores bajos. En una segunda tabla aparecen los valores de la relación
71
agua/cemento para casos de exposición severa.
Quinto paso es el cálculo del contenido de cemento con la cantidad de agua, determinada en el paso tres, y la relación agua cemento, obtenida en el paso cuatro; cuando se requiera un contenido mínimo de cemento o los requisitos de durabilidad lo especifiquen, la mezcla se deberá basar en un criterio que conduzca a una cantidad mayor de cemento, esta parte constituye el quinto paso del método.
Sexto paso del procedimiento el ACI maneja una tabla con el volumen del agregado grueso por volumen unitario de concreto, los valores dependen del tamaño máximo nominal de la grava y del módulo de finura de la arena. El volumen de agregado se muestra en metros cúbicos con base en varillado en seco para un metro cúbico de concreto, el volumen se convierte a peso seco del agregado grueso requerido en un metro cúbico de concreto, multiplicándolo por el peso volumétrico de varillado en seco.
Sétimo paso es el cálculo del Agregado fino, excepto el agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia. Para
72
este séptimo paso, es posible emplear cualquiera de los dos procedimientos siguientes: por peso o por volumen absoluto. Octavo paso consiste en ajustar las mezclas por humedad de los agregados, el agua que se añade a la mezcla se debe reducir en cantidad igual a la humedad libre contribuida por el agregado, es decir, humedad total menos absorción.
El último paso se refiere a los ajustes a las mezclas de prueba, en las que se debe verificar el peso volumétrico del concreto, su contenido de aire, la trabajabilidad apropiada mediante el slump y la ausencia de segregación y exudación, así como las propiedades de acabado. Para correcciones por diferencias en el slump, en el contenido de aire o en el peso unitario del concreto el informe ACI 211.1-91 proporciona una serie de recomendaciones que ajustan la mezcla de prueba hasta lograr las propiedades especificadas en el concreto.
73
Foto 04: Realizando la prueba de consistencia
Foto 05: Realizando la Medida del Slump
74
3.3.7.
Diseños de mezcla de concreto. Diseñando la mezcla por el método A.C.I. para el agregado de la cantera Viluyo, cuya resistencia especificada f’c = 210 kg/cm2, asumiendo que la elaboración del concreto va a tener un grado de control bueno. Las condiciones de obra requieren una consistencia Fluídica. El concreto no será expuesto a agentes degradantes (no tendrá aire incorporado) además no se usará aditivos.
F’c=210 kg/
(a los 28 días)
Consistencia fluídica Peso específico del cemento: 3.15 g/ AGREGADO FINO: Peso específico de masa: 2.816 g/ % de Abs. = 5.411 % W% = 6.381 % Módulo de finura: 2.80. AGREGADO GRUESO: TMN=1 1/2’’ Peso seco compactado: 1625 Kg/ Peso específico de masa: 2.654g/ % de Abs. = 2.239 % W%=4.148 % CARACTERÍSTICAS FÍSICO - MECÁNICAS: A.-
Agregados Fino y Grueso: PROPIEDADES TAMAÑO MÁXIMO
A. FINO
A. GRUESO
-
1 1/2”
75
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL 3
-
1 1/2”
PESO ESPECÍFICO DE MASA
(gr/cm )
2.816
2.654
ABSORCIÓN
(%)
5.411
2.239
6.381
4.148
2.80
7.10
-
1625
CONTENIDO DE HUMEDAD
(%)
MÓDULO DE FINURA PESO U. S. COMPACTADO
(Kg/m3 )
B.- Cemento: Pórtland Tipo IP Mejorado (ASTM C 1157). Peso Específico 3.15 gr/cm3. C.- Agua: Agua Potable, cumple con la Norma NTP 339.088 o E 0-60. D.- Resistencia a Compresión: f’c = 210 Kg/cm2
1.
CÁLCULO DE LA RESISTENCIA PROMEDIO: (f’cr). Partiendo del hecho que siempre existe dispersión aun cuando se tenga un control riguroso tipo laboratorio debe tenerse en cuenta en la dosificación de una mezcla las diferentes dispersiones que se tendrán en obra según se tenga un control riguroso o no y por tanto se recomienda diseñar para valores más altos que el f’c especificado.
76
Se puede considerar la resistencia promedio
con que uno debe
diseñar una mezcla, teniendo en cuenta lo siguiente.
Tomando en cuenta el segundo criterio: Como
no
se
tiene
registro
de
resistencias
de
probetas
correspondientes a obras y proyectos anteriores se toma el
f´cr
tomando en cuenta la siguiente tabla: f´c Menos de 210 210-350 Mayor 350
f´cr f´c+70 f´c+84 f´c+98
f´cr = f´c + 84 f´cr = 210 + 84 = 294
f´cr = 294
2.
DETERMINACIÓN
DEL
TMN
DEL
AGREGADO
GRUESO.
TMN = 1 1/2”
3.
DETERMINACIÓN DEL SLUMP.
77
Slump: 1” – 4”
4.
DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE AGUA O VOLUMEN DE AGUA DE MEZCLADO De acuerdo a la tabla 1 confeccionada por el comité 211 del ACI, que se toma en cuenta el TMN, su asentamiento o slump y teniendo en cuenta si tiene o no aire incorporado. En nuestro caso el TMN es de 1 1/2”, el slump varia de 1” a 4” (pero en la tabla nos indica de 3” a 4”), y sin aire incorporado el valor sería:
Volumen de Agua de mezcla = 190 lts/m 3 5.
DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE. Según tabla 6, que toma en cuenta el TMN.
Volumen de Aire = 1.0 % 6.
DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN a/c. Teniendo en cuenta la tabla 3, RELACIÓN AGUA CEMENTO POR RESISTENCIA. Esta tabla esta en relación al aire no incorporado y al f´cr a los 28 días, siendo esta relación: a/c = 0.674
78
NOTA: Por ser un concreto NO expuesto a condiciones severas, sólo se determinará la relación a/c por resistencia, mas no por durabilidad.
7.
CÁLCULO DEL FACTOR CEMENTO (FC)
FC =
VolumendeA gua de mezcla 190 = a 0.5 c
FC = 380.00 Kg/m3 Que traduciendo a bolsas/m3 será:
8.
CANTIDADDE AGREGADO GRUESO: Para un módulo de finura del agregado fino de 2.80 y para un TMN=1 1/2’’, haciendo uso de la tabla 4: 2.80------------0.71 De donde X= 0.71
Donde b0
b = PUV del agregado grueso suelto seco = PUV del agregado grueso seco compactado
79
9.
CÁLCULOS DE VOLUMENES ABSOLUTOS (Cemento, agua, aire). Cemento
—
=
=
0.121 m3 Agua de mezcla
—
=
= 0.190 m3 Aire
—
=
1.0 %
= 0.010 m3 Agregado Grueso
—
=
= 0.410 m3 ---------- V absolutos = 0.700 m3
10.
CÁLCULO DEL PESO DEL AGREGADO FINO: 1- 0.700
Peso del Agregado Fino=0.300 m3*(2.654*1000)=796.2
.
80
11.
12.
VALORES DE DISEÑO
CEMENTO
:
AGUA
:
AIRE
:
AGREGADO GRUESO
:
AGREGADO FINO
:
/
CORRECCIÓN POR HUMEDAD DE LOS AGREGADOS Utilizando el contenido de humedad en el momento en que se realiza el ensayo, puesto que como sabemos tanto la absorción como el contenido de humedad son parámetros que cambian, y se tiene que corregir tomando en cuenta estos factores en el momento de realización de la práctica.
AGREG. FINO: 796.20*((6.381/100)+1) = 847.00 Kg/ AGREG. GRUESO: 1153.75* ((4.148/100)+1)=1201.61 Kg/
13.
HUMEDAD SUPERFICIAL(W- % Abs) AGREGADO FINO: AGREGADO GRUESO: +2.879
14.
.
6.381-5.411= +0.97 4.148-2.239 = +1.909
APORTE DE AGUA A LA MEZCLA (W- % Abs)*Peso Seco /100
81
AGREGADO FINO: AGREGADO GRUESO: APORTE DE AGUA: 15. 190 lts/ 16.
AGUA EFECTIVA: -(29.75 lts/ )=160.252 lts/
+ 29.75 lts/
= 160 lts/
PROPORCIONMIENTO EN PESO DE DISEÑO:
17.
PESOS POR METRO CÚBICO: CEMENTO = 8.94 Bolsas AGREGADO FINO = 847.0 Kg AGREGADO GRUESO = 1201.61 Kg AGUA EFECTIVA = 160 Lts.
Cuadro Resumen de Diseño de Mezclas Cuadro 12:Diseño de mezclas Cantera Viluyo.
82
Cuadro 13:Diseño de mezclas Cantera Viluyo.
83
Cuadro 14:Diseño de mezclas Cantera Carucaya.
84
Cuadro 15:Diseño de mezclas Cantera Carucaya.
85
CAPITULO IV DESARROLLO DE LA ETAPA EXPERIMENTAL 4.1.
Evaluación de la calidad de los agregados.
Las
especificaciones
normativas
establecen
límites
para
ciertas
características de los agregados que, si no se respetan, pueden producir graves problemas en la calidad del concreto. Parece haber una tendencia a solicitar concretos con nivel de exigencia cada vez más altos, lo cual plantea la necesidad de analizar la calidad de los agregados con mayor detenimiento. A continuación se presenta el estudio de agregado para cada cantera:
86
4.1.1.
Agregados cantera Viluyo: 4.1.1.1. Análisis Granulométrico
Ver anexo (9) 4.1.2.
Agregados cantera Carucaya: 4.1.2.1. Análisis Granulométrico
Ver anexo (10)
4.2.
Preparación del Ensayo Slump 4.2.1. Definición.
El ensayo de consistencia del concreto, o “slump test”, sirve para evaluar su capacidad para adaptarse con facilidad al encofrado que lo va a contener. El procedimiento se explica ampliamente en la norma ASTM C143-78 “Slump of Portland Cement Concrete”. 4.2.2. Equipos a utilizar.
Cono de Abrams de medidas estandar
Varilla para apisonado de fierro liso de diámetro 5/8″ y punta redondeada L=60 cm
Wincha metálica
Plancha metálica (badilejo)
87
Foto 06: Cono de Abrams y Probeta para agregarle agua necesaria a la mezcla
4.2.3. Procedimiento del ensayo (SLUMP)
Obtener una muestra al azar, sin tener en cuenta la aparente calidad del concreto. Según la norma se debe obtener una muestra por cada 120 m3 de concreto producido ó 500 m2 de superficie llenada y en todo caso no menos de una al día. Particularmente he llegado a sacar muestras con más regularidad si la importancia del elemento estructural lo amerita. La muestra no debe ser menor de 30 lt y el concreto muestreado no debe tener más de 1 hora de preparado. Entre la obtención de la muestra y el término de la prueba no deben pasar más de 10 minutos.
Colocamos el molde limpio y humedecido con agua sobre una superficie plana y humedecida, pisando las aletas.
88
Vertimos una capa de concreto hasta un tercio del volumen (67
mm
de
altura)
y
apisonar
con
la
varilla
lisa
uniformemente, contando 25 golpes.
Vertimos una segunda capa de concreto (155 mm de altura) y nuevamente apisonar con la varilla lisa uniformemente, contando 25 golpes. Los golpes en esta capa deben llegar hasta la capa anterior.
Se completa con la tercera capa (en exceso) y repetir el procedimiento, siempre teniendo cuidado en que los golpes lleguen a la capa anterior. Como es usual, les faltará un poco de concreto al final, así es que tendrán que rellenar el faltante y enrasar el molde con la varilla lisa. Desde el inicio del procedimiento, hasta este punto no deben de haber pasado más de 2 minutos. Es permitido dar un pequeño golpe al molde con la varilla para que se produzca la separación de la pasta.
Posteriormente procedemos a retirar el molde con mucho cuidado (no debería hacerse en menos de 5 segundos), lo colocamos invertido al lado del pastón, y colocamos la varilla sobre éste para poder determinar la diferencia entre la altura del molde y la altura media de la cara libre del cono deformado.
89
Foto 07: Prueba de Slump y extracción de Briquetas
Comentarios Se distinguen 03 tipos de asientos característicos del concreto al retirar el molde: 1. “normal”, obtenido con mezclas bien dosificadas y un adecuado contenido de agua. El concreto no sufre grandes deformaciones ni hay separación de elementos. Es el que puede apreciarse en la foto. 2. “De corte”, obtenido cuando hay exceso de agua y la pasta que cubre los agregados pierde su poder de aglutinar. Puede
90
que no se observe gran asentamiento, pero si se puede observar corte en la muestra. 3. “Fluido”, cuando la mezcla se desmorona completamente. Cuando el asentamiento no es el “normal”, la prueba debe considerarse sin valor. Este ensayo no es aplicable para las siguientes condiciones:
Para concretos de alta resistencia, sin asentamiento.
Para concretos con contenido de agua menor a 160 litros por m3 de mezcla.
Para concretos con contenido de agregado grueso mayor de 2.5″.
4.3. Elaboración de briquetas para los ensayos de Compresión del
Concreto. El procedimiento necesarios para preparar y curar probetas cilíndricas de concreto compactadas mediante varillado y que además contengan mezclas con agregado grueso de 2″ como tamaño máximo. La norma ASTM C31 también contempla los procedimientos para obtención de muestras “tipo viga”, las que se compactan mediante vibrado y también para el muestreo de concretos preparados con agregados de diámetros mayores a la 2″ (revisar la norma ASTM C172).
91
4.1.
Equipo necesario:
Moldes: deben ser de acero, hierro forjado, PVC ú otro material no absorbente y que no reaccione con el cemento. Antes de usarse los moldes deben ser cubiertos ligeramente con aceite mineral o un agente separador de encofrado no reactivo. Varilla: debe ser de fierro liso diámetro 5/8”, de 60 cm de largo y con una de sus extremos boleados. Mazo: debe usarse un mazo de goma que pese entre 0.60 y 0.80 Kg. Equipo adicional: badilejo, plancha de metal y depósito que contenga el íntegro de la mezcla a colocar en la probeta (una carretilla de obra cumple este requerimiento).
Foto 08: Prueba de Slump y extracción de Briquetas
92
4.2.
Muestreo: Los especímenes deben ser cilindros de concreto vaciado y fraguado en posición vertical, de altura igual a dos veces el diámetro, siendo el espécimen estándar de 6×12 pulgadas, o de 4×8 pulgadas para agregado
de tamaño máximo que no excede las 2”. Las muestras deben ser obtenidas al azar, por un método adecuado y sin tener en cuenta la aparente calidad del concreto. Se deberá obtener una muestra por cada 120 m3 de concreto producido o 500 m2 de superficie llenada y en todo caso no menos de una diaria. Este ya es un tema sujeto al criterio del ingeniero residente o del supervisor de obra, ya que la importancia de determinado elemento estructural puede ameritar la toma de un mayor número de
muestras para control. Colocar el molde sobre
horizontal, nivelada y libre de vibración. Colocar el concreto en el interior
una
superficie del
rígida, molde,
depositándolo con cuidado alrededor del borde para asegurar la correcta distribución del concreto y una segregación mínima.
93
Llenar el molde en tres capas de igual volumen. En la última capa agregar la cantidad de concreto suficiente para que el molde quede lleno después de la compactación. Ajustar el sobrante ó faltante de concreto con una porción de mezcla y completar el número de golpes faltantes. Cada capa se debe compactar con 25
penetraciones de la
varilla,
distribuyéndolas uniformemente en forma de espiral y terminando en el centro. La capa inferior se compacta en todo su espesor; la segunda y tercera capa se compacta penetrando no más de 1” en la capa anterior. Después de compactar cada capa golpear a los lados del molde ligeramente de 10 a 15 veces con el mazo de goma para liberar las burbujas de aire que puedan estar atrapadas (es usual dar pequeños
94
golpes con la varilla de fierro en caso de no contar con
el mazo de goma). Enrasar el exceso de concreto con la varilla de compactación y completar con una llana metálica para mejorar el acabado superior. Debe darse el menor número de pasadas para obtener una superficie lisa y
acabada. Identificar los especímenes con la información correcta respecto a la fecha, tipo de mezcla y lugar de colocación. Hay que proteger adecuadamente la cara descubierta de los moldes con telas humedecidas ó películas plásticas para evitar la pérdida de agua por
evaporación. Después de elaboradas las probetas se transportarán al
lugar
de
almacenamiento
donde
deberán
permanecer sin ser perturbados durante el periodo de curado inicial. Si la parte superior de la probeta se daña durante el traslado se debe dar nuevamente el acabado. Durante las primeras 24 horas los moldes deberán estar a las siguientes temperaturas: para f ´c>422 kg/cm2 : entre 20 y 26°C y para f´c<422 kg/cm2 : entre 16 y 27°C. No deben transcurrir más de 15 minutos entre las operaciones de muestreo y moldeo del pastón de concreto.
95
Se deben preparar al menos (02) probetas de ensayo de cada muestra para evaluar la resistencia a la compresión en determinada edad por el promedio. Lo usual es evaluar resistencias a los 7 y 28 días. 4.3.
Desmoldado: Las probetas se retirarán de los moldes entre las 18 y 24 horas después de moldeadas. Hecho esto se marcará en la cara circular de la probeta las anotaciones de la tarjeta de identificación del molde. Luego de esto deben pasar a curado.
4.4.
Curado: Después de desmoldar las probetas y antes de que transcurran 30 minutos después de haber removido los moldes, almacene las probetas en condiciones adecuadas de humedad, siempre cubiertas por agua a una temperatura de entre 23 y 25°C. Deben mantenerse las probetas en las mismas condiciones de la estructura origen (protección, humedad, temperatura, etc).
El laboratorio, además de certificar la resistencia, debe dejar constancia del peso y dimensiones de las probetas, de la fecha y hora del ensayo.
96
4.4. Evaluación y aceptación del concreto.
Frecuencia de los Ensayos Las muestras para ensayos de resistencia en compresión de cada clase de concreto colocado cada día deberán ser tomadas. No menos de una muestra por día. No menos de una muestra de ensayo por cada 50 m3 de
concreto colocado. No menos de una muestra de ensayo por cada 300 m2 de área superficial para losas o veredas.
Si el volumen total de concreto de una clase dada es tal que la cantidad de ensayos de resistencia en compresión ha de ser menor de cinco, el Supervisor ordenará ensayos de por lo menos cinco tandas tomadas al azar, o de cada tanda si va ha haber menos de cinco.
En elementos que no resistan fuerzas de sismo si el volumen total de concreto de una clase dada es menor de 40 m3, el Supervisor podrá disponer la supresión de los ensayos de resistencia en compresión si, a su juicio, está garantizada la calidad de concreto. Preparación de Probetas Las muestras de concreto a ser utilizadas en la preparación de las
97
probetas cilíndricas a ser empleadas en los ensayos de resistencia en compresión, se tomarán de acuerdo al procedimiento indicado en la NTP 339.036. Las probetas serán moldeadas de acuerdo a la Norma NTP 339.033.
4.4.1. Ensayo a la Compresión del Concreto.
El ensayo se desarrollósegún las recomendaciones de la Norma ASTM C 192 de acuerdo al procedimiento indicado en la NTP 339.034. Se ensayaron tres cilindros por cada mezcla a los 7 y a 28 días. El procedimiento se describe a continuación:
Se coloca en la máquina de ensayo el plato inferior con su respectiva goma y se coloca el cilindro a ensayar.
Se coloca el plato superior sobre el cilindro y se debe centrar cuidadosamente en la máquina. Tanto las superficies de los cilindros y los platos de la máquina deben estar exentos de polvo, grasa y de cualquier otro material extraño, es importante
resaltar
que
las
gomas
utilizadas
en
la
investigación eran nuevas.
98
Foto 09: Colocación del cilindro en la Maquina Universal, ensayo a Compresión (Fuente investigación realizada por los autores)
Se enciende la máquina compresora, se aplica la carga a una velocidad constante dentro del rango de 1,4 Kg./cm 2/seg y 3,5 Kg./cm2/seg, dejándola actuar hasta conseguir comprimir el cilindro hasta lograr que falle.
Se anota la carga correspondiente a la falla.
La resistencia a compresión será el cociente entre la carga máxima y la sección media de la probeta.
99
CAPITULO V
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Este capítulo muestra los resultados obtenidos mediante las pruebas empleadas a las dosis del diseño de mezclas del concreto de las canteras del distrito de Puno.
100
Cuadro 16:Resistencia a la compresión a los 28 días, Cantera Viluyo f’c = 175 Kg/cm2. N° Cilindro
Res. Diseño (kg/cm2)
Asent. (pulg)
Carga (Kg)
Resistencia (kg/cm2)
100
175 5"
29000
166
100
175 5"
33000
189
101
175 5"
28750
163
101
175 5"
27000
155
102
175 3 1/2"
34750
199
102
175 3 1/2"
37000
212
103
175 3 1/2"
35250
197
103
175 3 1/2"
37250
214
104
175 3 1/2"
32000
184
104
175 3 1/2"
29500
167
105
175 2 1/2"
33750
191
105
175 2 1/2"
33000
187
106
175 2 1/2"
34000
192
106
175 2 1/2"
35250
199
107
175 3 1/2"
32750
185
107
175 3 1/2"
32750
185
108
175 3 1/2"
34250
194
108
175 3 1/2"
31750
177
109
175 2"
33500
190
109
175 2"
31750
180
110
175 3 1/2"
35250
199
110
175 3 1/2"
34000
192
111
175 3 1/2"
33750
194
111
175 3 1/2"
35250
199
112
175 3 1/2"
32000
184
112
175 3 1/2"
31000
175
113
175 3 1/2"
35750
202
113
175 3 1/2"
37250
211
114
175 2 1/2"
34250
194
114
175 2 1/2"
35750
202
101
Cuadro 17:Resistencia a la compresión a los 28 días, Cantera Viluyo f’c = 210 Kg/cm2. N° Cilindro 200 200 201 201 202 202 203 203 204 204 205 205 206 206 207 207 208 208 209 209 210 210 211 211 212 212 213 213 214 214
Res. Diseño (kg/cm2)
Asent. (pulg)
Carga (Kg)
Resistencia (kg/cm2)
210 3 1/2"
53000
264
210 3 1/2"
54000
270
210 5 1/2"
52500
257
210 5 1/2"
51500
251
210 3"
57000
283
210 3"
57000
283
210 5 1/2"
50500
246
210 5 1/2"
45500
217
210 3 1/2"
53000
264
210 3 1/2"
54000
266
210 3 1/2"
55500
274
210 3 1/2"
54250
267
210 3 1/2"
54500
268
210 3 1/2"
52750
259
210 4 1/2"
52250
256
210 4 1/2"
52500
257
210 4 1/2"
48750
236
210 4 1/2"
51250
250
210 3"
56000
277
210 3"
56500
280
210 3 1/2"
52000
254
210 3 1/2"
51500
251
210 3 1/2"
53500
267
210 3 1/2"
52250
256
210 4"
51000
249
210 4"
52250
256
210 4"
48500
234
210 4"
46250
222
210 3"
53500
263
210 3"
54000
266
102
Cuadro 18: Resistencia a la compresión a los 28 días, Cantera Carucaya f’c = 175 Kg/cm2. N° Cilindro
Res. Diseño (kg/cm2)
Asent. (pulg)
Carga (Kg)
Resistencia (kg/cm2)
300
175 3 1/2"
32250
182
300
175 3 1/2"
30750
174
301
175 4"
31250
177
301
175 4"
28000
158
302
175 4 1/2"
29750
168
302
175 4 1/2"
30500
173
303
175 3"
31250
177
303
175 3"
31000
175
304
175 3 1/2"
30000
170
304
175 3 1/2"
31250
177
305
175 4"
29000
164
305
175 4"
30750
174
306
175 3"
30500
173
306
175 3"
30750
174
307
175 3 1/2"
29500
167
307
175 3 1/2"
31250
177
308
175 3 1/2"
31250
177
308
175 3 1/2"
30500
173
309
175 3"
31500
178
309
175 3"
32500
184
310
175 3 1/2"
29750
168
310
175 3 1/2"
30500
173
311
175 3"
31500
178
311
175 3"
31000
175
312
175 3"
29500
167
312
175 3"
31000
175
313
175 4 1/2"
30250
171
313
175 4 1/2"
29000
164
314
175 4 1/2"
29500
167
314
175 4 1/2"
29750
168
103
Cuadro 19:Resistencia a la compresión a los 28 días, Cantera Carucaya f’c = 210 Kg/cm2. N° Cilindro
Res. Diseño (kg/cm2)
Asent. (pulg)
Carga (Kg)
Resistencia (kg/cm2)
400
210 3 1/2"
44000
209
400
210 3 1/2"
42500
201
401
210 2 1/2"
45500
217
401
210 2 1/2"
45000
215
402
210 4"
44000
208
402
210 4"
43750
208
403
210 3 1/2"
43750
208
403
210 3 1/2"
43250
205
404
210 3"
44750
213
404
210 3"
44250
210
405
210 4 1/2"
43000
203
405
210 4 1/2"
44500
212
406
210 3 1/2"
45500
217
406
210 3 1/2"
43000
203
407
210 3 1/2"
44250
210
407
210 3 1/2"
44000
209
408
210 4 1/2"
42500
201
408
210 4 1/2"
43250
205
409
210 4 1/2"
42000
198
409
210 4 1/2"
42250
199
410
210 3 1/2"
45500
217
410
210 3 1/2"
43750
208
411
210 2 1/2"
48000
232
411
210 2 1/2"
47000
226
412
210 2 1/2"
45000
215
412
210 2 1/2"
47750
230
413
210 3 1/2"
45000
215
413
210 3 1/2"
43250
205
414
210 3 1/2"
44000
209
414
210 3 1/2"
42000
198
104
De la información procesada estadísticamente resumimos lo siguiente con relación al análisis de la influencia de la procedencia de agregados y su repercusión en el diseño de mezclas de concretos estructurales en el distrito de Puno.
Cuadro 20: Resistencia f’c = 175 Kg/cm2. Resumen Ejecutivo de Estadísticas Promedio Máximo valor Mínimo valor Variabilidad Desviación Estándar Coeficiente Variación
Resistencia f'c = 175 Kg/cm2 Cantera Cantera Viluyo Carucaya 189.27 172.60 214.00 184.00 155.00 158.00 59.00 26.00 14.25
5.65
7.53
3.27
Cuadro 21: Resistencia f’c = 210 Kg/cm2. Resumen Ejecutivo de Estadísticas Promedio Máximo valor Mínimo valor Variabilidad Desviación Estándar Coeficiente Variación
Resistencia f'c = 210 Kg/cm2 Cantera Cantera Viluyo Carucaya 258.10 210.20 283.00 232.00 217.00 198.00 66.00 34.00 16.01
8.58
6.20
4.08
105
Cuadro 22: Promedio de Resistencia f’c = 175 Kg/cm 2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que el promedio de Resistencia de las muestras tomadas en la cantera Viluyo es de 189.27 Kg/cm 2, así como el promedio de la resistencia en la cantera de Carucaya es de 172.60 Kg/cm 2, siendo el diseño de Resistencia esperado de 175 Kg/cm 2. Cuadro 23: Promedio de Resistencia f’c = 210 Kg/cm 2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que el promedio de Resistencia de las muestras tomadas en la cantera Viluyo es de 258.10 Kg/cm 2, así como el promedio de la resistencia en la cantera de Carucaya es de 210.20 Kg/cm 2,
106
siendo el diseño de Resistencia esperado de 210 Kg/cm 2.
Cuadro 24: Variabilidad de Resistencia de diseño f’c = 175 Kg/cm 2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que la Variabilidad para la Resistencia de Diseño de 175 Kg/cm 2, con relación a la cantera Viluyo la dispersión con relación a al promedio es de 59.60 y en el caso de la cantera Carucaya la dispersión disminuye logrando una dispersión de 26 con relación a los datos obtenidos.
Cuadro 25: Variabilidad de Resistencia de diseño f’c = 210 Kg/cm 2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que la Variabilidad para la
107
Resistencia de Diseño de 210 Kg/cm 2, con relación a la cantera Viluyo la dispersión es de 66.00 y en el caso de la cantera Carucaya la dispersión disminuye logrando una dispersión de 24.00. Cuadro 26: Desviación Estandar de Resistencia de diseño f’c = 175 Kg/cm 2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que la Desviación Estandar para la Resistencia de Diseño de 175 Kg/cm 2, con relación a la cantera Viluyo la dispersión fluctúa en una margen de +- 14.35% y en el caso de la cantera Carucaya la dispersión fluctúa en +- 5.65%.
Cuadro 27: Desviación Estandar de Resistencia de diseño f’c = 210 Kg/cm 2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que la Desviación Estandar para la Resistencia de Diseño de 210 Kg/cm 2, con relación a la cantera Viluyo la dispersión fluctúa en una margen de +- 16.01% y en el caso de la cantera Carucaya la dispersión fluctúa en +- 8.58%.
108
Cuadro 28: Coeficiente de Variación de Resistencia de diseño f’c = 175 Kg/cm2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que el coeficiente de Variación en la cantera Viluyo es 7.53%, es decir mayor dispersión con relación a la cantera de Carucaya.
Cuadro 29: Coeficiente de Variación de Resistencia de diseño f’c = 210 Kg/cm2.
109
Interpretación: Del gráfico podemos observar que el coeficiente de Variación en la cantera Viluyo es 6.20%, es decir mayor dispersión con relación a la cantera de Carucaya que tiene una dispersión de 4.08%.
CAPITULO VI CONCLUSIONES
6.1. Conclusiones Generales.
En este capítulo se presentan las conclusiones de esta investigación cuyo objetivo principal es determinar la influencia en el diseño de mezcla de agregados de diferente procedencia en el distrito de Puno.
Sabemos que en lo posible deben emplearse agregados que cumplan con las Normas Técnico Peruanas u otras reconocidas, del estudio a los agregados de ambas canteras se observa una tendencia tanto en la Cantera Viluyo como en la Cantera Carucaya de que sus agregados se acercan mucho a los límites máximos o mínimos exigidos por norma, siendo evidencia de que contamos en Puno con agregados pocos controlados, existen ensayos de calidad donde se presentan resultados similares, se pudiera mencionar que el agregado fino en ambas canteras presenta gran cantidad de material grueso, superior al 15% de material retenido en el tamiz #4, los valores de pesos específicos y pesos unitarios no presentan mayor variabilidad, caso contrario a esto, y que se presentan valores que favorecen al material de la Cantera Viluyo se demuestra con los ensayos de Ultrafinos o Pasante 200 (2.08% en cantera Viluyo y 0.2% en
110
cantera Carucaya), porcentajes de absorción en material fino (0.97% en cantera Viluyo y 0.02% en cantera Carucaya) porcentaje de desgaste (27.3% en cantera Viluyo y 13.5% en cantera Carucaya) a pesar de ser valores que muestran el poco control de calidad que se emplea en las obras en el distrito de Puno.
De lo antes mencionado, decimos que estos valores corresponden con los resultados obtenidos en los ensayos de resistencia a compresión axial en los que se presentan resultados más satisfactorios para la cantera Viluyo, tanto en resistencia bajas como altas, a pesar de que estos ensayos de calidad (Pasante 200, Porcentaje de absorción y porcentaje de desgastes) y por ende, sus valores no estén implícitos en las formulas del diseño de mezcla que finalmente indican las cantidades a dosificar de cada componente.
Un aspecto importante a resaltar, es el de las cantidades de agregados a dosificar para obtener un (1) metro cubico de concreto; en muchos casos se indica a constructores en manuales de casas fabricantes de cemento portland modificado, cantidades fijas de agregados en diseños de mezclas para alcanzar una determinada resistencia. Como pudimos observar anteriormente, en canteras de agregados tan cercanas geográficamente estos valores cambian considerablemente debido a los diferentes tamaños de sus partículas, lo que pudiera causar grandes trastornos en las resistencias finales a compresión en concretos de una obra de la zona al vernos en la necesidad de utilizar los
111
diferentes agregados presentes en el mercado.
Para el caso de las resistencias de muestras tomadas, el hecho de arrojar valores tan por encima de la resistencia esperada, nos conduce a pensar que las posibles causas pudieran estar en el exceso de agregado grueso que se está adicionando por metro cubico o la presencia de un posible fuga de material cementante al momento de la dosificación, muy común cuando no se lleva un control estricto .
112
REFERENCIAS
Abraham, P. R. (2007). Manual de Prácticas de Laboratorio de Concreto (Universidad Autonoma de Chihuahua - Facultad de Ingeniería ed.). Concreto, I. C. d. C. y. (2006). Manual de Consejos Prácticos sobre el Concreto. Construcciones, R. N. d. (2004). NTE E.060 Concreto Armado. Figueroa Tatiana, P. R. (2008). Patologías, causas y soluciones del Concreto Arquitectónico en Medellín. Revista EIA, 10, 10. Flavio, A. C. (2000). Tecnología del Concreto: 1. Hormigon, I. C. d. C. y. (1988). Compenio de Tecnología del Hormigón (Vol. 1). Santiago - Chile. Jésus, D. C. C. (2011). Naturaleza del Concreto (Vol. 1). Universidad Nacional Pedro Ruíz Gallo: Campus Universitario. Manuel Gonzáles de la Cotera (1991) Exposición en el ciclo organizado por el ACI, Capítulo Peruano sobre Corrosión en Estructuras de Concreto. Rivva lopez, E. (1992). Diseño de Mezclas (1 ed. Vol. 1). Rivva lopez, E. (2000). Naturaleza y Materiales del Concreto (Primera ed.). Rivva lopez, E. (2004). Control del Concreto en Obra (1ra ed.).
113
ANEXOS
114
Contenido
Tabla Slum para diversos tipos de estructuras. Tabla Cantidad aproximada de agua para amasado. Tabla Relación agua cemento vs resistencia al concreto. Tabla volumen de agregado grueso compactado. Tabla peso específico de cementos. Tabla de Porcentajes de aire atrapado. Mapa de ubicación del Proyecto. Plano geomorfológico. Tabla de contenido de humedad. Tabla de peso unitario. Tabla de peso específico. Análisis granulométrico por tamizado. Diseño de Mezclas Resistencia de diseño F’c 210 Kg/cm 2. Diseño de Mezclas Resistencia de diseño F’c 175 Kg/cm 2. Croquis de canteras de Puno.
115
TABLA 1: SLUMP PARA DIVERSOS TIPOS DE ESTRUCTURAS Slump Máximo
Tipo de Estructura
Slump Mínimo
Zapatas y Muros de Cimentación Reforzados
3"
1"
Cimentación Simples y Calzaduras
3"
1"
Vigas y Muros Armados
4"
1"
Columnas
4"
2"
Losas y Pavimentos
3"
1"
Concreto Ciclópeo
2"
1"
1
TABLA 2: CANTIDAD APROXIMADA DE AGUA PARA AMASADO
SLUMP Tamaño Máximo de Agregado 3/8 1/2 3/4 " " " 1" Concreto 20 19 1" a 2" 7 9 22 21 3" a 4" 8 6 24 22 6" a 7" 3 8
1 1/2 " 2"
3"
Sin Aire Incorporado 19 17 16 0 9 6 154 20 19 18 5 3 1 169 21 20 19 6 2 0 178
4"
130
113
145
124
160 ---
Concreto Con Aire Incorporado 1" a 2" 3" a 4" 6" a 7"
18 1 20 2 21 6
17 5 19 3 20 5
16 16 8 0 18 17 4 5 19 18 7 4
15 0 16 5 17 4
142
122
107
157
133
119
166
154 ---
2
TABLA 3: RELACION AGUA CEMENTO VS RESISTENCIA DEL CONCRETO f'c a 28 dias Relacion Agua/Cemento en peso (kg/cm2) Sin Aire Incorporado Con Aire Incorporado 450 0.38 --400 0.42 --350 0.47 0.39 300 0.54 0.45 250 0.61 0.52 200 0.69 0.6 150 0.79 0.7
TABLA 4: VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO COMPACTADO Volumen de A°G° Compactado en Seco Tamaño Modulo de Fineza de la Máximo Arena de Agregado 2.40 2.60 2.80 3.00 3/8 0.50 0.48 0.46 0.44 1/2 0.59 0.57 0.55 0.53 3/4 0.66 0.64 0.62 0.60 1 0.71 0.69 0.67 0.65 1 1/2 0.75 0.73 0.71 0.69 2 0.78 0.76 0.74 0.72 3 0.82 0.79 0.78 0.75
3
6
0.87
0.85
0.83
0.81
TABLA 5: PESO ESPECIFICO DE LOS CEMENTOS (gr/cm3) Peso Cemento Especifico Rumi Tipo IP 3.15 Yura Tipo I 3.15 Yura Tipo IP 2.86 Yura Tipo IPM 2.95 Sol Tipo I 3.11 Andino Tipo I 3.11 Andino Tipo II 3.18 Andino Tipo V 3.11 Atlas Tipo IP 3.03
TABLA 6: PORCENTAJE DE AIRE ATRAPADO CONCRETO SIN AIRE INCORPORADO T.Maximo de A°G° (") Aire atrapado (%) T.Maximo de A°G° (") Grado de Exposicion
3/8 1/2 3/4 1 1 1/2 2 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 CONCRETO CON AIRE INCORPORADO 3/8
1/2
3/4
1
1 1/2
2
4
3 0.30
4 0.20
3
4
Normal Moderada Extrema
4.50 8.00 7.50
4.00 5.50 7.00
3.50 5.00 6.00
3.00 4.50 6.00
2.50 4.50 5.50
2.00 4.00 5.00
1.50 3.50 4.50
1.00 3.00 4.00
TABLA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ROCAS DE USO COMÚN COMO AGREGADOS DEL HORMIGÓN
5
6
Plano Geomorfológico
7
MAPA DE UBICACIÓN DEL PROYECTO
Figura 1.1: Mapa de ubicación del Proyecto
1
Reacción Alcali – Sílice: La reacción álcali-sílice se ha presentado únicamente en algunas regiones del globo. Se encuentra de manera preponderante en los Estados Unidos de Norteamérica, extendida en la zona central que comprende los estados de Oklahoma, Kansas, Nebrasca e Iowa. También en algunas áreas de Australia, Nueva Zelandia, Dinamarca y la Indica.
En Latinoamérica, no se han presentado desarreglos de este tipo, con excepción de algunos localizados en Brasil y Chile. En el Perú, no se conocen casos, pero tampoco se cuenta con un estudio de yacimientos de agregados a nivel nacional.
Para que se produzca la reacción se requiere la presencia de 3 condiciones:
Agregados reactivos
Cemento con alto contenido de álcalis
Humedad
Estas reacciones se presentan con mayor intensidad en climas cálidos y ambientes húmedos; elevadas temperatura, en especial creciente de 20°C a 40°C y fisuras de contracción plástica.
Los agregados en los cuales se puede presentar la reacción provienen de los siguientes tipos de rocas, de acuerdo a la información del ACI: Las calcedonias y calcedonias opalinas, calizas silicosas, las riolíticas y tobas
2
rioliticas. Las dacíticas y las tobas dacíticas, las andesiticas y tobas andesíticas y filitas.
En la Tabla II se da referencia a las sustancias reactivas de acuerdo a la experiencia americana, conforme las recoge el ACI.
La reacción entre los álcalis del cemento y del agregado, es de carácter expansivo, dando como resultados el agrietamiento del concreto. TABLA Nº II Sustancias Reactivas
Composición Química
Características Físicas
Opalo Calcedonia
SiO2.nH2O SiO2
Amorfos Microcristalino
Formas de Cuarzo
SiO2
comúnmente fibroso. 1 (a) Microcristalino a 2
a
criptocristalino;
(b) Criptocristalino, pero
intensamente fracturado. Y/o Cristobalita Riolíco,
dacitico,
SiO2 Siliceos
con
Al203,
como matriz de rocas volcánicas o
latitico, o andesitico,
proporciones
vitrio o criptocristalino,
Fe2O22, tierra alcalina y
diversificación
álcalis
productos Siliceos vitrios
de
sintéticos
Siliceos
de
menos
inclusión relleno Cristalino Vitrio o materiales criptocristalino
con
menor
proporción
de
álcalis,
alumina,
y/o
otras
fragmentos en los tufos
Vitrios
sustancias
La reacción sílice en el agregado se presenta formando dos zonas alrededor de los agregados fracturados y a lo largo del plano de rotura. 3
Una de ellas externa y oscura es un gel rico en óxido de sílice cal y potasio. La otra interna y blanca está formada por cristales dispersos conteniendo sílice cal y potasio.
El agrietamiento, en concretos con restricciones tiene la forma de un "mapa". En concreto armado las fisuras pueden ser paralelas al refuerzo. A través de las grietas se efectúa la exudación del gel con carácter viscoso, que en contacto con C0 de la atmósfera endurece con una coloración blanca.
El estudio con el microscopio de la película blanca del exterior del concreto solo es útil para evitar confundirlo con la carbonatación del hidróxido de calcio, producto de la hidratación del cemento.
La única manera de determinar la presencia de la reacción es obtener muestras del gel, que se encuentra en el interior de los vacíos y grietas, alrededor de los agregados reactivos, mediante el microscopio, utilizando láminas pulimentadas con una ampliación por 50.
Evidentemente la solución del problema de la reacción agregados resulta aparentemente obvias recomendándose:
Utilizar agregados estables con cemento Pórtland común.
Utilizar agregados reactivos con un cemento Pórtland con reducido porcentaje de álcalis. 4
Resulta sin embargo, que cuando no se tiene conocimiento previo del comportamiento activo del agregado, no existe un método rápido y seguro para evaluar a los agregados.
Usualmente, se parte por la investigación petrográfica de los agregados para lo cual se cuenta con la norma ASTM C-295. Sin embargo, este procedimiento no sólo requiere experiencia en los técnicos que lo aplican, sino es limitado, pues únicamente produce resultados de orientación.
Un método de estudio, sobre el que existe importante conocimiento es el método químico que determina la reactividad potencial de los agregados, con la norma ASTM C-289. En la práctica los resultados que se obtienen no son claros y en la mayoría de los casos se requiere de otro tipo de ensayos. A pesar de ello, esta norma es de extendida aplicación por su rapidez y facilidad de ejecución, en cuanto se trata de medir la reducción de la alcalinidad de una solución de hidróxido de sodio cuando se encuentran en contacto con agregado molturado, determinándose la calidad de sílice disuelta.
El método más concluyente es el que determina la potencial reactividad alcalina de la combinación de cemento y agregado, que ha sido normalizada por la ASTM en la especificación C-227. La dificultad de este
5
procedimiento está en que requiere un largo proceso, no menor de 6 meses para determinar el comportamiento del agregado.
El método en su esencia es simple, consiste en preparar un espécimen prismático
del
mortero, utilizando el
agregado
en
estudio, con
granulometría especificada y un cemento con contenido de álcalis mayor del 0.6%. Los especímenes se conservan en agua a 38°C, midiéndose su expansión luego de 3 a 6 meses. El agregado se considera reactivo, si el incremento de longitud del espécimen es más del 0.05% en el primer caso, y de más del 0.1% al término de la prueba.
El empleo de Cemento con bajo contenido de álcalis, que la norma ASTM C-150 indica para el caso de agregados reactivos, limita el contenido de álcali del cemento en 0.6%, expresado en óxido de sodio según la relación (Na20 + 0.658K20).
En la actualidad, existe cierto consenso de que ésta regulación es excesiva. En los Estados Unidos la Agencia Federal de Energía ha propuesto su modificación, considerando que éste reducido porcentaje obliga a un alto consumo de energía.
La tendencia europea específicamente en Alemania y Dinamarca, tienden a dar más responsabilidad al diseño de mezclas, para la selección del
6
cemento teniendo en cuenta la reactividad del agregado y el contenido de álcalis por unidad de volumen del concreto.
7
