CAPITULO I PROBLEMA 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMÁ. Gran parte de las construcciones civiles de la zona sur de Angaraes, utilizan el

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1 CAPITULO I PROBLEMA 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMÁ. Gran parte de las construcciones civiles de la zona sur de Angaraes, utilizan el concreto como parte fundamental de las mismas y en los últimos años, hay un incremento de obras civiles de envergadura y como se sabe para producir un buen concreto estructural de alta resistencia f c = 210 kg/cm2, f c = 280 kg/cm2 y f c = 350 kg/cm es necesario una buena calidad de agregados. este es el punto sobre el que trata el trabajo de graduación que se presenta a continuación, y como objeto de estudio se ha elegido el rio Cachi en el distrito de San Antonio de Antaparco, ya que es uno de los dos distritos abastecedores de agregados a nivel de todo Angaraes y parte del departamento de Ayacucho. Todo esto ha redundado en un aumento de la importancia en la calidad de los agregados. Por esta razón se ha intensificado el estudio y evaluación de las características de las canteras. 11

2 El rio Cachi sector de San Antonio de Antaparco es una cantera donde hace años se viene extrayendo agregados pétreos para preparación de mezclas de concreto, que se usa en la ejecución de obras civiles en la ciudad de Lircay. El presente proyecto de tesis ha sido elaborado por la necesidad de conocer las características geotécnicas de los agregados existentes en ese lugar, por que se viene extrayendo los agregados de la cantera en mención sin un estudio definitivo la cual a la postre es perjudicial para las obras civiles que se ejecutan FORMULACIÓN DEL PROBLEMA: PROBLEMA GENERAL: Cuál es la calidad del agregado para fabricar concretos de alta resistencia f c = 210 kg/cm2, f c = 280 kg/cm2 y f c = 350 kg/cm2 de la cantera Rio Cachi del Distrito de San Antonio de Antaparco Angaraes Huancavelica? PROBLEMA ESPECÍFICO: a) Cuál es la granulometría del agregado grueso y fino de la cantera del Rio Cachi, Norma, ASTM C-136? b) Cuál es su densidad del agregado grueso y fino de la cantera del Rio Cachi, Norma ASTM C-29? c) Cuál es su absorción del Agregado grueso y fino de la cantera del Rio Cachi, Norma ASTM C-128? d) Cuál es su resistencia a la fragmentación del agregado de la cantera del Rio Cachi, Norma ASTM C-33? 12

3 e) Cuál es el contenido de cloruros del agregado de la cantera del Rio Cachi, Norma ASTM C-88? f) Cuál es el contenido de los sulfatos del agregado de la cantera del Rio Cachi, Norma ASTM C-70? g) Cuáles son las Impurezas del Agregado de la cantera del Rio Cachi, Norma ASTM C-40?. h) Cuál será la resistencia a compresión el concreto fabricado f c = 210 kg/cm2, f c = 280 kg/cm2 y f c = 350 kg/cm2? 1.3. OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL: Determinar la calidad del agregado para fabricar concretos de alta resistencia f c = 210 kg/cm2, f c = 280 kg/cm2 y f c = 350 kg/cm2 de la cantera Rio Cachi del Distrito de San Antonio de Antaparco Angaraes Huancavelica OBJETIVOS ESPECÍFICOS: a) Determinar su granulometría del agregado grueso y fino de la cantera del Rio Cachi. b) Determinar su densidad del agregado grueso y fino de la cantera del Rio Cachi. c) Determinar su absorción del agregado grueso y fino de la cantera del Rio Cachi. 13

4 d) Determinar su resistencia a la fragmentación del agregado de la cantera del rio. e) Determinar el contenido de cloruros del agregado de la cantera del Rio Cachi. f) Determinar el contenido de los sulfatos del agregado de la cantera del Rio Cachi. g) Determinar las impurezas del agregado de la cantera del rio Cachi. h) Determinar la resistencia a compresión el concreto fabricado f c = 210 kg/cm2, f c = 280 kg/cm2 y f c = 350 kg/cm JUSTIFICACIÓN. Es necesario conocer las características geotécnicas de los agregados que se utilizan en la industria de la construcción, con el propósito de elaborar mezclas de concreto de mejor calidad. En la ingeniería es importante fabricar un concreto hidráulico de buenas propiedades físicas, garantizando las especificaciones técnicas de diseño. Es conveniente poder lograr un concreto hidráulico in-situ de menor costo para finalmente abaratar el costo general de una obra civil. De igual manera el proyecto, se justifica porque determinara si los agregados existentes en dichas canteras, cumplen con las normas establecidas vigentes y además con estos Agregados podemos Diseñar concreto de Alta Resistencia f c = 210 kg/cm2, f c = 280 kg/cm2 y f c = 350 kg/cm2. Según las Estructuras Modernas y Obras de Embergadura (Presas, Represas, Reservorios) utilizan Concreto de Alta Resistencia cumpliendo con la calidad y resistencia adecuada. 14

5 En la provincia de Angaraes según a la necesidad real se van construyendo construcciones modernas. Sin realizar los estudios necesarios para conocer con que clase de agregados se está trabajando y si cumple con las normas del ASTM, cual influye en el diseño de mezcla del concreto de alta resistencia. Según la norma N.T.E. E.60 CONCRETO ARMADO exige nuevas normas referido a este tema. Los agregados que no cuenten con un registro o aquellos provenientes de canteras explotadas directamente por el Contratista, podrán ser aprobados por la Supervisión si cumplen con los ensayos normalizados que considere convenientes. Los resultados que se obtendrán del estudio nos permitirán contribuir a la solución de los problemas que existen en el concreto de Alta Resistencia como son fisuras, rajaduras, poniendo en peligro las obras y vidas humanas. Los resultados de estudio de los agregados permitirá el uso del material, en proyectos que requieran concretos de alta resistencia. 15

6 CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1 ANTECEDENTES A nivel internacional: Se tiene la siguiente investigación: - El investigador de la Universidad de San Carlos de Guatemala MORATAYA CORDOVA, Carlos Eduardo (2005) la investigación titulada Concreto de Alta Resistencia (Experimentación en Guatemala) Sus conclusiones fueron las siguientes: La resistencia alcanzada por los ensayos supera a los 9,000 PSI (630kg/cm2) a los 28 días para los concretos con 12.5 sacos de cemento con microsilice y aditivos reductores de agua de alto rango y 16

7 plastificantes. Con relaciones de agua/cemento entre 0.28 a 0.36 para distintos tipos de arenas. Se obtuvieron resistencias un poco arriba de 6,000 PSI (420 Kg/cm²) a 56 días, sin la utilización de aditivos, microsilice, solamente utilizando 10 sacos de cemento clase 5,000 PSI o cemento para fabricar blocks ARI 24, teniendo el cuidado que la cantidad de agua a mezclar no fuera demasiada y ésta no superara la relación agua/cemento en La resistencia inicial de estos concretos es sumamente alta con ello permitirá un desencofrado mucho más rápido que beneficiará en el rendimiento en el trabajo. Las propiedades de la microsilice provocan disminución en la porosidad en el concreto y esto permite que sea más durable, más resistente y, además, con la utilización de aditivos reductores de agua de alto rango y plastificantes se obtienen asentamientos que van de 6 a 9. Entre las arenas utilizadas, la que proporcionó mejores resistencias fue la arena del Río Motagua, ya que posee muy bajas cantidades de materia orgánica y mejor granulometría. De la comparación entre mezclas de distintos cementos resultó que los cementos de clase 5,000 PSI y el cemento para fabricar blocks ARI 24 dieron resistencias altas, pero el de menos resistencia fue el cemento UGC. El costo de este tipo de concreto es mucho mayor al de un tradicional, debido a la presencia de microsilices, aditivos y el aumento en la 17

8 cantidad de cemento; pero el beneficio en la disminución de tiempo en alcanzar resistencias altas, y en la disminución de grandes secciones estructurales y la durabilidad que tiene, lo hace también una buena opción a tomar en cuenta. Este concreto no requiere de maquinaria especial para su realización, pues se rige igual que el tradicional, solamente requiere mayor control de calidad entre los materiales y el tiempo de ejecución A nivel nacional: Se tiene las siguientes investigaciones: - CHACALIAZA QUISPE, L y VARGAS ESCOBAR, L (2011) realizo tesis para obtener el título de ingeniero civil, denominado CARACTERISTICAS DEL AGREGADOS (FINOS Y GRUESOS) DE LA CANTERA DE TUCSIPAMPA LIRCAY Cuyo objetivo fur estudiar las características de los Agregados (Finos y Gruesos). Sus conclusiones fueron las siguientes: De acuerdo a la granulometría realizada con la muestra representativa, se concluye que este material combinado presenta 38.1 % de piedra y 61.9% de arena Gruesa. La granulometría de los Agregados, determinada por el análisis de tamices de Nº 100, Nº 50, Nº 30, es un elemento importante que nos sirvió, en el tamaño máximo nominal y por ende, del requerimiento 18

9 unitario de agua proporciones de agregado grueso y fino y cantidad de cemento para la trabajabilidad. - COMITÉ DE VIGILANCIA DE OBRAS DE CASTROVIRREYNA (2010), realizo Estudios de Agregados para la Obra Mejoramiento y Ampliación del sistema de agua potable y alcantarillado de Castrovirreyna. Cuyo objetivo fue el estudio determinar la calidad de los agregados a emplearse en la obra ya mencionada. Sus conclusiones fueron las siguientes: La muestra presenta coloración de tonos claros (marrón), con partículas chatas y alargadas, donde se nota la presencia de limos. La longitud de las partículas alargadas tienen una longitud de aproximadamente 2, se nota la presencia de limos en gran cantidad, indicando la presencia de límites de attemberg. Se comprobó que la muestra presenta elementos ligantes, propias de los materiales destinados a obras de vías de transporte (Afirmado). La cantidad de finos (25%), supera el límite permisible de la Norma ASTM D-2419 para destinar el material y su uso en concretos hidráulicos. 19

10 El material empleado como agregado grueso es de 2, cuya clasificación pertenece a gravas pobres de exagerada gradación (tamaño máximo y tamaño máximo nominal) lo cual no puede ser utilizados en concretos hidráulicos, como estructuras. El material empleado como arena es de 1, cuya clasificación pertenece a arenas pobres de exagerada gradación (tamaño máximo y tamaño máximo nominal), lo cual no puede ser utilizados en concretos hidráulicos, como estructuras. - El investigador de la UNI, FIGMM VILCA ARANDA, Patricia A (2009) la investigación titulada Obtención del Concreto de Alta Resistencia. Sus conclusiones fueron las siguientes: El concreto con aditivo superplastificante con dosificación de 1.5% (del peso del cemento) reduce la cantidad de agua en 28%. El peso unitario del concreto en estado fresco aumentó en 6% en el concreto con aditivo y aumenta en 10% en el concreto con aditivo más microsilice. El contenido de aire en el ensayo del concreto en estado fresco disminuyó en 34% en el concreto con aditivo y también disminuyó en 77% en el concreto con aditivo más microsílice. 20

11 La resistencia a la tracción por compresión diametral del concreto con aditivo, a los 90 días de edad se incrementa en 12%, y en el concreto con aditivo más microsílice se incrementa en 73%. La resistencia a la flexión en el concreto aumenta en 66% a los 90 días en el concreto con aditivo y aumenta en 120% a los 90 días en el concreto con aditivo más microsilice. La resistencia a la compresión del concreto se incrementa conforme aumenta su edad. Concreto patrón a los 28 días = 100% ( kg/cm2) Concreto patrón más aditivo (1.2%) a los 90 días = 127% ( kg/cm2) Concreto patrón más aditivo (1.5%) más microsílice (15%) a los 180 días = 219% ( kg/cm2) BASES TEÓRICAS DE LA INVESTIGACIÓN Historia de concreto de concreto de alta resistencia Si bien el concreto de alta resistencia es considerado relativamente un nuevo material, este fue desarrollándose durante estos últimos años. En la década de los 60 y 70 fue introduciéndose en el mercado de los edificios de gran altura de Chicago. Se le llama concretos de alta resistencia por su elevada resistencia a la compresión que se tenía en comparación con los hormigones convencionales que sólo llegaban a una resistencia a la compresión de unos 15 a 20 MPa (150~200 21

12 Kg/cm2). Este concreto fue expandiendo gradualmente, tanto que en 1997 ya se estaba utilizando alrededor de todo el mundo y despertando a su vez el interés de muchos investigadores por conocer mejor las propiedades de éste nuevo y especial súper-concreto. En principio, la forma de obtención de una mayor resistencia era disminuir el índice de vacíos del hormigón, dicho de otra forma, una mayor compacidad de éste, lo cual se puede lograr disminuyendo la relación agua/cemento a los niveles mínimos para la hidratación un cemento, utilizando súper plastificantes y reductores de agua para obtener asentamiento inicial de unos 200 mm, pero sólo 75 a 100 mm puesta en obra. Por ello fueron incorporándose los retardadores de fraguado para tratar de mantener un mayor asentamiento en obra. A partir de esas primeras experiencias fueron aumentando los conocimientos de la relación entre la calidad de los agregados y la calidad del concreto: tamaño máximo de los agregados gruesos, módulo de finura de los agregados finos, el tipo de cemento utilizado, el tipo de súper plastificante utilizado y otros agregados que se fueron introduciendo en la elaboración del concreto, que hoy llega a resistencias superiores a los 100 MPa (1000Kg./cm2), con la utilización de los súper plastificantes a base de policarboxilatos, la silica activa (humo de sílice), filler calizo, etc. Un ejemplo de aplicación del concreto de alta resistencia de los últimos tiempos son las torres Petronas de Kuala Lumpur, el edificio más alto del mundo 22

13 actualmente, con una altura de 451 metros. Construidas con el CAR, que le dieron una mayor rigidez a la estructura, comparada con las construidas con perfiles de acero, que disminuye la oscilación lateral. Hay que destacar que además de la mayor resistencia a la compresión, también se ve mejorada su durabilidad en comparación del hormigón convencional, a la carbonatación, al ataque de cloruros, etc., por ello, se los denomina también concreto de alto desempeño (CAD). Se ha decidido presentar un trabajo de investigación sobre el concreto de alta resistencia, elaborado con cemento y agregados nacionales Concreto: Según Flavio Abanto Castillo (2000) el término de concreto es una mezcla de cemento Portlant, agregado fino, agregado grueso, aire y agua en proporciones adecuadas para obtener ciertas propiedades prefijadas, especialmente la resistencia. El cemento y el agua reaccionan químicamente uniendo las partículas de los agregados, constituyendo un material heterogéneo. Algunas veces se añaden ciertas sustancias, llamadas aditivos, que mejoran o modifican algunas propiedades del concreto. Siendo hoy en día el concreto el material de construcción que mayor se emplea en nuestro país, se debe no solo dominar su uso y las manifestaciones del producto resultante sino también la de sus componentes y su interrelación ya que son en primera instancia los que le confieren su particularidad. 23

14 Definiciones teóricas de ensayos de campo y laboratorio: Los ensayos son pruebas que se realizan in situ y en laboratorio basándose en pruebas y muestras tomadas en la zona de estudio. El número de muestras obtenidas, según la heterogeneidad deberá ser estudiada mediante ensayos de laboratorio, cuyos modos operativos se indicaran a continuación. Es fácil comprender que cuando se ensaya, con una pequeña masa de suelo, digamos unos pocos kilogramos. Y los resultados son extrapolados para describir las propiedades de toneladas de material en el terreno, se debe tener gran cuidado en que la muestra sea representativa del suelo, que se va a describir. Por lo que es necesario emplear todos los medios posibles para reducir y/o eliminar los errores de ensayos. Probablemente una de la mayor fuente de error en extrapolación de resultados de ensayo al terreno. En ensayos de suelos, el confiar en los resultados de un solo ensayo para obtener los datos deseados del suelo, es un riesgo excesivo. Es preferible tener tres o en lo posible mas ensayos; dos ensayos pueden ser desconcertantes, a menos que los resultados coincidan muy de cerca. En el caso de resultados muy dispares, puede ser necesaria una elección, ya que al promediar los resultados, podrían ser altamente conservativos o inseguros. Por lo que, la extracción de las muestras nos permitirán realizar ensayos que permitan el rechazo de cualquier, ensayo que este fuera de línea: Definición de Cantera Se llama cantera a la fuente de aprovisionamiento de suelos y rocas necesarios para la construcción de una obra. Una cantera es una explotación minera, 24

15 generalmente a cielo abierto en la que se obtienen rocas industriales, ornamentales o áridas. Dependiendo del tipo de material que se busque, puede ser de suelos, de rocas o mixtas. Es nuestro interés el estudio de las canteras de donde se extrae agregado para la elaboración de concreto, que requieren agregados con diferentes características y requisitos que iremos analizando de acuerdo a ensayos que forzosamente hay que realizar para determinar si los agregados a emplear son o no aptos para el tipo de obra a ejecutar. De acuerdo a los requisitos, se puede tener una selección de canteras o unas mezclas de la misma considerando: - Disponibilidad del material de donde debe considerarse no solo que haya cantidad suficiente sino que tenga potencia o proporción suficiente del agregado requerido. - Calidad del mismo de lo cual se puede hacer una estimación preliminar visualmente in situ y se debe verificar mediante los ensayos de laboratorio que son fundamentales para aceptar cercanía o rechazar un agregado. - Cercanía de las obras a la cantera y acceso a la misma (medios de transporte) que influyen en el costo del proyecto y que determinan la elección de una entre varias canteras que tengan agregado similares. 25

16 - Todos estos aspectos demandan no solamente de la inspección ocular y visita a la zona, sino del análisis de lo que se denomina calidad de los agregados, que se efectúa con los resultados de los ensayos realizados a los mismos en el laboratorio para saber las propiedades y las características que no son solo diversos, sino muchas de las cuales deben guardar relación entre sí. - En el presente estudio, para determinar la selección de una cantera adecuada para una obra, se analizará principalmente la calidad y características del agregado de la cantera del rio Cachi Distrito de San Antonio de Antaparco Exploración y Explotación de Cantera Exploración Se define así como el conjunto de actividades que determina si un banco, mina de material o fuente de agua, reúne los requisitos para su explotación. Independientemente de todas las consideraciones evaluadas hasta ahora, un problema de orden práctico lo constituye la búsqueda, calificación y explotación de canteras para una obra en particular. Existen diversos métodos de explotación para investigar, el primer pasó, corresponde al reconocimiento del terreno in situ, tipo de agregado, volumen necesario, disponibilidad de los materiales, estos datos pueden obtenerse por referencia de otros bancos de materiales, explotados anteriormente o mediante los métodos exploratorios, como son: estudio de mapas geológicos o fotografías 26

17 aéreas y como etapa definitiva, tener en cuenta la elaboración de un programa de explotación del terreno, dentro de parámetros permisibles y no alterar los recursos naturales no renovables, evitando dañar el medio ambiente de la zona. a) Métodos Para la exploración y localización de los bancos de materiales y fuentes de agua, se llevan a cabo por métodos exploratorios, como son: la fotointerpretación, el método de prospección física o por reconocimiento terrestre directo. b) Procesos: Brevemente a continuación presentamos los procesos de los métodos anteriormente mencionados: Fotointerpretación: Esta técnica es empleada basándose en el estudio de fotografía aérea que se encuentra a escala, de estas observaciones, se tiene una serie de datos que permiten la identificación de los tipos de formaciones del suelo y rocas. Entre los datos podemos obtener del estudio de fotointerpretación, se encuentra la clasificación petrográfica; descripción morfológica grados de meteorización; clasificación y descripción de fracturas, clasificación y descripción de fracturas, grietas, fallas, etc. 27

18 Recubrimiento del área no aprovechable para la construcción. Prospección física Llamada también exploración indirecta, este método emplea elementos geofísicos que interrelacionan parámetros físicos de fuerza cuando se manifiesta diferencias en dichos parámetros, indican que también hay diferencias en el subsuelo en estudio, por lo tanto, establecen las características de espesor del subsuelo en estudio. Existen tipos de elementos, mencionaremos algunos casos como son: gravimétrico, sísmico magnético, eléctrico, etc. Reconocimiento terrestre directo: En este método es necesaria la opinión de un geólogo, que nos pueda dar a conocer el origen de los materiales (rocas, agregados, etc.), a la vez estas dan origen, a los materiales pétreos o inertes que se requieren en la construcción. c) Muestreo: El muestreo es la recolección del agregado de acuerdo a como se encuentra en la cantera. Esta fase debe de ser muy cuidadosa, porque la muestra debe de ser representativa de todo el material, para que los ensayos arrojen resultados coherentes con la realidad. Estos se efectúan recolectando la cantidad adecuada de material, dependiendo del ensayo que se desea realizar. 28

19 Si en una misma cantera hay dos o más zonas diferenciadas, se puede zonificar la cantera para muestrear de acuerdo a esta. No se muestrea material con tamaño mayor a 3", sino que se hace una estimación visual del porcentaje en que se encuentra en el material y se anota como observación. Esta muestras, o las muestras si queremos zonificar la cantera, bien identificadas y cerradas herméticamente para conservar el contenido de humedad natural del material, se llevan al laboratorio para ser ensayadas y posteriormente evaluadas sus resultados para determinar su empleo en obra. Para realizar un estudio de los agregados de la cantera del rio Cachi de la ciudad de San Antonio de Antaparco, se obtuvieron muestras representativas de dos zonas. Se ubicaron de forma estratégica, de tal manera que el muestreo sea lo más representativo posible en cada una de las canteras, poniendo especial cuidado que las muestras obtenidas sean limpias y carezcan de impurezas, por tal motivo la recolección se realizó fuera de la zona urbano y se excavó previamente unos 15 cm. Para eliminar los materiales orgánicos, piedras. 29

20 FIGURA N 01: Zona del Rio Cachi, donde se obtuvo la muestra N 01 Fuente: Los tesistas. FIGURA N 02: Zona del Rio Cachi, donde se obtuvo la muestra N 02 Fuente: Los tesistas. 30

21 Explotación: Es el conjunto de actividades, mediante las cuales se extraen materiales de un banco para ser empleados en una obra determinada, las actividades principales necesarias para la explotación de estas son: Limpieza (limpieza del terreno), extracción (corte con buldócer siempre de arriba para abajo), ampliamente (se puede realizar con buldócer) que por ser una maquina de fuerza y que su función es de cortar y empujar, este resulta más económica que realizarlo con el cargador frontal de 140 HP como mínimo (con una capacidad 7.6 metros cúbicos) y transporte (con volquete de 10 metros cúbicos como mínimo). El equipo más usado en la explotación de un barco de materiales incluye normalmente, algunos de los siguientes: Tractor sobre oruga (buldócer, recomendándose un D-7N), cargador frontal, volquete. Para una buena obtención de material del banco, y producir agregados adecuados, se debe tener en cuenta: - No mezclar los materiales de desperdicios (capa de desbroce o el over), con los materiales de la explotación. 31

22 - En el apilamiento se debe de mezclar el material lo mejor posible a fin de lograr uniformidad. - Procurar el humedecimiento de los suelos finos en los bancos. - Cargar el material de abajo hacia arriba evitando segregación. En el caso de tener bancos de materiales, con excesos de piedras y diámetros mayores a las requeridas en las especificaciones técnicas, se recomienda el empleo de una planta chancadora, donde se realicen los siguientes trabajos más comunes, incluyen: a) Carguío La actividad más común es el carguío, existen sistemas y equipos para cargar, pero uno de los más usados es el de carga - acarreo con el cargador frontal sobre neumáticos. Para este sistema, los cargadores requieren que el área donde se ejecutan el trabajo sea plana, sin salientes o rocas fluidas que puedan contar los neumáticos, se usa de preferencia con una triturada o chancada móvil, denominada también como portátil, ubicada a una distancia media de 50 metros del punto de carga, unida por un camino de pendiente no mayores de 10% o de 20% en rampas cortas. 32

23 b) Trituración o Chancado Otra actividad indispensable en la producción de agregados, es la trituración o chancado. Estos equipos se clasifica en: La Trituración primaria, es la que recibe el material bruto de los bancos de materiales, después de haber sido pre-zarandeado, en una malla de barras, lo reduce a una medida más pequeñas, aceptable por la trituradora secundaria. La Trituración Secundaria, consiste en una tolva de alimentación vibratoria horizontal o inclinada, en la que se deposita el material bruto que cae hacia una cámara, donde se encuentran dos mandíbulas o quijadas de acero, una de las cuales es fija y la otra móvil, las que se encargan de reducir el tamaño del material. Las trituradoras de mandíbula, Se denominan por dos números que representan en mm., las dimensiones de las mandíbulas. Así por ejemplo se tiene la 400x275, 550x380, 650x480 y la 800x550, etc. En las que el primer número es el ancho de la mandíbula y el segundo su altura. También se utiliza aunque en menor grado, como trituradoras primarias a las de impacto, que consisten de martillos, placas y barras rompedoras, donde el material se estrella y pueden reducir su temario de 75 cm. a 2.5 cm. 33

24 Los rendimientos promedio de estas chancadoras, van de 50 en 500 toneladas/hora, según la clase de material, potencia y tamaño de la máquina de la maquina. Puede ser esta máquina de doble o simple martillo y de eje vertical u horizontal. Las trituraciones secundarias pueden ser conos, martillos, y son las que casi siempre entregan el producto final, de los tres tipos, la más usadas es del cono que tritura a presión Las trituradoras terciarias o de cono fijo, son las que reducen el material al tamaño de la arena. c) Zarandeo El zarandeo es la operación por la que se separan los elementos gruesos de los finos. Es conveniente diferenciar los términos de malla, tamiz y zarandas. - Malla: Es el elemento separador de tamaño y puede ser de barras de acero, alambre, planchas metálicas o chapas perforadoras, caucho o plástico. - Tamiz: Es el elemento separador, colocado dentro de un marco que puede ser lineal, circular o elíptico, libre o forzado. El zarandeo para la producción de agregado puede ser: - Primario. - Circuito cerrado - Clasificación El zarandeo primario o pree-zarandeo, separa el material por clasificar de los tamaños mayores de 10 mm, estas pueden ser de mallas fijas. 34

25 Las de circuito cerrado su separación son de 15 a 100 mm. Y por último las de clasificación producen separaciones de 0 a 30 mm. La selección de la zaranda correcta para un trabajo en particular, depende de la experiencia en obras anteriores; otro factor es el espacio disponible y del monto de la inversión. Además de lo anterior, la selección de la zaranda está suspendida a resistencia del desgaste y a la exactitud del tamaño a seleccionar. Algunos factores colaterales que condicionan estas labores los constituyen básicamente la potencia de explotación, el rendimiento y las distancias de transporte al sitio de procesamiento. Algunas recomendaciones para la exploración, calificación y explotación, son las siguientes: 1. Buscar inicialmente las canteras en los lechos de los ríos donde normalmente se halla agregado de buena calidad y/o en zonas que estén dentro del centro de gravedad de suministro del concreto, y de acceso no muy complicado, pensando en colocar la planta de procesamiento y de la dosificación en el mismo, y al encontrarlo se podría economizar el transporte. 2. Ubicado el sector en que por apreciación visual se estima que puede ser una cantera probable, se deben ejecutar calicatas o agujeros de exploración de 35

26 no menos de 1.5 m. de diámetro por 2 a 3 m. de profundidad para examinar el perfil estratigráfico y la distribución natural de las partículas. 3. Es recomendable ejecutar al menos una calicata por cada 2,500 m 2. Para Tener una idea de la variabilidad del material. 4. Efectuar determinación inmediata del porcentaje de material mayor de 6" (depende del equipo de chancado, pero este orden de magnitud es el usual), así como el pasante por la malla # 200 pues de esa manera podemos estimar el "oversize" o sobre tamaño que no se va a poder procesar, la proporción de piedra y arena a obtenerse luego del procesamiento (chancado o zarandeo) y la necesidad de lavarlo, con lo que se puede tomar una decisión de tipo económico si es rentable la explotación. 5. Si las evaluaciones anteriores son favorables hay que llevar a cabo la determinación de las características físicas y químicas para tomar la decisión final en base a los resultados. 6. Se debe elaborar un croquis de ubicación de la cantera así como de las calicatas con las profundidades evaluadas y una estimación del potencial de explotación en m3. Utilizables. 36

27 7. Antes de la explotación es conveniente el evaluar la necesidad de eliminar una capa superficial del orden de 0.30 a 0.50 m. ya que por lo general contiene material procesado. 8. Durante la explotación hay que hacer controles periódicos rutinarios de la variabilidad de la cantera, así como de la uniformidad del material procesado. Es recomendable hacer esto al menos por cada 1000 m3. De material procesado. 9. El procesamiento debe planificarse la manera de obtener arena y al menos dos tamaños de piedras para poder tener versatilidad en las mezclas granulométricas y disponer de diseños alternativos con varios tamaños máximos de agregados. 10. Un aspecto muy importante es el manipuleo del agregado luego del procesamiento, en que se acostumbre a hacer grandes pilas de material lo que trae consigo mucha segregación ya que las partículas gruesas ruedan hacia abajo y esto se refleja en mucha variabilidad en la granulometría y el tener que realizar continuos ajustes de proporciones para mantener constante el módulo de fineza total. 11. Otra partícula muy negativa la constituyen el acarreo y acomodo del material procesado movilizando el equipo pesado como volquetes, cargadores frontales y tractores sobre oruga, lo que produce segregación e incremento 37

28 de los finos con resultados similares a los mencionados en el acápite anterior. 12. Finalmente aunque pueda parecer evidente es necesario orientar la ubicación de la planta de procesamiento, la zona de almacenaje y la planta dosificadora (en caso de ponerse cerca de la de chancadora: de manera que el viento predominante no contamine las rumas de material almacenado y entorpezca las labores en la dosificadora con el polvillo resultante del chancado o zarandeo Potencia y Rendimiento de la Cantera del rio Cachi. Potencia. Es el volumen del material existente que se pueda extraer del banco de materiales previa limpieza de su alrededores, dicha cantidad explotable puede utilizarse para diversas etapas de la construcción de la cantera. Potencia Bruta. Se obtiene de multiplicar el área total del banco de materiales por la profundidad investigada. Potencia Neta. Es la potencia bruta menos los volúmenes de desbroce (superficie que debe eliminarse). 38

29 Potencia Aprovechable. Es la potencia neta menos el over. Rendimiento. Es la cantidad aprovechable para un fin específico, en este caso particular, es para la explotación de los agregados para la ejecución de las obras civiles en la ciudad de Angaraes. Para poder determinar un rendimiento de estos bancos, en la vía en mención, se deberá conocer alguna información adicional que se asumirá Características u Propiedades de los Agregados de Canteras La provincia de Angaraes cuenta con diversas canteras de donde se extraen el agregado fino y el agregado grueso, siendo las principales: Cantera de Antaparco, Cantera de Ocopa, y Cantera de Tucsipampa. A continuación se describirá la cantera de estudio del proyecto de tesis. Cantera de Antaparco (zona sanccachy chico). En esta cantera se extrae el material de forma rudimentaria, utilizando herramientas manuales y cargadores frontales, que es llevado a cabo hoy en día por pequeños grupos y asociaciones de personas que extraen dicho material. 39

30 Cabe señalar que esta Cantera posee un enorme potencial de material a extraer y que su vida útil está prolongada para abastecer de agregados por muchos años. - Agregado Fino Se define como aquel que pasa el tamiz 3/8 y queda retenido en la malla N 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las rocas y cumple con la norma NTP La granulometría del agregado fino empleado en un trabajo determinado debe ser razonablemente uniforme. Las variaciones de más o menos 0.2 en el módulo de fineza pueden ser causa de rechazo. El agregado fino deberá contener suficiente cantidad de material que pasa la malla Nº 50 si se desea obtener adecuada trabajabilidad en la mezcla. En pastas ricas en material cementante, este porcentaje puede disminuir, mientras que las pastas pobres requieren importante cantidad de material fino. Se recomienda que el agregado fino tenga un módulo de fineza entre 2.3 y 3.1. Ello no excluye la posibilidad de emplear agregados con módulos de fineza mayores o menores si se toman las precauciones adecuadas en la selección de las proporciones de la mezcla. Debe estar compuesto de partículas limpias de perfil angular duras y compactas libre de materia orgánica u otras sustancias dañinas. 40

31 - Agregado Grueso El agregado grueso, es aquel que queda retenido en el tamiz N 4 y proviene de la desintegración de las rocas y que cumple con la norma NTP ; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava. Estará conformado de fragmentos cuyos perfiles sean preferentemente angulares o semiangulares, limpios, duros, compactos, resistentes y de texturas preferentemente rugosas y libres de material escamoso o partículas blandas. La resistencia a la compresión del agregado no será menor de 600 kg/cm². Estará graduado dentro de los límites especificados en la norma NTP La granulometría seleccionada no deberá tener más del 5% del agregado retenido en la malla de 1 ½ y no más de 6% del agregado que pasa la malla ¼. El tamaño máximo del agregado a tomar será: 1/5 de la menor dimensión entre caras de encofrados ó 1/3 de la altura de las losas ó ¾ del espacio libre mínimo entre varillas individuales de refuerzo. Para el caso de ser necesario el lavado del material este debe hacerse con agua libre de materia orgánica, sales o sólidos en suspensión. Las partículas perjudiciales presentes en el agregado grueso no deberán exceder de los siguientes valores: 41

32 Arcilla 0.25% Partículas blandas 5.00% Material más fino que la malla Nº % Carbón y Lignito: a. Cuando el acabado superficial es de importancia 0.50% b. Otros concretos 1.00% Los agregados de cantera presentan distintas características en cuanto a forma, tamaño y textura. a) Forma La forma es la apariencia exterior del material, puede ser: - Agregado con forma Irregular Lo que es conveniente, ya que permite una mejor adherencia y agarre entre las partículas y con el ligante que se emplee: cemento para obras de concreto, el agua para el caso de pavimentación, o el asfalto para el caso de carpeta asfáltica. Además, porque permite que se llenen los vacios y se logre una mayor densidad. - Agregado Redondeado Lo cual no es conveniente en material para pavimentos, porque no posee buena adherencia y porque no se puede llenar sus vacíos. 42

33 - Partículas Chatas Cuando su espesor es comparativamente mucho menor que su ancho. Esto origina que sea débil, sobre todo al ataque físico mecánico. Partículas largas, cuando su longitudes comparativamente mucho mayor que su ancho. - Partículas Largas Cuando su longitud es comparativamente mucho mayor que su ancho. En este caso la zona de debilitamiento es el ancho. En algunos casos las partículas presentan a la vez características de chata y largas, lo que produce un mayor debilitamiento del agregado, el cual se vuelve frágil. b) Tamaño El tamaño de los agregados es muy variable, lo adecuado es que tenga una granulometría que abarque todos los tamaños, lo que se denomina una distribución uniforme y bien graduada. En general se denomina: - Agregado grueso, al material de tamaño mayor de tamiz N 4 (4.76m.m.). - Agregado fino, el material de tamaño menor del tamiz N 4. 43

34 Cuando el material tiene exceso de material gravoso se puede zarandear de modo de conseguir la granulometría adecuada. También se puede mezclar 2 o 3 canteras para obtener la granulometría requerida. c) Color El color del agregado del material es muy variable, de acuerdo a la roca de donde procede el material. En términos generales, el material más comúnmente usado varía entre marrón claro, plomo y grisáceo claro. El material que se usa en la conformación de la estructura del pavimento, es de tonalidad marrón clara. El material que se emplea en concreto, adquiere una tonalidad un poco azulada. d) Textura Textura es la característica que brinda al tacto el contacto con el agregado. Lo conveniente es que el agregado tenga textura rosada, lo que se conoce como caras fracturadas, porque tiene una buena adherencia, lo que no ocurre con las piedras de textura lisa, que no tiene agarre adecuado, porque las partículas menores y el ligante resbala, haciendo que el ligante al fallar por adherencia, se desprenda en obra las partículas más pequeñas Ensayo de acuerdo al uso de los agregados Se debe tener presente tres aspectos importantes para la determinación de los ensayos que deben realizarse a las muestras de agregados, tal como: Ensayos necesarios para obtener una clasificación del material. 44

35 Ensayos que se requieren para establecer la calidad del material frente al cual nos encontramos, de tal modo, que nos permita su comparación con las especificaciones correspondientes o normas mínimas. Ensayos mínimos para diseñar. Otro punto importante que no se puede dejar pasar por alto es la cantidad mínima necesaria de muestra para llevar a cabo los diferentes ensayos según los requerimientos mencionados en los tres aspectos anteriores. No todos los ensayos se deben realizar en todos los casos de uso de agregados, sino depende del uso a que se destine el material. Es más, como mucho de los ensayos están relacionados entre sí, existe la posibilidad que, si con determinado ensayo concluimos que el material no cumple los requerimientos. Se puede obviar la realización de otros. Además en cada obra especifica, en la memoria descriptiva o especificaciones técnicas del proyecto, se deben detallar los ensayos a efectuarse, y los requerimientos mínimos que se exigen de cada uno. El presente trabajo de investigación fue realizado en dos etapas: Investigaciones de campo e investigaciones de Laboratorio. Terminadas las investigaciones de campo, se procedió a llevar las muestras recolectadas, al laboratorio de mecánica de suelos para ser analizados bajo las respectivas normas y especificaciones, realizándose los ensayos necesarios para 45

36 conocer las características geotécnicas de la cantera Rio Cachi - Sector Sanccachy Chico. Ensayos de laboratorio en los agregados Del mismo modo se han realizado ensayos de laboratorio, necesarios para determinar si el material cumple con los requerimientos mínimos que se exigen para su utilización en concreto, estos son: - Contenido de humedad.norma ASTM C Granulometría por tamizado.norma ASTM C Peso Unitario..Norma ASTM C-29 - Tamaño máximo y tamaño máximo nominal.norma ASTM C-33 - Gravedad Específica y Absorción del agregado Grueso.Norma ASTM C Gravedad Específica y Absorción del agregado Fino..Norma ASTM C Impurezas orgánicas..norma ASTM C Sales solubles totales.norma ITINTEC Ensayos realizados al Agregado de Cantera a) Determinación del contenido de Humedad, Norma ASTM C-566 Este ensayo consiste en la determinación del % de humedad evaporable en una muestra de agregado por secado, ya sea la humedad superficial y la humedad en los poros del agregado. 46

37 La humedad o contenido de agua de una muestra de suelo, se obtiene por la relación de peso del agua contenida en la muestra, al peso de la muestra secada en estufa, expresado como tanto por ciento. Donde: Ww : Peso del Agua Presente en la muestra. Wg : Peso seco de la muestra. b) Análisis Granulométrico, Norma ASTM C-136 El análisis granulométrico es un intento de determinar las proporciones relativas de los diferentes tamaños de granos presentes en una masa de suelo dada. Obviamente para obtener un resultado significativo la muestra debe ser estadísticamente representativa de la masa del suelo. Como no es físicamente posible determinar el tamaño real de cada partícula independientemente de suelo La práctica solamente agrupa los materiales por rangos de tamaño. Para lograr esto se obtiene la cantidad de material que pasa a través de un tamiz, con una malla dada pero que es retenido en un siguiente tamiz cuya malla tiene aberturas ligeramente menores a la anterior y se relaciona esta cantidad retenida con el total de la muestra pasada a través de los tamices. Es evidente que el material retenido de esta forma en cualquier tamiz consiste de partículas de mucho tamaño todos los cuales son menores al tamaño de la malla 47

38 a través de la cual todo el material pasó pero mayores que el tamaño de la malla del tamiz en el cual el suelo fue retenido. Si el material es granular, los porcentajes de piedra grava y arena pueden determinarse fácilmente mediante el empleo de tamices, en cambio si el suelo posee un porcentaje apreciable de material fino (limo + arcilla) que pasa del tamiz N 200, habrá que utilizar, un método basados en el principio de sedimentación en agua y cuando se usan ambos procesos se denomina análisis de suelo combinado. Generalmente los resultados obtenidos de un análisis granulométrico se representan sobre un papel semilogaritmico, por una curva llamada "granulometría". Los porcentajes que se indican son acumulativos. c) Peso Específico y Absorción de los Agregados El peso especifico o gravedad especifica, determina el peso del agregado por unidad de volumen sin considerar sus vacíos. Con este ensayo también se denomina el porcentaje de absorción o contenido de agua exacto que requiere el agregado para saturar todos sus vacíos. El peso específico de los agregados es un indicador de calidad, en cuanto que los valores elevados corresponden a materiales de buen comportamiento, mientras que para bajos valores generalmente corresponde a agregados absorbentes y débiles. 48

39 Estado de humedad de los Agregados: Depende de la cantidad de agua contenida en el agregado. Los agregados en obra pueden encontrarse en cuanto a humedad se refiere, en cuatro condiciones: - Estado seco: Cuando el agregado no contiene agua. - Estado semi - seco: Cuando hay algo de agua, pero menos de la necesaria para saturarse. - Estado saturado superficialmente seco: Condición ideal en que los agregados ni añaden, ni quitan agua a la mezcla, ósea el agregado contiene la cantidad exacta de agua necesaria para llenar todos sus vacíos y por consiguiente, solo estos contienen agua, mientras toda la superficie está seca. - Estado Húmedo o Mojado: Conteniendo entre sus partículas más agua que la necesaria para saturarse. FIGURA N 03: Estado de humedad de los Agregados. Fuente: Los tesistas. 49

40 Porcentaje de Absorción (Abs,) Podemos definir la absorción, como la cantidad de agua absorbida por el agregado sumergido en el agua durante 24 horas. Se expresa como un porcentaje del peso del material seco, que es capaz de absorber, de modo que se encuentre el material saturado superficialmente seco. La absorción del agregado grueso se determina por la NTP La gravedad específica y la absorción se determinan separadamente para agregado grueso y para agregado fino. d) Determinación de Gravedad Especifica y Absorción del agregado grueso, Norma ASTM C-127 Describe el procedimiento que debe seguirse para la determinación del peso específico y el peso especifico aparente y real a 23 C. Así como la absorción después de 24 horas de sumergidas en agua de los agregados con tamaño inferior a 4.75 mm (No 4). El material a ensayar es el que queda retenido en el tamiz N 4. Por ello, se selecciona por cuarteo aproximadamente 5 Kg. Del agregado a ensayar y se elimina la fracción que pasa el tamiz N 4, Y se realiza el ensayo con el siguiente peso de agregado, de acuerdo a su tamaño máximo nominal: 50

41 TABLA N 01 PESO MÍNIMO DE MUESTRA SEGÚN T.M.N Tamaño máximo nominal Peso mínimo de muestra (Kg) ½ 2 ¾ ½ ½ Fuente: Internet e) Determinación de Gravedad Especifica y Absorción del agregado fino, Norma ASTM C-128 Establece un procedimiento para determinar el peso específico seco, el peso específico saturado, superficie seca, el peso específico aparente y la absorción (después de 24 Horas) después del agregado fino. Se aplica para determinar el peso específico seco, el peso especifico saturado con superficie seca, el peso especifico aparente y la absorción de agregado fino, a fin de usar estos valores tanto en el cálculo y colección de diseño de mezclas, como el control de uniformidad de sus características físicas. f) Tamaño Máximo y Tamaño Máximo Nominal, Norma ASTM C-33 Tamaño Máximo: 51

42 Corresponde al menor tamiz por el que pasa toda la muestra de agregado. Tamaño Máximo Nominal: Corresponde al menor tamiz que produce el primer retenido. El tamaño máximo Nominal del agregado grueso no deberá de ser mayor de: - Un quinto de la menor dimensión entre las caras del encofrado. - Un tercio del peralte de la losa. - Tres cuartos del menor espacio libre entre barras de refuerzo individuales o ductos de preesfuerzo. g) Peso Unitario de los Agregados ASTM C 29 El peso unitario de un material es el peso de éste con respecto a su volumen. Este término es el más utilizado en las especificaciones de la norma ASTM C-29. Es aplicable a condiciones de trabajo, tomando como volumen unitario el metro cúbico o el pie cúbico. Al determinar el peso unitario se observa que está influenciado por el grado de asentamiento (vacíos) y por el contenido de humedad, por lo que debe calcularse con el material seco apisonado y suelto. h) Impurezas orgánicas del agregado Norma ASTM C- 40 Cuando se sospecha que un material tiene alto contenido de material orgánico, por su color oscuro y su olor desagradable; al agregado fino se lo somete a una prueba de ensayo para determinar cualitativamente las impurezas orgánicas. 52

43 Cuando una vez definitivamente que el agregado contiene alto grado de materia orgánica, se recurre al ensayo cuantitativo, en el cual se precisa la cantidad exacta en la muestra. Pero en estos casos basta saber que los ensayos de impurezas orgánicas han dado como resultado que la muestra no es aceptable para desechar la cantera. i) Sales solubles totales Norma ITINTEM Método de ensayo para determinar cualitativamente el contenido químico en el agregado para concreto Metodología del Diseño de Mezclas de Concreto Generalidades La selección de las proporciones de los materiales integrantes de la unidad cúbica de concreto, llamada también diseño de mezcla, puede ser definida como el proceso de selección de los ingredientes más adecuados y de la combinación más conveniente y económica de los mismos, con la finalidad de obtener un producto que en estado no endurecido tenga las propiedades, especialmente trabajabilidad y consistencia, deseadas, y que en estado endurecido cumpla con los requisitos establecidos por el diseñador o indicados en los planos y especificaciones de obra. 53

44 La selección de las proporciones de la mezcla está determinada por: a) Las propiedades que debe tener el concreto endurecido, que son requerimientos del diseñador o que se encuentran indicadas en las especificaciones de obra. b) Las propiedades del concreto en estado no endurecido, que dependen del tipo y característica de la obra y de las técnicas empleadas en la colocación del concreto. c) El costo de la unidad cúbica de concreto. Si tomamos en cuenta estos criterios, podremos obtener una primera aproximación de las proporciones de los materiales que componen la unidad cúbica de concreto. Pero estas proporciones, sea cual fuere el procedimiento para determinarlas, deberán ser siempre consideradas como valores de prueba sujetos a revisión y ajustes sobre la base de los resultados obtenidos en laboratorio y obra Métodos de Diseño de Mezclas La historia de los procesos de selección de las mezclas de concreto comienza con los caldeos y egipcios, sigue con los romanos, decae en la edad media para volver a resurgir con Smeaton y aún no termina. Existen varios métodos para el diseño de mezclas de concreto; entre ellos tenemos: Métodos basados en Curvas Empíricas, Métodos basados en Curvas Teóricas, Método del Agregado Global, Método del Comité 211 ACI y el Método del Módulo de Fineza de la 54

45 combinación de agregados.en nuestro país se utilizan preferentemente los procedimientos de la recomendación 211 del ACI, el método desarrollado por Walker y el método del Módulo de Fineza de la Combinación de Agregados El Método de Diseño del ACI En 1944 el American Concrete Institute (ACI) publica el trabajo Recommended Practice for the Desing of Concrete Mixed preparado por el Comité 613. Esta recomendación incluye un conjunto de pasos para el diseño de mezclas de concreto por el método de los valores absolutos, basándose en la selección de la relación agua-cemento, en la resistencia a la compresión deseada, en la consistencia del concreto y en las condiciones de servicio. En 1954 el mencionado Comité revisa y remplaza aspectos importantes de la recomendación de La nueva incluye procedimientos para el diseño directo de concretos con y sin aire incorporado e igualmente remplaza el procedimiento de seleccionar el porcentaje de agregado fino sobre la base de una variedad de factores por el de emplear el coeficiente b/b0 para determinar la cantidad de agregado grueso por unidad de volumen del concreto. En este procedimiento se toma en consideración la angularidad o perfil y el contenido de vacíos del agregado grueso en el peso unitario seco varillado del volumen de agregado, y el peso del agregado grueso en la unidad cúbica de concreto es calculado multiplicando el factor b/b0 por el peso unitario seco varillado. Sin embargo se considera discutible considerar la cantidad de 55

46 agregado grueso para diferentes contenidos de cemento, asentamientos y concretos con y sin aire incorporado. En la década de los 70, el ACI revisa la recomendación ACI y la remplaza por la recomendación ACI , la cual experimenta diversas modificaciones hasta 1911 en que se publica la recomendación ACI , vigente hasta la fecha. Complementarias a la misma se publican la recomendación , la recomendación y la recomendación 211.4R El Método Walker En la década de los 60, atendiendo a los importantes cuestionamientos de la Ley de Abrams, la National Ready Mixed Concrete Association, encarga a un grupo de investigadores, encabezados por Stanton Walker e integrado por Delmar Bloem y Richard Gaynor, que realice, en la Universidad de Maryland, todos los estudios conducentes a determinar cuáles eran los factores que intervenían en la resistencia del concreto y presentasen una propuesta para la selección de las proporciones de las mezclas de concreto. La propuesta finalmente presentada, después de numerosas y profundas investigaciones, se diferenciaba del método del ACI, en que primero se calcula el contenido del agregado fino y por diferencia con la unidad, el contenido del agregado grueso. Los cálculos indicados se hacen a partir de una tabla empírica basada en el contenido de cemento y el tamaño máximo del agregado. 56

47 El Método del Módulo de fineza de la combinación de agregados Muchos investigadores han cuestionado el método de diseño del ACI y han tratado de buscar un procedimiento en el cual la relación fino -grueso se modifique en función del contenido de pasta en consideración al contenido de cemento de ésta. En el método del módulo de fineza de la combinación de agregados, los contenidos de agregados fino y grueso varían para las diferentes resistencias, siendo esta variación función, principalmente, de la relación agua-cemento y del contenido total de agua, expresado a través del contenido de cemento de la mezcla. Este método tiene como consideración fundamental además de lo ya expresado, la premisa de que el módulo de fineza del agregado, fino o grueso, es un índice de su superficie específica y que en la medida que esta aumenta se incrementa la demanda de pasta así como que si se mantiene constante la pasta y si incrementa la fineza del agregado disminuye su resistencia por adherencia. Como consecuencia de las investigaciones se ha podido establecer una ecuación que relaciona el módulo de fineza de los agregados fino y grueso. Aplicando esta ecuación es posible determinar el módulo de fineza de la combinación de agregados más conveniente. 57

48 Dicha ecuación es la siguiente: rf mg m m m g f x100 Dónde: mf= módulo de fineza del agregado fino mg= módulo de fineza del agregado grueso m= coeficiente obtenido de la tabla del módulo de fineza de la combinación de agregados. El valor obtenido de esta ecuación, multiplicado por el volumen absoluto de agregado, nos permite conocer el volumen absoluto de agregado fino y por diferencia se puede determinar el volumen absoluto de agregado grueso Elección del método de diseño Para poder elegir el método conveniente para el desarrollo de esta investigación, se optó por practicar varios métodos, eligiendo el método del Método de diseño ACI, puesto que el método de diseño ACI es el que ofrece mayor garantía y exactos resultados y además el modulo de fineza obtenido para una arena del río Cachi es de Criterios básicos a tener en cuenta La selección de las proporciones de cada uno de los materiales integrantes de la unidad cúbica de concreto debe permitir obtener un concreto que posea en estado 58

49 plástico, la trabajabilidad, consistencia y Cohesividad necesarias para su fácil y adecuada colocación, y que en estado endurecido alcance la resistencia, densidad y durabilidad frente a las condiciones especiales de exposición a las cuales estará sometido, y también debe representar la opción económica más favorable siempre y cuando cumpla con todos los requisitos ya mencionados. La selección de las proporciones que se empleará en la presente Tesis, tiene dos etapas bien diferenciadas: La primera de ellas es la selección del volumen absoluto de la pasta, en esta etapa se puede emplear, para la selección de la relación agua-cemento y del contenido de agua, las tablas del Comité 211 del ACI. En la segunda etapa, conocido el volumen absoluto del agregado total, en función del contenido de cemento y del tamaño máximo nominal del agregado grueso, se selecciona un coeficiente m el cual es empleado para calcular el porcentaje de agregado fino en función del volumen absoluto total del agregado, esto permite que los agregados fino y grueso participen en cantidades diferentes en función del contenido de cemento de la mezcla. Una vez calculadas las proporciones, de todos los materiales se procederá a determinar la cantidad de agua de diseño mediante las mezclas de prueba, y finalmente se realizarán los diseños de mezclas para el concreto Cemento Andino Portland Tipo I, con y sin aditivo respectivamente. 59

50 Secuencia de pasos para el diseño de mezcla: Para la selección de las proporciones se seguirá una secuencia de pasos, los que nos guiarán a la obtención de una mezcla ideal: Determinación de la resistencia promedio. Selección del tamaño máximo nominal del agregado. Selección del asentamiento. Selección del volumen unitario de agua. Selección del contenido de aire. Determinación de la relación agua- cemento. Cálculo del contenido de cemento. Cálculo del volumen absoluto de la pasta. Cálculo del volumen absoluto del agregado. Cálculo del módulo de fineza de la combinación de agregados. Cálculo del porcentaje de agregado fino (rf). Cálculo de los volúmenes absolutos del agregado. Cálculo de los pesos secos de los agregados. Determinación de los valores de diseño. Corrección por humedad del agregado. Proporciones finales Tablas utilizadas para los diseños de mezcla 60

51 TABLA Nº 2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PROMEDIO f'c f' cr Menos de 210 f'c a 350 f'c + 84 sobre 350 f'c + 98 FUENTE: DISEÑO DE MEZCLAS ENRIQUE RIVVA LOPEZ. TABLA Nº 3 SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO Tipo de Construcción Zapatas y muros de cimentación Asentamiento Máximo Mínimo 1" Armados. 3" Cimentaciones simples, cajones, 1" y subestructuras de muros. 3" Vigas y muros armados. 4" 1" Columnas de edificios. 4" 1" Losas y Pavimentos 3" 1" Concreto Ciclópeo. 2" 1" FUENTE: DISEÑO DE MEZCLAS - ENRIQUE RIVVA LOPEZ 61

52 TABLA Nº 4 Volumen Unitario del Agua Agua en l/m3, para los tamaños máx. Nominales de agregado Asentamiento grueso y consistencia indicados. 3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1/2" 2" 3" 6" Concretos sin Aire Incorporado 1" á 2" á 4" " á 7" Concretos con Aire Incorporado 1" á 2" " á 4" " á 7" FUENTE: DISEÑO DE MEZCLAS ENRIQUE RIVVA LOPEZ TABLA Nº 5 Contenido de Aire Atrapado Tamaño Máximo Nominal Aire Atrapado 3/8" 3.00% 1/2" 2.50% 3/4" 2.00% 1" 1.50% 1 1/2" 1.00% 2" 0.50% 3" 0.30% 6" 0.20% FUENTE: DISEÑO DE MEZCLAS - ENRIQUE RIVVA LOPEZ 62

53 TABLA Nº 6 Relación Agua-Cemento por Resistencia f'cr Relación agua - cemento de diseño en peso (28 días) Concretos sin aire incorporado Concretos con aire incorporado FUENTE: DISEÑO DE MEZCLAS - ENRIQUE RIVVA LOPEZ TABLA Nº 7 Módulo de Fineza de La Combinación de Agregados Tamaño Máximo Nominal del Módulo de fineza de la combinación de agregados que da las mejores condiciones de trabajabilidad para los contenidos de cemento en bolsas / m3 indicados Ag. Grueso /8 " /2 " /4 " " /2 " " " FUENTE: DISEÑO DE MEZCLAS - ENRIQUE RIVVA LOPEZ 63

54 2.3. HIPÓTESIS HIPÓTESIS GENERAL. H1: La calidad del agregado para fabricar concreto de alta resistencia f c = 210 kg/cm 2, f c = 280 kg/cm 2 y f c = 350 kg/cm 2 de la cantera Rio Cachi del Distrito de San Antonio de Antaparco Angaraes Huancavelica, es de óptima calidad. H0: La calidad del agregado para fabricar concreto de alta resistencia f c = 210 kg/cm 2, f c = 280 kg/cm 2 y f c = 350 kg/cm 2 de la cantera Rio Cachi del Distrito de San Antonio de Antaparco Angaraes Huancavelica, no es de óptima calidad DEFINICIÓN DE TÉRMINOS CANTERA: Son depósito de rocas metálicas y no metales que son explotados como material de construcción. ZARANDEO: El zarandeo es la operación por la que se separan los elementos gruesos de los finos. Es conveniente diferenciar los términos de malla, tamiz y zarandas. - Malla: Es el elemento separador de tamaño y puede ser de barras de acero, alambre, planchas metálicas o chapas perforadoras, caucho o plástico. - Tamiz: Es el elemento separador, colocado dentro de un marco que puede 64

55 ser lineal, circular o elíptico, libre o forzado. El zarandeo para la producción de agregado puede ser: - Primario: El zarandeo primario o pree-zarandeo, separa el material por clasificar de los tamaños mayores de 10 rnm, estas pueden ser de mallas fijas. - Circuito cerrado: Las de circuito cerrado su separación son de 15 a 100 rnm. Y por último las de clasificación producen separaciones de 0 a 30 mm. - Clasificación: La selección de la zaranda correcta para un trabajo en particular, depende de la experiencia en obras anteriores; otro factor es el espacio disponible y del monto de la inversión. Además de lo anterior, la selección de la zaranda está suspendida a resistencia del desgaste y a la exactitud del tamaño a seleccionar. Algunos factores colaterales que condicionan estas labores los constituyen básicamente la potencia de explotación, el rendimiento y las distancias de transporte al sitio de procesamiento. TAMIZ: Es el elemento separador, colocado dentro de un marco que puede ser lineal, circular o elíptico, libre o forzado. TEXTURA: Textura es la característica que brinda al tacto el contacto con el agregado. Lo conveniente es que el agregado tenga textura rosada, lo que se conoce como caras fracturadas, porque tiene una buena adherencia, lo que no 65

56 ocurre con las piedras de textura lisa, que no tiene agarre adecuado, porque las partículas menores y el ligante resbala, haciendo que el ligante al fallar por adherencia, se desprenda en obra las partículas más pequeñas IDENTIFICACION DE VARIABLES: a. Variable Independiente: Calidad del agregado (X) b. Variable Dependiente: Concreto de alta resistencia (Y) CUADRO Nº 1 IDENTIFICACION DE VARIABLES DEFINICION VARIABLES DEFINICION CONCEPTUAL OPERATIVA INDICADORES Es el estudio de los agregados Es aquella que - Mala X : CALIDAD DEL si están dentro del límite cumple con las - Regular AGREGADO aceptable basado en basados normas del ASTM. - Buena en la norma ASTM C Muy buena Es un tipo de concreto de alto Esta referida a la desempeño estructural, que resistencia de los Y : CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA comúnmente tiene una resistencia a la comprensión concretos: - f c = 210 kg/cm 2. Resistencia: Kg/cm 2 especificada. - f c = 280 kg/cm 2. - f c = 350 kg/cm 2. FUENTE: LOS TESISTAS. 66

57 CAPITULO III METODOLOGIA 3.1. AMBITO DE ESTUDIO. El presente estudio se realizará en el río Cachi que se encuentra en el distrito de San Antonio de Antaparco, provincia de Angaraes, región Huancavelica. Vista satelital del departamento Huancavelica y lugar del proyecto. FIGURA N 04: Ubicación y Localización del distrito de San Antonio de Antaparco. FUENTE: GOOGLE EART 67

58 Vista satelital del lugar del proyecto. FIGURA N 05: Ubicación y Localización de la zona de estudio. FUENTE: GOOGLE EART 3.2 TIPO DE INVESTIGACIÓN. La investigación a realizarse es de tipo básica porque va resolver problemas de los concretos en beneficio de la sociedad NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN El nivel de investigación a ejecutarse es descriptivo 68

59 3.4. MÉTODOS DE LA INVESTIGACIÓN Método General: En la presente investigación, se utilizará el Método Científico como método general. En la actualidad según Cataldo, (1992): El estudio del método científico es objeto de estudio de la epistemología. Asimismo, el significado de la palabra método ha variado. Ahora se le conoce como el conjunto de técnicas y procedimientos que le permiten al investigador realizar sus objetivos. A decir de Kerlinger, F., y otros (2002), el método científico comprende un conjunto de normas que regulan el proceso de cualquier investigación que merezca ser calificada como científica. Además el mismo Kerlinger enfatiza La aplicación del método científico al estudio de problemas pedagógicos da como resultado a la investigación científica Método Específico: El Método Experimental. Según Oseda, J. (2008): El método experimental es un proceso lógico, sistemático que responde a la incógnita: Si esto es dado bajo condiciones cuidadosamente controladas; qué sucederá? DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN. Se utilizará en la investigación el Diseño General transversal Descriptivo Muestra análisis resultado 69

60 3.6. POBLACIÓN, MUESTRA Y MUESTREO. POBLACIÓN. Cantera rio Cachi del distrito de San Antonio de Antaparco, provincia Angaraes, región Huancavelica. MUESTRA Y MUESTREO. La muestra se Obtendrá de la cantera de estudio atreves de calicatas, de tres punto al azar ubicados en los bancos de material, de 50 kilogramos de cada muestra 10 muestras de 50 kg cada uno. Ubicado entre los puntos denominados Sanccachy Chico y San Antonio de Antaparco. 3.7 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS. TÉCNICAS Las principales técnicas que se utilizo en este estudio fue Ubicar bancos de material de mayor volumen, realizar calicatas y obtener muestras en bolsas impermeables y limpias. INSTRUMENTOS Los instrumentos a utilizar en estas técnicas será: - Bolsas Impermeables limpias para la extracción de la muestra. - Palas tipo cuchara - picos - Balanza Electrónica de 300 kg. Marca Sunia rf Cuaderno de Campo 70

61 - Otros Útiles de Escritorio - Estación Total - Movilidad VALIDEZ DEL EQUIPOS Y CONFIABILIDAD Los equipos e instrumentos a utilizar fueron del laboratorio de mecánica de suelos de la SENCICO y para mayor confiabilidad y validez de los resultados realizados se mando al laboratorio de mecánica de suelos de la Universidad Peruanas los Andes PROCEDIMIENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS. Ubicado bancos de material de mayor volumen de la cantera de estudio, se realizo las calicatas a una profundidad 1.00 m. a 1.50 m. dependiendo del espesor los bancos de agregado, obtener muestras en bolsas impermeables y limpias, con sus respectivas etiquetas de identificación. A continuación se muestran fotografías del procedimiento de recolección de datos. 71

62 FIGURA N 06: Zona del Rio Cachi, donde se realizo la calicata N 01 FUENTE: Los Tesistas. FIGURA N 07: Zona del Rio Cachi, donde se extrajo la Muestra N 01. FUENTE: Los Tesistas. 72

63 FIGURA N 08: Zona del Rio Cachi, donde se realizo la calicata N 02 FUENTE: Los Tesistas. FIGURA N 09: Zona del Rio Cachi, donde se extrajo la Muestra N 02 FUENTE: Los Tesistas. 73

64 FIGURA N 10: Zona del Rio Cachi, donde se realizo la calicata N 03 FUENTE: Los Tesistas. FIGURA N 11: Zona del Rio Cachi, donde se extrajo la Muestra N 04 FUENTE: Los Tesistas. 74