EVALUACION DE MEZCLAS DE CONCRETO CON ADICIONES DE ARENA DE SILICE EN UN 5 Y 10% COMO SUSTITUTO DEL PESO DEL CEMENTO

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1 UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE CONSTRUCCION EVALUACION DE MEZCLAS DE CONCRETO CON ADICIONES DE ARENA DE SILICE EN UN 5 Y 10% COMO SUSTITUTO DEL PESO DEL CEMENTO GOYO PIÑERO, EDGAR FERNANDO ROJAS BACCEI, CARLOS HORACIO Tutora: Ing. Maria Alice Olavarrieta Barquisimeto, 2014

2 UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE CONSTRUCCION EVALUACION DE MEZCLAS DE CONCRETO CON ADICIONES DE ARENA DE SILICE EN UN 5 Y 10% COMO SUSTITUTO DEL PESO DEL CEMENTO Trabajo Especial de Grado presentado ante el Decanato de Ingeniería Civil. Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado para optar al título de Ingeniero Civil GOYO PIÑERO, EDGAR FERNANDO ROJAS BACCEI, CARLOS HORACIO Tutora: Ing. Maria Alice Olavarrieta Barquisimeto, 2014

3 INDICE GENERAL Pág. INDICE DE TABLAS.. v INDICE DE FIGURAS... vii INDICE DE GRAFICOS ix INDICE DE ANEXOS.... xi RESUMEN.. xii INTRODUCCION CAPITULO I. EL PROBLEMA Planteamiento del Problema.. 2 Objetivo General... 4 Objetivos Específicos 4 Justificación... 5 Alcances y Limitaciones 6 CAPITULO II. MARCO TEORICO Antecedentes de la Investigación 7 Bases Teóricas.12 CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO Tipo de investigación.. 20 Metodología de la investigación Caracterización del cemento.. 22 Caracterización de la arena de sílice Caracterización de los agregados iii

4 Composición de la mezcla Diseño de mezcla Corrección por humedad Elaboración de mezcla de concreto.36 Evaluación del concreto en estado fresco...37 Curado de probetas cilíndricas Numero de probetas...43 Evaluación de concreto en estado endurecido...43 Método para determinar el porcentaje de porosidad de mezclas de concreto...44 CAPITULO IV. ANALISIS Y RESULTADOS Análisis y Resultados...46 CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones...67 Recomendaciones...69 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS...70 ANEXOS iv

5 INDICE DE TABLAS Pág. CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO Tabla Nº 1. Granulometría de arena de sílice.25 Tabla Nº 2 Normativa utilizada para extracción y ensayos de agregados..26 Tabla Nº 3 Diseño de mezcla f c = 280 Kgf/cm Tabla Nº 4 Diseño de mezcla f c = 350 Kgf/cm Tabla Nº 5 Numero de probetas realizadas CAPITULO IV. ANALISIS Y RESULTADOS Tabla Nº 6 Granulometría del agregado grueso.. 46 Tabla Nº 7 Granulometría del agregado fino...48 Tabla Nº 8 Consistencia normal del cemento sustituido. 50 Tabla Nº 9 Consistencia normal del cemento Portland tipo I.50 Tabla Nº 10 Tiempos de fraguado en cementos con sustitución 51 Tabla Nº 11 Tiempos de fraguado patrón...52 Tabla Nº12 Porcentaje de aire de las mezclas de concreto y peso unitario 55 Tabla Nº 13 Resistencia a la compresión con f c = 280 Kgf/cm Tabla Nº 14 Resistencia a la compresión con f c = 350 Kgf/cm Tabla Nº 15 Porosidad total promedio en las mezclas...65 v

6 Tabla Nº 16 Criterios de evaluación de la porosidad...65 vi

7 INDICE DE FIGURAS Pág. CAPITULO III MARCO METODOLOGICO Figura Nº 1 Agregados ubicados en COCIPRE.22 Figura Nº 2 Recolección de agregados Figura Nº 3 Pesaje de cemento...23 Figura Nº 4 Maquina mezcladora...23 Figura Nº 5 Aguja de Vicat. 23 Figura Nº 6 Colocación de mortero en aparato de Vicat...24 Figura Nº 7 Aparato de Vicat automático...24 Figura Nº 8 Agua de mezclado...37 Figura Nº 9 Agregado fino y grueso Figura Nº 10 Concreto vaciado en carretilla...37 Figura Nº 11 Compactación en cono de Abrams 38 Figura Nº 12 Medición de asentamiento. 38 Figura Nº 13 Compactación para contenido de aire Figura Nº 14 Muestra en recipiente metálico.39 Figura Nº 15 Pesaje de muestra.. 39 Figura Nº 16 Cierre de válvula de aire principal 39 Figura Nº 17 Vaciado en probetas...41 Figura Nº 18 Golpes con martillo de goma 41 Figura Nº 19 Curado de probetas...42 vii

8 Figura Nº 20 Prensa universal.44 Figura Nº 21 Falla de probeta. 44 Figura Nº 22 Curado de especímenes..45 Figura Nº 23 Especímenes en desecador.45 viii

9 INDICE DE GRAFICOS Pág. CAPITULO III MARCO METODOLOGICO Gráfico Nº 1 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla patrón f c= 280 Kgf/cm Gráfico Nº 2 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla 5% f c= 280 Kgf/cm Gráfico Nº 3 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla 10% f c= 280 Kgf/cm 2 33 Gráfico Nº 4 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla patrón f c= 350 Kgf/cm Gráfico Nº 5 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla 5% f c= 350 Kgf/cm Gráfico Nº 6 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla 10% f c= 350 Kgf/cm 2 35 CAPITULO IV ANALISIS Y RESULTADOS Gráfico Nº 7 Granulometría de agregado grueso Gráfico Nº 8 Granulometría de agregado fino Gráfico Nº 9 Tiempo de fraguado del cemento Gráfico Nº 10 Corrección de humedad Gráfico Nº 11 Asentamiento promedio en muestras...54 Gráfico Nº 12 Pesos unitarios en mezclas patrón y mezclas con sustitución...57 Gráfico Nº 13 Resistencia a la compresión a los 3 días..59 Gráfico Nº 14 Resistencia a la compresión a los 14 días 60 Gráfico Nº 15 Resistencia a la compresión a los 28 días Gráfico Nº 16 Resistencia a la compresión a los 90 días Gráfico Nº 17 Comparación de resistencias a la compresión f c= 280 Kgf/cm Gráfico Nº 18 Comparación de resistencias a la compresión f c= 350 Kgf/cm ix

10 Gráfico Nº 19 Porcentaje de absorción en mezclas patrón y mezclas con sustitución 66 x

11 INDICE DE ANEXOS Pág. ANEXOS Anexo A Resultados de caracterización de agregado grueso, agregado fino y cemento Anexo B Resultados de ensayo de resistencia a la compresión...80 xi

12 Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado Decanato de Ingeniería Civil. Departamento de Construcción. EVALUACION DE MEZCLAS DE CONCRETO CON ADICIONES DE ARENA DE SILICE EN UN 5 Y 10% COMO SUSTITUTO DEL PESO DEL CEMENTO Autores: Goyo, Edgar. Rojas, Carlos. Tutor: Ing. María Alice Olavarrieta. RESUMEN. Este trabajo evaluó mezclas de concreto con adiciones de arena de sílice en un 5 y 10% como sustituto del peso del cemento. Para ello, se realizaron diseños de mezclas por medio de la metodología que establece Joaquín Porrero, tomando como variable fija las resistencias de diseño de 280 y 350 kg/cm 2, el asentamiento de la mezcla (4 ) y determinando la relación agua - cemento para cada resistencia. Para esto se tomaron porcentajes de adición de arena de sílice, sustituyendo el 5 y 10% del peso del cemento, para luego ser comparada con la mezcla patrón. Se realizaron ensayos de caracterización del cemento, como lo es la consistencia y fraguado. También se estudiaron las propiedades de la mezcla en estado fresco, como el asentamiento, porcentaje de aire y peso unitario, y en estado endurecido la resistencia a compresión y porosidad, arrojando como resultado una disminución de su resistencia mecánica a la compresión a medida que el porcentaje de la adición aumenta, por lo que se puede acotar que la arena de sílice aporta resistencia a la mezcla en pequeños porcentajes. Por todo lo dicho anteriormente, se concluye que el porcentaje de adición más óptimo de arena de sílice sustituida por peso del cemento fue el 5%, ya que con este se lograron mayores resistencias a compresión; en cuanto a la porosidad, las mezclas con adición son de durabilidad moderada. PALABRAS CLAVES: Resistencia de diseño, porosidad, arena de sílice, asentamiento. xii

13 INTRODUCCION INTRODUCCION El concreto es un material de construcción ampliamente utilizado para diversos tipos de estructuras debido a su gran estabilidad y resistencia. El cemento Portland, es uno de los principales ingredientes utilizados para la producción de concreto y tiene pocas alternativas en la industria de la construcción civil. En los últimos tiempos se ha visto una desafortunada baja en la producción de cemento, debido a que, implica la emisión de grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera, un contribuyente importante para el efecto invernadero y el calentamiento global, por lo que es necesario buscar otro material o en parte sustituirlo por algún otro que cumpla su función. La búsqueda de cualquier alternativa para el cemento debe conducir a un desarrollo sostenible del planeta y un menor impacto ambiental. Ahorros sustanciales de energía y de costo pueden resultar al sustituir el cemento por productos que se utilicen como un sustituto parcial del mismo. Las cenizas volantes, escorias, cenizas de cascarilla de arroz, metacaolín y arena de sílice son algunos de los materiales puzolánicos que pueden ser usados en el concreto como sustitución parcial del cemento. Un gran número de estudios se están llevando a cabo, tanto en Venezuela como en el extranjero, para estudiar el impacto del uso de estos materiales en el concreto industrial. En el decanato de ingeniería civil de la UCLA, se ha desarrollado desde el 2005 una línea de investigación coordinada por el profesor Alejandro Giménez, en la cual se han venido ensayando diferentes sustituciones para el cemento, con la finalidad de aportar dosis que sean resistentes y durables, este trabajo se enmarca en dicho proyecto. De acuerdo a lo anterior, la presente investigación tiene como propósito evaluar mezclas de concreto sustituyendo parte del cemento con adiciones de arena de sílice. 1

14 CAPÍTULO I EL PROBLEMA CAPITULO I EL PROBLEMA Planteamiento del Problema Desde el inicio de la raza humana, en la prehistoria, el hombre se ha visto en la necesidad de tener un sitio donde vivir, al principio lo hacían en lugares naturales como cavernas de roca, al ir evolucionando se ha visto obligado en ir utilizando diferentes tipos de materiales, como pieles de animales, madera, piedra, entre otros; para satisfacer las necesidades y exigencias de la humanidad que mejoren la calidad de vida y desarrollar métodos constructivos más eficaces. El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero, la cual era una mezcla de arena con materia cementosa, para unir bloques y losas de piedra al erigir sus asombrosas construcciones. Luego los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producían un mortero de gran fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada. Para el siglo XVIII, John Smeaton, gran ingeniero civil y físico de la época, fue pionero en el uso de cal hidráulica, la cual se obtenía con piedras, mezcla de cal viva, arcilla, arena y escoria de hierro triturado. Con esto diseño y construyo el faro de Eddystone en Inglaterra. Luego de eso fue donde se empezó a conocer el concreto como material resultante entre la mezcla de cemento o cualquier otro conglomerante con agregados finos (arena), agregados gruesos (grava, gravilla) conjuntamente con agua, obteniendo un 2

15 CAPÍTULO I EL PROBLEMA material muy resistente y duradero, el cual es altamente moldeable y puede ser utilizado en un número ilimitado de aplicaciones. Al pasar el tiempo el hombre se ve en la obligación de mejorar los materiales a utilizar en las construcciones con la finalidad de ofrecer mayor seguridad y durabilidad en las mismas, es por esto que se realizan según sea el caso, adiciones o sustituciones en la mezcla de cemento, por otra parte pero no menos importante, es el impacto ambiental que ocasionan las construcciones y los materiales utilizados en ellas, por lo cual se recurren a dichas adiciones para obtener resultados menos contaminantes para el ambiente. Uno de estos materiales es la arena de sílice, el cual es un material puzolánico de alta reactividad y es un subproducto de la producción de metal silíceo o ferro silíceo, con partículas alrededor de 100 veces más pequeñas que un grano promedio de cemento. Las adiciones al cemento del arena de sílice, pueden ser utilizadas para reducir el calor asociado con la hidratación del cemento y reducir el potencial de fisuración térmica en elementos estructurales masivos, también se conoce que el arena sílice es comúnmente usado para producir resistencias por encima de libras (4535,95 Kg.) por pulgada cuadrada (70 MPa = Kg/m²). Para finalizar y según todo lo expuesto antes, se tiene como punto a evaluar, las mezclas de concreto adicionándole arena de sílice, sustituyendo un 5 y 10% de la cantidad en peso del cemento, sin variar relación agua-cemento, y evaluar los resultados en las propiedades mecánicas y físicas con resistencias de 280 Kg/cm² y 350 Kg/cm². 3

16 CAPÍTULO I EL PROBLEMA OBJETIVOS Objetivo General Evaluar mezclas de concreto con adiciones de arena de sílice, sustituyendo el 5 y 10% del cemento con estas adiciones. Objetivos Específicos sílice. Diseñar las mezclas de concreto, tanto patrón, como con sustitución de arena de Estudiar las propiedades físicas del concreto en estado fresco y en estado endurecido con arena de sílice como sustituto parcial del cemento. Evaluar las propiedades mecánicas de mezclas de concreto con resistencia de 280 y 350Kg/cm 2, elaboradas con adiciones de arena de sílice en sustitución del 5 y 10% del contenido de cemento. Comparar las propiedades físicas y mecánicas de la mezcla patrón con las elaboradas haciendo uso de adiciones de arena de sílice Conocer la durabilidad del concreto, mediante el estudio de la porosidad de las diferentes mezclas en estado endurecido. 4

17 CAPÍTULO I EL PROBLEMA JUSTIFICACION El concreto tiene un papel fundamental en la construcción y esta a su vez es uno de los campos más importantes para la economía y desarrollo de un país; esto se da por la versatilidad del concreto, ya que puede adoptar una gran variedad de formas y usos. Puede ser vaciado en moldes con libertad de la geometría, satisfaciendo así las exigencias del diseñador, los relativamente bajos costos de producción, entre otros. Debido al auge que ha adquirido la construcción y para racionalizar un poco la materia prima y el gasto de energía que conlleva la elaboración de concreto; el ingeniero civil se ha visto en la necesidad de realizar ajustes en las mezclas. Hoy en día se sabe que existen una gran variedad de aditivos o cementantes, estos materiales provienen de la naturaleza y destacan en principio por su cualidad de mejorar las propiedades del concreto, siendo capaz de proveerle singulares características; según sea la necesidad del caso, por lo cual se consideran algunas adiciones de fundamental importancia e influencia en la obtención de grandes y notables mejoras en el concreto estructural. La utilización de adiciones minerales de alta finura puede beneficiar al concreto. Los efectos pueden ser puramente físicos, como el complemento de la granulometría para las fracciones muy finas del concreto, o efectos físico-químicos, como el producido por la reacción. En ambos casos, el resultado final es similar: disminución de la porosidad y del tamaño de partícula. Estos efectos pueden modificar las propiedades reológicas del concreto en estado fresco, así como resistencia y durabilidad del concreto endurecido. (Ing. Salazar, A. S/F). La finalidad de este trabajo de investigación es estudiar las puzolanas, específicamente; la arena sílice como adición al cemento para obtener mezclas de concreto, buscando así diseñar, determinar y concluir si es posible realizar un concreto 5

18 CAPÍTULO I EL PROBLEMA bajo estas condiciones de estudio, que sea más resistente, más duradero y de alta calidad en comparación a un concreto tradicional o patrón, y así también aprovechar los materiales de desecho contribuyendo al medio ambiente. De igual manera esta investigación es un aporte académico y científico para el desarrollo de la tecnología del concreto en nuestro campo de trabajo y una herramienta para el sector constructivo. ALCANCE El presente trabajo de investigación está enmarcado principalmente en la evaluación de propiedades físicas y mecánicas de mezclas de concreto con adiciones de arena sílice en un 5 y 10% del peso del cemento para de esta manera analizar y conocer la influencia que presenta dicha adición a la mezcla de concreto. LIMITACIONES Para efectos de este tipo de estudios, es ideal contar con un gran número de especímenes a ser evaluados, en nuestro caso realizamos 108 probetas por cuestiones de espacio y disponibilidad de material en el laboratorio de la empresa COCIPRE, C.A. 6

19 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO CAPITULO II MARCO TEÓRICO ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN Hace más de 2000 años, los romanos conocían sobre la actividad de la ceniza volcánica de Pozzuoli, cuando ella se combinaba con la cal. De hecho esa mezcla era usada en sus construcciones de las cuales hoy subsisten ejemplos admirables. En el siglo XX, la producción de cementos adicionados ha sido practicada por muchas décadas, particularmente en Europa, pero también en Japón y en la India. El uso de la escoria granulada de altos hornos también tiene una historia de más de cien años, desde cuando las industrias del hierro y el acero de Europa central y occidental operaron sus propias fábricas de cemento. En cuanto a cementos con puzolanas naturales su uso ha sido muy arraigado por varias décadas en Grecia e Italia, prácticamente en todas las construcciones de concreto, y hoy su uso es generalizado en muchos países del mundo (Salamanca, 2000) Los cementos adicionados son mezclas de Clinker de cemento de portland, sulfato de calcio (yeso) y adiciones minerales; estos cementos pueden ser producidos por molienda conjunta de esos componentes o por la mezcla de los componentes finamente molidos. Entre las adiciones minerales de uso más frecuentes se encuentran las adiciones puzolánicas, las cuales son adiciones que solo se endurecen en la presencia de Clinker de cemento portland, debido a que la reacción ocurre entre los silicatos activos del material puzolánico y el hidróxido de calcio liberado por el Clinker en el 7

20 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO transcurso de la hidratación. Los materiales más comunes pertenecientes a este grupo son: la puzolana natural, por lo general de origen volcánico y la ceniza volante (Salamanca, 2000). Las razones para el uso de los cementos adicionados se ha venido incrementando por múltiples motivos entre los cuales se destaca, el mejoramiento de las propiedades del cemento y de su calidad, la posibilidad de producir cementos especiales para aplicaciones específicas, la opción de usar subproductos de otras industrias, entre otros. S. Bhanja, B. Sengupta (2003) La investigación se dirige a desarrollar una mejor comprensión de la contribución aislada de la arena de sílice en el concreto y la determinación de su contenido óptimo. Extensa experimentación se llevó a cabo, con relación agua-cemento que van desde 0,26 hasta 0,42 y la arena de sílice con relaciones de 0,0 a 0,3. Los resultados indican que el porcentaje de sustitución óptima a los 28 días no es una constante, sino que depende de la relación de agua-cemento de la mezcla y se ha encontrado que va de 15 a 25%. Al cuantificar los efectos puzolánicos y físicos de la arena de sílice, se observa que sus mecanismos contribuyen significativamente a la resistencia del concreto. La consistencia del cemento depende de su finura. La arena de sílice tiene una mayor finura que el cemento y una mayor área de superficie, la consistencia aumenta considerablemente cuando se incrementa el porcentaje de arena de sílice. La consistencia normal aumenta aproximadamente 40% cuando el porcentaje de arena de sílice aumenta de 0% a 20%. La resistencia óptima a los 7 y 28 días a la compresión y a la flexión se han obtenido en el rango de 10-15% del nivel de remplazo arena de sílice. Aumento de la resistencia a la tracción dividida más allá del 10% de sílice, mientras que el aumento en resistencia a la tracción por flexión se ha producido hasta el 15% de los remplazos. La arena de sílice parece tener un efecto más pronunciado sobre la resistencia a la flexión que sobre la resistencia a la tracción dividida. H. Katkhuda, B. Hanayneh N. Shatarat (2009) En este trabajo el efecto de la arena de sílice en la tracción, resistencia a la compresión y flexión del concreto, se 8

21 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO estudió mediante la realización de numerosos experimentos. La arena de sílice fue sustituida por 0%, 5%, 10%, 15%, 20% y 25% para proporciones agua-cemento de 0,26, 0,3, 0,34, 0,38 y 0,42. Las siguientes conclusiones se pueden derivar: 1. La presencia de arena de sílice aumenta la resistencia, tanto la tracción dividida como la tracción por flexión. El mayor incremento se ha encontrado en la resistencia a la flexión. 2. Los porcentajes óptimos de remplazo a los 28 días a la compresión y a la flexión varían desde 15% a 25%, dependiendo de la relación agua-cemento de la mezcla. El porcentaje óptimo de sustitución aumenta con el aumento de la relación agua-cemento. A. Blarasin, A. Perfetti, (2011); En esta investigación se evaluó el comportamiento físico y mecánico de los concretos de alta resistencia, variando la granulometría y sustituyendo dosis de cemento por arena sílice para esto se elaboraron diseños experimentales de mezclas con diferentes dosificaciones, para estudiar las propiedades del concreto variando la granulometría de los agregados. Todos los diseños de mezcla fueron realizados siguiendo la metodología descrita en el Manual de Concreto estructural conforme a la Norma COVENIN 1753:03 de Joaquín Porrero S. Se elaboraron dos probetas cilíndricas por mezclas de 10 cm de diámetro y 20 cm de altura para ser ensayados a compresión a los 3, 7, 14, 28, 56, 90 días además se realizaron dos probetas cilíndricas por mezclas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura para ser ensayadas a tracción indirecta a los 28 días. También se realizaron probetas de 10 cm de diámetro y 5 cm de altura aproximadamente, para analizar la porosidad; así como los correspondientes ensayos de los agregados. Los resultados de las pruebas se tabularon, analizaron y compararon con la Norma COVENIN, ACI y el manual DURAR CYTED (1998) para comprobar si el concreto elaborado y sus ensayos cumplían con los límites establecidos por la norma correspondiente, obteniéndose resistencia de y Kg/cm 2 en mezclas patrón y de y 385 Kg/cm 2 en mezclas con adiciones como valores mínimos y máximos a compresión y 62.5 y

22 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Kg/cm 2 para sus similares en tracción indirecta. Además de catalogar el concreto de buena calidad y compacidad apto para ambientes agresivos al alcanzar valores inferiores a 10 en porosidad total. Bolívar, Gómez, González, (2012). Esta investigación tuvo como finalidad evaluar el comportamiento de las propiedades físicas y mecánicas de mezclas de concreto de altas resistencias, sustituyendo el 15 y 20% del cemento con arena de sílice. Los resultados obtenidos se compararon con las Normas COVENIN y el Manual DURAR- CYTED, para determinar si los ensayos realizados a las mezclas de concreto se encontraban dentro de los límites establecidos. De acuerdo a lo anterior se establece que, las mezclas de concreto adicionadas tuvieron un tiempo de fraguado mucho menor en relación con las mezclas patrón, los ensayos iniciales para las mezclas a los 7 y 28 días obtuvieron resultados por encima de la resistencia esperada. La resistencia más óptima obtenida fue la de 15% de sustitución de cemento por arena de sílice para todas las resistencias estudiadas. En cuanto a la porosidad, se clasifica al concreto como de durabilidad moderada e inadecuada, no apto para soportar los efectos de ambientes agresivos. El Índice de Actividad Puzolánica reflejo un valor de 70,1% para 7 días y un 79,49% para 28 días, considerando así la arena de sílice un buen material puzolánico para ser utilizado en mezclas de concreto. Alvarado M, Dos Santos L, (2013) Este trabajo evaluó la influencia de la adición de arena de sílice en las propiedades físico - mecánicas de las mezclas de concreto. Para ello, se realizaron diseños de mezclas por medio de la metodología que establece Joaquín Porrero, tomando como variable fija las resistencias de diseño de 250 y 300 kg/cm2, el asentamiento de la mezcla (4 ) y determinando la relación agua - cemento para cada resistencia. Para esto se tomaron porcentajes de adición de arena de sílice de 8 y 12% definidos según el peso del cemento, para luego ser comparada con la mezcla patrón. Se realizaron ensayos de caracterización del cemento, como los son la consistencia, fraguado y la resistencia a la compresión de morteros usando probetas cúbicas de 50.8cm (2 ) por lado, esto con la incorporación del material en estudio, 10

23 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO obteniendo como resultados que la mezcla que contiene más adición de sílice es la que requiere mayor cantidad de agua. También se estudiaron las propiedades de la mezcla en estado fresco, como el asentamiento, porcentaje de aire y peso unitario, y en estado endurecido la resistencia a compresión, porosidad e índice de actividad puzolánica, arrojando como resultado una disminución de su resistencia mecánica a la compresión a medida que el porcentaje de la adición aumenta, por lo que se puede acotar que la arena de sílice aporta resistencia a la mezcla en pequeños porcentajes, de la misma manera se refleja que el índice de actividad puzolánica fue mayor al 75% por lo que es puzolánicamente activa, cumpliendo así con lo establecido en la Norma COVENIN. Se concluye que el porcentaje de adición más óptimo de arena de sílice por peso del cemento fue el 8%, ya que con este se lograron mayores resistencias a compresión; en cuanto a la porosidad, las mezclas con adición son de durabilidad moderada a inadecuada. Guerrero E, Torres G, (2013) En esta investigación se realizaron diseños de mezclas con sustitución de polvo de sílice, sustentados en el Método de Porrero. El tipo de cemento empleado para la ejecución del estudio fue Portland Tipo I mientras que la adición considerada fue polvo de sílice. Se elaboraron probetas cilíndricas para evaluar la resistencia de las mezclas patrón, 15% y 20% de microsílice a las edades de 7, 14 y 28 días; probetas cilíndricas de diez centímetros de diámetro y cinco centímetros de altura para el estudio de la porosidad; además de probetas cúbicas de cinco centímetros de lado, para el Índice de Actividad Puzolánica. Los resultados obtenidos se analizaron y compararon con las Normas COVENIN y el Manual DURAR-CYTED. Los valores obtenidos de las mezclas con adiciones y las mezclas patrón concluyen que el porcentaje óptimo de adición fue el 20% para la resistencia de diseño de 350 Kg/cm2 y 15% para 400 Kg/cm2, logrando mayor resistencia a la compresión. En cuanto a la porosidad, la resistencia de 350 Kg/cm2 tanto patrón, como las adicionadas, indican una moderada calidad; mientras que la de 400 Kg/cm2 patrón y con el 20% de adición 11

24 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO son catalogadas de durabilidad inadecuada. El polvo de sílice es puzolánicamente activo para ser empleado en mezclas de concreto. BASES TEÓRICAS Para el desarrollo de la presente investigación, es necesario el conocimiento de una serie de conceptos relacionados con el área de estudio, entre los cuales destacan: El concreto y sus agregados, la puzolana como principal material de la mezcla a ensayar y su origen; por último los fundamentos teóricos de los ensayos a realizar. COMPONENTES DE CONCRETOS CONVENCIONALES El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La pasta, compuesta de cemento portland y agua, une a los agregados (arena y grava o piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece debido a la reacción química entre el cemento y el agua (Bran, 2005). Los agregados generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaño de partícula que pueden llegar hasta 10 mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo del agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm (Steven, 1992). CEMENTO: Es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcillas calcinadas y posteriormente molidas. Tiene la propiedad de endurecer al contacto con el agua (Rivva, 2000). En Venezuela, el cemento generalmente usado es el Portland tipo I, el cual tiene como objetivo primordial proveer el mecanismo de adhesión mortero-unidad así como también la resistencia a la compresión. 12

25 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO AGUA: El agua es un componente esencial en las mezclas de concreto y morteros, pues permite que el cemento desarrolle su capacidad ligante. El agua utilizada en la elaboración del concreto y mortero debe ser apta para el consumo humano, libre de sustancias como aceites, ácidos, sustancias alcalinas y materias orgánicas. AGREGADO FINO: Está conformado por arenas naturales o manufacturadas, con tamaños de partículas que pueden llegar hasta diez milímetros (Rivva, 2000). El agregado fino que se obtiene del procesamiento de rocas se conoce como piedra triturada; si dicho material pasa casi totalmente el cedazo #50 recibe el nombre de polvo de piedra. El agregado fino o arena debe ser bien gradado, para que pueda llenar los espacios vacíos, además actúa como lubricante en la mezcla dándole trabajabilidad a la misma. AGREGADO GRUESO: Está conformado por gravas o piedras trituradas de tamaños de partículas que oscilan entre 9 y 38 milímetros. Teniendo en cuenta que el concreto es una piedra artificial, el agregado grueso es la materia prima para fabricarlo. En consecuencia se debe usar la mayor cantidad posible y del tamaño mayor, teniendo en cuenta los requisitos de colocación y resistencia. ADITIVOS: Se utilizan como ingredientes del concreto y, se añaden a la mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado, con el objeto de modificar sus propiedades para que sea más adecuada a las condiciones de trabajo o para reducir los costos de producción. (Jaime, 1997). 13

26 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO MATERIALES CEMENTANTES Los materiales cementantes son sustancias que por sí solas tienen propiedades hidráulicas cementantes (fraguan y endurecen en presencia de agua). Estos materiales incluyen a la escoria granulada de alto horno molida, al cemento natural, a la cal hidráulica hidratada y, a las combinaciones de estos y de otros materiales (Rivva, 2000). DISEÑO DE MEZCLA Es un proceso que consiste en calcular las proporciones de los elementos que forman el concreto, con el fin de obtener los mejores resultados. Existen diferentes métodos de Diseños de Mezcla; algunos pueden ser muy complejos como consecuencia a la existencia de múltiples variables de las que dependen los resultados de dichos métodos, aun así, se desconoce el método que ofrezca resultados perfectos, sin embargo, existe la posibilidad de seleccionar alguno según sea la ocasión. Las propiedades del concreto se comprueban prácticamente y pueden hacerse después de los ajustes necesarios para obtener las mezclas de proporciones adecuadas que de la calidad deseada (Bran, 2005). CEMENTOS ADICIONADOS Los cementos adicionados (o compuestos), son mezclas de clinker de cemento portland, sulfato de calcio (yeso) y adiciones minerales; estos cementos pueden ser producidos por molienda conjunta de esos componentes o por mezcla de los componentes finamente molidos (Salamanca, 2000). Las adiciones minerales de uso más frecuente pueden clasificarse en tres grupos dependiendo de su actividad y de su contribución al desarrollo de la resistencia. 14

27 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO - Adiciones Hidráulicas: Son adiciones que poseen un potencial hidráulico natural, pero que requieren un activador para que puedan endurecer bajo agua; dicho activador puede ser: cal, clinker de cemento portland, yeso o un activador químico. La adición típica de este grupo es la escoria. - Adiciones Puzolánicas: Son adiciones que solo endurecen en presencia del clinker de cemento portland debido a que la reacción ocurre entre los silicatos activos del material puzolánico y el hidróxido de calcio liberado por el clinker en el transcurso de la hidratación. Los materiales más comunes pertenecientes a este grupo son: la puzolana natural, por lo general de origen volcánico, y la ceniza volante. - Adiciones Inertes: Son adiciones que no poseen actividad hidráulica ni puzolánica, pero que contribuyen al desarrollo de otras propiedades del cemento, diferentes de la resistencia. Se usa comúnmente la llenante caliza (polvo de piedra caliza, cenizas de carbón, entre otros), en especial cuando se trata de la producción de cementos para mampostería. PUZOLANAS Se consideran generalmente como puzolanas los materiales que, carentes de propiedades cementicias y de la actividad hidráulica por sí solos, contienen constituyentes que se combinan con cal a temperaturas ordinarias y en presencia de agua, dando lugar a compuestos permanentemente insolubles y estables que se comportan como conglomerantes hidráulicos. En tal sentido, las puzolanas dan propiedades cementantes a un conglomerante no hidráulico como es la cal. Las puzolanas, según su origen, se clasifican en dos grandes grupos el de las naturales y el de las artificiales. 15

28 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Puzolanas Naturales: Rocas volcánicas, en las que el constituyente amorfo es vidrio producido por enfriamiento brusco de la lava. Por ejemplo las cenizas volcánicas, las tobas, la escoria y obsidiana. Rocas o suelos en las que el constituyente silíceo contiene ópalo, ya sea por la precipitación de la sílice de una solución o de los residuos de organismos de lo cual son ejemplos las tierras de diatomeas, o las arcillas calcinadas por vía natural a partir de calor o de un flujo de lava. Puzolanas Artificiales: Cenizas volantes: las cenizas que se producen en la combustión de carbón mineral (lignito), fundamentalmente en las plantas térmicas de generación de electricidad. Arcillas activadas o calcinadas artificialmente: por ejemplo residuos de la quema de ladrillos de arcilla y otros tipos de arcilla que hayan estado sometidas a temperaturas superiores a los 800 C. Escorias de fundición: principalmente de la fundición de aleaciones ferrosas en altos hornos. Estas escorias deben ser violentamente enfriadas para lograr que adquieran una estructura amorfa. Cenizas de residuos agrícolas: la ceniza de cascarilla de arroz, ceniza del bagazo y la paja de la caña de azúcar. Cuando son quemados convenientemente, se obtiene un residuo mineral rico en sílice y alúmina, cuya estructura depende de la temperatura de combustión. 16

29 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO ARENA DE SILICE El Instituto Americano del Concreto (ACI) la define como un subproducto que se obtiene de la producción de silíceo metálico o ferro silicio, en hornos de arco eléctrico. En cuanto a su tamaño, se establece que son conjunto de partículas extremadamente finas, de las cuales más del 95% son menores a 1 µm. Este producto en forma de polvo de color gris claro a oscuro o en ocasiones gris azulado verdoso, es resultado de la reducción de cuarzo muy puro con carbón mineral en un horno de acto eléctrico durante la manufactura del silicio o de aleaciones de ferro silicio (Rivva, 2000). La arena de sílice asciende como vapor oxidado de los hornos a 2000 C. Se enfría, se condensa y se recolecta en enormes bolsas de tela. Entonces se le procesa para retirarle las impurezas y para controlar su tamaño de partícula. De acuerdo a la Asociación de Arena de Sílice (SFA, Abril 2005), los beneficios de adicionar arena de sílice resultan en cambios de la micro estructura de las mezclas de concreto. Dichos cambios provienen de dos procesos diferentes pero igualmente importantes: 1. El aspecto físico de las partículas de arena. Al agregar miles de pequeñas partículas a la mezcla de concreto, estas se encargan de llenar los espacios vacíos entre el agregado grueso y entre las partículas de cemento. Este fenómeno es conocido como micro-filling o micro-llenado. Incluso, si la arena no reacciona químicamente, el efecto de micro llenado brinda importantes mejoras en la naturaleza del concreto. 2. La contribución química. A causa del gran contenido de dióxido de silicio, es un material puzolánico muy reactivo en el concreto. Es necesario definir conceptos esenciales que serán empleados a lo largo de la investigación. Estos, fueron extraídos del Manual del Concreto Estructural (Porrero, 2004). 17

30 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO ASENTAMIENTO: Es la medida de la consistencia del concreto en estado fresco, evaluada mediante el ensayo del Cono de Abrams. Según la norma COVENIN 339, es un índice bastante práctico, aunque no mide todas las propiedades prácticas de la mezcla, ni las valora con el mismo grado de influencia que ellos realmente tiene en el concreto, ofrecen una información útil sobre todo en términos comparativos. CALOR DE HIDRATACION: Es el calor que se desarrolla durante la reacción química del cemento con agua, tales como las producidas durante el proceso de fraguado y endurecimiento del cemento. COMPACTACION: Es un procedimiento manual o mecánico por medio del cual se trata de densificar la masa de concreto fresco, logrando la reducción al mínimo de los espacios vacíos. CURADO: Proceso de modificar las condiciones ambientales que rodea la pieza, mediante riego o inmersión en agua, suministro de calor o vapor. CURVA GRANULOMETRICA: Representación gráfica de la granulometría de un agregado. DOSIFICACION: Proporción en peso o volumen, según la cual se mezclan los componentes del concreto. DURABILIDAD: Capacidad que tiene el concreto para resistir la acción continúa de agentes químicos, ambientales y otras condiciones de servicio. FRAGUADO: Proceso de hidratación de los componentes de un aglomerante hidráulico. LEY DE ABRAMS: Establece la correspondencia entre la resistencia del concreto y la relación agua/cemento en peso. Se simboliza como valor α. 18

31 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO PESO ESPECIFICO DEL CONCRETO: Peso por unidad de volumen de concreto, excluyendo el volumen de poros. RELACION AGUA/CEMENTO: Expresa la íntima relación que existe entre el peso del agua utilizada en la mezcla y el peso del cemento. RETRACCION: Disminución de volumen que sufre el concreto. A medida que el ambiente sea más desecante, la disminución será tanto mayor. SEGREGACION: Tendencia de separación de agregados, que ocurre cuando hay presencia de granos con tamaños muy diferentes. TRABAJABILIDAD: Conjunto de propiedades del concreto en estado fresco que permiten manejarlo, colocarlo en los moldes y compactarlo, sin que se produzca segregación. 19

32 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO Tipo de Investigación La presente investigación es de campo. Es de campo porque se aplican métodos científicos en el tratamiento de un sistema de variables y sus relaciones, las cuales conducen a conclusiones y al enriquecimiento de un campo del conocimiento, contando con la sustentación de experimentos y observaciones realizadas. La metodología se basó en ensayos de laboratorio regidos por las Normas COVENIN, en donde se le efectuó la caracterización de los agregados para obtener su granulometría y luego se ejecutó el diseño de mezcla, a través del Método del Manual del Concreto Estructural" (Método de Porrero). Así como también se evaluaron las características y propiedades del concreto en estado fresco al cuál se le determino el Asentamiento por medio del Cono de Abrams, peso unitario, suelto y compacto y en estado endurecido se obtuvo la resistencia a compresión, además de la porosidad total. POBLACIÓN De acuerdo a Hurtado (2000), es considerada como el conjunto de elementos que forman parte de un contexto donde se quiere investigar el evento. La población de 20

33 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO este estudio estuvo conformada por un concreto con resistencia 280 Kg/cm 2 y 350 Kg/cm 2 elaborados bajo las mismas condiciones. MUESTRA Méndez (2001), expresa que: La muestra es un sub-conjunto o parte de la población. Cuando se analiza una muestra no se hace con el propósito de fijar la atención en ella, o de conocer sus propiedades, si no conocer la población de la cual proviene. Siendo la muestra una representación de la población. En este caso, el universo de estudio está conformado por 108 probetas cilíndricas, que comprenden diseño de mezcla patrón y con adición de arena de sílice en dosis de 5 y 10% del peso del cemento. VARIABLES DE ESTUDIO Se realizó el diseño de mezclas de concreto, sustituyendo arena de sílice en porcentajes de un 5 y 10% del peso del cemento. Se evaluó la resistencia a la compresión a los 3, 14, 28 y 90 días de edad en estado endurecido. MATERIALES Cemento: Portland Tipo I Proveniente de la Empresa Cemex Venezuela S.A.C.A Planta Lara. Agregados: el agregado grueso fue canto rodado triturado procedente de Mi Jaguito, Estado Portuguesa, y de agregado fino se usó arena natural de rio, proveniente de Guama, Estado Yaracuy. Arena Normalizada: se utilizó arena normalizada de Ottawa. Arena de Sílice: donada por la Reprocesadora Industrial de Arena de Sílice (RIAS, C.A), ubicada en la Zona Industrial II en Barquisimeto, Estado Lara. En las figuras 1 y 2 se aprecia la toma de agregados en la empresa COCIPRE. 21

34 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Fig. N 1 Agregados ubicados en COCIPRE Fig. N 2 Recolección de agregados METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION El desarrollo de la investigación se realizó siguiendo los procedimientos descritos a continuación: CARACTERIZACION DEL CEMENTO En el proceso de caracterización del cemento se realizaron los siguientes ensayos. Método de ensayo para determinar la consistencia normal del cemento. COVENIN Para la elaboración de este ensayo se pesó una muestra de cemento de 650 gramos y a la vez los porcentajes de arena de sílice en estudio que son el 5 y 10% del peso del cemento (Fig. N 3). Listo los materiales a usar se mezcló este material y tomando una cantidad de agua previamente calculada, se vertió está en la mezcla en un 22

35 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO tiempo de 30 segundos, incrementando su cantidad para cada una de las muestras a fin de obtener una pasta de consistencia normal. Luego en la maquina mezcladora a una velocidad baja durante 30 segundos se mezclaron estos materiales, siguiendo con 15 segundos de reposo y por ultimo 60 segundos de velocidad rápida (Fig. N 4). Con la pasta de cemento preparada se aglomera la muestra en las manos, teniendo precaución de no compactarla y arrojándola así seis (6) veces de una mano a otra a una separación alrededor de 15cm, por séptima vez se deja caer de una mano al extremo mayor del anillo tronco cónico, se presiona para llenarlo completamente y luego colocarlo sobre la placa no absorbente, se agita, se voltea y se enrasa en el extremo menor con una cuchara de albañil afilada y quitando el exceso se coloca el aparato de Vicat Manual apretando el tornillo fijador y liberando la barra inmediatamente, dejando así que la aguja se asiente durante 30 segundos, cuando alcanzó el rango de 10mm ± 1de penetración, se considera la consistencia normal del cemento (Fig. N 5). Fig. N 3 Pesaje de cemento Fig. N 4 Maquina Mezcladora Fig. N 5 Aguja de Vicat 23

36 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado de cementos hidráulicos por medio de la aguja de Vicat. Norma COVENIN Con el mismo mortero ejecutado para el ensayo de consistencia normal se desarrolla este ensayo, trasladando el anillo tronco cónico a la cámara de humedad para dejarla reposar durante 30 minutos. Pasado el tiempo se lleva la muestra al Aparato de Vicat Automático (Fig. N 6), colocando está sobre la placa metálica para luego obtener la penetración de la Aguja de Vicat cada 15 minutos, hasta que esta no penetre en lo absoluto a la pasta de cemento (Fig. N 7). Fig. N 6 Colocación de mortero en aparato de Vicat Fig. N 7 Aparato de Vicat Automático CARACTERIZACIÓN DE LA ARENA DE SÍLICE. GRANULOMETRIA Esta fue proporcionada por la empresa procesadora de la misma, y se muestra en la tabla N 1. 24

37 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Tabla Nº1. Granulometría de Arena de Sílice. Tamiz %Retenido 80 0, , , , , , , ,30 B 50,10 Fuente: Reprocesadora Industrial de Arena de Sílice (RIAS C.A). Barquisimeto, Edo Lara. CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS. Extracción de Muestra Tanto para el agregado fino como para el grueso, ambos provienen de montones o pilas, se siguió el procedimiento empleado en la Norma COVENIN "Agregados. Extracción de muestras para morteros y concretos". Se extrajeron las 25

38 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO muestras de diferentes partes de la pila, de pesos aproximados iguales, tomando la precaución de evitar la zona de segregación del material más grueso, que generalmente se halla en la base del montón. En la tabla N 2 se presentan los ensayos realizados a los agregados. Tabla N 2. Normativa utilizada para extracción y ensayos de agregados. NORMA Descripción de Ensayos Método de Cuarteo, para la obtención COVENIN 290 de muestras representativas de agregados finos y agregados gruesos. Método de ensayo para determinar la COVENIN composición granulométrica de agregados finos y gruesos Método de ensayo para determinar las COVENIN partículas más finas que el cedazo Nro. 200 en el agregado fino Método de ensayo para determinar el COVENIN peso específico y la absorción del agregado fino. Método de ensayo para determinar el COVENIN peso específico y absorción del agregado grueso. En la presente investigación se evaluaron las propiedades de la mezcla de concreto patrón y la mezcla elaborada con la adición de arena de sílice. Para el estado fresco de la mezcla se determina el asentamiento y peso unitario de la misma y para el estado endurecido se obtiene la resistencia a compresión y la porosidad. 26

39 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO COMPOSICION DE LA MEZCLA El concreto elaborado para la presente investigación está conformado por agregados minerales como son arena natural de río y canto rodado triturado, mezclados con cemento Portland Tipo I, agua y adición de arena de sílice, formando una pasta de consistencia plástica, que se endurece y desarrolla resistencias a la compresión. Los componentes empleados cumplieron con la Norma COVENIN vigente, con la finalidad de garantizar mezclas de buena calidad, la caracterización del agua proviene de la empresa HIDROLARA C.A. DISEÑO DE LA MEZCLA Este diseño se realizó como se dijo anteriormente, a través del Método del "Manual del Concreto Estructural" (Método de Porrero), conforme con la Norma COVENIN "Proyecto y Diseño de Obras en Concreto Estructural", con resistencias de diseño de 280 kg/cm 2 y 350 kg/cm 2 para las dos (2) mezclas patrón y adición de sílice de 5% y 10% del peso del cemento para las mezclas adicionadas, obteniendo así un total de seis (6) mezclas. El trompo con el cual se realizaron las mezclas de concreto perteneciente a la empresa COCIPRE C.A. es de aproximadamente 60 Litros, se calcularon las dosificaciones para 50 Litros para tener algo de holgura al momento de realizar la actividad. 27

40 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Gráfico Nº 1. Valor de. Fuente: COCIPRE, C.A. El valor de se encuentra en el siguiente rango: Para conseguir el valor de se busca el promedio de estos dos valores. = ( )/2 = 47% Sin embargo, este valor se puede aproximar a un 50% para así obtener un valor medio de los agregados y cantidad de cemento, evitar la segregación y para que este diseño pueda ser usado para cualquier elemento estructural. Datos de entrada para el cálculo del diseño de la mezcla de concreto Asentamiento: 4" Tamaño Máximo: 1" Agregado Grueso: Canto rodado. Agregado Fino: Arena Natural. 28

41 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Para el diseño de mezcla se realizaron los siguientes cálculos: Para Resistencia => f 'c = 280 kg / cm 2 Resistencia Promedio Rc = f c (Z ) (Tomado de la pág. 132 del manual de porrero, formula 6.2) Dónde: Z = variable tipificada de la distribución normal, se selecciona con respecto al cuantil deseado, según la Norma COVENIN 1753, Sección , vinculado a los criterios de confiabilidad del diseño de miembros de concreto reforzado, establecidos en el Capítulo 9 de dicha norma. Rc = (1,34 32) = 322,88 Kg/cm 2 Relación Agua - Cemento ( ): = 3,147 1,065 log (Rc) = 3,147 1,065 log 280 Kg/cm 2 = 0, ,54 Corrección de : Según tamaño máximo igual a 1" (2,54cm) K r = 1,0 (Factor tomado de la tabla VI.7 del Manual de Porrero) K a = 0,91 (Factor tomado de la tabla VI.8 del Manual de Porrero) corr. = Kr Ka α corr. = 1 0,91 0,

42 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO corr. = 0, máx. = 0,75 (Valor tomado de la tabla VI.9 del Manual de Porrero) Como corr. ' máx. se toma como el valor de corr. = 0, Relación triangular: Cemento: C = 117,2 T0,16 1,3 C = 117,2 10 0,16 0, ,3 C = 425,84 Kg/m 3 Corrección de la cantidad de Cemento: C 1 = 1,0 (Factor tomado de la tabla VI.11 del Manual de Porrero) C 2 = 0,90 (Factor tomado de la tabla VI.12 del Manual de Porrero) Ccorr. = C C1 C2 Ccorr. = 425,84 1 0,90 = 383,26 Kg/m 3 Cmin = 270 Kg/m 3 (Valor tomado de la tabla VI.13 del Manual de Porrero) Como Ccorr. C min se toma como C el valor de Ccorr. = 383,26 Kg/m 3 Volumen de aire atrapado V = C T (mm) V = 383,26 25,4 = 15,09 Lt/m3 30

43 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Agua de Mezclado: = a / C => a = * C a = 0, ,26 Kg/m 3 a = 188, Kg/m 3 Agregados: Con los valores calculados anteriormente, se procede a determinar la cantidad de agregado grueso y fino para 1m 3 de concreto. A + G = γ (A + G) (1000 0,3 C a V (A + G) = 2,65 (Valor promedio empleado para ambos agregados y para su combinación, tomado de la pág. 144 del Manual de Porrero) A + G = 2,65 ( ,3 383,26 188,60 15,09) A + G = 1805,5298 Kgf/m 3 Para determinar por separado los valores de agregado fino y grueso se utilizan las siguientes expresiones: A = β (A + G) = 0,5 1805,5298 Kgf/m 3 A = 902,7649 Kgf/m 3 B = (1 β) (A + G) = (1 0,5) (1805,5298) B = 902,7649 Kgf/m 3 Los valores definitivos del diseño de mezcla para la dosificación de 1m 3 con f c = 280 Kgf/m 3 se muestran a continuación en la Tabla N 3 y para f c = 350 Kgf/m 3 en la Tabla N 4. 31

44 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Tabla N 3. Diseño de mezcla con f c = 280Kgf/cm 2 Material componente o Dosificación m 3 /concreto Mezcla Patrón (50 Lts.) Mezcla 5% (50 Lts.) Mezcla 10% (50 Lts.) Agua de mezclado 188, Lts/m 3 9,43 Lts 9,43 Lts 9,43 Lts Cemento Tipo I Portland 383,26 Kg/m 3 19,16 Kg 18,20 Kg 17,24Kg Agregado Fino 902,7649 Kg/m 3 45,14 Kg 45,14 Kg 45,14 Kg Agregado Grueso 902,7649 Kg/m 3 45,14 Kg 45,14 Kg 45,14 Kg Arena Sílice 5% 19,163 Kg/m 3-0,96 Kg - Arena Sílice 10% 38,326 Kg/m ,92 Kg A continuación se muestran los gráficos 1, 2 y 3, explicativos de los porcentajes de los componentes en cada una mezcla. 8% AGREGADO GRUESO 16% 38% AGREGADO FINO CEMENTO 38% AGUA Grafico N 1: % de pesos diseño de mezcla con f c = 280Kgf/cm 2 (muestra patrón). 32

45 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO 1% AGREGADO GRUESO 8% AGREGADO FINO 15% 38% CEMENTO 38% AGUA Grafico N 2: % de pesos diseño de mezcla con f c = 280Kgf/cm 2 (sustitución del cemento por arena sílice en 5% del peso del cemento). Grafico N 3: % de pesos diseño de mezcla con f c = 280Kgf/cm 2 (sustitución del cemento por arena sílice en 10% del peso del cemento). Tabla N 4. Diseño de mezcla con f c = 350Kgf/m 3 8% 14% 38% 2% AGREGADO GRUESO 38% AGREGADO FINO CEMENTO AGUA Material componente o Dosificación m 3 /concreto Mezcla Patrón (50 Lts.) Mezcla 5% (50 Lts.) Mezcla 10% (50 Lts.) Agua de mezclado 200, Lts/m 3 10,05 Lts 10,05 Lts 10,05 Lts Cemento Portland Tipo I 504,73 Kg/m 3 25,24 Kg 23,978 Kg 22,72Kg Agregado Fino 831,74Kgf/m 3 41,59 Kg 41,59 Kg 41,59 Kg Agregado Grueso 831,74Kgf/m 3 41,59Kg 41,59 Kg 41,59 Kg Arena Sílice 5% 25,24 Kg/m 3-1,26 Kg - Arena Sílice 10% 50,48 Kg/m ,52 Kg 33

46 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO De igual manera se muestran los gráficos 4, 5 y 6, explicativos de los porcentajes de los componentes en cada una de las mezclas realizadas. 21% 9% 35% 35% AGREGADO GRUESO AGREGADO FINO CEMENTO AGUA Grafico N 4: % de pesos diseño de mezcla con f c = 350Kgf/cm 2 (muestra patrón). 1% 9% 20% 35% 35% AGREGADO GRUESO AGREGADO FINO CEMENTO AGUA ARENA SILICE 5% Grafico N 5: % de pesos diseño de mezcla con f c = 350Kgf/cm 2 (sustitución del cemento por arena sílice en 5% del peso del cemento). 34

47 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO 2% 9% 19% 35% 35% AGREGADO GRUESO AGREGADO FINO CEMENTO AGUA ARENA SILICE 10% Grafico N 6 % de pesos diseño de mezcla con f c = 350Kgf/cm 2 (sustitución del cemento por arena sílice en 5% del peso del cemento). CORRECCION POR HUMEDAD Los cálculos se suponen con la condición ideal de saturados con superficie seca. La corrección debe hacerse según: Gsss (100 + Ab) = Gw (100 + w) Asss (100 + Ab) = Aw (100 + w) Dónde: Gsss ó Asss = Peso del agregado saturado con superficie seca. Gw ó Aw= Peso del material húmedo. Ab = Porcentaje de absorción de agua. W = Porcentaje de humedad del agregado usado. 35

48 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO De dicha expresión se despeja Gw, que es la condición en que se encuentra los agregados en la pila, al momento de realizar la mezcla, donde Gsss es la cantidad de agregado obtenida anteriormente a través del diseño. Luego se diferencian estos dos pesos (Gw - Gsss), para así determinar la cantidad de agua que se debe añadir o disminuir del agua de mezclado. ELABORACION DE LA MEZCLA DE CONCRETO El mezclado de concreto se realizó en el Laboratorio de la reconocida Empresa COCIPRE C.A. sede ubicada en la Zona Noroeste de la Ciudad de Barquisimeto Estado Lara, con el asesoramiento del personal técnico de la misma, cumpliendo con los requerimientos establecidos en la Norma COVENIN El procedimiento empleado fue el siguiente: Ya pesados, se hizo una revisión de los materiales a usar en la mezcla (Fig. N 8 Y 9) como lo son: el cemento, agregado grueso, agregado fino y la adición de la arena de sílice. Antes de introducir estos en el Trompo Mezclador se unió la adición con el cemento hasta obtener un material de color homogéneo (esto para la mezcla de concreto adicionada y para la mezcla patrón no se adiciona sílice), además de medir en cilindros graduados la cantidad de agua necesaria para la mezcla. Luego se vierte el agregado grueso y la mitad de agua necesaria en el trompo, se enciende y se añade en agregado fino, el cemento (ya sea el mezclado con la adición o solo) y el agua restante, se mezcla esto durante tres minutos (03), inmediatamente de transcurrido el tiempo se detiene el trompo por un periodo de tres (03) minutos para luego encenderlo y mezcla nuevamente durante dos (02) minutos. Finalizado el tiempo se vierte el concreto en una carretilla la cual debe estar limpia y húmeda (Fig N 10). 36

49 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Fig. N 8 Agua de Mezclado Fig. N 9 Agregados fino y grueso Fig. N 10 Concreto vaciado en carretilla EVALUACION DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO. Método para la medición del asentamiento con el cono de Abrams. Norma COVENIN Este procedimiento se hace al momento de mezclado del concreto, colocando un molde metálico con la forma de un cono truncado de 12" de altura sobre una placa horizontal para luego sujetarlo y comenzar a vaciar concreto fresco en tres (3) capas compactando cada capa con veinticinco (25) golpes de forma espiral (Figura Nº11), se enrasa y se retira el molde cuidadosamente en dirección vertical evitando no girarlo ni rotarlo. Una vez retirado el molde se voltea sobre la placa y arriba de este se coloca una barra y se procede a medir el asentamiento (Figura Nº12), que no es más que la diferencia de altura entre el la barra y la pila de concreto 37

50 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Fig. N 11 Compactación en Cono de Abrams Fig. N 12 Medición de Asentamiento Método de ensayo para determinar el contenido de aire y peso unitario del concreto en estado fresco por el método volumétrico. Norma COVENIN Una vez realizada la mezcla de concreto, se toma una muestra representativa de manera aleatoria y se llena el recipiente metálico previamente humedecido, en tres (3) capas compactando cada una con veinticinco (25) golpes (Fig. N 13), y golpeando luego por los lados del recipiente de diez (10) a quince (15) veces con la barra compactadora para evitar que queden burbujas de aire en el interior de la muestra. Posteriormente se enrasa, se limpia el exceso de concreto y se pesa obteniendo así peso total de la muestra (Fig. N 14 y 15), seguidamente se fija la parte superior al recipiente, se cierra la válvula principal de aire, verificando que las llaves de purga 38

51 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO estén abiertas para inyectar agua por una de ellas hasta que descargue por la otra, Una vez realizado esto se cierran las llaves y se bombea aire dentro de la cámara hasta que el manómetro este en la línea de presión inicial, se abre la válvula principal entre la cámara de aire y el tazón para en ese momento proceder a leer el porcentaje de aire, finalmente se cierra nuevamente la válvula de aire principal y se abren las llaves para descargar la presión antes de remover la cubierta (Fig. N 16). Fig. N 13 Compactación para contenido de aire Fig. N 14 Muestra en recipiente metálico Fig. N 15 Pesaje de muestra Fig. N 16 Cierre de válvula de aire principal 39

52 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Ya obtenido el porcentaje de aire, se procede a aplicar la ecuación para encontrar el Peso Unitario Compacto: P.U = Wm * 1000, donde: Wm = Wt - Wr Wr Wm = Peso de la Muestra Wr = Peso del Recipiente Wt = Peso de la Muestra + Peso del Recipiente. Elaboración, curado y ensayo de las probetas cilíndricas de concreto. Norma COVENIN Una vez realizadas las mezclas se vacío en moldes metálicos con un diámetro nominal de 15cm y una altura de 30cm (Fig. N 17), los cuales debían estar previamente limpios y engrasados para un buen desencofrado, en tres (3) capas la cual cada una es compactada con veinticinco golpes (25), distribuidos de manera uniforme extrayéndose así posibles burbujas del interior de los cilindros dando suaves golpes sobre las paredes de los moldes con un martillo de goma (Figura Nº 18), para luego enrasar la superficie de cada probeta con una cuchara de albañilería. 40

53 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Fig. N 17 Vaciado en probetas Fig. N 18 Golpes con martillo de goma CURADO DE PROBETAS CILÍNDRICAS. Las probetas cilíndricas y los especímenes recién elaborados quedaron en reposo durante veinticuatro (24) horas, en un lugar cubierto y protegido del medio ambiente. Transcurrido este tiempo se les retira el molde, se identifican y se someten al proceso de curado en tanques de agua expuestas a temperatura ambiente (Figura Nº 19) para no alterar los resultados esperados. En estas condiciones los cilindros deben permanecer por un periodo de 3, 14, 28 y 90 días para luego realizar los ensayos respectivos, retirándose estos del agua un día antes de la fecha de ensayo. 41

54 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Fig. N 19 Curado de Probetas Numero de probetas Siguiendo el procedimiento descrito en de la Norma COVENIN , se realizaron dieciocho (18) probetas cilíndricas para cada resistencia de diseño (280 y 350 kg/cm2) con su respectivo porcentaje de arena de sílice (5 y 10%), dando (72) probetas cilíndricas para las mezclas adicionadas, y para la mezcla patrón se hicieron un número de (36) probetas, es decir (18) para cada resistencia de diseño. Suministrando un total de (108) probetas cilíndricas, distribuidas como se muestra en la Tabla Nº5: 42

55 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Tabla N 5: Número de probetas realizadas. Ensayo Edad (días) Resistencia a la Compresión Mezcla Patrón f c = 280 Kgf/cm 2 Patrón f c = 350 Kgf/cm 2 Sustitución 5% Sustitución 10% EVALUACION DEL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO. Ensayo A Compresión De Cilindros De Concreto. Este tipo de ensayo consiste en aplicar una carga vertical a una rata de 3 ± 1 kg/cm², con la finalidad de distribuir la carga uniformemente. Se coloca la muestra en la prensa universal centradamente de manera que la carga aplicada sea perpendicular a la cara de asiento (Figura Nº20). Luego se procede a comprimir, aplicando la carga con una velocidad constante, hasta la falla de la probeta (Figura Nº21). Finalmente se registra el valor de la carga y la resistencia suministrada por la prensa universal. 43

56 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Fig. N 20 Prensa Universal Fig. N 21 Falla de Probeta MÉTODO PARA DETERMINAR EL PORCENTAJE DE POROSIDAD DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO Estos ensayos se realizaron siguiendo la metodología descrita en el Manual DURAR CYTED Una vez elaboradas cada mezcla de concreto, se desarrolló este procedimiento sobre seis (6) especímenes por cada diseño de mezcla, obteniendo un total de 36 especímenes, incluyendo los de las mezclas patrón, estos con las siguientes dimensiones: altura igual a 5cm y un diámetro de 10cm, los cuales se sometieron a un proceso de curado durante un periodo de 28 días (Fig. N 22). Obtenidas las seis (6) probetas con cada tipo de diseño de mezcla, y con las 44

57 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO dimensiones y características requeridas se realizó un pre-acondicionamiento en el horno de secado a 105ºC hasta alcanzar peso constante seco (porcentaje de variación de la masa 0.1%), seguidamente se preparó el enfriamiento en un desecador durante veinticuatro (24) horas (Fig. N 23). Una vez frías las probetas se pesaron una a una, para sumergirlas en agua posteriormente durante veinticuatro (24) horas, a un nivel de 25 ± 5mm por encima del nivel superior de la probeta. Como lo que se quiere es obtener la porosidad total, estos especímenes fueron llevados a un proceso de cocción por un periodo de cinco (5) horas, y pasada las horas de cocción las muestras permanecieron en reposo por un tiempo mínimo de 15 hrs. Finalmente se procedió a registrar el peso saturado con superficie seca y el peso sumergido por medio de la balanza hidrostática. Así se determina la porosidad total de la muestra expresada en porcentajes: %de Porosidad = W(Saturado) W(105 C) W(Saturado) W(Sumergido) x100 Fig. N 22 Curado de especímenes Fig. N 23 Especímenes en Desecador 45

58 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS CAPITULO IV ANALISIS Y RESULTADOS A continuación se presentan los resultados de cada uno de los estudios ejecutados para la caracterización de los agregados, del cemento y la combinación cemento arena sílice, así como también la evaluación de los estudios físicos y mecánicos de las mezclas de concreto, analizar el índice de actividad puzolánica, corrección de humedad, esto con la finalidad de dar respuesta a las interrogantes planteadas en esta investigación verificando el cumplimiento o no, de todos los valores obtenidos respecto a los valores normativos o referenciales. CARACTERIZACION DE LOS AGREGADOS AGREGADO GRUESO En la tabla N 6 se presentan los resultados del ensayo de granulometría para el agregado grueso, realizado y facilitado por la empresa COCIPRE, C.A. Tabla N 6: Granulometría del agregado grueso Cedazo Peso retenido (gr.) % Retenido % R. Acumulado % Pasante 1 ½ ,3 3,3 96,7 ¾ ,6 26,9 73,1 ½ ,0 67,9 32,1 ⅜ ,2 88,1 11,9 ¼ 855 8,8 96,9 3,1 Fuente: COCIPRE, C.A. 46

59 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS En el gráfico N 7 se muestran los resultados de los porcentajes pasantes de la granulometría del agregado grueso y los límites granulométricos según los datos proporcionados por la empresa COCIPRE, C.A. 120 Granulometria de agregado grueso P o r c e n t a j e P a s a n t e % Pasante Covenin (Lim Sup) Covenin (Lim Inf) 0 1 ½ 1 ¾ ½ ⅜ ¼ Abertura del Tamiz (pulg) Gráfico N 7: Granulometría de agregado grueso. Fuente: COCIPRE, C.A. En el gráfico N 7 se puede observar el comportamiento del agregado grueso y de los límites contemplados por las especificaciones de la norma utilizada como referencia por la empresa COCIPRE, C.A., Norma COVENIN (277-83), el cual muestra que la gradación obtenida para este agregado se encuentra totalmente dentro de los limites dados por las especificaciones de la Norma COVENIN (277-83). Vale destacar que dicha norma no se encuentra actualizada, la vigente actualmente es la Norma COVENIN (277:2000), la cual no varía mucho con los valores mostrados en esta gráfica. 47

60 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS AGREGADO FINO En la tabla N 7 se muestran los resultados del ensayo de granulometría para el agregado fino, realizado y facilitado por la empresa COCIPRE, C.A. Tabla N 7: Granulometría del agregado fino Cedazo Peso retenido (grs.) % Retenido % R. Acumulado % Pasante ⅜ 4,1 0,8 0,8 99,2 N 4 30,3 6,1 6,9 93,1 N 8 54,1 10,9 17,8 82,2 N 16 99,6 20,0 37,8 62,2 N ,1 26,7 64,5 35,5 N 50 91,8 18,4 82,9 17,1 N ,7 14,2 97,1 2,9 Fuente: COCIPRE, C.A. En el gráfico N 8 se presentan los resultados de los porcentajes pasantes de la granulometría del agregado fino y los límites granulométricos según los datos proporcionados por la empresa COCIPRE, C.A. 48

61 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS Granulometria de agregado fino 120 P o r c e n t a j e p a s a n t e % Pasante Covenin (Lim Sup) Covenin (Lim Inf) 0 ⅜ N 4 N 8 N 16 N 30 N 50 N 100 Abertura del tamiz (pulg) Gráfico N 8: Granulometría de agregado fino. Fuente: COCIPRE, C.A. Se puede observar en el gráfico N 8 el comportamiento del agregado fino y de los límites contemplados por las especificaciones de la Norma COVENIN (277-83), se distingue que el agregado fino presenta una buena gradación y en cada uno de los cedazos se encuentra dentro de los límites dados por las especificaciones de la Norma COVENIN (277-83). CARACTERIZACION DEL CEMENTO. A continuación se presenta los ensayos realizados para la caracterización del cemento usado en esta investigación: 49

62 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO En las tablas N 8 y N 9 respectivamente que se presentan a continuación, se puede apreciar la relación agua cemento (a/c) necesaria para la hidratación de la mezcla. Tabla N 8: Consistencia normal del cemento sustituido. Muestra Relación agua/cemento Agua (ml) Penetración (mm) Sustitución 5% 0, ,5 10 Sustitución 10% 0, Tabla N 9: Consistencia normal del cemento Portland Tipo I. Muestra Relación agua/cemento Agua (ml) Penetración (mm) Patrón 0, ,75 10 Fuente: COCIPRE, C.A. Una vez analizados los resultados de las tablas Nº 8 y Nº 9, se puede observar que las mezclas con sustitución de cemento consumieron más agua que la mezcla patrón, esto se debe a las irregularidades y absorción de los granos que a esta la caracteriza. También se aprecia en la tabla Nº 8 que la relación agua cemento de la mezcla con sustitución del 10% es mayor que la mezcla con sustitución del 5%, con respecto a los valores obtenidos en la penetración de la Aguja de Vicat, se observa tanto en la tabla N 8 como en la tabla N 9 que es de 10 ± 1 milímetros a los 30 segundos, cumpliendo así con lo establecido en la Norma COVENIN

63 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO PATRON Y CON SUSTITUCION La Norma COVENIN 493, establece que el tiempo de fraguado inicial mediante el ensayo de la aguja de Vicat, para cemento Portland tipo I, debe ser mayor a 45 minutos para la penetración 25 ± 1 milímetros, mientras que el tiempo final debe ser menor a 480 minutos para la penetración final de cero (0) milímetros. En este ensayo se experimentó con tres (3) tipos de mezclas, las cuales estuvieron conformadas por sustitución del peso del cemento en 5 y 10% y la mezcla patrón. En la tabla Nº 10 se pueden observar los resultados obtenidos: Tabla N 10: Tiempos de fraguado en cemento con sustitución. Mezcla Sustitución 5% Sustitución 10% % de agua Fraguado (respecto Fraguado inicial al final (min) (min) cemento) 172, Valor normado Tiempo Tiempo inicial final mínimo máximo (min) (min) Los resultados de la mezcla patrón, fueron facilitados por la empresa COCIPRE, C.A, y se muestran a continuación: 51

64 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS Tabla N 11: Tiempos de fraguado patrón. % de agua Fraguado inicial Mezcla (respecto al Fraguado final (min) (min) cemento) Patrón 165, Fuente: COCIPRE C.A. Fue necesario variar la cantidad de agua a medida que aumentaba el porcentaje de sustitución de materiales, debido a la absorción que aporta la arena de sílice a la mezcla; esta variación se encuentra expresada en las tablas Nº 10 y N 11 donde se puede observar un incremento de agua de 3,91% entre la mezcla patrón y la mezcla con 5% de sustitución y 10,89% entre la mezcla patrón y la mezcla con 10% de sustitución. Tiempo de fraguado del cemento (min) 300 m i n u t o s Patron Sustitucion 5% Sustitucion 10% Tiempo Inicial (Ti) Tiempo Final (Tf) Gráfico N 9: Tiempo de fraguado del cemento expresado en minutos. En el gráfico Nº 9, se representa la variación que ocurre en los tiempos de fraguados, tanto inicial como final, al comparar la mezcla patrón con las mezclas con 52

65 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS sustitución de cemento por arena de sílice. En la mezcla con sustitución de 5% del peso total del cemento se obtuvo una diferencia del tiempo de fraguado inicial de 41,18% con respecto al tiempo de fraguado inicial de la mezcla patrón y para el tiempo de fraguado final presenta el mismo comportamiento con una diferencia del 11,76%. Para la mezcla con sustitución del 10% se observa un aumento en su tiempo de fraguado inicial de 42,68% y un aumento en su tiempo de fraguado final de 11.76%, esto en relación con la mezcla patrón. El tiempo de fraguado tanto del cemento, como de las mezclas con sustitución de 5 y 10% del peso total del cemento cumplieron con los rangos establecidos por la norma, arrojando como resultado que las mezclas de cemento con sustitución fraguaron en mayor tiempo que la mezcla patrón, esto debido a que la arena de sílice tiene una forma irregular en sus granos y absorbe más agua, retardando el proceso de fraguado; es importante recalcar que a mayores tiempos de fraguado, mayor tiempo de manejabilidad que permiten la adecuada colocación del concreto. DISEÑO DE MEZCLA CORRECCION POR HUMEDAD 11 10,5 Correccion por Humedad Lts. de Agua 10 9,5 9 8,5 Diseño Corregida 280 Kg/cm² 350Kg/cm² Gráfico N 10: Corrección por humedad. 53

66 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS En el gráfico Nº 10, se observa que el agua corregida por humedad para la mezcla de diseño de 280 kg/cm² aumenta un 6,17% respecto al agua de diseño, y para la mezcla de 350 kg/cm² aumenta un 5,08% respecto al agua de diseño. Lo que da a entender que el agregado se encontraba con poca humedad al momento de realizar la mezcla. PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO Del concreto en estado fresco, se obtuvieron valores de asentamiento de la mezcla, porcentajes de aire atrapado y peso unitario. ASENTAMIENTO También conocido como trabajabilidad, se realizó mediante el procedimiento mostrado en la Norma COVENIN , Concreto. Método para la medición del asentamiento con el cono de Abrams, este se llevó a cabo posterior a la mezcla de concreto realizado en el trompo mezclador, mostrándose los resultados obtenidos en el gráfico Nº 12. A s e n t a m i e n t o ( p u l g ) 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Asentamiento promedio Patron Sustitucion 5% Sustitucion 10% 280 Kg/cm² 350 Kg/cm² Gráfico N 11: Asentamiento promedio en muestras expresado en pulgadas. 54

67 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS El asentamiento estipulado en el diseño de mezcla fue de 4, en el gráfico Nº 11 se observa que los valores para las mezclas patrón se acercaron al valor de diseño; sin embargo para las mezclas con sustitución de arena de sílice el asentamiento disminuye, debido a que está tiene una capacidad de actuar como un reductor de la relación de agua-cemento, dando como resultado una disminución en la trabajabilidad de la mezcla. PORCENTAJE DE AIRE Y PESO UNITARIO El porcentaje de aire y peso unitario son ensayos realizados luego de elaborar la mezcla. Los resultados alcanzados se aprecian en las siguientes tablas: Tabla N 12: Porcentaje de aire promedio de la mezcla de concreto con sustitución y peso unitario. Mezcla Resistencia a la Peso unitario (Kg/ compresión (Kg/ % de aire cm 3 ) cm 2 ) Patrón 280 2,5 2,36 Sustitución 5% 280 2,55 2,34 Sustitución 10% 280 2,45 2,33 Patrón 350 2,2 2,34 Sustitución 5% 350 2,2 2,32 Sustitución 10% 350 2,3 2,32 En la tabla Nº 12, se observa que tanto para las mezclas con sustitución de 5 y 10% del peso del cemento por arena de sílice, existe una variación mínima entre ellas de 0,1%, siendo mayores los valores en las mezclas con sustitución de 5% respecto a las mezclas con sustitución de 10% del peso total del cemento. También se aprecia 55

68 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS como existe una diferencia en los porcentajes de aire entre las resistencias de 280 (Kg/cm 2 ) y 350 (Kg/cm 2 ), obteniendo mayor porcentaje en ambas mezclas con sustitución de material en el menor valor de las resistencias estudiadas. De manera general, al comparar las mezclas con sustitución con las mezclas patrón, se aprecia que el porcentaje de aire para una resistencia de diseño 280 (Kg/cm 2 ) y 5% de sustitución aumenta con respecto a la patrón en un 0,05%, caso contrario es lo que ocurre con la mezcla con sustitución del 10%, la cual disminuye el porcentaje de aire con respecto a la mezcla patrón en un 0,05%. Para las mezclas con resistencia de diseño 350 (Kg/cm 2 ), se observa que la sustitución del 5% tiene el mismo porcentaje de aire que la mezcla patrón y la sustitución del 10% del peso total del cemento presenta un aumento de 0,1% respecto a la mezcla patrón de dicha resistencia. Esto sucede debido a que la arena sílice al ser de granos más finos que el cemento llena los espacios vacíos de la mezcla; mientras si se comparan los porcentajes de aire de una resistencia respecto a otra, se estima que existe una pequeña tendencia a disminuir a medida que la resistencia aumenta para las mezclas con adiciones. 56

69 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS Peso unitario P e s o U n i t a r i o ( K g / c m ³ ) 2,36 2,35 2,34 2,33 2,32 2,31 2,3 Patron Sustitucion 5% Sustitucion 10% 280 Kg/cm² 350 Kg/cm² Gráfico N 12: Pesos unitarios en mezclas patrón y mezclas con sustitución. En la gráfica N 12 se observa que existe una tendencia de disminución del peso unitario de las mezclas con sustitución con respecto a las mezclas patrón, por otra parte en las mezclas con sustitución podemos notar un comportamiento directamente inverso, a medida que aumenta el valor de la sustitución disminuye el valor del peso unitario de la mezcla para cada resistencia, dando como resultado con mayor valor el peso unitario de la sustitución de 5%. Comparando las resistencias de diseño se presentó una disminución de los valores de peso unitario a medida que el valor de la resistencia aumentaba, esto se mantuvo tanto para la mezcla patrón como para las mezclas con sustitución. 57

70 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS CARACTERIZACION DEL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO. Se obtuvo la resistencia a la compresión para las edades de 3, 14, 28 y 90 días, además de la porosidad de la mezcla. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN. Seguidamente se exponen los resultados del ensayo a compresión en cilindros normalizados a los 3, 14, 28 y 90 días de edad para cada resistencia. Tabla N 13: Resistencia a la compresión promedio con f`c = 280 Kg/cm 2. Resistencia promedio a la compresión (Kg/cm 2 ) Mezcla Edad Edad Edad Edad 3 días 14 días 28 días 90 días Patrón 197,15 222,35 285,70 373,20 Sustitución 5% 290,45 289,85 325,50 378,30 Sustitución 10% 260,80 285,25 297,45 313,75 Tabla N 14: Resistencia a la compresión promedio con f`c = 350 Kg/cm 2. Resistencia promedio a la compresión (Kg/cm 2 ) Mezcla Edad Edad Edad Edad 3 días 14 días 28 días 90 días Patrón 242,90 280,85 350,70 452,60 Sustitución 5% 305,45 343,40 392,85 433,45 Sustitución 10% 298,75 304,15 378,95 400,20 58

71 Resistencia Kg/cm² CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS Resistencia a la compresión 3 días Patrón Sustitución 5% Sustitución 10% Kg/cm² 350 Kg/cm² Gráfico N 13: Resistencia a la compresión a los 3 días de edad (kg/cm²). En el gráfico N 13 se muestran los resultados de las resistencia promedio a la compresión a la edad de 3 días, donde se puede observar notablemente que todos superan el valor de 65% de la resistencias de diseño, la cual cumplen con el porcentaje mínimo esperado. En la gráfica N 13 se representa con una línea de color morado el valor de 65% de la resistencia de 280 (Kg/cm 2 ), mientras que la línea de color rojo es el valor referencial para esta edad de la resistencia de 350 (Kg/cm 2 ). La mezcla patrón fue la que desarrolló menor resistencia en comparación a las mezclas con sustitución de 5 y 10% del peso total del cemento por arena de sílice. Las mezclas para una resistencia de diseño 280 (Kg/cm 2 ) con sustitución de 5 y 10% por arena de sílice presentaron un 47,32% y 32,29% de resistencia por encima de la mezcla patrón respectivamente, mientras que las mezclas con una resistencia de 59

72 Resistencia Kg/cm² CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS diseño 350 (Kg/cm 2 ) para sustitución en 5 y 10% de cemento por arena de sílice mostraron un aumento de 25,75% y 23% respectivamente con respecto a la mezcla patrón. Se puede apreciar que la mezcla que obtuvo una mayor resistencia a temprana edad fue la mezcla con sustitución de 5%. Se observa que a medida que se incrementa el porcentaje de adición la resistencia disminuye. 400 Resistencia a la compresion 14 días Patrón Sustitución 5% Sustitución 10% Kg/cm² 350 Kg/cm² Gráfico N 14: Resistencia a la compresión a los 14 días de edad (kg/cm²). En el gráfico Nº 14, se muestran los resultados a los ensayos a compresión realizados a 14 días, donde se observa que todas las mezclas superaron la resistencia esperada siendo nuevamente la mezcla patrón la que obtuvo un menor porcentaje de resistencia respecto a las mezclas sustituidas. Se puede apreciar que nuevamente la mezcla con sustitución en 5 y 10% de arena de sílice para las dos resistencias de diseño arrojaron porcentajes mayores a los de la mezcla patrón, siendo la mezcla con 60

73 Resistencia Kg/cm² CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS sustitución de 5% la que obtuvo una mayor resistencia en comparación a la mezcla con sustitución de 10%. En la gráfica se representa con una línea el valor referencial del 80% de cada una de las resistencias en estudio, la línea de color morado es para la resistencia de 280 (Kg/cm 2 ) y la línea de color rojo muestra el 80% del valor de la resistencia de 350 (Kg/cm 2 ). 450 Resistencia a la compresión 28 días Patrón Sustitución 5% Kg/cm² 350 Kg/cm² Gráfico N 15: Resistencia a la compresión a los 28 días de edad (kg/cm²). En la gráfica N 15 se observa el comportamiento de la resistencia a la edad de 28 días, tanto para la mezcla patrón como para las sustituidas, se obtuvieron porcentajes mayores al 100% de las resistencias, las cuales están representadas en esta gráfica con una línea de color morado la resistencia de 280 (Kg/cm 2 ) y con una línea de color roja la resistencia de 350 (Kg/cm 2 ); esto se debe no solo a la cantidad de cemento que es aportada a mezcla, sino también a el agregado grueso y la relación agua-cemento desarrollada en el diseño de mezcla, las cuales fueron luego de realizarle la corrección 61

74 Resistencia Kg/cm² CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS por humedad de 0,58 para la resistencia de 280 (Kg/cm 2 ) y 0,47 para la resistencia de 350 (Kg/cm 2 ). En este gráfico también se puede apreciar que las mezclas adicionadas superan a la mezcla patrón, siguiendo la misma línea de tendencia dada para las edades a los 3 y 14 días. Se observa que para la mezcla con menor porcentaje de sustitución de arena de sílice (5%) hay mayor resistencia, lo cual hace que esta sea la mejor proporción, esto se debe a que el cemento puzolánico consigue a los 28 días la totalidad de su resistencia. 500 Resistencia a la compresión 90 días Patrón Sustitución 5% Sustitución 10% Kg/cm² 350 Kg/cm² Gráfico N 16: Resistencia a la compresión a los 90 días de edad (kg/cm²). Al apreciar el gráfico N 16 se puede observar que continúa la tendencia de incremento en los valores de las resistencias en cada una de las mezclas, en este caso se nota una diferencia con respecto a las demás edades, la cual es, que la mezcla patrón tiene mayor resistencia que las mezclas con sustitución de material para la resistencia de 350 (Kg/cm 2 ), y en cuanto a la resistencia de 280 (Kg/cm 2 ) se tiene un valor muy 62

75 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS cercano entre la mezcla patrón y la mezcla con sustitución del 5%, siendo esta última ligeramente mayor. También en este gráfico se observa como entre las mezclas de sustitución de 5 y 10% la que sigue aportando mayores valores de resistencia es la que posee la menor cantidad de material sustituido, esto confirma que a menor cantidad de cemento sustituido por arena de sílice, mayores serán los valores de resistencia de la mezcla. Comparación de resistencia R e s i s t e n c i a ,45 289,85 260,8 229,35 197,15 325,25 285,25 285,7 375,6 378,3 297,45 313,75 Patrón 5% Sustitución 10% Sustitución K g / c m ² Edad (dias) Gráfico N 17: Comparación de resistencias a la compresión, fc = 280 (kg/cm²). Se puede apreciar en la gráfica N 17 como las mezcla con resistencia a compresión de 280 (kg/cm²) de diseño, cumple con lo esperado, a medida que la edad 63

76 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS es mayor, la resistencia es mayor. Se observa que la mezcla con sustitución del 5% fue la que obtuvo mayor resistencia en cada una de las edades en estudio, las resistencias de la mezcla con sustitución del 10% superó en todo momento a las resistencias de la mezcla patrón, menos en la edad de 90 días, donde se muestra una disminución considerable en su resistencia en relación a la evolución que venía presentando en las demás edades de ensayo. Comparación de resistencia 500 R e s i s t e n c i a ,5 433,45 392,85 378,95 400,2 305,45 343,4 350,7 298,75 304,15 280,85 242,9 Patrón 5% Sustitución 10% Sustitución K g / c m ² Edades (dias) Gráfico N 18: Comparación de resistencias a la compresión, fc = 350 (kg/cm²). En el gráfico N 18 se observa como la mezcla con sustitución del 5% es la que muestra mejores resultados de las mezclas con resistencia de 350 (kg/cm²) de diseño, 64

77 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS a la edad de 90 días de realizada la mezcla, se refleja que el mayor valor es aportado por la mezcla patrón y hay una disminución en los valores de las resistencias obtenidas en las mezclas con sustitución de 5 y 10% con respecto a las demás edades en estudio. POROSIDAD TOTAL a las mezclas. En la tabla N 15 se muestran los resultados del ensayo de porosidad realizados Tabla N 15: Porosidad total promedio en las mezclas. Mezcla Resistencia (Kg/cm 2 ) % Porosidad Patrón ,36 Sustituida 5% ,38 Sustituida 10% ,07 Patrón ,12 Sustituida 5% ,59 Sustituida 10% ,41 Estos resultados a continuación serán evaluados y comparados con los valores referenciales según el Manual DURAR- CYTED, expresados en la tabla N 16. Tabla N 16: Criterios de evaluación de la porosidad. % de porosidad Clasificación 10% Indica un hormigón de buena calidad y compacidad. 10% 15% Indica un hormigón de moderada calidad. > 15% Indica un hormigón de durabilidad inadecuada. Fuente: Manual Durar

78 CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS Porosidad total % 12,4 12,2 P o r o s i d a d t o t a l 12 11,8 11,6 11,4 11, ,8 Patrón Sustitución 5% Sustitución 10% 280 Kg/cm² 350Kg/cm² Gráfico N 19: Porcentaje de absorción en mezclas patrón y mezclas con sustitución. En el gráfico Nº 19 se reflejan los valores del resultado de la porosidad en las mezclas patrón y las mezclas con sustitución, se observa que para la mezcla de 280 (Kg/cm 2 ) tanto patrón, como las mezclas con sustitución, indican con soporte de la tabla N 18 una moderada calidad, por otra parte para las mezclas con resistencia de 350 (Kg/cm 2 ), también se obtuvo una moderada calidad, con la peculiaridad que el porcentaje de absorción en la mezcla con sustitución del 5% es menor que el porcentaje de absorción de la mezcla patrón. Es necesario recordar que a mayor porosidad, mayor será la permeabilidad y la absorción capilar, lo que facilitará la penetración de oxígeno, la humedad y las sales, aumentando las posibilidades de que ocurra el fenómeno de corrosión. 66