ESTUDIO DE LA DIATOMITA EN EL CONCRETO

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1 Estudiante, Dheivis Yury Jara Vilca [email protected]

ESTUDIO DEL DESEMPEÑO DE LAS DIATOMITAS EN LA ELABORACION DE

CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA

Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco- Perú

Autor: Dheivis Yury Jara Vilca 1

SINOPSIS

El concreto al ser el material más usado en la construcción necesita adaptarse a los nuevos

requerimientos cada vez más específicos que demanda el sector de la construcción, de este

hecho es que nosotros podemos hablar de un concreto de alta resistencia, en la actualidad la

elaboración de este tipo de concreto integra principalmente el uso de la microsilice, el

problema radica en que la microsilice es un producto importado el cual no es fácil de

conseguir en nuestro país y es bastante costoso, es así como surge la opción del empleo de

las diatomitas para la elaboración de este tipo de concretos, siendo un producto nacional,

económico, y por su alto contenido de óxido de sílice en su composición química similar a la

microsilice se estima tener semejantes y mejores resultados. Por tal motivo El objetivo de este

trabajo es evaluar el desempeño y potencial de la diatomita en la elaboración de concretos

de alta Resistencia, Utilizando una metodología principalmente experimental. Elaborando 7

diseños de mezclas en total (1 concreto convencional, 3 concretos con 5%,10% y 15% de

diatomitas y 3 concretos con 5%,10% y 15% de microsilice) con la finalidad de comparar el

desempeño de cada concreto en las diferentes pruebas a las que serán sometidas de acuerdo a las

normativas del ASTM, y por ultimo determinar si la diatomita es un buen adicionanté o no para

los concretos de alta resistencia y establecer el mejor porcentaje de adición.

Palabras Claves: Concreto de alta Resistencia, Diatomitas, Microsilice, superplastificante

1. Introducción

En la actualidad existe una demanda cada vez más creciente de infraestructura moderna capaz

de satisfacer las exigencias de seguridad, comodidad y economía, utilizando materiales

sustentables, el concreto al ser el material más usado en la construcción necesita adaptarse a los

nuevos requerimientos cada vez más específicos, y de este hecho es que nosotros podemos

hablar de un concreto de alta resistencia. Los concretos de alta resistencia requieren en su

composición la incorporación de aditivos y adiciones los cuales le permiten adquirir mejores

propiedades tanto mecánicas como de durabilidad en comparación que un concreto patrón. Por

lo que se requieren productos especiales ya sea aditivos o materiales adicionantes, los cuales

deben tener un alto contenido de óxido de sílice pues en el proceso de hidratación del cemento

se desarrolla la hidratación del silicato tricalcico responsable de la adquisición de resistencia del

concreto durante su proceso de maduración, por lo que se estima que a mayor oxido de sílice

mayor resistencia, es por ello que se habla de la microsilice como componente indispensable

para la producción de concretos de alta resistencia.

el problema radica en que la microsilice es un producto importado el cual no es fácil de

conseguir en nuestro país y es bastante costoso, por lo que se plantea en este estudio la

utilización de un producto natural denominado diatomitas o tierras diatomeas que es una roca

sedimentaria silícea de origen orgánico, compuesta esencialmente por sílice amorfa conteniendo

un alto porcentaje de óxido de sílice en su composición química, siendo un producto

nacional, económico, y por su alto contenido de óxido de sílice en su composición química

similar a la microsilice se estima tener semejantes y mejores resultados. Por tal motivo El

objetivo de este trabajo es evaluar el desempeño y potencial de la diatomita en la

elaboración de concretos de alta Resistencia.

mailto:[email protected]


2. Objetivos

- Evaluar el desempeño y potencial de la diatomita en los concretos de alta resistencia.

-Proponer la adición de diatomitas para la elaboración de concretos de alta resistencia.

3. Discusión

Para entender de mejor manera el tema que se abordara en la presente investigación se dará a

conocer un breve marco teórico.

3.1 Concreto de Alta Resistencia

Según el American concrete Institute (ACI), un concreto de alta resistencia es aquel concreto

que supere una resistencia a la compresión de 560 kg/cm2. Siendo aquel que reúne una

Combinación especial de requerimientos de desempeño y uniformidad que no siempre pueden

ser logrados usando materiales tradicionales, mezclado normal, criterios de colocación normales

y prácticos de curado ordinarios

3.2 Aditivos Superplastificante

Denominados también reductores de agua de alto rango los cuales tiene por finalidad reducir en

forma importante el contenido de agua del concreto manteniendo una consistencia dada y sin

producir efectos indeseables sobre el fraguado, igualmente se emplean para incrementar el

asentamiento sin necesidad de aumentar el contenido de agua en la mezcla de concreto.

3.3 Microsilice

Según el Comité 116 del ACI (American Concrete Institute), define a la microsilice como: Una

silice no cristalina muy fina producida por hornls de arco electrico como un subproducto de la

fabricacion de silicio metalico o ferro silicio.

3.4 Diatomitas

“La diatomita o tierras diatomeas es una sustancia no metálica compuesta esencialmente por

sílice amorfa generada por la fosilización de organismos acuáticos microscópicos.” (Naranjo de

Lawrence 1999)

Las diatomitas se clasifican como una roca sedimentaria silícea de origen orgánico. La fuente de

toda diatomita es un organismo vivo denominado diatomea, las cuales son prolíficas y

microscópicas algas acuáticas unicelulares, que poseen dos valvas silíceas situadas dentro de la

capa externa del plasma. El tamaño de la valva de la diatomea varía según la especie,

aproximadamente entre 5 y 150 mm de diámetro. Este organismo tiene la capacidad de extraer

sílice de su hábitat natural acuoso.

Entre sus características se puede observar que la diatomita pura y seca es una sustancia blanca,

de poca densidad aparente. Absorbe entre 1 y 4 veces su peso de agua, así como también, tiene

gran capacidad de absorción de aceite. Es atacada únicamente por álcalis fuertes y por el ácido

fluorhídrico.

Los yacimientos de diatomitas conocidos en el Perú son:

- Piura: Bayóvar

- Ica: Pisco, Ocucaje

-Arequipa: Tarucani, Polobaya y Chiguata



-Ayacucho: Quicapata, Tambillos y Quinua

- Junín: Concepción y Yanacancha

4. Desarrollo

4.1 Metodología

La metodología empleada fue principalmente experimental, Para fines de la investigación se

elaboraron: Un diseño patrón (Concreto convencional), y seis diseños manteniendo constantes

la cantidad de cemento y la relación A/C que se emplearon en el diseño del concreto patrón, Se

elaboraron 3 concretos adicionando 5%,10% y 15% de diatomita y 3 concretos adicionando

5%,10% y 15% de microsilice haciendo un total de 7 tipos de concreto. Para luego someterlas a

un proceso comparativo en cada una de las pruebas de acuerdo al ASTM para finalmente llegar

a determinadas conclusiones.

4.2 Materiales

4.2.1 Agregados

Para el presente trabajo se utilizaron agregado grueso de la cantera de wilque-Cusco empleando

el Huso 56 de la norma técnica peruana NTP 400.037.

Es bien sabido que para la obtención de concretos de alta resistencia se deben utilizar agregados

de Tamaño Máximo Nominales bajos ya sea de 1/2” a 3/8”, pero en la ciudad del Cusco donde

se realizó la presente investigación las canteras producen agregados de TMN 1” a ¾ ”

principalmente, dentro de los objetivos de esta investigación es que pueda ser reproducida y

utilizada sin la necesidad de utilizar agregados especiales, sino utilizando los agregados de la

zona por lo que se decidió utilizar huso 56 con un TMN de 1”.

El agregado fino se utilizó de la cantera de Rumicolca-cusco empleando la NTP 400.012.

Para el agregado Fino

Cuadro 1: granulometría del agregado fino

Para el agregado Grueso

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

0.1110

Po

rcen

taje

qu

e p

asa

(%)

tamaño de los tamices

HUSO GRANULOMETRICO

NTP 400.012



Cuadro 2: granulometría del agregado grueso

Propiedades físicas

Agregados Fino Grueso

Cantera Rumicolca Wilque

Peso específico seco (kg/m3) 2575 2576

TMN 1” -

Porcentaje de absorción

(%)

2.49 2.43

Contenido de humedad (%) 4.1 1.69

Cuadro 3: propiedades físicas de los agregados

Cabe mencionar que el diseño de mezclas que se utilizo fue de la empresa de premezclados

PYMAC S.A. basadas en el método DIN 1045 por tal motivo algunas propiedades como peso

unitario se obviaron.

4.2.2 Diatomitas

En el presente trabajo de investigación se utilizó la diatomita denominada Fillite por su alto

contenido de sílice extraída por la Compañía Minera Agregados Calcáreos S.A. cuya cantera se

encuentra en el departamento de Junín. El proceso al el que es sometido este material es,

simplemente, el de extracción, molienda y embolsado.

Aquí se presenta una comparación entre las composiciones químicas de diatomita de otros

países. Se observa que la peruana está dentro del promedio de los valores extranjeros lo

que la hace atractiva comercialmente para el mercado internacional.

Cuadro 4: Composición química de algunas diatomitas naturales (% en peso)

Componente Lompoc, USA* Jalisco, México* Junín, Perú**

SiO2 % 89.7 91.2 87.20

Al2O3 % 3.7 3.2 3.49

CaO % 0.3 0.2 0.47

MgO % 0.6 0.4 0.79

Pérdidas por

calcinación %

3.7 3.6 4.4

* Lefond 1983

**Compañía Minera Agregados Calcáreos S.A. 2003

-20.00%

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

110100

Po

rcen

taje

qu

e p

asa

(%)

tamaño de los tamices

Huso 56 - NTP 400.037





4.2.3. Cemento

Se utilizó el cemento portland Tipo I Sol.

4.2.3 Agua

Red pública del distrito de San Sebastián-Cusco

4.2.4 Microsilice

La microsilice usada fue SIKA FUME, de la empresa de aditivos Sika, se presenta en polvo fino

de color gris, y cumple con la norma ASTM C-1240, poseyendo en su composición química un

93 % de óxido de sílice (SiO2).

Características:

Apariencia: polvo gris.

Gravedad específica: 2.20

Superficie especifica: 18000 – 22000 m2/kg

Partícula: Amorfa de forma esférica.

Finura (diámetro Promedio): 0.1-0.2 µm.

Porcentaje que pasa 45 µm: 95-100%.

Cuadro 5. Análisis químico de la microsilice Sika Fume

SiO2 93.0% mínimo

Fe2O3 0.8 % máximo

Al2O3 0.4 % máximo

CaO 0.6 % máximo

MgO 0.6 % máximo

Na2O 0.2 % máximo

K2O 1.2 % máximo

C (libre) 2.0 % máximo

SO2 0.4 % máximo

Perdida por ignición 3.5 % máximo

Fuente: Ficha técnica del producto Sika Fume

4.2.6 Superplastificante

Se utilizó el aditivo VISCOCRETE 20HE, de la empresa Sika la cual se presenta en forma

líquida siendo un reductor de agua de alto rango cumpliendo la normativa ASTM C-494.

4.2.7 Diseño de mezclas

El diseño de mezclas que se empleó para elaborar los 7 tipos de concreto fue el de la empresa

PREMEZCLADOS Y MAQUINARIAS CUSCO S.A. (PYMAC) la cual se basa en el diseño de

mezclas DIN 1045.

Para los 7 diseños se mantuvo constante la cantidad de cemento como también la relación

Agua/cemento, la cantidad de superplastificante variaba a medida que se utilizaba mayor

cantidad de diatomita como microsilice con la finalidad de mantener una similar consistencia.



Cuadro 5: Resumen de los diseños de mezcla

Concreto

Patrón

(CC)

Concreto

con 5%

de

diatomita

(D5)

Concreto

con 5% de

microsilice

(M5)

Concreto

con 10%

de

diatomita

(D10)

Concreto

con 10%

de

microsilice

(M10)

Concreto

con 15%

de

diatomitas

(D15)

Concreto

con 15%

de

microsilice

(M15)

Cemento (Kg/m3) 700 700 700 700 700 700 700

Arena (kg/m3) 868.3 826.4 828.6 784.4 788.9 742.5 749.2

Piedra (Kg/m3) 578.5 550.6 552.1 522.6 525.6 494.7 499.1

Agua (L/m3) 176 179.1 179.1 195.6 195.6 198.7 212.2

Diatomita

(Kg/m3)

- 35 - 70 - 105 -

Microsilice

(Kg/m3)

- - 35 - 70 - 105

Superplastificante

(L/m3)

21 28 28 21 21 28 14

Aire (%) 2 2 2 2 2 2 2

5. Ensayos y resultados

5.1 Ensayo de Revenimiento o Slump

Realizado según norma ASTM C143. El equipo usado fue el cono de Abrams.

Notamos que a medida que aumentamos el % de diatomita el asentamiento disminuye con el

mismo % de superplastificante disminuyendo su trabajabilidad, lo contrario sucede con la

microsilice pues a mayor adición de esta mayor trabajabilidad para evitar la segregación se

utilizo menor % de superplastificante en el concreto con 15 % de microsilice(M15).

En términos generales se observa todos los concretos se obtienen un buen asentamiento el cual

nos da una buena trabajabilidad la cual nos va permitir bombear el concreto sin ningún

problema.

2100

2150

2200

2250

2300

2350

2400

2450

D5 M5 D10 M10 D15

Ase

nta

mie

nto

(p

ulg

)

Asentamiento-ASTM C143



5.2 Ensayo de Peso unitario

Realizado según norma ASTM C 029

Se puede observar claramente que a mayor adición que se le da al concreto disminuirá su peso

unitario, los 3 concretos de diatomita (D5, D10 Y D15) poseen un peso unitario menor que el

concreto convencional (CC) y los 3 concreto con microsilice (M5, M10 Y M15).

5.3 Tiempo de fraguado


Fraguado Inicial

Fraguado Final

Se observa que a mayor adicion de diatomita el tiempo de fraguado es menor en comparación a

los demás concreto, lo cual es bueno para una rápida utilización del concreto y evitar asi gastos

en encofrado.

2100

2150

2200

2250

2300

2350

2400

2450

D5 M5 D10 M10 D15 M15 CC

P.U

. K

G/M

3

Peso Unitario-ASTM C 029

0

5

10

15

20

25

D5 M5 D10 M10 D15 M15 CC

HO

RA

S

Tiempo de Fraguado ASTM C 403



5.4 Temperatura

Este método provee un significado para la medición de la temperatura del concreto fresco.

Puede ser usado para verificar la conformidad de un requerimiento de temperatura específico de

un concreto.

Realizado según el ASTM C1064

Observamos que el concreto con adicion de 15% de diatomita es aquel que posee mayor

temperatura por lo que su tiempo de fraguado sera menor que los demás concretos lo cual se

corrobora con la prueba de tiempo de fraguado.

5.5 Resistencia a la compresión


Edad del concreto

Resistencia a la compresión Kg/cm2

D5 M5 D10 M10 D15 M15 CC

1 37.28 19.53 283.71 213.43 82.91 158.80 34.33

3 460.32 460.94 456.82 527.08 435.02 514.52 465.88

7 626.31 558.58 628.96 664.53 547.53 606.75 512.05

28 676.28 654.47 671.24 762.10 720.38 641.48 571.76

56 795.47 777.11 850.54 875.02 832.67 789.59 603.15

En la tabla presente se observa claramente que el concreto con 10% de adicion de microsilce

alcanzo una resistencia mayor a todos los demás obteniendo 875.02 kg/cm2 ,y el de 10 % de

diatomita obtuvo 850.54 kg/cm2

con una pequeña diferencia con el concreto M10 ambos al os

56 días.

Todas los concretos con adición superan su resistencia al concreto convencional.

Los concretos con 5% y 15% de adición de diatomita son superiores a los de su comparativa en

este caso los concreto de 5% y 15% de microsilice.

17.5

18

18.5

19

19.5

20

D5 M5 D10 M10 D15 M15 CC

TE

MP

ER

AT

UR

A (

°C)

Temperatura ASTM C1064



6. Conclusiones

- El desempeño de las diatomitas en los concretos de alta resistencia es óptimo pues

brinda buenos resultados. Se obtuvieron similares resultados y en otros mejores que los

concretos adicionando con microsilice.

- El mejor porcentaje de adición fue el concreto con una adición de 10 % de diatomita

pues obtuvo un valor muy similar de resistencia de su par con microsilice al 10%.

- Se deseó que todas las mezclas tuvieran gran plasticidad por el tema de trabajabilidad;

sin embargo, todas las mezclas que contienen diatomita requieren más trabajo y

esfuerzo. Es decir, existe una relación directamente proporcional entre cantidad de

diatomita, trabajo y esfuerzo en comparación que los concretos con microsilice.

- El m3

de concreto elaborado con diatomita es más económico que el elaborado con

microsilice.

- A mayor adición de diatomita disminuirá el peso unitario.

- Con respecto al tiempo de fraguado todos los concretos con diatomita fraguan mucho

mas rápido que los demás concretos permitiendo que estos sean utilizados de manera

rápida siendo conveniente económicamente.

7. Bibliografía

- Patricia Vilca Aranda; “Obtención de concretos de alta Resistencia”; Tesis de Grado

FIC Universidad Nacional de Ingeniería; Lima-2008.

- Edher Huincho Salvatierra; “Concreto de alta resistencia usando aditivo

superplastificante, microsilice y nanosilice con cemento portland tipo I”; Tesis de Grado

FIC Universidad Nacional de Ingeniería; Lima-2011.

- Carlos Sanchez Stasiw; “Estudio Experimental del empleo de diatomitas en la

producción de concretos de alto desempeño”; Tesis de Grado FIC Universidad Peruana

de Ciencias Aplicadas; Lima-2008.

- Anthony Pajuelo Amez, Alvaro Alonso Pómez Montiel; “Concreto de alto desempeño

utilizando nanosilice”; Universidad Nacional de Ingeniería.

- EMPRESA MINERA REGIONAL GRAU BAYOVAR S.A. Diatomitas

(http://www.minerabayovar.com.pe/diatomitas.htm )


http://www.minerabayovar.com.pe/diatomitas.htm

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