ESTUDIO DE MICROFINOS

Transcripción

1 ESTUDIO DE MICROFINOS Antecedentes previos La industria del árido enfrentaba el año 2001 una situación muy compleja en la proyección de su capacidad de abastecimiento al sector construcción como consecuencia de la aplicación del Plan Regulador Metropolitano de Santiago, que restringe la actividad de extracción de áridos desde pozos secos, bajo la presunción de que los cauces, en especial el Río Maipo ubicado al sur de Santiago, son capaces de abastecer el consumo que demanda la ciudad de Santiago. Por otro lado, la situación extractiva en la Región Metropolitana, indica a través del análisis de balances volumétricos la necesidad de buscar nuevas áreas de extracción, entre ellas canteras, posiblemente a mayores costos, y/o hacer la industria más eficiente en la relación de uso de recurso natural contra el producto terminado, en especial la fabricación de arenas finas. El hecho de continuar a futuro necesariamente con la extracción de pozos secos, debido a la alta incidencia de este insumo en los costos de la construcción, obliga a la comunidad en general, productores, autoridades, etc., a enfrentar el problema y encontrar una solución, ya que los áridos seguirán siendo requeridos por el país. En este contexto, la Cámara Chilena de la Construcción junto a la Dirección General de Obras Públicas, crean en la Corporación de Desarrollo Tecnológico la Comisión de Áridos. Esta Comisión, integrada por representantes de organismos públicos nacionales, regionales y comunales y empresas, asociaciones e institutos privados tiene como objetivo identificar y cuantificar las situaciones conflictivas del sector y proponer recomendaciones de consenso para esta industria. Para ello se organizaron tres Grupos Técnicos de Trabajo: Legal, Medioambiental y Técnico. Los estudios en cada una de las áreas indicadas fueron publicadas por la CDT un texto técnico titulado: Industria del Árido en Chile Tomo I: Sistematización de Antecedentes Técnicos y Ambientales y Tomo II Régimen Legal. Por otro lado, desde el punto de vista productivo, el país incorpora progresivamente en la última década equipamientos modernos de preparación de productos adecuados para la fabricación posterior de hormigones y asfaltos. En este contexto no deja de ser importante recordar que el material integral proveniente de depósitos glacio-fluviales tiene incorporado en promedio un 30% de arena, necesitando una mezcla de hormigón cerca de un 50%. O sea, existe un déficit natural que es compensado con mayores extracciones de material integral. Las nuevas técnicas, como la de las chancadoras de impacto vertical, aparte de haber traído mejoras considerables a la calidad de las arenas, han permitido aprovechar en algunos casos la totalidad del material extraído, lo cual es positivo desde todos los puntos de vista. Lamentablemente, la normativa sobre áridos impide un uso eficiente de estas arenas manufacturadas, ya que limita la cantidad máxima a ser agregada a la mezcla. Con esto, se pierden cantidades de material, no tan solo por las mayores cantidades a ser extraídas, sino también por el hecho de tener que ser lavadas (generando adicionalmente mayores consumos de agua y de residuos), y no pudiéndose aprovechar las cualidades de una arena manufacturada de tipo cúbica, que incide en mejores propiedades del hormigón.

2 Con el propósito de analizar esta situación y poder presentar soluciones empíricamente comprobadas se encarga un estudio que permita definir la factibilidad técnica del uso de este tipo de arenas manufacturadas. Objeto del Estudio El Estudio de Microfinos tiene por objeto conocer la influencia de una arena fina sobre la resistencia del hormigón variando su porcentaje de incorporación en 0%, 50% y 100%. Desarrollo inicial y reprogramación Se da inicio a una serie de actividades que permiten definir el alcance y algunos problemas técnicos de desarrollo. Al inicio de las actividades del programa original se detecta que los ensayos de probetas muestran fallas en el comportamiento de los hormigones, los que hacen necesario desarrollar una metodología más afinada de parte del laboratorio ejecutor de los ensayos. Estas correcciones fueron efectuadas, pero al repetir las series iniciales y ensayarlas se encontró con que el cemento que originalmente se utilizó en los estudios mostraba haberse afectado, a pesar de estar dentro del plazo de uso normal. Aparentemente esta variación proviene del hecho de que los sacos de cemento cuentan con una lámina menos de protección, lo cual, a pesar de mantenerse el cemento en el ambiente de laboratorio, produce una disminución de su resistencia, como puede verse en la Figura 1 Sin embargo, los ensayos realizados, a pesar de su imperfección, permiten observar que la investigación puede simplificarse en el número de dosis de cemento consideradas. Analizados los antecedentes expuestos en los puntos anteriores, se reprograma el desarrollo del estudio según el siguiente detalle: a. Tamaños máximos: 11/2 3/4 b. Dosis de agua (asentamiento) 190 l/m3 (8-10 cm) 220 l/m3 ( 8 10 cm) c. Dosis de cemento de Alta Resistencia: Tamaño máximo 11/2 280 kg/m3 240 kg/m3 200 kg/m3 Tamaño máximo 3/4 320 kg/m3 280 kg/m3 230 kg/m3 Tamaño máximo 3/4 320 kg/m3 280 kg/m3 230 kg/m3 Proporciones de arena gruesa/arena fina: 100/0% 50/50% 0/100% El porcentaje arena gruesa/arena fina 100/0% cumple con los límites establecidos en las normas chilenas en su mínimo (3%) para las partículas de tamaño inferior a mm. Los porcentajes 50/50% y 0 /100% los superan largamente, de manera que es posible discernir la importancia del aporte de granos finos sobre la resistencia. Los factores indicados permiten cubrir toda la gama que limita actualmente el empleo de arenas finas.

3 resistencias resistencia(kg/cm2) series cemento antiguo 0 7 tiempo (días) Figura 1 Este Plan de Trabajo, aprobado por los integrantes del Grupo Técnico permite conocer la influencia de una arena fina sobre la resistencia del hormigón variando su porcentaje de incorporación en 0%, 50% y 100% del porcentaje de arena del hormigón. El estudio propuesto se desarrolla mediante una aplicación a la arena fina producida por Megáridos Ltda. Como áridos complementarios se utilizan también los producidos por la misma Planta. Como cemento se empleó cemento Polpaico 400, que fue suministrado por la industria Polpaico. Variaciones al Plan de Trabajo aprobado. Al Plan de Trabajo desarrollado, aprobado por el Grupo Técnico, se modifica eliminando la dosis de cemento de 320 kg/m 3 y aumentando la dosis de 230 a 240 kg/m 3, de los hormigones tamaño máximo 3/4. La eliminación señalada se efectuó porque, de acuerdo a la tendencia mostrada por los restantes hormigones, se observó que no era necesario sobrepasar más la cantidad definida en la malla #100 ASTM para evaluar el comportamiento de la arena a calificar. La dosis de cemento de 230 kg/m 3 se elevó a 240 kg/m 3 en los hormigones tamaño máximo 3/4, para mantener una mejor correspondencia con los hormigones de 11/2 en las razones agua / cemento.

4 Resultados obtenidos. Ensayo de los áridos. Los ensayos realizados a los áridos se incluyen en el Anexo 1, de acuerdo al Certificado Nº 8065 de LEMUC. Estos incluyen resultados de tres muestras proporcionadas por Megáridos, de las cuales se obtuvo el promedio para realizar los estudios objeto del presente Informe. La arena señalada como B fue la sometida a la evaluación objeto del estudio. Estos ensayos incluyen también una determinación de la granulometría de la arena sometida a una abrasión manual para observar si se producía molienda por este hecho. Se observó una pequeña molienda, pues el porcentaje bajo la malla # 200 ASTM pasó de 19.8% a 21.5%. Esto puede tener incidencia en la variación del módulo de finura de la arena, el cual pasó de 2.29 a 2.15 en el ensayo realizado, por la molienda que se produciría durante el amasado del hormigón. Dosificaciones de los hormigones. En las tablas incluidas en el Anexo 2 aparecen las dosificaciones realizadas de acuerdo al Plan de Trabajo señalado, con las cuales se elaboraron los hormigones incluidos en el estudio. Las dosificaciones fueron realizadas con las granulometrías y pesos específicos medios señalados en el mismo Anexo 2 y empleando en ellos el Método de Faury, con coeficientes M = 31 y K = 0.390, que corresponden a un hormigón de características medias y un asentamiento de cono de 8 a 10 cm. En ellas un hormigón determinado aparece denominado de la siguiente manera: Los hormigones fueron dosificados sin considerar un plastificador, con el objeto de introducir la menor cantidad de variables en el estudio y poder hacerlo comparativo con otros que se hagan posteriormente. C 200 / M 31 / dosis coeficiente porcentajes de cemento M arena gruesa/ arena fina

5 Interpretación de los resultados. Dado que los resultados obtenidos corresponden a dosis de cemento y granulometrías distintas, se ha uniformado los valores obtenidos, para su comparación, mediante el empleo del coeficiente K, de la fórmula de Bolomey, que liga la resistencia con la razón agua / cemento. La mencionada fórmula tiene la expresión R = K (C / A 0.50), en la cual: R = resistencia del hormigón K = coeficiente que depende de la edad del hormigón y de las características del cemento y los áridos C = dosis de cemento A = dosis de agua Esta fórmula tiene una estructura sencilla y el consultor que dirigió el estudio pudo establecer que, para un cemento determinado, si el esqueleto formado por los áridos tiene una buena calidad el valor del coeficiente K se mantiene para una misma edad. Por el contrario, si los áridos de la curva analizada no son satisfactorios por calidad intrínseca, el valor del coeficiente K debe disminuir. Igualmente, si existe una diferencia en el hormigón, el valor de K debe ser distinto. Este es el criterio general de comparación de los valores ocupado. Evaluación de la arena fina objeto del estudio. Basándose en el criterio anterior, en el Anexo 3 se han calculado los valores de los coeficientes K para las distintas dosificaciones ensayadas, agrupándolas, para cada tamaño máximo empleado, por la mezcla de las arenas utilizadas para cada serie de hormigón de distinta dosis de cemento. Esta agrupación permite observar que los valores de los coeficientes K se ordenan de acuerdo al uso de la mezcla de arenas, siendo el más alto el correspondiente al empleo exclusivo de arena fina para dosificar el hormigón (arena gruesa/arena fina 0/100). A continuación siguen los coeficientes K correspondientes a las mezclas arena gruesa/arena fina 50/50 y 100/0. Para una mejor visualización, estos valores han sido graficados para cada tamaño máximo. Ello significa que el empleo de la arena fina en mayor proporción introduce una mejora en las resistencias obtenidas. Si se considera que la arena fina ensayada contiene un 16% de partículas bajo la malla # 200 ASTM, superior a lo que acepta NCH 163, incluso para áridos tratados por trituración (7%), ello indica que ese porcentaje no significa una limitación en la calidad de este árido al incorporarlo en el hormigón. Basándose en este resultado, se propone efectuar el ensayo tal como se describe en el capítulo siguiente, para definir si un árido que supera los porcentajes normalizados de fino bajo # 200 de la Norma puede ser empleado en el hormigón. Este uso será posible si el ensayo indica que el hormigón permite obtener resistencias a lo menos iguales al mismo árido cumpliendo los límites de la Norma.

6 Dado que el ensayo ha sido empleado sólo en un árido, no parece conveniente normalizarlo aún, pero en todo caso puede plantearse que se revise el criterio de la Norma NCh 163 para el contenido de material bajo la malla 200 ASTM. Metodología de ensayo. Se describe a continuación el método usado para la ejecución del estudio determinado. Para ello se indican las etapas que se siguieron y se describe lo hecho en cada una de ellas. Materiales de base para el estudio. Los materiales de base para el estudio fueron los siguientes: Áridos empleados: grava, gravilla y arena gruesa de Megáridos. Arena fina a ensayar. Aridos de calidad reconocida, empleados en la zona donde se desea realizar el estudio: grava, gravilla y arena gruesa. Arena fina a ensayar. Aridos de una procedencia común con la de la arena fina que se desea ensayar. Ensayo de los áridos. a. Si los áridos son conocidos, se efectuaron los ensayos de clasificación normales: Granulometría Densidad real seca y saturada seca. Materia orgánica de las arenas. Material menor que malla #200 ASTM. Ensayos alternativos: Cubicidad de partículas gruesas. b. Si el árido fino no era conocido, además, se efectuaron los siguientes ensayos: Reacción álcali-árido. Desgaste Los Angeles Además de todos aquellos que sean necesarios por la naturaleza particular de un árido fino determinado. Dosificación de los hormigones. Los hormigones empleados en el estudio se dosificaron empleando el Método de Faury, con los siguientes valores de las constantes de dosificación: M = 31 K = T/R = 0 Las dosis de cemento serán las siguientes: a. Para T = 38 mm C = 200 kg/m3 C = 240 kg/m3

7 C = 280 kg/m3 b. Para T = 19 mm C = 240 kg/m3 C = 280 kg/m3 C = 320 kg/m3 Las dosificaciones se efectuarán ajustándose a la curva granulométrica con el valor de M indicado y con los siguientes porcentajes absolutos de las arenas gruesa y fina: arena gruesa arena fina 100 % 0 % 50 % 50 % 0 % 100 % Los porcentajes relativos de arena gruesa y fina se obtendrán como complemento de los porcentajes correspondientes a los restantes áridos y el cemento de la dosificación. Ejemplos del método de dosificación pueden verse en el Anexo nº 3. Ensayo de los hormigones. Los hormigones de ensayo se prepararán de acuerdo a NCh 1018 en una cantidad mínima de seis probetas de 15 x 15 cm. Las probetas se ensayarán en parejas a compresión a 7, 14 y 28 días. Interpretación de los resultados. Los resultados obtenidos en los ensayos permiten ser interpretados de la siguiente forma: Si la curva de las resistencias con 100% de la arena fina resulta igual o superior a las dos curvas adicionales, con 50% y 0% de arena fina, esta se considera aceptable. En caso contrario, la arena no podrá utilizarse en hormigones estructurales.

8 ANEXO 1 INFORME DE ÁRIDOS CERTIFICADO N 8065 FECHA 06/08/2003 MANDANTE : CORPORACIÓN DE DESARROLLO TECNOLÓGICO N DE MUESTRA : 6219 PROCEDENCIA : MEGA ARIDOS LTDA. FECHA INGRESO : 29/07/ ANTECEDENTES El Ing. Sr. Hernán Zabaleta G., con fecha 29/07/2003, solicitó al LEMUC el análisis de los materiales que a continuación se indican: Se analizaron 4 muestras de áridos (grava, gravilla, arena A y arena B), cuyo muestreo fue realizado por personal del LEMUC. 2.- PROCEDIMIENTO Los ensayos se realizaron de acuerdo a las siguientes normas: LNV 1-84 : Método para el Cuarteo de Muestras. NCH : Tamizado y determinación de la Granulometría de los Pétreos. NCH : Método para determinar material fino menor a mm. NCH : Método para determinar las Densidades Real y Neta, y la Absorción de agua de los Pétreos Gruesos. NCH : Método para determinar las densidades Real y Neta, y la Absorción de agua de los Pétreos Finos. LNV 3 86 : Determinación de la Cubicidad de Partículas. NOTA : LNV = Norma del Laboratorio Nacional de Vialidad. NCH = Norma Chilena

9 CERTIFICADO N 8065 FECHA 06/08/ Resultados: Grava : 1. Sub-angulosa, color gris. 2. Sub-angulosa, color gris. 3. Sub-angulosa, color gris. Gravilla: 1. Sub-angulosa, color gris. 2. Sub-angulosa, color gris. 3. Sub-angulosa, color gris. Arena A : 1. Chancada color gris. 2. Chancada color gris. 3. Chancada color gris. Arena B : 1. Chancada color gris. 2. Chancada color gris. 3. Chancada color gris Granulometria: MATERIAL TAMIZ / /4 20 1/ /8 10 N 4 5 N N N N N MF GRAVILLA ARENA A ARENA B GRAVA

10 1.2.- Material menor a Tamiz N 200 Material GRAVA GRAVILLA ARENA A ARENA B % BAJO Densidad Real Material GRAVA GRAVILLA ARENA A ARENA B Densidad Real Neta kg/m DRSSS Densidad Real Seca kg/m ABSORCION (%) Cubicidad de Partículas MATERIAL GRAVA GRAVILLA Chancado (%) Laja chancada (%) Rodado (%) Laja rodada (%) GMO. PATRICIO NUÑEZ ROJAS Ingeniero Constructor JEFE LEMUC

11 ANEXO 2 T20 / C240 / M31 / 0-100a CALCULO DE DOSIFICACIÓN FAURY Obra fecha Clase R FD T as. tipo aditivo plastificador - C240/M31/0-100a H 20 9 cm tipo cemento alta resistencia AR desviación normal - kg/cm 2 antecedentes áridos tipo origen fecha grava proporciones de mezcla curva gravilla granulometría áridos gravilla arena 1 arena 2 cemento curva granulométrica arena 1 gravilla arena 1 arena granulométrica ideal arena hormigón M P mallas t^0.2 i % % %

12 P.E. Seco Indice ponderal real ideal A C M F1 F2 P agua cemento gravilla arena plastif. P400 cantidades peso seco

13 T20 / C240 / M31 / 50-50a CALCULO DE DOSIFICACIÓN FAURY Obra fecha 017/05/2004 Clase R FD T as. tipo aditivo plastificador - C240/M31/50-50a Polpaico H 20 9 cm tipo cemento 400 AR desviación normal - kg/cm 2 antecedentes áridos tipo origen fecha grava proporciones de mezcla curva gravilla granulometría áridos gravilla arena 1 arena 2 cemento curva granulométrica arena arena arena 1 gravilla granulométrica ideal arena hormigón M P mallas t^0.2 i % % %

14 P.E. Seco Indice ponderal real ideal A C M F1 F2 P agua cemento gravilla arena plastif. P400 cantidades peso seco

15 T20 / C240 / M31 / 100-0a CALCULO DE DOSIFICACIÓN FAURY Obra fecha Clase R FD T as. tipo aditivo plastificador - C240/M31/100-0a Polpaico H 20 9 cm tipo cemento 400 AR desviación normal - kg/cm 2 antecedentes áridos tipo origen fecha grava proporciones de mezcla curva gravilla granulometría áridos gravilla arena 1 arena 2 cemento curva granulométrica arena arena arena 1 gravilla granulométrica ideal arena hormigón M P mallas t^0.2 i % % %

16 P.E. Seco Indice ponderal real ideal A C M F1 F2 P agua cemento gravilla arena plastif. P400 cantidades peso seco

17 T20 / C280 / M31 / 0-100b CALCULO DE DOSIFICACIÓN FAURY Obra Ensayos arenas finas fecha 12 mayo 04 Clase R FD T as. tipo aditivo plastificador - T20/C280/M31/0-100 H cm tipo cemento Polpaico 400 AR desviación normal - kg/cm 2 antecedentes áridos tipo origen fecha grava proporciones de mezcla curva gravilla granulometría áridos gravilla arena 1 arena 2 cemento curva granulométrica arena arena arena 1 gravilla granulométrica ideal arena hormigón M P mallas t^0.2 i % % %

18 P.E. Seco Indice ponderal real ideal A C M F1 F2 P agua cemento gravilla arena plastif. P400 cantidades peso seco

19 T20 / C280 / M31 / 50-50b CALCULO DE DOSIFICACIÓN FAURY Obra fecha 12 mayo 04 Clase R FD T as. tipo aditivo plastificador - T20/C280/M31/50-50b H cm tipo cemento Polpaico 400 AR desviación normal - kg/cm 2 antecedentes áridos tipo origen fecha grava proporciones de mezcla curva gravilla granulometría áridos gravilla arena 1 arena 2 cemento curva granulométrica arena arena arena 1 gravilla granulométrica ideal arena hormigón M P mallas t^0.2 i % % %

20 P.E. Seco Indice ponderal real ideal A C M F1 F2 P agua cemento gravilla arena plastif. P400 cantidades peso seco

21 T20 / C280 / M31 / 100-0b CALCULO DE DOSIFICACIÓN FAURY Obra fecha 12 mayo 04 Clase R FD T as. tipo aditivo plastificador - T20/C280/M31/100-0b Polpaico H 20 9 cm tipo cemento 400 AR - antecedentes áridos tipo origen fecha desviación normal - kg/cm 2 grava proporciones de mezcla curva gravilla granulometría áridos gravilla arena 1 arena 2 cemento curva granulométrica arena arena arena 1 gravilla granulométrica ideal arena hormigón M P mallas t^0.2 i % % %

22 P.E. Seco Indice ponderal real ideal A C M F1 F2 - agua cemento gravilla arena plastif. P400 cantidades peso seco

23 T20 / C320 / M31 / 0-100b CALCULO DE DOSIFICACIÓN FAURY Obra fecha Clase R FD T as. tipo aditivo plastificador - C320/M31/0-100a Polpaico H 20 9 cm tipo cemento 400 AR desviación normal - kg/cm 2 antecedentes áridos tipo origen fecha grava proporciones de mezcla curva gravilla granulometría áridos gravilla arena 1 arena 2 cemento curva granulométrica arena arena arena 1 gravilla granulométrica ideal arena hormigón M P mallas t^0.2 i % % %

24 P.E. Seco Indice ponderal real ideal A C M F1 F2 P agua cemento gravilla arena plastif. P400 cantidades peso seco

25 T20 / C320 / M31 / 50-50b CALCULO DE DOSIFICACIÓN FAURY Obra fecha Clase R FD T as. tipo aditivo plastificador - C320/M31/50-50a Polpaico H 20 9 cm tipo cemento 400 AR antecedentes áridos tipo origen fecha desviación normal - kg/cm 2 grava proporciones de mezcla curva gravilla granulometría áridos gravilla arena 1 arena 2 cemento curva granulométrica arena arena arena 1 gravilla granulométrica ideal arena hormigón M P mallas t^0.2 i % % %

26 P.E. Seco Indice ponderal real ideal A C M F1 F2 P agua cemento gravilla arena plastif. P400 cantidades peso seco

27 T20 / C320 / M31 / 100-0b CALCULO DE DOSIFICACIÓN FAURY Obra fecha Clase R FD T as. tipo aditivo plastificador - C320/M31/100-0a Polpaico H 20 9 cm tipo cemento 400 AR antecedentes áridos tipo origen fecha desviación normal - kg/cm 2 grava proporciones de mezcla curva gravilla granulometría áridos gravilla arena 1 arena 2 cemento curva granulométrica arena arena arena 1 gravilla granulométrica ideal arena hormigón M P mallas t^0.2 i % % %

28 P.E. Seco Indice ponderal real ideal A C M F1 F2 P agua cemento gravilla arena plastif. P400 cantidades peso seco

29 ANEXO 3 t log t C200-M31-0/100 C240-M31-0/100 C280-M31-0/ promedio desv. estándar coef. Var C280-M31-30/70 C200-M31-50/50 C240-M31-50/50 C280-M31-50/ promedio desv. estándar

30 coef. Var C200-M31-100/0 C240-M31-100/0 C280-M31-100/ promedio desv. estándar coef. Var Nomenclatura ejemplo C200-M31-100/0 C200 cemento 200 kg/m3 M31 coeficiente Faury M = /0 100% arena gruesa 0% arena fina

31 T 3/4" Valores de K = R/(C/A-0.50) t log t C280-M31-0/ C240-M31-0/ promedio desv. estándar coef. variación C280-M31-50/50 C280-M31-50/50 C280-M31-50/ C240-M31-50/ promedio desv. estándar coef. variación

32 C280-M31-100/ C240-M31-100/ promedio desv. estándar coef. variación Nomenclatura ejemplo C280-M31-100/0 C280 cemento 280 kg/m3 M31 coeficiente Faury M = /0 100% arena gruesa 0% arena fina