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ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN F´c DEL CONCRETO
HIDRÁULICO ADICIONADO CON SILICATO DE SODIO, MEDIANTE ENSAYOS
DE MADUREZ Y RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN.
Genneth Eliana Bolívar Farfán
20141579115
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGÍCA
INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C
2018
ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN F´c DEL CONCRETO
HIDRÁULICO ADICIONADO CON SILICATO DE SODIO, MEDIANTE ENSAYOS
DE MADUREZ Y RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN.
Genneth Eliana Bolívar Farfán
20141579115
Trabajo presentado como requisito para optar al título de
Ingeniero Civil
Bajo la dirección del docente:
Ing. Héctor Pinzón
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGÍCA
INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C
2018
CONTENIDO TABLA DE ILUSTRACIONES ................................................................................................................. 5
1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 1
2. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................... 2
3. HIPÓTESIS ................................................................................................................................... 3
4. OBJETIVOS GENERAL .................................................................................................................. 4
4.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................... 4
5. MARCO DE REFERENCIA ................................................................................................................. 5
5.1 ANTECEDENTES ................................................................................................................. 5
5.2 MARCO CONCEPTUAL ...................................................................................................... 6
5.2.2 Resistencia a la compresión del concreto .................................................................. 8
5.2.2.1 ¿Cómo poner a prueba la resistencia del concreto? ............................................. 8
5.2.3. Madurez del concreto .................................................................................................. 9
5.2.3.1 Factor temperatura-tiempo...................................................................................... 12
5.2.4 Pérdidas de Resistencia ....................................................................................... 13
5.2.5 Análisis estadístico ...................................................................................................... 14
6. ENSAYOS A LOS AGREGADOS ....................................................................................... 18
7. RESULTADOS OBTENIDOS ............................................................................................................ 20
7.1METODOLOGÍA .................................................................................................................. 20
7.2 MATERIAS PRIMAS .......................................................................................................... 21
Agregados .............................................................................................................................. 21
Cemento ................................................................................................................................. 21
Silicato de sodio..................................................................................................................... 21
REGISTRO FOTOGRÁFICO ................................................................................................... 22
REGISTRO FOTOGRÁFICO ................................................................................................... 23
7.3 CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES................................................................ 24
7.4 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ....................................................... 38
Elaboración de cilindros de concreto hidráulico ................................................................ 40
8. ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ............................................................................... 45
9. ANALISIS ESTADÍSTICO .................................................................................................... 53
LA MEDIA ARITMÉTICA: ..................................................................................................... 53
10 ENSAYO DE MADUREZ .................................................................................................... 55
10. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 62
11. RECOMENDACIONES ..................................................................................................... 65
12. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 66
TABLA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1 Ejemplo de relación entre la resistencia a la compresión y el fator
temperatura- tiempo. 11
Ilustración 2. Ejemplo de relación entre la resistencia a la compresión y la edad
equivalente a 20°C. 11
Ilustración 3.Ejemplo de la resistencia a la compresión como una función logaritmo de la
edad equivalente. 12
Ilustración 4. Curva de distribución normal. 15
Ilustración 5. A menor valor S y V, menor dispesión. Los valores de S y V dan una curva
que representa mejor uniformidad (calidad). 13 17
Ilustración 6.Silicato de sodio líquido 21
Ilustración 7. Peso material + recipiente 22
Ilustración 8. Peso material + recipiente 22
Ilustración 9. Secado superficial 22
Ilustración 10. Agregado grueso sumergido por 24 horas 22
Ilustración 11. Secado superficial 22
Ilustración 12. Tarado de 22
Ilustración 13. Medición de cilindros 23
Ilustración 14. Ensayo resistencia a compresión 23
Ilustración 15. Ensayo de masas unitarias 23
Ilustración 16. Fallas de cilindros 23
Ilustración 17. Dosificación volumétrica de los materiales 41
Ilustración 18. Elaboración de cilindros concreto hidráulico. 42
Ilustración 19.Mezclado y adición del silicato de sodio disuelta en el agua de mezcla. 43
Ilustración 20. Especímenes para ser sometidos a pruebas de resistencia 43
Ilustración 21. Cilindros en la prensa y tabulación de resultados 44
Ilustración 22. Esquema de los modelos de fracturas típicos 44
Ilustración 23. Mezcla concreto simple 55
Ilustración 24. Temperatura de la mezcla con 3% de silicato 55
Ilustración 25. Temperatura de la mezcla con 5% de silicato 56
RESUMEN
En el campo de la ingeniería civil se han realizado infinitas pruebas al concreto
hidráulico, adicionándole a la mezcla una gran variedad de materiales y químicos,
con el fin de aumentar la resistencia y mejorar las debilidades del concreto.
En este estudio se plantea investigar el comportamiento del concreto hidráulico,
adicionando silicato de sodio, que es usado como material cementante natural,
buscando así una posible reducción de la perdida de resistencia ocasionada por
factores ambientales y de mezclado en obra.
La dosificación del concreto utilizado se calculará para obtener una resistencia de
3000 psi y con el fin de determinar la influencia del silicato de sodio se tomarán
como referentes dos métodos para calcular la resistencia, tales como, el ensayo
de resistencia a la compresión, y el ensayo de madurez del concreto, dirigido a
determinar la resistencia a través del factor temperatura – tiempo con el que se
podrá demostrar reacciones exotérmicas en el concreto adicionando silicato de
sodio.
Debido a que la reacción del silicato de sodio se da a pocas horas de mezclado
con el agua; el proceso de curado se realizará en condiciones óptimas de
temperatura y humedad relativa para ambos casos.
1
1. INTRODUCCIÓN
En los tiempos de fraguado del concreto hay varios factores que afectan este
proceso como son, relación agua - cemento, tipo de cemento, aditivos químicos,
tiempo de adición de los aditivos, mezclado y la temperatura ambiente que es uno
de los que más influencia tienen en el desarrollo de la resistencia de la mezcla,
teniendo en cuenta la velocidad de hidratación, la resistencia aumenta a
temperaturas altas y debe mantenerse uniforme en el proceso de fraguado para
evitar fracturas por un choque térmico, debido a que en los tiempos de curado
ocurre una liberación de energía calorífica que puede generar pérdidas de
resistencia.
La madurez y la resistencia son dos propiedades del concreto que están
relacionadas para determinar el desarrollo de la mezcla durante los primeros días
de fraguado. En este documento se presenta el proceso metodológico para
determinar la resistencia de una mezcla a través de ensayo de resistencia a la
compresión establecido por la Norma I.N.V.E. 410 – 07 evaluando especímenes
elaborados con diferentes dosificaciones de silicato de sodio y realizando un
análisis estadístico de muestras falladas a los 3, 7 y 28 días de elaborada la
mezcla y el ensayo de Madurez del concreto, establecido por la Norma Técnica
Colombiana NTC-3756, propuesto a edades tempranas de maduración.
2
2. JUSTIFICACIÓN
En busca de obtener un concreto de mayor desempeño en cuanto a la resistencia
de fuerzas axiales, al concreto hidráulico se le adicionan componentes para
mejorar esta condición, en este caso la adición propuesta es de silicato de sodio
un componente que por sus propiedades cementantes y que no depende de
reacciones químicas, como en el caso del cemento hidráulico, que no reacciona
en un proceso exotérmico y puede reducir los efectos de la liberación de energía
del concreto, sobre todo en el momento de elaboración de mezclado en sitio sufre
este tipo de alteraciones por las condiciones ambientales del lugar que
generalmente es a la intemperie. El silicato de sodio es un compuesto de fácil
adquisición en el mercado, es económico y además es utilizado en el sector de la
construcción para morteros de impermeabilización.
3
3. HIPÓTESIS
¿Puede influir el silicato de sodio en la evolución de la resistencia a la compresión
de mezclas de concreto hidráulico?
4
4. OBJETIVOS GENERAL
Estudiar el comportamiento mecánico determinando la madurez y la resistencia f´c
de mezclas de concreto hidráulico, adicionando silicato de sodio en el agua de la
mezcla como material cementante.
4.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar un diseño de mezcla de 3000 psi, determinando las propiedades
de los materiales granulares que van hacer utilizados para el estudio.
Evaluar la influencia de la adición de silicato, en porcentajes del 3%, 5% y
10%, en las propiedades del concreto hidráulico, si altera o no la resistencia
a compresión y de qué manera.
Obtener mediante ensayos de compresión la resistencia de concreto con y
sin aditivo.
Determinar la dosificación óptima para la mezcla de concreto hidráulico
para conocer los porcentajes de silicato de sodio que se le adiciona a la
mezcla mediante procesos experimentales.
Realizar análisis estadístico de los resultados de pruebas de compresión.
Determinar la liberación de energía mediante el ensayo de madurez, de las
muestras con aditivo.
5
5. MARCO DE REFERENCIA
5.1 ANTECEDENTES
Aplicación de silicato de sodio como agente impermeabilizado.
Alrededor de 1910, el silicato de sodio comenzó a ser utilizado como agente
impermeabilizado. En efecto, la aplicación de una solución de silicato de sodio con
la posterior aplicación de silicato de calcio o bien de aluminio, en los huecos de un
camino de piedra genera la precipitación del calcio o bien del aluminio. Esto fue el
puntapié inicial para el desarrollo de los caminos de macadam, donde la piedra
partida se encontraba ligada por una matriz cementico formada por una lechada
de cal y de silicato de sodio. Albert Francois, en 1915, encontró que la efectividad
de una inyección cementicia podía incrementarse precediendo a la inyección
mediante una inyección de silicato de sodio. Aparentemente, el gel cubre la
superficie granular y favorece a la penetración de la inyección cementico.
Posteriormente, un ingeniero holandés, Hugo Joosten, inyectó silicato de sodio en
forma de lechada en fundaciones profundas seguidas por una inyección de cloruro
de calcio. El proceso consiste en introducir en el terreno tubos puntiagudos de
acero de 25 mm de diámetro, hasta una profundidad de 25 metros y distanciados
entre sí de 0,75 a 1,00 metros. Estos tubos poseen en su parte inferior unos
agujeros mediante los cuales se “riega” el terreno a una presión a 100 atm. El
espesor de la inyección es de 50 cm. Terminada la inyección inicial, se procede a
la aplicación de una solución salina de igual modo, aunque también se han
obtenido resultados positivos con partículas angulosas1.
1 Bernal C. (2018). Análisis técnico de suelos limo arenosos estabilizados con silicato de sodio expuestos a medio ambientes agresivos ( agua salina).
6
5.2 MARCO CONCEPTUAL
5.2.1 Silicato de sodio
El componente básico dentro de la investigación, el silicato de sodio es un
compuesto inorgánico que se encuentra en soluciones acuosas y de forma sólida
que se disuelve en agua generando una solución alcalina, es un material
cementante, aglutinante y que no reacciona ante procesos térmicos2, basados en
algunas experiencias que se han trabajado en impermeabilizaciones y que han
demostrado que el silicato de sodio mejora las propiedades del concreto, y que
han demostrado excelentes condiciones para trabajar la mezcla, las propiedades
que puede aportar el silicato de sodio en la resistencia del concreto, como lo indica
el estudio realizado por Baltazar, L., Santana, J., Lopes, B., Rodrigues, M. P., y
Correia J. , “utilizando silicato de sodio para sellar el concreto, pues se obtienen
resultados positivos como el aumento del 11,9 % con respecto a las probetas de
hormigón sin tratar”3.
5.2.1.1 Silicato de sodio en cemento hidráulico.
Se ha demostrado en estudios realizados que el silicato de sodio se activa cuando
se mezcla con el agua como lo indican L. Espinoza e I. Escalante que describen
que:
“La utilización de la Escoria de alto horno (EAH) como reemplazo total del CPO
implica su activación química con un agente alcalino tal como NaOH, Na2SiO3
(Silicato de sodio), Ca(OH)2, Na2CO3, Na2SO4 o mezcla de ellos. La EAH al
igual que el Cemento portland Ordinario (CPO), tiene propiedades hidráulicas, es
decir, al entrar en contacto con el agua ocurren reacciones de hidratación que
2 Daub W., Seese G, QUÍMICA. Octava edición. PEARSON EDUCATION. p. (cap 3) 3 Baltazar, L., Santana, J., Lopes, B., Rodrigues, M. P., & Correia, J. R. Surface skin protection of
concrete with silicate-based impregnations: Influence of the substrate roughness and moisture. Construction and Building Materials. 70. (2014) p.191-200.
7
forman nuevas fases con propiedades cementosas. Podemos tener la certeza de
que el silicato de sodio en el momento de mezclado con el agua acelera el
proceso de fraguado para obtener un alto rendimiento en la resistencia del
concreto”4.
5.2.1.2 Usos y aplicaciones del silicato de sodio en el tratamiento del concreto
“El silicato de sodio ofrece dos aplicaciones diferentes para aumentar la
durabilidad del concreto. Se puede aplicar una solución de silicato de sodio como
agente curante a la superficie de la capa fresca de concreto después de que el
área ha sido cubierta y mantenida húmeda durante 24 horas. La aplicación de
silicato cierra los poros de la superficie sellándolos mientras están húmedos. Para
tratar el concreto, después de que está completamente seco o endurecido, se
aplica el silicato hasta penetrar el concreto. La cal y otros ingredientes en el
concreto fresco reaccionan lentamente con la solución penetrante de silicato,
formando un gel insoluble en los poros del concreto. Se incrementa la resistencia
al uso, agua, grasa o ácido”.5
5.2.1.3 Recomendaciones de manejabilidad del concreto.
Las mezclas de concreto pueden ser diseñadas para proporcionar una amplia
gama de propiedades mecánicas y de durabilidad para satisfacer el diseño
requisitos de una estructura. La resistencia a la compresión del hormigón es la
medida de rendimiento más común utilizado por el ingeniero en el diseño de
edificios y otras estructuras. La resistencia a la compresión se mide fracturando
probetas cilíndricas de concreto en una máquina de ensayo de compresión. La
resistencia a la compresión se calcula a partir de la carga de rotura dividida por el
área de la sección transversal resistir la carga y reportado en unidades de libra
fuerza por pulgada cuadrada (psi) en unidades estadounidenses de uso corriente
4 Espinoza L., Escalante I., Comparación de las propiedades del concreto utilizando escoria de alto
horno como reemplazo parcial y total del Cemento Pórtland ordinario. (2007) p.2.
5 Leiton, G. (2017). Análisis del comportamiento mecánico de los suelos limo arenosos
estabilizados con silicato de sodio. Bogota D.C.: Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas.
8
o megapascales (MPa) en unidades del SI. Requisitos de resistencia a la
compresión de hormigón pueden variar de 2500 psi (17 MPa) para concreto
residencial a 4000 psi (28 MPa) y más alto en las estructuras comerciales6.
5.2.2 Resistencia a la compresión del concreto
Se buscan resultados de la prueba de resistencia a la compresión se utilizan
principalmente para determinar que la mezcla de concreto suministrada cumpla
con los requisitos de la resistencia especificada, f`c.
Los resultados de las pruebas de resistencia a partir cilindros de fundidos pueden
ser utilizados para el control de calidad, la aceptación del concreto, o para estimar
la resistencia del concreto en una estructura con el fin de las operaciones de
construcción de programación tales como la remoción del encofrado o para
evaluar la conveniencia de curado y la protección concedida a la estructura.
Cilindros ensayados para la aceptación y el control de calidad se hacen y se
curaron de acuerdo con los procedimientos descritos para los especímenes2
curados normalmente en la norma INVIAS E-402-07 y la norma que describe el
ensayo de resistencia a la compresión INVIAS E-410-07.
5.2.2.1 ¿Cómo poner a prueba la resistencia del concreto?
Las probetas cilíndricas para las pruebas de aceptación deben ser de 6 x 12
pulgadas (150 x 300 mm) tamaño o 4 x 8 pulgadas (100 x 200 mm) cuando se
especifica. Los especímenes más pequeños tienden a ser más fácil de hacer y
manejar en el campo y en laboratorio. El diámetro del cilindro utilizado debe ser al
menos 3 veces el tamaño máximo nominal del agregado grueso utilizado en el
concreto. En esta investigación se realizaran con las probetas de 4 x 8 pulgadas,
6 Consejos sobre pruebas de control de calidad del concreto, PA015, Portland Cement Association,
Skokie, IL, <www.cement.org>
9
para consolidarlas, llevar un control diferenciado con ellas y luego someterlas al
ensayo de compresión para determinar su resistencia a los 7 días de madurez7.
5.2.3. Madurez del concreto
Para efectos de estudio la madurez en el concreto nos determinará cuál es la
medida de la historia de una mezcla cementante durante el proceso de curado,
con el fin de calcular un índice que determina la madurez al final de este período,
va indicar si ha tenido suficiente suministro de agua para la hidratación o para la
reacción puzolánica de los materiales cementantes durante el tiempo usado para
el cálculo. El factor de temperatura vrs tiempo y el equivalente de edad son los
índices usados para determinar la madurez8.
Hay dos ecuaciones de madurez usada para el cálculo del factor temperatura-
tiempo.
Ecuación de Nurse Saul
(1)
Donde:
M(t) = El factor temperatura-tiempo a una edad t, en grados-días o en grados-
horas.
= Intervalo de tiempo, en días u horas.
= Temperatura promedio del concreto durante el intervalo de tiempo, en
= Temperatura de referencia, en .
Ecuación usada para calcular la edad equivalente a una temperatura especificada
7 Rivera Gerardo, “Concreto simple”, Resistencia del concreto, capítulo 6. 8 Ortiz J. A.; Aguado de Cea A.; Zermeño de León M. E.; Alonso F. A (2007)., “Influencia de la
temperatura ambiental en las propiedades del concreto hidráulico”, en Ingeniería, revista de la Universidad Autónoma de Yucatán, p. 11-2.
10
Ecuación de Arrhenius
(
)
Te = Edad equivalente a la temperatura especificada Ts, en días u horas.
Q= Energía de activación divida por la constante de gas, en K.
Tα = Temperatura promedio del concreto durante el intervalo de tiempo Δt, en K.
Ts = Temperatura especificada, en °K
Δt= Intervalo de tiempo, en días u horas.
Se llevan a cabo los ensayos de compresión a edades tempranas de acuerdo con
el Método de ensayo (ASTM C39/C39M). Se ensayan dos especímenes para cada
edad y se calcula la resistencia promedio. Si el rango de la resistencia a la
compresión de los dos cilindros excede del 10% de su resistencia promedio, se
ensaya otro cilindro y se calcula el promedio de tres resultados. Si un resultado de
ensayo es bajo debido a efectos obvios del espécimen se debe descartar ese
resultado.
Se grafica la resistencia a la compresión promedio como una función del valor
promedio del índice de madurez. Se trata la curva que mejor se ajuste a todos los
datos. La curva resultante es la relación resistencia-madurez usada para estimar
la resistencia de la mezcla de concreto curada bajo otras condiciones de
temperatura. La figura 1 es un ejemplo de la relación entre la resistencia a
11
compresión y el factor temperatura-tiempo y la Figura 2 es un ejemplo de la
relación entre la resistencia a compresión y la edad equivalente a 20 °C.9
Ilustración 1 Ejemplo de relación entre la resistencia a la compresión y el fator
temperatura- tiempo.
Fuente. Norma NTC1356 1
Ilustración 2. Ejemplo de relación entre la resistencia a la compresión y la edad
equivalente a 20°C.
Fuente. Norma NTC 1356 1
9 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. NTC 3756. Ingeniería civil y arquitectura. Procedimiento para
estimar la resistencia del concreto por el método de Madurez.
12
La relación resistencia-madurez puede también ser establecida mediante un
análisis de regresión para determinar la mejor ecuación que de ajuste a los datos.
Otra ecuación es la que expresa la resistencia como una función lineal del
logaritmo del índice de madurez (Véase la Figura 3)10.
Ilustración 3.Ejemplo de la resistencia a la compresión como una función logaritmo
de la edad equivalente.
Fuente. Norma NTC 1356 2
5.2.3.1 Factor temperatura-tiempo
Uno de los factores más importantes para nuestro estudio son las alteraciones en
los tiempos de fraguado debido a la temperatura ambiente para esto tomamos
como referencia algunos textos de las normas internacionales que explican cómo
calcular estas alteraciones en el concreto.
Asumir que la velocidad del desarrollo de la resistencia es una función lineal de la
temperatura conduce la función de madurez dada en la ecuación de Nurse-Saúl
que se usa para calcular el factor temperatura-tiempo. Para calcular el factor
temperatura-tiempo es necesario conocer el valor apropiado de la temperatura de
referencia para los materiales y condiciones específicos. La temperatura de
10
Ibíd. NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. NTC-3756.
13
referencia puede depender del tipo de cemento, así como el tipo y dosificación de
mezclas u otros aditivos que afectan la velocidad de hidratación, y del rango de
temperatura que el concreto experimentará durante el endurecimiento. Para el
cemento Tipo I sin aditivos y con un rango de temperatura de curado entre 0°C y
40°C, la temperatura de referencia recomendada es 0°C. Para otras condiciones y
cuando se desee mayor aproximación en la predicción de la resistencia, la
temperatura de referencia puede determinarse experimentalmente11.
5.2.4 Pérdidas de Resistencia
La fabricación de concreto premezclado en condiciones climáticas extremas (altas
o bajas temperaturas), influye de manera directa en cualquier etapa en sus
características, así como en sus propiedades físico-mecánicas. Ello constituye una
preocupación tanto para fabricantes como para constructores, por las evidentes
consecuencias negativas, siendo frecuentes las pérdidas de resistencia en época
de verano.
A pesar de que las pérdidas de resistencia en el concreto, debidas al aumento de
la temperatura en verano han sido ampliamente estudiadas, y que es innegable su
importancia, no son muchas las investigaciones que den soluciones.
La mayoría se limitan a recomendar acciones sobre los constituyentes reduciendo
la temperatura de éstos o evitando que las elevadas temperaturas incidan en
cualquiera de las etapas de fabricación y colocación del concreto. Una solución
habitual consiste en ajustar el contenido de cemento, sobredosificando cemento y
agua, y manteniendo constante la relación agua/cemento (a/c).En este escrito se
discute la influencia que tiene cada componente del concreto sobre la temperatura
en la trabajabilidad y en la resistencia a compresión del mismo. Se planteó un
procedimiento experimental cuyas variables a estudiar fueron la trabajabilidad y la
resistencia a compresión, afectadas por condiciones climáticas específicas, para
11
Ortiz J. A.; Aguado de Cea A.; Zermeño de León M. E.; Alonso F. A., “Influencia de la temperatura ambiental en las propiedades del concreto hidráulico”, en Ingeniería, revista de la Universidad Autónoma de Yucatán, núm. 11-2, 2007.
14
determinar qué tanto influyen estas condiciones térmicas en las propiedades del
concreto.
De los resultados y tendencias observadas en la historia se puede precisar que la
trabajabilidad del concreto está influenciada por las propiedades de los agregados
que son susceptibles de variaciones en función de la temperatura. Los valores de
trabajabilidad obtenidos para el concreto indican que la mejor situación es bajo
condiciones de temperatura y de humedad relativa intermedias a las temperaturas
asociadas a verano e invierno, debido a las magnitudes también intermedias, que
bajo esta condiciones, toman los agregados respecto a la absorción y al valor de
la fricción interna. De acuerdo a lo anterior, se puede afirmar que la temperatura
influye en la velocidad de absorción y en la fricción interna de los agregados;
mientras que en el concreto tiene un efecto sobre su desempeño (estado fresco y
endurecido). Por otro lado, en función de que normalmente en períodos de verano
se ajusta la cantidad de cemento y de aditivo a dosificar con el objeto de
compensar las pérdidas de resistencia, también se tiene un efecto negativo sobre
el costo final del concreto (mayor consumo de cemento).
En general, cuanto menores sean las variaciones térmicas del concreto, mejores
serán los resultados relativos a las prestaciones mecánicas. El coeficiente de
absorción de los agregados finos aumenta con el incremento de la temperatura
ambiental y de la mezcla, lo que podría explicar la poca trabajabilidad y pérdida de
ésta en el concreto bajo condiciones de alta temperatura. Por último, la fricción
interna de los agregados es menor a mayor temperatura; caso en que los valores
serán mayores para arenas con mayor módulo de finura12.
5.2.5 Análisis estadístico
Se ha comprobado que los resultados de los ensayos de resistencia de una misma
mezcla, se agrupan siguiendo una curva de distribución normal de frecuencias
figura. Lo anterior ha conducido a la presentación de procedimientos estadísticos
12 Rivera Gerardo, “Concreto simple”, Resistencia del concreto, capítulo 6
15
sencillos, con base en los cuales se han fijado normas para la producción y
aceptación de mezclas de concreto.13
Ilustración 4. Curva de distribución normal.
Fuente. Rivera Gerardo.131
De lo anterior podemos definir entonces la ecuación general de la curva de distribución normal.
X = Xi + t*S
Dónde:
Xi =Valor de resistencia por debajo del cual se presenta un porcentaje dado de
resultados.
13
Ibíd. Rivera Gerardo.
16
t =Coeficiente sin unidades que depende del porcentaje de resultados que se
presenten por debajo de Xi. En la tabla No. 1 se muestran algunos valores
de t en función del porcentaje de resultados inferiores a Xi.
n =Número total de resultados. Para que el análisis estadístico sea confiable n>30.
La ecuación de la curva de distribución normal también se puede expresar como:
(6)
Dónde:
(
) (7)
V = Coeficiente de variación, expresado en porcentaje.
Los valores de S o de V nos indican que tan dispersos están los resultados; así,
valores altos de S o V representan resultados muy alejados del promedio,
lo que significa baja calidad de la mezcla y por el contrario un valor
pequeño representa uniformidad en la mezcla (figura No.5). En la tabla No.
2 se muestran valores típicos del coeficiente de variación (V) y grado de
uniformidad que puede esperarse en el concreto, bajo diferentes
condiciones de producción.14
14
Rivera Gerardo, “Concreto simple”, Resistencia del concreto, capítulo 6.
17
Ilustración 5. A menor valor S y V, menor dispesión. Los valores de S y V dan una curva que representa mejor uniformidad (calidad). 13
Fuente. Rivera Gerardo. 13
De acuerdo a los conceptos estadísticos, se debe tener en cuenta que si un
conjunto de datos sigue una distribución normal el conjunto de promedios de
“m” ensayos consecutivos, también sigue una distribución normal, con el
mismo valor promedio y con un coeficiente de variación y una desviación
estándar igual a:
(8)
(9)
m = Número de ensayos consecutivos.
18
6. ENSAYOS A LOS AGREGADOS
Se realiza la caracterización de los materiales granulares, teniendo en cuenta las
Normas mencionas a continuación, para cada caso:
Análisis granulométrico de los agregados finos y gruesos. Normas I.N.V.E. 213 -
NTC 77.
Una muestra de agregado seco previamente pesada, se separa a través de una
serie de tamices de aberturas progresivamente más reducidas para la
determinación de la distribución de los tamaños de las partículas.7
Determinación de la cantidad de material que pasa el tamiz 75 mm (N° 200) en
agregados pétreos mediante lavado. Normas I.N.V.E. 214 - NTC 78.
Una muestra del agregado se lava de una manera prescrita, usando agua pura o
agua que contiene un agente dispersante que se especifica. El agua de lavado
decanta, que contiene material suspendido y disuelto, se pasa a través de un
tamiz de 75 μm (No 200). La pérdida de masa, resultado del tratamiento de
lavado, se calcula como una porción de la masa de la muestra total, y se informa
como el porcentaje de material más fino que el tamiz de 75 μm (No 200). 8
Densidad Bulk (Peso unitario) y porcentajes de vacíos de los agregados en estado
suelto y compacto. Normas I.N.V.E. 217 – NTC 92.
Esta norma se usa para determinar los valores de la masa unitaria necesarios
para la selección de las proporciones de los agregados en las mezclas de
concreto. 9
Índice de alargamiento y aplanamiento de los agregados para carreteras. Normas
I.N.V.E. E-230.
ENSAYO RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO
I.N.V.E. – 410 - 07
19
Determina la resistencia a la compresión de los cilindros elaborados con la
dosificación diseñada en el presente estudio, para realizar una comparación de las
diferentes dosificaciones tentativas que se proponen.
Consiste en aplicar una carga axial de compresión a cilindros de concreto
hidráulico a una velocidad de carga determinada, hasta que se presente la falla.
La resistencia a la compresión del especímen se determina dividiendo la carga
aplicada durante el ensay por la sección transversal.
Los resultados de este ensayo se pueden usar como base de control de calidad de
las operaciones de dosificación, mezclado y colocación del concreto; para el
cumplimiento de especificaciones y como control para evaluar la efectividad de
aditivos y otros usos similares. 10
20
7. RESULTADOS OBTENIDOS
7.1METODOLOGÍA
Fuente. Elaboración propia
CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES
DISEÑO DE MEZCLA PARA CONCRETO HIDRÁULICO 3000 PSI
ELABORACIÓN DE CILINDROS CON DIFERENTES TIPOS DE DOSIFICACIÓN
PRUEBAS DE RESISTENCIA A LOS CILINDROS
PRUEBAS DE MADUREZ
21
7.2 MATERIAS PRIMAS
Agregados
El agregado grueso fue obtenido de la cantera Triturados del Oriente vía Bogotá –
Caqueza, y el agregado fino del Guamo Tolima, al que se le realizaron los
siguientes ensayos para la caracterización de los materiales en el laboratorio de la
Universidad Distrital Francisco José de Caldas.
Cemento
Para la elaboración de la mezcla se utilizó cemento hidráulico marca CEMEX
TIPO USO GENERAL.
Silicato de sodio
Compuesto químico: Na(SiO2)
En el mercado se consigue fácilmente en estado sólido y líquido, para este estudio
se utiliza líquido, con el fin de mezclarlo con el agua, dado que este compuesto es
soluble con el agua. Adquirido en la empresa Químicos Campota en la ciudad de
Bogotá.
Ilustración 6.Silicato de sodio líquido
Fuente. Fuente. Elaboración propia
22
REGISTRO FOTOGRÁFICO
Ilustración 7. Peso material + recipiente
Ilustración 8. Peso material +
recipiente
Ilustración 9. Secado superficial
Ilustración 10. Agregado grueso
sumergido por 24 horas
Ilustración 11. Secado superficial
Ilustración 12. Tarado de
Recipiente
23
REGISTRO FOTOGRÁFICO
Ilustración 13. Medición de cilindros
Fuente. Elaboración propia
Ilustración 14. Ensayo resistencia a
compresión Fuente. Elaboración propia
Ilustración 15. Ensayo de masas
unitarias Fuente. Elaboración propia
Ilustración 16. Fallas de cilindros
Fuente. Elaboración propia
Análisis granulométrico de los agregados finos y gruesos. Normas I.N.V.E. 213 -
NTC 77.
Determinación de la cantidad de material que pasa el tamiz 75 mm (N° 200) en
agregados pétreos mediante lavado. Normas I.N.V.E. 214 - NTC 78.
24
7.3 CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES
La caracterización de los materiales se hace en el laboratorio de la Universidad
Distrital Francisco José de Caldas. Se realizan los siguientes ensayos
recomendados por la Norma NTC.
25
Tabla 1. Granulometría Agregado grueso
Fuente. Elaboración propia
ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE LOS AGREGADOS GRUESO Y FINO - DETERMINACION DE LA CANTIDAD DE MATERIAL QUE PASA EL TAMIZ DE
75 UM (No. 200) EN LOS AGREGADOS PETREOS MEDIANTE LAVADO. Normas I.N.V.E. 213 - NTC 77 Normas I.N.V.E. 214 - NTC 78
DESCRIPCIÓN: GRAVA 3/4" TEM LAB. °C: 19.7
Peso bandeja: 379.8 gr Peso suelo seco: 8944.70gr
Peso suelo seco bandeja: 9324.5 gr Peso suelo lavado seco: 8917.10 gr
Peso suelo lavado seco + bandeja:
9296.9 gr Tamaño máximo: 25.400 mm
Tamiz Abertura del tamiz
Mat. ret % Retenido % Acu. Ret % que pasa
No. (pulg) (mm) (gr) % % %
4" 4 101.600 0,00 0,00 0,00 100,00
3" 3 76.100 0,00 0,00 0,00 100,00
2 1/2" 2 1/2 64.000 0,00 0,00 0,00 100,00
2" 2 50.800 0,00 0,00 0,00 100,00
1 1/2" 1 1/2 38.100 0,00 0,00 0,00 100,00
1" 1 25.400 0,00 0,00 0,00 100,00
3/4" 3/4 19.000 1.000,80 11,19 11,19 88,81
1/2" 1/2 12.700 7.426,80 83,03 94,22 5,78
3/8" 3/8 9.510 418,80 4,68 98,20 1,10
4 0.187 4.760 50,50 0,56 99,47 0,53
8 0.0937 2.380 0,20 0,00 99,47 0,53
16 0.0469 1.190 0,20 0,00 99,47 0,53
30 0.0234 0.595 0,10 0,00 99,47 0,53
50 0.0117 0.297 1,50 0,02 99,49 0,53
100 0.0059 0.149 7,00 0,08 99,57 0,51
200 0.0029 0.075 7,50 0,08 99,65 0,35
Suma de pesos: 8.913,40 Pasa Tamiz No. 200 0,35
Peso del fondo: 31,30
Peso total: 8944,7
D10= 13.02 Módulo de finura General: 8.01%
D30= 14.54 Módulo de finura Gravas: 2.04%
D60= 16.81 Moulo de finura Arenas: 5.97%
Cu= 1,29
Cc= 0,97
26
Según los resultados Pasa tamiz # 200 < 50% ENTONCES Suelo grueso Pasa tamiz # 4 < 50% ENTONCES Grava Analizando el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura para determinar la gradación del material
1,29 < 6 ; 1≥ 0,97≤ 3 ENTONCES Grava GP
27
Tabla 2.Granulometría Agregado fino
ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE LOS AGREGADOS GRUESO Y FINO - DETERMINACION DE LA CANTIDAD DE MATERIAL QUE PASA EL TAMIZ
DE 75 UM (No. 200) EN LOS AGREGADOS PETREOS MEDIANTE LAVADO. Normas I.N.V.E. 213 - NTC 77 Normas I.N.V.E. 214 - NTC 78
DESCRIPCIÓN: ARENA RIO TEMPERATURA LAB. °C: 21.1
Peso bandeja: 213,1 gr Peso suelo seco: 2133,4gr
Peso suelo seco bandeja: 2346.5 gr Peso suelo lavado seco: 2075,8 gr
Peso suelo lavado seco + bandeja:
2288.9 gr
Tamaño máximo: 9,510m
Tamiz Abertura del tamiz
Mat. ret % Ret % Acum. Ret.
% que pasa
No. (pulg) (mm) (gr) % % %
4" 4 101.600 0 0 0 100
3" 3 76.100 0 0 0 100
2 1/2" 2 ½ 64.000 0 0 0 100
2" 2 50.800 0 0 0 100
1 1/2" 1 ½ 38.100 0 0 0 100
1" 1 25.400 0 0 0 100
3/4" ¾ 19.000 0 0 0 100
1/2" ½ 12.700 0 0 0 100
3/8" 3/8 9.510 0 0 0 100
4 0.187 4.760 264,20 12,38 12,38 87,62
8 0.0937 2.380 284,40 13,33 25,71 74,29
16 0.0469 1.190 194,20 9,10 34,82 65,18
30 0.0234 0.595 516,90 24,23 59,05 40,95
50 0.0117 0.297 459,80 21,55 80,60 19,40
100 0.0059 0.149 261,60 12,26 92,86 7,14
200 0.0029 0.075 85,20 3,99 96,85 3,15
Suma de pesos: 2.066,30 Pasa Tamiz No. 200 3,15
Peso del fondo: 67,10
Peso total: 2.133,4
D10= 0,16 Mod de finura General: 3,05%
D30= 0,26 Mod de finura Gravas: 0,00%
D60= 0,4 Mod de finura Arenas: 3,05%
Cu= 2,46
Cc= 1,02
Fuente. Elaboración propia
28
Según los resultados Pasa tamiz # 200 < 50% ENTONCES Suelo grueso Pasa tamiz # 4 > 50% ENTONCES ARENA Analizando el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura para determinar la gradación del material
2,46 < 6 ; 1≤ 1,02 ≤ 3 ENTONCES Arena pobremente gradada (SP)
Tabla 3. Limites granulométricos
LIMITES GRANULOMÉTRICOS
ABERTURA % PASA % PASA %PASA
DE TAMIZ
METODO FULLER-
THOMSOM GRAVA ARENA COMBINADO
(mm) MINIMO MAXIMO
76,1 100,0 100 100 100 100,0
50,8 100,0 100,0 100,0 100 100,0
38,1 100,0 100,0 100,0 100 100,0
25,4 110,1 106,3 100,0 100 100,0
19,1 94,6 96,6 88,8 100,0 95,5
12,7 75,2 83,4 5,8 100,0 62,3
9,51 64,6 75,8 1,1 100,0 60,4
4,76 44,4 59,7 0,5 87,6 52,8
2,38 30,3 46,8 0,5 74,3 44,8
1,19 20,7 36,7 0,5 65,2 39,3
0,595 14,2 28,8 0 41,0 24,6
0,297 9,7 22,6 0 19,4 11,6
0,149 6,6 17,7 0 7,1 4,3
0,075 4,5 13,9 0,3 3,1 2,0
Fuente. Elaboración propia
29
Fuente. Elaboración propia
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
0,010,1110100
LIM. MINIMOLIM. MAXIMO% PASA GRAVA% PASA ARENA%PASA COMBINACION
30
Tabla 4. Densidad Bulk Agregado grueso
DENSIDAD BULK (PESO UNITARIO) Y PORCENTAJES DE VACIOS DE LOS AGREGADOS EN ESTADO SUELTO Y COMPACTO
NTC 92, INVE 217
FECHA ENSAYO:
25 de enero de 2018
TEMPERATURA:
19.1
DESCRIPCIÓN: GRAVA 3/4"
MASA UNITARIA SUELTA
Masa Agregado+ Molde [g] 18657 18685
Masa Molde [g] 10600 10600
Volumen del Molde[cm³] 5607 5607
Masa Unitaria del Agregado [g/cm³]
1,44 1,44
Incertidumbre 1.60E-03 1.60E-03
MASA UNITARIA SUELTA PROMEDIO 1,44 (g/cm2)
MASA UNITARIA COMPACTA
Masa Agregado+ Molde [g] 193.573 193.300 193.332
Masa Molde [g] 10600 10600 10600
Volumen del Molde[cm³] 5607 5607 5607
Masa Unitaria del Agregado [g/cm³]
156 156 156
Incertidumbre 1.73E-03 1.73E-03 1.73E-03
MASA UNITARIA COMPACTA PROMEDIO
1,56 (g/cm2)
Gravedad Especifica Bulk [g/cm³]
270 % Vacios
SUELTOS 465
COMPACTOS
421
Fuente. Elaboración propia
31
Tabla 5. Densidad Bulk Agregado fino
DENSIDAD BULK (PESO UNITARIO) Y PORCENTAJES DE VACIOS DE LOS AGREGADOS EN ESTADO SUELTO Y COMPACTO
NTC 92, INVE 217
FECHA: 25 de enero 2018 TEMPERATU 19.1
DESCRIPCIÓN: ARENA RIO MASA UNITARIA SUELTA
Masa Agregado+ Molde [g] 17466 18685
Masa Molde [g] 10600 10600
Volumen del Molde[cm³] 5607 5607
Masa Unitaria del Agregado [g/cm³]
1,22 1,44
Incertidumbre 1.36E-03 1.36E-03
MASA UNITARIA SUELTA PROMEDIO 1,22 (g/cm2)
MASA UNITARIA COMPACTA
Masa Agregado+ Molde [g] 18.363,1 18.363,0 18.365,4
Masa Molde [g] 10.600,0 10.600,0 10.600,0
Volumen del Molde[cm³] 5.607,0 5.607,0 5.607,0
Masa Unitaria del Agregado [g/cm³]
1,38 1,38 1,39
Incertidumbre 1.54E-03 1.54E-03 1.54E-03
MASA UNITARIA COMPACTA PROMEDIO
1,38 (g/cm2)
Gravedad Especifica Bulk [g/cm³]
2,71 % Vacios
SUELTOS 54,7
COMPACTOS
48,8
Fuente. Elaboración propia
Con este ensayo determinamos el peso unitario para la selección de proporciones en el diseño de mezcla que se busca implementar.
32
Tabla 6. Índice de alargamiento y aplanamiento
INDICE DE ALARGAMIENTO Y APLANAMIENTO DE LOS AGREGADOS GRUESOS NORMA I.N.V.E. E-230
Temperata: 19.5
Fecha: 26 enero 18
Mo= Masa de la muestra
D1= Abertura del Tamiz que pasa
d1= Abertura del Tamiz que retiene
R1= Masa de la muestra
m1= Masa de las partículas que retiene el calibrador
ALARGAMIENTO
Pasa Tamiz
no. di
Ret tamiz no. di
masa de la
muestra(g) ri
% ret en gradacion original
masa de particulas alargadas
(g) mi
indice de alargamiento
il
2" 1 1/2"
1 1/2" 1"
1" 3/4" 911,6 11,19 44,9 4,93
3/4" 1/2" 1142,9 83,03 379,2 33,18
1/2" 3/8" 290,2 4,68 129,8 44,73
3/8" 1/4
M1= ∑ Ri 2344,7 M2= ∑ Ri 553,9
INDICE DE ALARGAMIENTO TOTAL IL= (M2/M1)*100 = 23,62
APLANAMIENTO
PASA TAMIZ
No. Di
RETIENE TAMIZ
No. di
MASA DE LA
MUESTRA (g) Ri
% RETENIDO EN GRADACION ORIGINAL
MASA DE PARTICULA
S ALARGADA
S (g) mi
INDICE DE ALARGAMIENT
O IL
2" 1 1/2"
1 1/2" 1"
1" 3/4" 911,6 11,19 343,3 4,93
3/4" 1/2" 1142,9 83,03 128,5 33,18
1/2" 3/8" 290,2 4,68 44,2 44,73
3/8" 1/4
M1= ∑ Ri 2344,7 M2= ∑ Ri 516,0
INDICE DE APLANAMIENTO TOTAL IA= (M2/M1)*100 = 22,01
Fuente. Elaboración propia
33
Tabla 7. Porcentaje partículas fracturadas
PORCENTAJE DE PARTICULAS FRACTURADAS EN UN AGREGADO GRUESO NORMA I.N.V. E227-07
1 CARA
Tamaño del agregado (pulg)
A (g)
F (g)
Q (g)
N (g)
P (g)
2 1/2 2
2 1 1/2
1 1/2 1
1 3/4 1000.8 884.6 22.4 93.6 89.5
3/4 1/2 1509.6 1122.3 86.6 300.7 77.2
1/2 3/8 290.2 230.3 22.9 37 83.3
TOTALES 2800.6 2237.2 131.9 431.3 82.2 PORCENTAJE DE UNA CARA FRACTURADA = P=[(F+Q/2)/(F+Q+N)]X100
= 82.2%
2 CARAS
TAMAÑO DEL AGREGADO (Pulgadas)
A (g)
F (g)
Q (g)
N (g)
P (g)
2 1/2 2
2 1 1/2
1 1/2 1
1 3/4 1000.8 884.6 22.4 93.6 89.5
3/4 1/2 1509.6 1122.3 86.6 300.7 77.2
1/2 3/8 290.2 230.3 22.9 37 83.3
TOTALES 2800.6 2237.2 131.9 431.3 82.2 PORCENTAJE DE DOS CARAS FRACTURADAS =
P=[(F+Q/2)/(F+Q+N)]X100 = 82.2%
A = Masa total de la muestra de ensayo
P = porcentaje de partículas con el número especificado de caras fracturadas F = Masa de partículas fracturadas con el número de caras especificado, Q = masa o número de partículas en la categoría de cuestionable o frontera N = masa o número de partículas no fracturadas o no cumplen el criterio de partículas fracturadas
Fuente. Elaboración propia
34
Tabla 8. Gravedad específica Agregado fino
DENSIDAD, DENSIDAD RELATIVA (GRAVEDAD ESPECIFICA) Y ABSORCION
NTC 176, I.N.V.E 223
DESCRIPCIÓN: ARENA RÍO FECHA DE ENSAYO: 26 de enero de 2018 TEMPERATURA: 20,5
Masa Picnómetro Vacío [g] 157,55
Masa Muestra Saturada [g] 500,20
Masa Picnómetro + Agua + Muestra [g] 939,58
A [g] 446,50
V [cm³] 500,00
W [cm³] 281,80
Gs aparente seca 2,05
Incertidumbre Gs a seco ± 2.10E-03
Gs aparente saturada 2,29
Incertidumbre Gs a saturado ± 2.35E-03
Gs = A/((V - W) - (500 - A)) 2,71
Incertidumbre Gs ± 3.69E-03
% ABSORCION = (500 - A)/A x 100 12,03
A = Masa en aire de muestra seca. V = Volumen del picnómetro. W = Volumen de agua para llenar el picnómetro con la muestra.
Gs = Peso Específico. 500= Masa de la muestra saturada, superficie seca. (sss)
Fuente. Elaboración propia
35
Tabla 9. Gravedad específica Agregado grueso
DENSIDAD, DENSIDAD RELATIVA (GRAVEDAD ESPECIFICA) Y ABSORCION DEL AGREGADO GRUESO
NTC 176, I.N.V.E 223
DESCRIPCIÓN: GRAVA 3/4" FECHA DE ENSAYO: 26 de enero 18 TEMPERATURA: 20
A (gr) 3.828,2
B (cm3) 3.879,3
C (cm3) 2.408,8
B - C 1.470,5
A - C 1.419,4
B - A 51,1
Gs aparente seca [A/(B - c)] 2,60
Incertidumbre Gs a seco ± 2.59E-03
Gs aparente saturada [B/(B - C)] 2,64
Incertidumbre Gs a saturado ± 2.11E-03
Gs = A/(A - C) 2,697
Incertidumbre Gs ± 2.24E-03
% ABSORCIÓN = (B - A)/A x 100 1,33
Incertidumbre ± % Absorción 3.72E-02
A = Peso en aire de muestra seca. B = Peso en aire de muestra saturada, superficie seca.
C = Peso de la muestra sumergida. Gs = Peso Específico.
Fuente. Elaboración propia
36
Tabla 10. Resistencia agregado grueso Micro- Deval
DETERMINACION DE LA RESISTENCIA DEL AGREGADO GRUESO A LA DEGRADACION POR ABRASION, UTILIZANDO EL APARATO MICRO- DEVAL
INVE - 238
FECHA DE ENSAYO:
6 de febrero de 2018
DESCRIPCIÓN: GRAVA 3/4" TEMPERATURA: 20,1
GRADACIÓN 1 GRADACIÓN 2 GRADACIÓN 3
TAMAÑO DEL AGREGADO TAMAÑO DEL AGREGADO TAMAÑO DEL AGREGADO
Pasa Tamiz Retenido Tamiz Pasa Tamiz Pasa Tamiz
Retenido Tamiz
3/4 5/8 1/2 3/8 3/8 1/4
5/8 1/2 3/8 1/4 1/4 4
1/2 3/8 1/4 4
Gradacion utilizada 1,0
Masa Muestra Pasa 3/4" Retenido 5/8" antes del ensayo (375g) 375,5
Masa Muestra Pasa 5/8" Retenido 1/2" antes del ensayo (375g) 374,9
Masa Muestra Pasa 1/2" Retenido 3/8" antes del ensayo (750 g) 750,8
Masa Muestra Retenida en tamiz #16 Despues de ensayo lavado y seco (g)
1293,1
Coeficiente Micro Deval del Ensayo en Presencia de Agua MDE (%)
13,9
PROMEDIO MDE (%) 13,9
Fuente. Elaboración propia
37
Según la Tabla 300.1 del (Artículo INVE 300-07) se determina el siguiente analisis de los agregados gruesos
Tabla 11. Analisis material granular grueso
Fuente. Elaboración propia
ENSAYO NORMA ENSAYO INVIAS
NT1 NT2 NT3 MUESTR
A
cumple
Índices de alargamiento y aplanamiento (%)
E-230 ≤35 ≤35 ≤35 23
OK
Porcentaje de caras fracturadas (una cara)
E-227 ≥50 ≥50 ≥60 82 OK
Desgaste en el equipo Micro-Deval (%)
E-238 ≤25 13,9 OK
38
7.4 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
Después de haber elaborado la caracterización de los materiales en el laboratorio
de suelos y concretos de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, se
calcula el diseño de mezcla para determinar las proporciones de los materiales se
realiza la dosificación y la mezcla de concreto con las diferentes adiciones de
silicato.
39
Tabla 12. Diseño de Mezcla concreto f´c 3000psi
Fuente. Elaboración propia
Los valores que muestra la tabla son los que se necesitan para 1m3 de concreto,
en volumen y en peso; en el caso de este proyecto, se elaboraron 5 muestras
patrón con este diseño de mezcla (Tabla 11).
RESISTENCIA kg/cm2 (f 'c) ASENTAMIENTO 3 " TIPO DE MEZCLA
CEMENTO: Sin Especif icar DENSIDAD (g/cm3) 2,91
Sin Especif icar FINURA BLAINE
AGREGADO FINO AGREGADO GRUESO 13 % AGREGADO FINO
1 Modulo de f inura 3,05 7 Tamaño maximo mm 19 14 % AGREG.GRUESO
2 Densidad sss g/cm3 2,56 8 Densidad sss g/cm3 2,60 15 CEMENTO kg/m3
3 Absorcion % 2,15% 9 Masa unitaria suelta kg/m3 1,44 16 AGUA kg/m3
4 Masa unitaria suelta kg/m3 1,5 10 Masa unitaria apisonada kg/m31,56 17 RELACION AGUA CEMENTO
5 Masa unitaria apisonada kg/m3 1,69 11 Absorcion % 1,33
6 Materia organica Pasa tamiz 75 m m % 0,35
Pasa tamiz 75 m m % 3,15 Forma ANGULAR VOLUMEN ABSOLUTO
18 (15)
Cemento = PESO ESPECIFICO CEMENTO 124,6
19 Agua +Cemento = (16) + (18) = 327,6
20 Vol. Agregados = 1000 - (19) = 672,4
21 V.Grava = (20)
(13) (8) 266,5
1 + x
(14) (2)
22 Volumen arena = (20) - (21) = 406
CANTIDADES EN PESO kg/m 3 DE CONCRETO
15 Cemento 362,5
24 Arena = (22) x (2) = 1039,3
25 Grava = (21) x (8) = 692,9
16 Agua 203
17 Aditivo
VOLUMEN SUELTO m 3/m 3
26 Cemento = (15) ÷ 50 = (Bultos) 7,3
27 Arena = (24) ÷ (4) = 693,2
28 Grava= (25) ÷ (9) = 481,36
29 Agua Real = 209,5
PROPORCIONES EN PESO : 1,00 : 2,87 : 1,91
RELACION A/C: 0,560
211
203
MARCA:
TIPO
DISEÑO DE UNA MEZCLA DE CONCRETO
0,56
60
40
363
% P
AS
A A
RE
NA
19.
12.
2.4
4.8
9.5
2.4
1.2
0.6
0.3
0.1
0.075
41.0
59.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% Q
UE P
AS
A G
RA
VA
% ARENA
50.8
38.1
25
19
12.5
9.5
4.8
2.4
1.2
0.6
0.3
0.15
0.075
MINIMO
MAXIMO
MEDIO
Lineal(MEDIO)
40
Es una investigación de tipo experimental, para evidenciar propiedades del
silicato de sodio se adicionarán dosificaciones con relación al porcentaje de
cemento de una mezcla de concreto hidráulico de 3000 psi basados en la NSR-10
título C, con materiales de la zona área de trabajo en este caso la Facultad
Tecnológica de la Universidad Distrital, solo irá dirigido a mejorar concretos
hechos en obra donde no hay alcance de utilizar un concreto premezclado, para
esto se realizaron las siguientes dosificaciones:
Tabla 13. Número de especímenes por dosificación
DOSIFICACIÓN Número de muestras
3 días 7 días 28 días
Sin aditivo 5 5 5
3% 5 5 5
5% 5 5 5
10% 5 5 5
Fuente. Elaboración propia
Elaboración de cilindros de concreto hidráulico
Luego de realizar el diseño de mezcla, se elaboraron los cilindros con la ayuda de
la empresa DIMCO ingenieros Ltda. Una empresa dedicada al diagnóstico e
investigación en materiales para construcción de obras civiles que cumple con los
requisitos de la norma NTC-ISO/IEC 17025. Haciendo uso de los equipos y
personal apropiado para la correcta elaboración de las muestras de concreto
hidráulico, para este estudio se tomaron 5 cilindros para cada una de las
dosificaciones y 5 cilindros para cada edad de falla.
Los moldes para los cilindros utilizados fueron metálicos de diámetro de 100mm y
altura 200mm.
41
Ilustración 17. Dosificación volumétrica de los materiales
Fuente. Elaboración propia
Después de dosificar los materiales y realizar la mezcla, se funde en cilindros de 4
pulgadas, al momento de mezclar el silicato con el agua se evidencia bastante
viscosidad en el líquido, así que el proceso de la mezcla con los agregados tuvo
que ser rápida para garantizar uniformidad en el concreto.
Se realiza el mismo procedimiento para las demás muestras adicionando silicato
según los porcentajes propuestos y se nombran para diferenciar los especímenes
al momento de fallarlos.
42
Ilustración 18. Elaboración de cilindros concreto hidráulico.
Fuente. Elaboración propia
Se evidencia que al adicionar silicato en el agua de mezcla presenta
aceleramiento en el fraguado inclusive en el corto tiempo de elaboración de la
muestra se evidenció, en relación a la muestra patrón.
43
Ilustración 19.Mezclado y adición del silicato de sodio disuelta en el agua de mezcla.
Fuente. Elaboración propia
Después del curado de los cilindros dentro de una poceta, en un cuarto donde se
controla la temperatura se fueron fallando a las edades ya determinadas según la
norma (NTC-673). Se falla a 3, 7 y 28 días.
Ilustración 20. Especímenes para ser sometidos a pruebas de resistencia
Fuente. Elaboración propia
44
Para realizar el ensayo de resistencia a la compresión, se utiliza la máquina del
laboratorio de la empresa DIMCO ingenieros Ltda. Que cumple con las
características de la Norma Técnica Colombiana (NTC – 673) y calibraciones
correspondientes.
Ilustración 21. Cilindros en la prensa y tabulación de resultados
Fuente. Elaboración propia
Teniendo en cuenta la ilustración 20 se caracterizan los especímenes según el
tipo de falla.
Ilustración 22. Esquema de los modelos de fracturas típicos
Tomada NTC – 673
45
8. ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
A continuación se relacionan los datos obtenidos en el laboratorio, se determina
esfuerzo de cada espécimen:
Fecha de elaboración: 2 de marzo 2018
Fecha de ensayo: 5 de marzo 2018
Temperatura Lab (°C): 18,9
Tabla 14. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto sin aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 0% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,14 20,31 20,43 20,29 20,34
Diámetro (cm) 10,22 10,22 10,2 10,18 10,25
Carga Max. (kg) 10305 10017 9962 10318 9900
Peso (g) 3756 3792 3809 3809 3790,2
Tipo de Falla 2 2 2 2 5
Edad (días) 3 3 3 3 3
Área (cm2) 82,03 82,03 81,71 81,39 82,52
Esfuerzo (kg/cm2) 125,62 122,11 121,91 126,77 119,98
Esfuerzo (psi) 1786,7
2 1736,7
9 1734,0
3 1803,0
6 1706,4
7
Esfuerzo (MPa) 12,32 11,97 11,96 12,43 11,77
Fuente. Elaboración propia
46
Tabla 15. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto 3% Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 3% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,49 20,52 20,41 20,42 20,37
Diámetro (cm) 10,23 10,23 10,22 10,29 10,28
Carga Max. (kg) 10785 10786 10955 10865 10547
Peso (g) 3762,8 3371,3 3778,7 3739,5 3763,8
Tipo de Falla 2 6 4 2 2
Edad (días) 3 3 3 3 3
Área (cm2) 82,14 82,19 81,98 83,16 83,00
Esfuerzo (kg/cm2) 131,30 131,23 133,63 130,65 127,07
Esfuerzo (psi) 1867,5
1 1866,4
6 1900,6
6 1858,2
7 1807,4
0
Esfuerzo (MPa) 12,88 12,87 13,10 12,81 12,46
Fuente. Elaboración propia
Tabla 16. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto 5% Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 5% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,33 20,47 20,51 20,61 20,48
Diámetro (cm) 10,33 10,27 10,22 10,27 10,21
Carga Max. (kg) 11269 11156 11788 11687 11125
Peso (g) 3724,7 3780,2 3755,9 3779,9 3739,7
Tipo de Falla 5 6 2 2 2
Edad (días) 3 3 3 3 3
Área (cm2) 83,81 82,84 82,03 82,84 81,87
Esfuerzo (kg/cm2) 134,46 134,67 143,70 141,08 135,88
Esfuerzo (psi) 1912,47 1915,48 2043,85 2006,65 1932,68
Esfuerzo (MPa) 13,19 13,21 14,09 13,84 13,33
Fuente. Elaboración propia
47
Tabla 17. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto 10% Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 10% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,43 20,17 20,52 20,49 20,57
Diámetro (cm) 10,24 10,20 10,15 10,22 10,23
Carga Max. (kg) 9153 9542 9351 9241 8975
Peso (g) 3707,7 3696 3698,3 3742,9 3715,6
Tipo de Falla 4 2 5 2 2
Edad (días) 3 3 3 3 3
Área (cm2) 82,35 81,71 80,91 82,03 82,19
Esfuerzo (kg/cm2) 111,14 116,77 115,57 112,65 109,19
Esfuerzo (psi) 1580,79 1660,92 1643,75 1602,24 1553,08
Esfuerzo (MPa) 10,90 11,45 11,33 11,05 10,71
Fuente. Elaboración propia
Tabla 18. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto sin Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 0% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,38 20,44 20,4 20,34 20,53
Diámetro (cm) 10,23 10,22 10,25 10,24 10,26
Carga Max. (kg) 15660 16446 16324 16493 17306
Tipo de Falla 5 2 2 2 5
Edad (días) 7 7 7 7 7
Área (cm2) 82,19 82,03 82,52 82,35 82,68
Esfuerzo (kg/cm2) 190,52 200,48 197,83 200,27 209,32
Esfuerzo (psi) 2709,8
9 2851,4
7 2813,7
7 2848,4
6 2977,2
3
Esfuerzo (MPa) 18,68 19,66 19,40 19,64 20,53
Fuente. Elaboración propia
48
Tabla 19. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto 3% Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 3% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,22 20,34 20,28 20,31 20,10
Diámetro (cm) 10,20 10,51 10,21 10,22 10,15
Carga Max. (kg) 16954 16880 16798 16554 16985
Tipo de Falla 4 5 2 2 2
Edad (días) 7 7 7 7 7
Área (cm2) 81,71 86,76 81,87 82,03 80,91
Esfuerzo (kg/cm2) 207,48 194,57 205,17 201,80 209,92
Esfuerzo (psi) 2951,0
9 2767,4
4 2918,2
1 2870,2
0 2985,6
8
Esfuerzo (MPa) 20,35 19,08 20,12 19,79 20,59
Fuente. Elaboración propia
Tabla 20. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto 5% Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 5% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,24 20,54 20,34 20,36 20,45
Diámetro (cm) 10,25 10,35 10,21 10,37 10,22
Carga Max. (kg) 17168 17568 17255 17654 17547
Tipo de Falla 5 6 2 2 2
Edad (días) 7 7 7 7 7
Área (cm2) 82,52 84,13 81,87 84,46 82,03
Esfuerzo (kg/cm2) 208,06 208,81 210,75 209,02 213,90
Esfuerzo (psi) 2959,2
6 2969,9
7 2997,6
0 2973,0
1 3042,3
7
Esfuerzo (MPa) 20,40 20,48 20,67 20,50 20,98
Fuente. Elaboración propia
49
Tabla 21. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto 10% Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 10% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,24 20,19 20,48 20,34 20,15
Diámetro (cm) 10,17 10,19 10,22 10,18 10,20
Carga Max. (kg) 13985 13874 14045 13820 14254
Tipo de Falla 4 2 5 2 2
Edad (días) 7 7 7 7 7
Área (cm2) 81,23 81,55 82,03 81,39 81,71
Esfuerzo (kg/cm2) 172,16 170,12 171,21 169,79 174,44
Esfuerzo (psi) 2448,67 2419,71 2435,18 2415,03 2481,12
Esfuerzo (MPa) 16,88 16,68 16,79 16,65 17,11
Fuente. Elaboración propia
Tabla 22. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto Sin Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 0% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,2 20,2 20,2 20,3 20,27
Diámetro (cm) 10,2 10,2 10,2 10,2 10,2
Carga Max. (kg) 18174 18152 17128 17949 17626
Tipo de Falla 2 2 2 2 2
Edad (días) 28 28 28 28 28
Área (cm2) 81,71 81,71 81,71 81,71 81,71
Esfuerzo (kg/cm2) 222,41 222,14 209,61 219,66 215,71
Esfuerzo (psi) 3163,45 3159,62 2981,38 3124,28 3068,06
Esfuerzo (MPa) 21,81 21,78 20,56 21,54 21,15
Fuente. Elaboración propia
50
Tabla 23. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto 3% Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 3% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,2 20,2 20,2 20,3 20,2
Diámetro (cm) 10,2 10,2 10,2 10,2 10,2
Carga Max. (kg) 18056 18210 18157 18365 18437
Tipo de Falla 2 2 2 2 2
Edad (días) 28 28 28 28 28
Área (cm2) 81,71 81,71 81,71 81,71 81,71
Esfuerzo (kg/cm2) 220,97 222,85 222,21 224,75 225,63
Esfuerzo (psi) 3142,91 3169,71 3160,49 3196,69 3209,23
Esfuerzo (MPa) 8,01 8,01 8,01 8,01 8,01
Fuente. Elaboración propia
Tabla 24. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto 5% Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 5% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,6 20,21 20,36 20,37 20,27
Diámetro (cm) 10,28 10,21 10,24 10,19 10,25
Carga Max. (kg) 18750 18524 18871 18597 18674
Tipo de Falla 2 2 2 2 2
Edad (días) 28 28 28 28 28
Área (cm2) 83,00 81,87 82,35 81,55 82,52
Esfuerzo (kg/cm2) 225,90 226,25 229,14 228,04 226,31
Esfuerzo (psi) 3213,11 3218,06 3259,16 3243,43 3218,85
Esfuerzo (MPa) 22,15 22,19 22,47 22,36 22,19
Fuente. Elaboración propia
51
Tabla 25. Resultados ensayo Resistencia a la compresión Concreto 10% Aditivo
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS DE CONCRETO NORMA NTC 673 - NORMA I.N.V. E 410
CILINDRO CONCRETO + 10% SILICATO RESISTENCIA DE DISEÑO: 3000psi
Altura (cm) 20,3 20,33 20,4 20,2 20,4
Diámetro (cm) 10,1 10,15 10,2 10,1 10,25
Carga Max. (kg) 15588 16124 15871 16039 15654
Tipo de Falla 2 2 2 2 4
Edad (días) 28 28 28 28 28
Área (cm2) 80,12 80,91 81,71 80,12 82,52
Esfuerzo (kg/cm2) 194,56 199,27 194,23 200,19 189,71
Esfuerzo (psi) 2767,31 2834,34 2762,58 2847,38 2698,29
Esfuerzo (MPa) 19,08 19,54 19,05 19,63 18,60
Fuente. Elaboración propia
Tabla 26. Promedios de resistencia
Edad de falla
Muestra Promedio
Porcentaje resistencia 3%
Porcentaje resistencia 5%
Porcentaje resistencia 10%
3 1753.41 1860.06 1962.23 1608.16
7 2840.16 2898.52 2988.44 2439.94
28 3099.36 3175.81 3230.52 2781.98
Fuente. Elaboración propia
Tabla 27. Porcetajes de desempeño promedio
Edad de falla
Muestra Promedio
Porcentaje resistencia 3%
Porcentaje resistencia 5%
Porcentaje resistencia 10%
3 58% 62% 65% 54%
7 95% 97% 100% 81%
28 103% 106% 108% 93%
Fuente. Elaboración propia
52
Fuente. Elaboración propia
Con este gráfico observamos el desempeño de la resistencia obtenida de los
especímenes sometidos a pruebas de resistencia a la compresión con respecto a
la muestra de referencia, evidenciando que la única muestra que no supera la
muestra sin aditivo es la dosificación del 10%.
0%
65%
100% 108%
0%
54%
81%
93%
0%
58%
95%
103%
0%
62%
97%
106%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
0 7 14 21 28
Des
em
peñ
o %
Edad falla
Esfuerzos obtenidos
5%
10%
Muestra patrón
3%
53
9. ANALISIS ESTADÍSTICO
Con el fin de hacer una representación gráfica de los resultados obtenidos y
determinar estadísticamente cual fue el comportamiento de los especímenes
elaborados, se realiza un análisis estadístico.
LA MEDIA ARITMÉTICA:
Es la suma de los valores que toma la variable en estudio, dividida entre el
número de ellos.
Sea X una variable estadística discreta que toma los valores con
frecuencias absolutas, respectivamente. Se define la media aritmética como el
valor:
Ilustración. Tomada Estadística descriptiva e inferencial. Antonio Vargas Sabadías
Servicios de publicaciones de la Universidad de Castilla – La Mancha.
VARIANZA:
Se define como la constante que representa una medida de dispersión media de
una variable aleatoria X, con respecto a su valor medio.
54
DESVIACIÓN ESTANDAR
0% 3% 5% 10%
1 3 1786,72 1173,14 938,16 797,22
2 3 1736,79 1153 881,51 840,91
3 3 1734,03 1289,08 1074,98 956,97
4 3 1803,06 1257,95 928,72 890,15
5 3 1706,47 1145,41 1016,28 953,65
6 7 2709,89 2389,03 2163,25 1918,32
7 7 2851,47 2287,4 2169,83 1875,57
8 7 2813,77 2580,49 2167,2 1778,05
9 7 2848,46 2462,05 2173,09 1776,32
10 7 2977,23 2549,74 2404,83 1783,81
11 28 3163,45 2956,49 2870,38 2767,31
12 28 3159,62 2968,15 2774,02 2634,64
13 28 2981,38 3002,61 2891,98 2630,81
14 28 3124,28 2956,66 2886,42 2644,28
15 28 3068,06 3002,71 2924,26 2698,29
PROMEDIO 2564,312 2211,594 2017,66067 1796,42
VARIANZA 368997,207 598610,8378 672460,225 574526,472
DESVIACION 607,451403 773,6994493 820,036722 757,975245
limite max 3171,7634 2985,293449 2837,69739 2554,39525
limite min 1956,8606 1437,894551 1197,62394 1038,44475
Fuente. Elaboración propia
Fuente. Elaboración propia
1000
2000
3000
4000
3 3 3 3 3 7 7 7 7 7 28 28 28 28 28
Desviación estándar
0% 3% 5% 10%
PROMEDIO LIMITE MAX LIMITE MIN
55
10 ENSAYO DE MADUREZ
Para conocer el desarrollo de las propiedades exotérmicas del concreto durante el
proceso de curado y basándose en la Norma NTC 3756 se realiza el mismo
procedimiento y con las mismas dosificaciones que se usaron para el ensayo de
resistencia a la compresión y sometiendo los especímenes a pruebas de
temperatura, ensayando 5 especímenes por cada proporción de aditivo a 7 días
de fundida la mezcla.
Ilustración 23. Mezcla concreto simple
Fuente. Elaboración propia
Ilustración 24. Temperatura de la mezcla con 3% de silicato
Fuente. Elaboración propia
56
Ilustración 25. Temperatura de la mezcla con 5% de silicato
Fuente. Elaboración propia
0 % aditivo 3 % aditivo
Fuente. Elaboración propia
5 % aditivo 10 % aditivo
Fuente. Elaboración propia
57
Se determina la temperatura con Termocuplas instaladas en el cuarto frio donde
son almacenados los especímenes a una temperatura controlada, se obtienen los
resultados de temperatura y se grafican para conocer la reacción térmica que
produce el silicato en el concreto. En el Anexo 2se encuentran las temperaturas
tomadas en el laboratorio
Fuente. Elaboración propia
Luego con base en se determinan los valores de madurez con la ecuación Nurse
Saúl, para cada una de las dosificaciones
(1)
M = Madurez
= Intervalo de tiempo, en días u horas.
= Temperatura promedio del concreto durante el intervalo de tiempo, en
= Temperatura de referencia, en .
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0 10 20 30 40 50 60 70
TEM
PER
ATU
RA
Tiempo (Hora)
TEMPERATURA VS TIEMPO
Series1
3%
5%
10%
58
Tabla 28. Madurez para concreto sin silicato
TIEMPO HORAS
∆t Temperatura con 0% de aditivo
(T+To) MADUREZ
(C*H)
SUMA MADUREZ
Resistencia a la com PROMEDIO
0 0.0 0 0 0
1 1 17.8 27.80 27.80 27.80
24 23 17.8 27.80 639.40 667.20 7.80
48 24 17.8 27.80 667.20 1334.40 11.46
72 24 17.2 27.20 652.80 1987.20 12.09
168 96 17.6 27.60 2649.60 4636.8 19.58
Fuente. Elaboración propia
Fuente. Elaboración propia
y = 0,0037x + 3,7882 R² = 0,8671
0
5
10
15
20
25
0 2000 4000 6000
Res
iste
nci
a M
Pa
Madurez (°C x horas)
Madurez 0% Aditivo
59
Tabla 29. Madurez para concreto con 3 % de aditivo
TIEMPO HORAS
∆t Temperatura con 3% de aditivo
(T+To) MADUREZ
(C*H)
SUMA MADUREZ
Resistencia a la compresión PROMEDIO
0 0.0 0 0
1 1 17.9 27.90 27.90 27.90
24 23 18.8 28.80 662.40 690.30 8.11
48 24 19.3 29.30 703.20 1393.50 12.07
72 24 18.5 28.50 684.00 2077.50 12.82
168 96 18.2 28.20 2707.20 4784.70 19.98
Fuente. Elaboración propia
Fuente. Elaboración propia
y = -9E-07x2 + 0,0084x + 1,1668
R² = 0,9626
0
5
10
15
20
25
0 2000 4000 6000
Res
iste
nci
a M
Pa
Madurez (°C x horas)
Madurez 3% Aditivo
60
Tabla 30. Madurez para concreto con 5% aditivo
TIEMPO HORAS
∆t Temperatura con 5% de aditivo
(T+To) MADUREZ
(C*H)
SUMA MADUREZ
Resistencia a la compresión PROMEDIO
0 0.0 0 0
1 1 18.9 28.90 28.90 28.90
24 23 19.4 29.40 676.20 705.10 5.00
48 24 20.0 30.00 720.00 1425.10 12.37
72 24 19.5 29.50 708.00 2133.10 13.53
168 96 19.5 29.50 2832.00 4965.10 20.60
Fuente. Elaboración propia
Fuente. Elaboración propia
y = 0,0039x + 3,1116 R² = 0,8743
-5
0
5
10
15
20
25
0 2000 4000 6000
Res
iste
nci
a M
Pa
Madurez (°C x horas)
Madurez 5% Aditivo
61
Tabla 31. Madurez para concreto con 10% aditivo
TIEMPO HORAS
∆t Temperatura con 10% de aditivo
(T+To) MADUREZ
(C*H)
SUMA MADUREZ
Resistencia a la compresión PROMEDIO
0 0.0 0 0 0
1 1 19.0 29.00 29.00 29.00
24 23 19.5 29.50 678.50 707.50 7.5
48 24 20.3 30.30 727.20 1434.70 10.55
72 24 20.8 30.80 739.20 2173.90 11.09
168 96 20.0 30.00 2880.00 5053.90
16.82
Fuente. Elaboración propia
Fuente. Elaboración propia
y = -8E-07x2 + 0,007x + 1,2293 R² = 0,9469
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 2000 4000 6000
Res
iste
nci
a M
Pa
Título del eje
Madurez 10% Aditivo
62
10. CONCLUSIONES
El presente documento cuyo objetivo era demostrar mediante ensayos de
resistencia a la compresión y ensayos de madurez que la adición de silicato de
sodio en una mezcla de concreto influía o no en la evolución de la resistencia de la
mezcla.
Para evaluar dicha evolución de la resistencia se realizaron los siguientes
procedimientos, inicialmente se caracterizaron los materiales granulares teniendo
en cuenta las Normas INVIAS y NTC, con el fin de diseñar una mezcla para
obtener una resistencia de 3000 psi; luego se adicionó a la mezcla dosificaciones
de 3%, 5% y 10% de silicato de sodio líquido con respecto al volumen del
cemento, se realizaron las respectivas pruebas de resistencia de las cuales se
obtuvieron los siguientes resultados:
Según el ensayo de resistencia a la compresión se puede determinar que la
adición de silicato de sodio, si genera un aumento de la resistencia del concreto,
únicamente para los casos de concentraciones de 3% y 5%. En el caso de la
dosificación del 10% se evidencia una disminución de la resistencia alcanzando a
los 28 días un porcentaje del 10% por debajo del diseño de mezcla. A
continuación se hace referencia a los porcentajes que se obtuvieron con relación
al concreto de muestra sin aditivo.
Tabla 32. Porcentajes con respecto a la resistencia promedio de la muestra de 3000psi
Edad de falla
Porcentaje dosificación 3%
Porcentaje dosificación 5%
Porcentaje dosificación 10%
3 106% 112% 92%
7 102% 105% 86%
28 102% 104% 90%
Fuente. Elaboración propia
63
En el ensayo de madurez podemos determinar que la única dosificación que no
cumplió con la resistencia requerida a los 28 días de curado fue el 10% de adición
como en los ensayos de resistencia a la compresión que tuvo la tendencia más
baja.
Del ensayo de madurez, se tiene como resultado que la línea del 10% de
concentración de silicato de sodio alcanzó el pico más alto en la gráfica de
temperatura Vrs tiempo para las primeras 10 horas de fraguado, es por esto que
se concluye y teniendo en cuenta que la retracción hidráulica ocurre antes del
estado sólido del concreto, este aumento de temperatura en las primeras horas
provocó un desprendimiento de calor que como resultado produce de disminución
de la resistencia a los 28 días de curado.
Durante el proceso de mezcla se evidencian alteraciones con la medición del
asentamiento ya que el aditivo propuesto acelera el proceso de fraguado y
disminuye con respecto a la concentración de silicato de sodio.
Una de las alteraciones que ocurren en el agua con la adición de silicato de sodio
es la difícil manipulación del concreto, ya que se convierte en una solución viscosa
y difícil de mezclar esto puede ser un determinante al momento de obtener
resultados de resistencia y probablemente una de las razones que la mezcla que
tiene la mayor dosificación (10%) no haya obtenido los mejores resultados.
Teniendo como referencia dos estudios previos realizados con muestras de suelos
limo arenosos estabilizados con silicato de sodio de los autores Bernal y Leiton
que se relacionan en el presente documento como marco de referencia y que para
estos dos casos el aumento de la resistencia fue mayor al 200% con respecto a la
muestra patrón, se puede concluir que en el concreto influye pero no de manera
significativa, aunque el silicato de sodio produjo un aumento en la resistencia para
las concentraciones de 3% y 5%, no se considera relevante la variación, pues los
porcentajes no superan el 10% con relación a la muestra sin aditivo, pero debido a
que este compuesto es de fácil adquisición y también muy económico con
64
respecto a otros aditivos en el mercado, puede ser una alternativa para el uso de
fabricación de concretos fundidos en sitio, más no para producción de concreto en
grandes proporciones.
65
11. RECOMENDACIONES
Tomando como referencia el comportamiento del concreto en las dosificaciones
correspondientes, se considera oportuno realizar investigaciones de cuál es el
porcentaje máximo admisible del aditivo en una mezcla de concreto hidráulico,
teniendo en cuenta las gráficas resultantes del ensayo de madurez, se puede
analizar el comportamiento dentro del intervalo del 5% y 10% para las primeras 10
horas.
Fuente. Elaboración propia
De acuerdo con las conclusiones obtenidas del aumento de hidratación al
momento de mezclar el silicato de sodio con el agua, también se obtuvo como
resultado que la manejabilidad de la mezcla es más complicada porque se vuelve
viscosa, con esto se sugiere realizar la mezcla de concreto con ayuda de equipos
mecánicos como, el trompo, para una futura investigación.
10
12
14
16
18
20
22
24
26
0 10 20 30 40 50 60 70
TEM
PER
AT
UR
A
Tiempo (Hora)
TEMPERATURA VS TIEMPO
Series1
3%
5%
10%
66
12. BIBLIOGRAFÍA Baltazar, L., Santana, J., Lopes, B., Rodrigues, M. P., & Correia, J. R. Surface skin
protection of concrete with silicate-based impregnations: Influence of the substrate
roughness and moisture. Construction and Building Materials. 70. (2014) p.191-
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Bernal, C. (2018). Análisis técnico de suelos limo arenosos estabilizados con
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Daub W., Seese G, QUÍMICA. Octava edición. PEARSON EDUCATION. p. (cap
3).
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Leiton, G. (2017). Análisis del comportamiento mecánico de los suelos limo
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la Compresión de Cilindros de Concreto.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. NTC 1486. Documentación, Presentación de
tesis, trabajos de grado y otros trabajos de investigación.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. NTC 3756. Ingeniería civil y arquitectura.
Procedimiento para estimar la resistencia del concreto por el método de Madurez.
67
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. NTC 77 (1994). Ingeniería Civil y arquitectura.
Métodos para el Análisis por Tamizado de los Agregados Finos y Gruesos.
NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. NTC 78 (1994). Ingeniería Civil y arquitectura.
Material para determinar por lavado el material que pasa el Tamiz 75 μm. En
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NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. NTC 92 (1994). Ingeniería Civil y arquitectura.
Determinación de la masa unitaria y los vacíos entre partículas de agregados.
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Rivera Gerardo, “Concreto simple”, Resistencia del concreto, capítulo 6.
