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influencia de agregados de puno en el diseño de concreto
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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS
ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA PROCEDENCIA DE AGREGADOS Y SU
REPERCUSIÓN EN EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETOS
ESTRUCTURALES EN EL DISTRITO DE PUNO - 2013.
PRESENTADO POR:
OMAR HENRY VARGAS PALOMINO
PARA OPTAR EL TITULO DE:
INGENIERO CIVIL
PUNO - PERÚ
2013
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS
ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA PROCEDENCIA DE AGREGADOS
Y SU REPERCUSIÓN EN EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETOS
ESTRUCTURALES EN EL DISTRITO DE PUNO - 2013.
PRESENTADA POR:
OMAR HENRY VARGAS PALOMINO
PARA OPTAR EL TITULO DE:
INGENIERO CIVIL
APROBADA POR EL SIGUIENTE JURADO:
………………………………………….PRESIDENTE
Ing. Máximo Eleuterio Coyla Quiza
……………………………………………
PRIMER MIEMBROIng. Daniel Coyla Sanchez
………………………………………….SEGUNDO MIEMBRO
Ing. Hernan Parmenio Colorado Huanca
………………………………………….DIRECTOR
Ing. German Belizario Quispe
i
DEDICATORIA
A mis padres Antonio yYolanda, que con su inconmensurable amor y sobre todo su entendimiento me encaminaron en esta vida.A Cesar, Camila, Kyara y Rocio, mis grandes amores.
ii
AGRADECIMIENTO
A Dios, por acompañarnos en todo momento y permitir la culminación de
esta gran etapa.
Antonio y Yolanda, mis queridos padres, por su apoyo sincero y
desinteresado, así como el su amorincondicional para con nosotros, este
logro es de ustedes.
A Edgar, Carmen y Rocío, que siempre creyeron y apostaron por esta
nueva aventura que empiezo.
A César, Camila y Kyara que hoy en día son los pilares y la razón
fundamental que me impulsan para seguir adelante.
A mis compañeros y amigos que han formado parte de mi vida profesional
a los que agradezco su amistad, consejos, apoyo, ánimo y compañía.
iii
RESUMEN
ANÁLISIS DE LA INFLUENCIA DE LA PROCEDENCIA DE AGREGADOS Y SU
REPERCUSIÓN EN EL DISEÑO DE MEZCLAS DE CONCRETOS
ESTRUCTURALES EN EL DISTRITO DE PUNO – 2013.
Br. Omar Henry Vargas Palomino
En el presente trabajo de investigación el propósito fundamental fue estudiar
la influencia de la calidad de los agregados pétreos ubicados en el distrito de
Puno sobre la resistencia a compresión del concreto, realizando ensayos
comparativos entre los concreto realizado con agregados de la Cantera
Viluyo y de la cantera Carucaya variando las resistencias de diseño
empleadas, para lo cual se realizaron 60 mezclas de concreto y 180 cilindros
de ensayo.
Las propiedades del concreto que se estudiaron fueron la trabajabilidad
(manejabilidad) y la resistencia a la compresión a los 7 días y 28 días
Los resultados permiten concluir que en el concreto realizado con agregados
de la Carucaya, presento poca trabajabilidad debido a la gran cantidad de
tamaños cercanos al tamaño máximo nominal del agregado, en el concreto
endurecido, los resultados de la resistencia a compresión fueron los
esperados en el diseño de mezcla, todo esto, a diferencia del concreto
realizado con agregados de la Viluyo que presento mejor trabajabilidad pero
baja resistencia a la compresión, es de hacer notar que existen variables en
la calidad de los agregados que no están incluidas en las fórmulas de diseño
de mezcla que afectan directamente las propiedades mecánicas del concreto.
iv
INDICE
UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS_______________________________________1
DEDICATORIA________________________________________________________ii
AGRADECIMIENTO___________________________________________________iii
RESUMEN____________________________________________________________iv
INTRODUCCIÓN._____________________________________________________vii
CAPITULO I___________________________________________________________1
1. EL PROBLEMA.___________________________________________________1
1.1. Planteamiento del Problema_________________________________________1
1.2. Objetivos de la Investigación.________________________________________3
1.3. Justificación de la Investigación._____________________________________4
1.4. Alcances de la Investigación.________________________________________5
1.5. Limitaciones de la Investigación._____________________________________6
1.6. Delimitación Temporal y Espacial.____________________________________61.6.1. Temporal._____________________________________________________________61.6.2. Espacial.______________________________________________________________6
CAPITULO II__________________________________________________________7
2. MARCO TEÓRICO._________________________________________________7
2.1. Antecedentes de la Investigación.____________________________________72.1.1. Antecedentes históricos.________________________________________________72.1.2. Investigaciones Previas._______________________________________________13
2.2. Bases Teóricas.____________________________________________________152.2.1. Estudios Geológicos de las Canteras a Investigar._________________________152.2.2. Geomorfología._______________________________________________________202.2.3. El Concreto.__________________________________________________________292.2.4. Características del concreto.____________________________________________312.2.5. Componentes del Concreto_____________________________________________342.2.6. Resistencia del Concreto_______________________________________________45
2.3. Definición de Términos_____________________________________________53
CAPITULO III_________________________________________________________59
PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION Y PROGRAMA DE ENSAYOS_59
3.1. Variable a Estudiar en el Desarrollo Experimental____________________593.1.1. Resistencia de Diseño._________________________________________________603.1.2. Tipos de Agregados.___________________________________________________613.1.3. Ensayos a los Agregados.______________________________________________62
v
3.2. Programa de ensayos______________________________________________63
3.3. Parámetros de Comparación.__________________________________________643.3.1. Concreto en Estado Fresco.____________________________________________653.3.2. Concreto en Estado Endurecido.________________________________________653.3.3. Identificación de las Probetas.__________________________________________663.3.4. Preparación de las mezclas de concreto:_________________________________683.3.5. Ensayos Previos.______________________________________________________683.3.6. Obtención de Pesos específicos para el Diseño de Mezcla Método ACI.______703.3.7. Diseños de mezcla de concreto._________________________________________77
CAPITULO IV_________________________________________________________87
DESARROLLO DE LA ETAPA EXPERIMENTAL_________________________87
4.1. Evaluación de la calidad de los agregados.__________________________874.1.1. Agregados cantera Viluyo:______________________________________________874.1.2. Agregados cantera Carucaya:__________________________________________87
4.2. Preparación del Ensayo Slump______________________________________884.2.1. Definición.____________________________________________________________884.2.2. Equipos a utilizar._____________________________________________________884.2.3. Procedimiento del ensayo (SLUMP)_____________________________________89
4.3. Elaboración de briquetas para los ensayos de Compresión del Concreto.________________________________________________________________92
4.3.1. Equipo necesario:_____________________________________________________924.3.2. Muestreo:____________________________________________________________934.3.3. Desmoldado:_________________________________________________________974.3.4. Curado:______________________________________________________________97
4.4. Evaluación y aceptación del concreto._______________________________984.4.1. Ensayo a la Compresión del Concreto.___________________________________99
CAPITULO V____________________________________________________________101
RESULTADOS Y DISCUSIÓN_____________________________________________101
CONCLUSIONES________________________________________________________111
REFERENCIAS__________________________________________________________114
vi
INTRODUCCIÓN.
El concreto es el material constituido por la mezcla en ciertas
proporciones de cemento, agua, agregados y opcionalmente aditivos, que
inicialmente denota una estructura plástica y moldeable y que
posteriormente adquiere una consistencia rígida con propiedades
aislantes y resistentes, lo que hace un material ideal para la construcción.
La pasta es el resultado de la combinación química del cemento y el
agua. Se le considera la fase continua del concreto, ya que siempre está
unida con algo de ella misma a través de todo el conjunto.
El agregado es la fase discontinua del concreto, dado que sus diversas
partículas no están unidas o en contacto unas con otras, si no se
encuentran separadas por espesores diferentes de pasta reducida.
En tiempos pasados se decía que los agregados eran elementos inertes
dentro del concreto ya que estos no intervenían directamente dentro de
las reacciones químicas, en la actualidad se establece que siendo este
material el que mayor porcentaje (aproximadamente el 60% - 80% del
volumen) de participación tiene dentro de la unidad cubica de concreto,
sus propiedades y características diversas influyen en todas las
propiedades del concreto, la influencia de los agregados en las
propiedades del concreto tienen efectos importantes, no solo en el
vii
acabado y calidad final del concreto, sino, también sobre la trabajabilidad
y consistencia en estado plástico, así como la durabilidad y resistencia del
concreto endurecido.
La mayor parte de los factores que influyen en la bondad de las canteras
de agregados se relacionan a la historia geológica de la región. Estos
factores incluyen el tamaño, forma y ubicación de la cantera; tipos y
condiciones de roca; granulometría, grado de redondez y uniformidad de
las partículas de los agregados. Esta gran variabilidad en las
características de componentes en los agregados pétreos de acuerdo a
su ubicación, por lo que las propiedades del concreto están determinadas
fundamentalmente por las características físicas y químicas de sus
componentes, además de los cambios en la trabajabilidad, serán la base
de esta investigación que pretende evaluar la influencia de los diferentes
agregados en el Distrito de Puno en las características del concreto en
estado fresco y en estado endurecido, siendo una guía para poder
comprender el importante rol que los agregados desempeñan.
En la actualidad, para el momento de la elaboración de expedientes que
contienen mezclas de concreto, el ingeniero civil se ve en la necesidad de
recurrir a la utilización de agregados de diferentes proveniencia, pero al
momento de ejecutar la obra existe diferentes problemas con relación a la
extracción del agregado, generando cambios de la procedencia de los
agregados sin realizar los ajustes correspondientes en los diseños de
mezclas, los cuales nos van a alterar y por ende generar cambios en la
trabajabilidad del concreto en estado fresco y en su resistencia final en
viii
estado endurecido.
Esta investigación en particular se ve enfocado en el comportamiento
mecánico del concreto elaborado con agregados de la cantera de Viluyo y
Cantera de Carucaya, los agregados a utilizar en el caso de ambas
cantera serán el hormigónque fueron evaluados según la Norma Técnica
Peruana NTP, observando de esta manera los diferentes niveles de
calidad para ambos casos.
Para cuantificar los efectos de la variación en los niveles de calidad de los
agregados y su influencia en la resistencia final del concreto, se establece
un plan de ensayos a realizar en el Laboratorio de Materiales donde se
efectúan ensayos comparativos entre mezclas de concreto que poseen
igual resistencia e igual relación agua-cemento, pero se varían las
cantidades de agregados de acuerdo a su proveniencia, para lo cual se
realizan 60 mezclas en total, evaluando resistencia baja (175 Kg/cm2) y
resistencia alta (210Kg/cm2) para ambas canteras en estudio.
ix
1
CAPITULO I
1. EL PROBLEMA.
1.1. Planteamiento del Problema
La calidad del concreto es referida, usual y principalmente, a su
resistencia a la compresión, la misma que es indicada en las
especificaciones técnicas y es un factor determinante en la
seguridad de una estructura, pero esta no se obtiene únicamente
con un correcto diseño de mezcla para una obra, un eficiente
mezclado y colocación, porque aun cumpliendo con estos, los
resultados de laboratorio muestran variaciones considerables en la
resistencia de un concreto hecha bajo un mismo diseño.
Las causas de las variaciones en la resistencia de un concreto son
difíciles de descifrar, pero si se considera que los agregados
constituyen el esqueleto del concreto, y son responsables de buena
parte de las características del mismo pues son un elemento
mayoritario, estando su porcentaje del 70% al 80% de la unidad
cúbica del concreto , se puede concluir que las variaciones de
calidad en el tiempo de estos afectan en gran medida las
propiedades finales del concreto.
2
Se puede mencionar, por ejemplo, que uno de los factores que
afectan la resistencia mecánica del concreto y no encuentran
implícito en las formulas en que se basan los diseños de mezcla, es
la cantidad de agregado fino que pasa la malla N° 200, además de
éste, la presencia de materiales desmenuzables e impurezas como
limos, arcillas, materias orgánicas y partículas livianas en los
agregados afectan de igual modo la adherencia interna del concreto
y por ende su resistencia final dado que estos agregados son de
baja densidad por lo que son poco resistentes y porosos .
Con base a lo expuesto, y considerando que la explotación de
canteras de grava y bancos de arena en Puno y en nuestro país se
lleva a cabo con un mínimo y a veces ningún control de calidad que
aseguren que el material obtenido cumpla con los requisitos de las
normas técnicas empleadas en nuestro medio, la presente
investigación tiene como propósito estudiar los diferentes tipos de
agregados disponibles en el mercado, elaborar mezclas de baja y
alta resistencia con estos agregados y evaluar resultados con el fin
optimizar las cantidades a incluir en el diseño de mezcla, de
acuerdo a la proveniencia del mismo, contribuyendo así, con dar a
conocer las bondades de las canteras de agregados disponibles en
Puno.
3
1.2. Objetivos de la Investigación.
Objetivo General
Evaluar la influencia de agregados de diferentes procedencias en el
Distrito de Puno en las propiedades mecánicas a la compresión del
concreto.
Objetivos Específicos
- Realizar los ensayos de control de calidad de agregados de
procedencia de la cantera Viluyo y la cantera Carucaya
además de elaborar un análisis comparativo.
- Diseñar y elaborar mezclas de concreto con diferentes
resistencias, alta (210 Kg/cm2) y baja (175Kg/cm2), para
ambas canteras.
- Efectuar ensayos de laboratorio que permitan conocer las
características del concreto en estado fresco (trabajabilidad
y/o manejabilidad) y en estado endurecido (resistencia
mecánica a la compresión).
4
1.3. Justificación de la Investigación.
La importancia de obtener concreto de resistencia estable
obteniendo concretos de acuerdo al diseño propuesto, de
durabilidad óptima, con las proporciones adecuadas dependiendo
de la proveniencia del agregado en el Distrito de Puno, es la razón
principal del enfoque de este estudio, debido a que estos aspectos
son los que idealmente deben cumplir los usuarios del concreto.
Obtener resultados estables en cuanto a resistencia en distintas
fechas de producción en una obra, es realmente difícil, las
variaciones que se presentan son comúnmente a causa de no
optimizar los componentes del concreto.
Sabemos que la durabilidad del concreto está ligada a la
durabilidad individual de sus componentes, y de estos, los
agregados son los señalados como principales modificadores de
ésta, ya que la producción de cemento esta normada y tecnificada
en el país, no así, la producción y obtención de agregados pétreos,
en esta investigación se evaluaran posibles factores que modifiquen
las características del concreto como por ejemplo: una excesiva
finura en la arena, la cual aumenta los requerimientos de agua y en
consecuencia de cemento, además de excesos de absorción y
5
material grueso presente en arenas que puedan disminuir la
trabajabilidad, aumentando la necesidad de pasta.
En conclusión, este estudio permitirá predecir los efectos que sufre
el concreto con cada alteración de las características de los
agregados al ser explotados en las canteras del Distrito de Puno,
además se analizara la falta estricta de controles de calidad o
estudios que verifiquen la variación de los agregados.
1.4. Alcances de la Investigación.
En el presente trabajo de investigación se alcanzará a evaluar la
calidad de los agregados para concreto disponibles en el Distrito de
Puno, estableciendo así un análisis comparativo entre ellos,
determinando si estos se mantienen dentro de los límites
aceptables determinados por la NTP (Norma Técnico Peruana), así
como la influencia de las variaciones de estos índices de calidad y
plantear a nivel de diagnóstico, las causas y los efectos que estos
puedan generar en la resistencia del concreto, todo esto, a través
de la experimentación y ensayos en el Laboratorio de Materiales.
Esto permitirá esquematizar y analizar los resultados para nuevas
investigaciones referidas al área en estudio.
6
1.5. Limitaciones de la Investigación.
Las limitaciones en esta investigación están determinadas por la
falta de conocimiento de datos importantes acerca de las
características químicas en los agregados, derivando que no se
puedan conocer los efectos que estas características puedan
causar sobre el concreto, estos ensayos no es posible realizarlos
por la insuficiencia de equipos de laboratorio y el alto costo que
implica la elaboración de ensayos mineralógicos y petrográficos
como: presencia de cloruros y sulfatas, además de la
disgregabilidad del agregado a los sulfatos, especificados en la
norma NTP 334.094:2001.
1.6. Delimitación Temporal y Espacial.
1.6.1. Temporal.
El objeto de la investigación tomó como punto de partida el
mes de Julio del dos mil trece a Noviembre del dos mil trece,
dicho periodo permitió establecer los objetivos planteados.
1.6.2. Espacial.
Esta investigación recopilará y analizará las canteras que
suministran material pétreo (Agregado Grueso, fino y
7
hormigón) al distrito de Puno, provincia de Puno y
Departamento de Puno.
CAPITULO II
2. MARCO TEÓRICO.
2.1. Antecedentes de la Investigación.
2.1.1. Antecedentes históricos.
El concreto, en su concepto más general de masa constituida
por materiales pétreos ligados con productos aglomerantes, fue
utilizado por el hombre desde los albores de la civilización en la
construcción de diversas obras, muchas de las cuales causan
admiración, aún en nuestros días, por su magnitud, belleza,
resistencia y extraordinaria durabilidad .
El desarrollo histórico de su tecnología no es aun
suficientemente conocido, debido a que los avances
tecnológicos logrados en las diversas épocas por las distintas
civilizaciones se han perdido al desaparecer o decaer éstas.
Sin embargo, con los actuales antecedentes disponibles
podemos distinguir tres etapas en el desarrollo tecnológico del
hormigón:
8
Una primera etapa abarca principalmente el período
comprendido entre 7.000 años Antes de Cristo hasta las
cercanías del siglo I A.C. y se caracteriza por la utilización de
aglomerantes en la unión de bloques constituidos tanto por
materiales naturales (roca) como elaborados (ladrillos
cerámicos). El primer aglomerante conocido fue aparentemente
la arcilla, ligante utilizado especialmente en las construcciones
babilónicas y asirías. Posteriormente, se utilizó también el yeso,
principalmente en las construcciones egipcias. Finalmente, los
griegos emplearon extensamente aglomerantes en base a cales
grasas simples, material que aparentemente fue ya conocido por
civilizaciones más antiguas.
La segunda etapa, más conocida actualmente, corresponde al
importante desarrollo tecnológico logrado por los romanos
desde el siglo I A.C., que les permitió obtener propiamente un
hormigón semejante al que conocemos hoy, que, además de
constituir un producto que ligaba bloques, podía utilizarse,
mezclando puzolana con cal, materiales pétreos y cascotes de
ladrillo, para moldear en sitio partes de estructuras y estructuras
completas. Con este producto se generó una revolución
9
tecnológica en la construcción, que permitió mejorar la calidad
de las fundaciones, simplificar los procedimientos constructivos
y construir elementos de grandes dimensiones y de gran
belleza, resistencia y durabilidad. Un ejemplo de obra de
hormigón moldeado en sitio lo constituye el domo del Panteón
romano, construido en el siglo I D.C., de 43.4 metros de
diámetro (levemente superior al de la Basílica de San Pedro),
que se mantiene en excelente estado de conservación después
de casi veinte siglos de existencia.
Algunos aspectos de este importante desarrollo del concreto ha
llegado a nuestros días, entre otros antecedentes, por el libro
“DeArchitectura”, escrito por el ingeniero y arquitecto romano
Vitruvio en el siglo I A.C., en el cual describió la tecnología
utilizada en esa época. Las actuales denominaciones “cemento”
y “puzolana” derivan del término “opus coementitium” con que
los romanos designaban al concreto, y del nombre de un puerto
cercano a Roma, Puzzuoli, en cuya vecindad se extraía el
mencionado material volcánico, que mezclado con cal constituía
un cemento natural. Es significativo lo que decía Vitruvio en
relación con la puzolana: “También hay una clase de polvo que,
por causas naturales, produce resultados asombrosos, se
10
encuentra en la vecindad de Bata y Putuoli (Puzzuoli) y en los
pueblos alrededor del Monte Vesubio. Esta sustancia, cuando
es mezclada con cal y cascotes o piedras, no solamente provee
resistencia a construcciones de todo tipo, sino que cuando se
construyen pilares en el mar, endurece bajo el agua, de tal
manera que ni las olas ni la fuerza del agua pueden disolver.”
Esos pilares, aún existentes, tienen más de 2.000 años de
antigüedad. La tecnología lograda por los romanos se perdió al
decaer la vitalidad del Imperio y ser invadido por otros pueblos.
Fue sólo en el siglo XIX cuando se inicia la tercera y actual
etapa, con el redescubrimiento del concreto a través de la
obtención, en Francia e Inglaterra, del cemento como ligante
hidráulico, complementado a comienzos del presente siglo con
la utilización, en Italia, de los cementos puzolánicos. La
tecnología del hormigón en esta etapa adquirió de inmediato un
extraordinario ritmo de perfeccionamiento debido al esfuerzo
sistemático de investigación aplicada desde el siglo pasado.
Posteriormente al descubrimiento de Smeaton, en 1756, sobre
el uso de buenos morteros para reconstruir el faro de Eddyston,
el cemento fue desarrollado a partir de las investigaciones del
francés Vicat en 1818 y del escocés Aspdin, quien lo patentó en
11
1824 con el nombre de cemento Portland, por la denominación
romana del hormigón y por la similitud del producto obtenido con
las rocas de la isla de ese nombre.
Entre las investigaciones posteriores de mayor importancia
pueden citarse, entre otras, las desarrolladas por:
- Johnson, en 1884, en relación con el proceso de
clinquerización, que permitió la producción industrial del
cemento.
- De Preaudeau, en relación con la determinación de la
compacidad de las arenas.
- Alexandre, sobre los procedimientos para la
determinación del agua de mojado de las arenas y la
influencia de la temperatura sobre el fraguado de la pasta
de cemento.
- Férét, también sobre la determinación de la compacidad y
el agua de mojado de las arenas y una de las
propiedades básicas del hormigón, la influencia de la
razón agua/cemento sobre la resistencia de los morteros.
- Abrams, quien investigó sobre la medición de la
trabajabilidad de los hormigones, desarrollando el cono
12
que lleva su nombre para este objeto, ideó la noción de
módulo de finura de los áridos, destinado a sintetizar su
granulometría en una sola cifra, y que también llegó,
paralelamente con Férét, a la relación entre resistencia y
razón agua/cemento.
Diversos investigadores italianos, en relación con la influencia
de la puzolana en las características del cemento.
Ellas han sido enriquecidas por un sinnúmero de
investigaciones, entre las que es importante destacar las
relacionadas con el uso de otros materiales (fierros, fibras, etc.),
y con diversos aditivos que han permitido adaptar sus
características a las necesidades de los distintos tipos de obras.
Actualmente se profundizan los estudios relativos a la fisuración
y rotura del hormigón, los que permiten precisar el diseño de los
elementos de concreto armado.
En la actualidad se han refinado en gran forma los sistemas de
análisis, mediante la utilización en computador del método de
elementos finitos. Concretos pre y post-tensados. Su empleo fue
impulsado principalmente para la construcción de puentes de
13
grandes luces.
En los últimos años es difícil seguir la historia de la evolución del
proceso de mezclas. Muchos son los protagonistas y países
implicados. Donde hay algo en común: Obtener un concreto que
cumpla con todos los requisitos establecidos por el ingeniero
proyectista, que ofrezca al usuario el máximo de seguridad, y
que tenga el menor consto compatible con las exigencias a sus
propiedades en un gran porcentaje .
2.1.2. Investigaciones Previas.
Aleajos y Fernández, (2006) desarrollaron una
investigación denominada “Influencia de los
agregados pétreos en las propiedades del concreto
fresco” Dicha investigación consistió en la realización
de ensayos con el fin de determinar como la absorción
es quizás la propiedad del agregado que más influye
en la consistencia del concreto, puesto que las
partículas absorben agua directamente en la
mezcladora, disminuyendo la manejabilidad de la
mezcla. Si dos tipos de agregados tienen absorción
similar, otros factores secundarios serán de
14
importancia en la consistencia de la mezcla, tales
como forma, tamaño y graduación; ya que mientras
mayor superficie de agregado sea necesario cubrir
con pasta, se tendrá menos fluidez. Una buena
consistencia y manejabilidad de la mezcla se obtiene
con la combinación de índices bajos de absorción y un
coeficiente bueno de forma, en donde las partículas
son aproximadamente redondas.
El presente estudio es un aporte importante para el
desarrollo de la investigación, por cuanto los
resultados de la misma referidos a la absorción
permiten tener un patrón de comparación a la hora de
analizar los resultados obtenidos en el presente
estudio.
Por otro lado Kosmatka y Panarese (2003), dieron a
conocer que la granulometría y el tamaño máximo del
agregado para las gravas afectan las porciones
relativas de los agregados, así como los requisitos de
agua y cemento, la trabajabilidad la economía y
durabilidad del concreto. Cuando los agregados son
15
muy gruesos, pueden producir mezclas rígidas;
mientras que los agregados que no poseen una gran
deficiencia o exceso de algún tamaño y tienen una
curva granulométrica suave, producirán resultados
más satisfactorios en las propiedades del concreto
fresco.
Es necesario indicar que , hacen presente que las
principales variables que influyen en el acabado
definitivo del concreto son: el diseño y las
características de la mezcla empleada y las técnicas
de compactación del concreto, así como la
improvisación causada por la falta de planeación lleva
a la selección de procedimientos constructivos
inadecuados.
2.2. Bases Teóricas.
2.2.1. Estudios Geológicos de las Canteras a Investigar.
2.2.1.1. Generalidades.El presente estudio de Geología corresponde a la
elaboración de estudio definitivo de comparación de
16
agregados en cantera de Viluyo y Carucaya, Distrito de
Pichacani, Provincia de Puno y Departamento de Puno.
2.2.1.2. Ubicación y accesibilidad del área de estudio.
El área en estudio se encuentra ubicada en:
Región : Puno
Departamento : Puno
Provincia : Puno
Distrito : Pichacani
Lugar : C.P. Viluyo. y C.P. Carucaya
Para llegar a la zona de Proyecto se toma de las siguientes
rutas como son:
Cuadro 01:Vías de acceso de las canteras.
Fuente: Elaboración propiaCon coordenadas UTM y altitudes que presenta así:
VIAS DE ACESOS
TRAMO DIST. TIEM. TIPO DE VÍA VÍA PRINCIPAL(Km) (Min)
Puno – Km. 27+000 27 40 Asfaltada Puno – Moquegua
Km. 27+000 – Puente Carrozable Viluyo 5 15 Trocha A caserío Viluyo
17
Cuadro 02: Coordenadas de Ubicación del Proyecto.
Fuente: Elaboración propia
2.2.1.3. Clima.
Las canteras en estudio corresponde a la región
denominado Altiplano, presenta temperaturas muy
inestables siendo la máxima de 8° C a 12° C y las
variaciones estacionales no exceden de 5° C es decir es
casi uniforme durante el año existiendo mínimas
temperaturas en la temporada de otoño e invierno
llegando por debajo de 0° a -5°C. Observándose dos
estaciones bien definidas como son:
Época de lluvias. Caracterizada por una precipitación
pluvial abundante, que se produce entre los meses de
Diciembre a Marzo (del orden de los 670 mm. de
promedio anual).
CUADRO DE UBICACIÓN DEL PROYECTO
DETALLE VERTICES
COORDENADAS UTM
Vértice A 393800 E 8222600 N
Vértice B 394800 E 8222600 N
Vértice C 394800 E 8221900 N
Vértice D 393800 E 8221900 N
ALTITUD PROMEDIO 3,950
DATUM WGS 84/UTM Zona 19 H.S.
18
Época de heladas y sequias. Se caracteriza por una
escasa precipitación pluvial, comprendiendo los meses
de Abril a Noviembre. En los meses de Mayo, Agosto y
Octubre se presentan esporádicas granizadas y
nevadas.
La vegetación en esta región, debido al clima imperante
es escaso y está compuesta de gramíneas como ichu o
paja brava y otros forrajes que sirven de alimento a la
ganadería compuesta predominantemente por
auquénidos, vacunos nativos y ovinos.
2.2.1.4. Objetivos del estudio geológico.
El objetivo del estudio definitivo es determinar las
características geológicas de los terrenos y canteras
para relleno, afirmado, concreto hidráulico, roca y
finalmente se verifico y se determinó la calidad del agua
que incluye estas.
2.2.1.5. Método de trabajo.
El presente estudio geológico, la metodología definida
19
comprende básicamente una investigación de campo a
lo largo de la zona en estudio, mediante muestreos y
mapeos con la toma de muestras.
2.2.1.6. Recopilación de datos.
En esta etapa se efectuó lo siguiente:
Recopilación bibliográfica, selección y evaluación
de la información general desde el punto de vista
geológico.
Análisis y evaluación de la documentación referente
al proyecto.
Obtención de información geológica, cartográfica y
topográfica existente.
2.2.1.7. Trabajo de campo.
Se hizo el mapeo geológico, exploración y localización
de canteras con un reconocimiento del afloramiento de
suelo para relleno, afirmado, roca, agregado y agua, que
pudieran ser explotadas para los diferentes usos del
proyecto.
20
2.2.1.8. Trabajos gabinete.
Con los datos obtenidos en campo, se han realizado la
interpretación de la geología de la zona del
emplazamiento de las infraestructuras que contendrá el
proyecto en estudio, información con la que se ha
confeccionado los mapas geológicos y geomorfológicos,
también se efectuó diseño de canteras para concreto
hidráulico.
2.2.2. Geomorfología.
2.2.2.1. Geomorfología de la zona de proyecto.
La zona de estudio se halla ubicado dentro de la unidad
geomorfológica regional conocida como Cordillera
Occidental y Altiplano o Meseta del Collao, el cual se
caracteriza por presentar una topografía Montañosa,
ondulada, plana y además está conformada por una
cadena de montañas conformada por rocas volcánicas,
volcano clásticas y sedimentarias cubiertas por
depósitos cuaternarios como son: aluviales, fluviales,
coluviales, fluvioglaciares y residuales.
21
2.2.2.2. Unidades geomorfológicas locales.
En la zona de estudio, durante los trabajos de campo se
ha podido identificar tres sistemas (Antrópico, Fluvial, y
Volcánico - Montañoso), los mismos que contienen 7
unidades geomorfológicas, las que se presentan en el
cuadro siguiente:
FOTO 01: VISTA DE LA GEOMORFOLOGIA LOCAL
Cuadro 03: Unidades Geomorfológicas
UNIDADES GEOMORFOLOGICASSISTEMAS UNIDADES
ANTRÓPICO Vías y accesos
FLUVIALLecho Fluvial
Terrazas AluvialesBofedales
VOLCÁNICO -MONTAÑOSO
Laderas AltasLaderas BajasPie de Monte
2.2.2.2.1. Sistema antrópico.
Está constituido por las construcciones y/o
modificaciones efectuadas en la superficie tales
22
como:
Vías de acceso local.
Viviendas comunales.
2.2.2.2.2. Sistema fluvial.
Este sistema contiene unidades que tienen relación
directa con el escurrimiento superficial de las
aguas, dichas unidades son:
Lecho fluvial.
El efluente principal del área donde se
emplaza el proyecto es el Rio Viluyo, las
cuales discurren en direcciones de SE-NW,
siendo de gran importancia para la
biodiversidad de la zona, este Río
desemboca en rio Ilave y luego en el Lago
Titicaca, llevando consigo materiales
cuaternarios sueltos como son las gravas,
arenas y limos.
23
FOTO 02: RIO VILUYO
Terrazas aluviales.
Las terrazas se hallan ubicadas en los
márgenes izquierdo y derecho del rio Viluyo,
y estos fueron formadas al ir desgastando
las paredes del lecho fluvial, la terrazas
están formadas por materiales granulares y
finos superpuestas tales como gravas,
arenas y suelos finos. Dentro de esta
unidad, se desarrolla la producción agrícola,
aprovechando su relieve y las propiedades
físicas de los suelos, en nuestro tramo en
estudio se observa a lo largo del rio Viluyo.
Bofedales.
24
En toda el área de estudio se pudo divisar
varias zonas de áreas hidromorficas, que se
mantienen como tal incluso en épocas de
estiaje, se forman debido a una capa
impermeabilizante que impide la infiltración
del agua. Estos bofedales son de gran
importancia para mantener la Biodiversidad
tanto animal como vegetal en la zona y se
identificaron en el eje de la carretera al
caserío Viluyo.
2.2.2.2.3. Sistema volcánico– montañoso.
Está constituido por geo formas originadas por
edificación tectónica, volcánica y sedimentaria; así
como, originadas por denudación muy relacionada
con la composición litológica en la zona de
proyecto este sistema se encuentra en el margen
izquierdo y derecho del rio Viluyo a unos 2 Kms.
Laderas y taludes.
Podemos distinguir dos clasificaciones
dentro de esta unidad como son las laderas
Altas, que contempla esencialmente las
25
áreas elevadas que poseen una pendiente
mayor a 35º 45° que lo constituyen en
ambos lados del rio Viluyo.
Pie de monte.
Son las acumulaciones de materiales
inconsolidados que se encuentra en las
zonas de unión entre las montañas y
planicies, este depositario se produce
cuando estas partículas sueltas pierden su
energía potencial debido a la disminución
del ángulo de la pendiente, este se presenta
con claridad en los cerros que lo rodea el
proyecto.
2.2.2.3. Geología local.
2.2.2.3.1. Cenozoica (neogeno).
Grupo tacaza (TTA).
Este grupo se presenta en los alrededores del
proyecto a una distancia de Km. 2.00, su edad esta
entre los sistemas Neógeno en las serie Mioceno –
Oligoceno correspondientemente, está compuesto
26
por basaltos y arcosas rojas abajo y aglomerados de
andesita con tufos de dacita arriba afloran en los
cerros aledaños del proyecto, no afectan a nuestro
área de estudio.
Grupo barroso (NQ-BA)
Este grupo se presenta en las inmediaciones del
proyecto su edad esta entre los Sistemas Neógeno
– Cuaternario en las series Pliocenicas –
holocenicas respectivamente, están compuestos
por una variedad de rocas de origen volcánico.
Este grupo contempla a las formaciones
Casamiento y Umayo con sus respectivos
miembros litológicos. Estas se pueden divisar a
grandes extensiones ya que poseen un Angulo de
buzamiento mayor a los 45º y presentan un relieve
empinado debido a sus componentes líticos como
son. Las lavas andesiticas y daciticas, tobas
biotiticas, brechas de flujo y aglomerados en una
matriz areno tobacea, no afectan al proyecto.
Formación maure (Nm-ma)
27
Esta unidad se encuentra a los alrededores del
proyecto su edad está desde el Neógeno –
Miocena, está constituido por areniscas tobaceas,
limolitas, arcillitas y conglomerados presenta una
coloración de tonos rojizos a gris verdosos. En un
ámbito regional, estos se caracterizan por
presentar una interestratificación (ignimbritas,
tobas, andesitas basalticas) conjuntamente con
sedimentos lacustres que se extienden en el
cuadrángulo de la hoja 34-Y, no influye en el
proyecto.
2.2.2.3.2. Cenozoica (cuaternario)
Formación Azangaro (TQ-az)
Serie sedimentario de edad plio-pleistoceno
compuesta de arcillas lacustrino, bien laminados
casi horizontales, se observa con claridad ríos
abajo del proyecto a unos 600 m. tal como se
observa en el plano geológico.
Depósitos fluviales (Q-al)
Dentro de este depósito se ubica nuestro proyecto
28
y también se encuentra a lo largo del lecho del rio
Viluyo, están compuestos predominantemente por
gravas en un matriz arenoso, de formas
redondeadas a sub-redondeadas, son de
composición heterogenea. Estos depósitos son
adecuados como canteras (agregado para concreto
hidráulico y relleno como mezcla de relleno y
afirmado).
29
MAPA N° 01: Ubicación Regional Geopolítica, Mineral - Región Puno, Fuente MTC.
2.2.3. El Concreto.
Define al Concreto como un producto artificial compuesto, que
consiste de un medio ligante denominado pasta, dentro del cual se
encuentran embebidas partículas de un medio ligado denominado
agregado.
La pasta es el resultado de la combinación química del material
cementante con el agua. Es la fase continua del concreto dado que
siempre está unida con algo de ella misma a través de todo el
conjunto de éste.
30
El agregado es la fase discontinua del concreto dado que sus
diversas partículas no se encuentran unidas o en contacto unas con
otras, sino que se encuentran separadas por espesores diferentes
de pasta endurecida.
Las propiedades del concreto están determinadas
fundamentalmente por las características físicas y químicas de sus
materiales componentes, pudiendo ser mejor comprendidas si se
analiza la naturaleza del concreto.
El concreto el cual es de mucho uso en la construcción de obras
civiles cuyos componentes básicos son cemento y agua (pasta),
arena y grava (agregado), ofrece una resistencia que depende en
gran medida de la calidad y proporción de los componentes de las
mezclas y de las condiciones de humedad y temperatura durante
los procesos de fabricación, compactación y de fraguado. A los
efectos se requiere conocer:
- Procedencia de los agregados grueso y fino.
- Origen y tipo de cemento.
- Procedencia y calidad del agua mezclado.
31
- Diseño de mezcla, indicando el asentamiento.
- Dosificación en peso y volumen de los materiales a mezclar,
asegurar una resistencia promedio a la compresión.
La dosificación de los ingredientes del concreto se determina a fin
de lograr: La trabajabilidad y consistencia adecuadas para que el
concreto sea vaciado dentro del encofrado y alrededor del refuerzo,
sin segregación ni exudación excesivas; bajo las condiciones de
colación en obra y requisitos del ensayo de resistencia indicados en
la norma.
2.2.4. Características del concreto.
El Concreto es un material constituido principalmente por áridos y
pasta de cemento. Eventualmente contiene también una pequeña
proporción de aire y aditivos utilizados para modificar algunas de
sus propiedades .
El agregado utilizado es un material granular compuesto de
partículas de origen pétreo de diferente tamaño, de contextura dura
y material estables, cuyo objeto básico es constituir un esqueleto
inerte para el hormigón. Generalmente se integra mediante dos o
más fracciones, cada una de las cuales contiene una gama
32
diferente de tamaños de partículas.
La pasta de cemento está formada por la mezcla de cemento y
agua el cual constituye el aglomerante activo del Concreto.
Todos estos materiales se mezclan homogéneamente en
cantidades adecuadas para constituir una masa plástica y
trabajable, a la cual se le pueden conferir propiedades apropiadas
para ser moldeada en la forma que se desee.
En esta etapa el concreto puede ser fácilmente transportado y
depositado en el elemento del cual pasará a formar parte
constituyente, recibiendo a continuación un tratamiento adecuado
de consolidación o compactación, que le confiere su máxima
densidad.
En el intertanto, el cemento y el agua se han combinado,
generando un proceso físico-químico en cuya etapa inicial se
produce la hidratación de los componentes del cemento, del cual
resulta primero su fraguado y posteriormente su endurecimiento
gradual, que, en condiciones adecuadas de humedad y
33
temperatura, prosigue indefinidamente en el tiempo, con un
incremento creciente de la capacidad resistente del concreto.
Esta capacidad resistente es una propiedad importante para el
diseño y la construcción de obras de ingeniería y puede ser
aproximadamente prevista en función de las características y
proporciones de los materiales constituyentes.
Las condiciones reseñadas permiten establecer las razones del uso
tan difundido que el concreto a alcanzado como material de
construcción y que pueden resumirse en las siguientes:
Posibilidad de producción utilizando materiales de amplía
difusión en cualquier país del mundo.
Facilidad para conferirle cualquier forma debido a su
plasticidad.
Posibilidad de prever y adaptar sus características a
cualquier tipo de obra.
Posibilidad de construcción utilizando recursos simples o
complejos según la naturaleza de la obra.
Buena durabilidad y resistencia a la corrosión, a condiciones
ambientales desfavorables y al fuego.
34
Estas características han hecho del concreto un material de
construcción ampliamente utilizado en la construcción de obras de
ingeniería de muy diversa naturaleza, pudiendo señalarse que
actualmente el consumo mundial de cemento supera los 1.100
millones de toneladas. Sin embargo, su empleo requiere de un
profundo conocimiento de las propiedades del Concreto, lo cual
constituye el objetivo básico de la presente investigación.
2.2.5. Componentes del Concreto
2.2.6.1. Los Agregados.
Define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas,
de origen natural o artificial. Los agregados en la fase
discontinua del concreto. Ellos son materiales que están
embebidos en la pasta y ocupa entre el 62% y 78% de la
unidad cubil del concreto.
La estructura interna del concreto es la que establece su
comportamiento resistente, debido en gran parte a la
capacidad de la pasta para adherirse a los agregados, y
35
soporte mecánico propiciado por el acomodo de las
partículas inertes y sus características propias; es decir, que
el resultado del comportamiento se debe a la conjunción de
ambos.
La estructura del concreto no es homogénea, y en
consecuencia no es isotrópica, es decir no mantiene las
mismas propiedades en diferentes direcciones. Esto se debe
principalmente a los diferentes materiales que intervienen, su
variabilidad individual, así como al proceso de elaboración,
en que durante la etapa en que la pasta es plática, se
posibilita el acomodo aleatorio de los diferentes
componentes hasta su ubicación definitiva al endurecer.
Los agregados son usados en la elaboración de concreto,
morteros y diferentes componentes constructivos,
específicamente en mezclas de concreto ocupan, por lo
menos, tres cuartas partes del volumen, por lo que su
elección y control deben ser cuidadosos por ser factor
decisivo en su calidad.
Los agregados en las mezclas de concreto crean un esqueleto
rígido y estable, lo que se logra uniéndolos con cemento y
36
agua (pasta). Entre las funciones principales de los agregados
se tienen:
Proporcionar relleno relativamente económico para el
material cementante.
Proveer una masa de partículas aptas para resistir la
acción de cargas aplicadas, abrasión, paso de
humedad, y la acción climática.
Reducir los cambios de volumen resultante de los
procesos de fraguado y endurecimiento y de los
cambios de humedad de la pasta de cemento.
Los agregados pueden ser utilizados en su estado natural o pueden
provenir de un proceso de trituración. El agregado grueso triturado
presenta mejores características de adherencia que el agregado
natural, por lo que sus concretos pueden alcanzar mayor
resistencia.
Los agregados deben estar libres de partículas orgánicas, sales,
limos y arcillas que puedan afectar las reacciones químicas de
fraguado o produzcan porosidades indeseables. Dependiendo del
tipo de concreto que se desee fabricar, se pueden emplear
agregados ligeros, agregados normales o agregados pesados. Así
como también se pueden utilizar agregados artificiales.
37
El progresivo agotamiento de las fuentes de obtención de las
arenas, o las restricciones ambientalistas para su explotación,
tienden a generar escasez del material, por lo cual se ha empezado
a obtener arena a partir de la trituración de rocas, usualmente las
mismas de las que se obtiene el agregado grueso, aunque sus
características no sean idénticas a la de la arena natural.
Por lo que se define como agregado al conjunto de partículas
inorgánicas, de origen natural o artificial, cuyas dimensiones están
comprendidas entre los límites fijados en la Norma NTP 400.011.
Un adecuado conocimiento de la naturaleza física y química del
concreto, así como del comportamiento de éste, implica
necesariamente el de los materiales que conforman la corteza
terrestre, estudiados a la luz de la geología y, específicamente, de
la petrología.
El agregado empleado en la preparación del concreto se clasifica
en agregado fino, agregado grueso y hormigón, conocido este
último como agregado integral.
38
Se define como agregado fino a aquel, proveniente de la
desintegración natural o artificial de las rocas, que pasa el Tamiz de
3/8" y queda retenido en el tamiz N° 200. El más usual de los
agregados finos es la arena, definida como el producto resultante
de la desintegración natural de las rocas.
Se define como agregado grueso a aquel que queda retenido en el
Tamiz N° 4 y es proveniente de la desintegración natural o artificial
de las rocas. El agregado grueso suele clasificarse en grava y
piedra triturada o chancada,
La grava es el agregado grueso proveniente de la disgregación y
abrasión natural de materiales pétreos. Se encuentra generalmente
en canteras y lechos de ríos depositado en forma natural.
La piedra chancada, o piedra triturada, es el agregado grueso
obtenido por trituración artificial de rocas y gravas.
Se define como hormigón, o agregado integral, al material
conformado por una mezcla de arena y grava. Este material,
mezclado en proporciones arbitrarias se da en forma natural en la
corteza terrestre y se le emplea tal como se le extrae de la cantera.
39
Cuadro 04:Límites de sustancias Dañinas.
2.2.6.2. FUNCIONES DEL AGREGADO
Las tres principales funciones del agregado en el
concreto son.
a. Proporcionar un relleno adecuado a la pasta,
reduciendo el contenido de ésta por unidad de
volumen y, por lo tanto, reduciendo el costo de la
unidad cúbica de concreto,
b. Proporcionar una masa de partículas capaz de
resistir las acciones mecánicas, de desgaste, o del
intemperie, que puedan actuar sobre el concreto
40
c. Reducir los cambios de volumen resultantes de los
procesos de fraguado y endurecimiento, de
humedecimiento y secado; o de calentamiento de
la pasta
2.2.6.3. INTERRELACION AGREGADO-CONCRETO
Las propiedades del concreto resultantes del empleo
de un agregado determinado dependen de:
a. La composición mineral de las partículas de
agregado, la cual influye fundamentalmente sobre
la resistencia, durabilidad y elasticidad del
concreto.
b. Las características superficiales de las partículas,
las cuales influyen especialmente sobre la
trabajabilidad, fluidez y consistencia del concreto;
así como sobre la adherencia entre fa pasta y el
agregado.
c. La granulometría de los agregados fino y grueso,
definida por sí misma, así como por la superficie
específica, módulo de fineza, y tamaño máximo
del agregado grueso. Estas propiedades influyen
fundamentalmente sobre las propiedades del
41
concreto al estado no endurecido, sobre su
densidad y sobre la economía de la mezcla.
d. El volumen de agregado por unidad de volumen
del concreto, el cual influye especialmente en los
cambios de volumen debidos a los procesos de
humedecimiento y secado; a los procesos de
calentamiento y enfriamiento; así como en el costo
de la unidad cúbica de concreto.
e. La porosidad y absorción del agregado, las cuales
influyen sobre la relación agua-cemento efectiva,
así como sobre las propiedades del concreto al
estado no endurecido.
2.2.6.4. El Cemento
El cemento es el componente más activo del concreto y,
generalmente, tiene el mayor costo unitario Por ello, y
considerando que las propiedades del concreto dependen
tanto de la cantidad como de la calidad de sus componentes,
la selección y uso adecuado del cemento son fundamentales
para obtener en forma económica las propiedades deseadas
para una mezcla dada .
En el mercado peruano existe variedad de cementos para
42
ser empleados por el usuario y la mayoría de ellos
proporcionan adecuados niveles de resistencia y durabilidad
en las obras usuales.
Se distinguen varios tipos, en función de sus propiedades y
características. La importancia de elaborar especificaciones
adecuadas es obvia, ya que ellas deben garantizar que sólo
se ha de emplear la cantidad y tipo de cemento adecuados
para alcanzar los requisitos que se desea obtener en el
concreto. La totalidad de los cementos empleados en el Perú
son cementos portland que cumplen con los requisitos que
especifica la Norma ASTM C 150; o cementos combinados,
que cumplen con lo indicado en la Norma ASTM C 595 y la
NTP 334.050:2004. Además su calidad depende del tipo y
modo de almacenamiento.
2.2.6.5. El Agua
El agua presente en la mezcla de concreto reacciona
químicamente con el material cementante para lograr:
a. La formación de la pasta.
b. Permitir que el conjunto de la masa adquiera las
43
propiedades que:
En estado no endurecido faciliten una adecuada
manipulación y colocación de la misma; y
En estado endurecido la conviertan en un
producto de las propiedades y características
deseadas.
Como requisito de carácter general y sin que ello implique la
realización de ensayos que permitan verificar su calidad. Se
podrá emplear como aguas de mezclado aquellas que se
consideren potables, o las que por experiencia se conozca
que pueden ser utilizadas en la preparación del concreto .
Adicionalmente, el agua empleada no deberá contener
sustancias que puedan producir efectos desfavorables sobre
el fraguado, la resistencia o durabilidad, apariencia del
concreto, o sobre los elementos metálicos embebidos en
éste.
Previamente a su empleo, será necesario investigar y
asegurarse que la fuente de provisión no está sometida a
influencias que puedan modificar su composición y
44
características con respecto a las conocidas que permitieron
su empleo con resultados satisfactorios.
El agua que a ser empleada en la preparación del concreto
deberá cumplir con los requisitos de la Norma NTP 339.088 y
ser, de preferencia, potable.
No existen criterios uniformes en cuanto a los límites
permisible para las sales y sustancias presentes en el agua
que va a emplearse . El agua empleada en la preparación y
curado del concreto deberá ser, de preferencia potable.
El Agua debe estar dentro de los límites siguientes:
El contenido máximo de materia orgánica, expresada
en oxígeno consumido, será de 3ppm
El contenido de residuo sólido no será mayor de 5000
ppm.
El pH estará comprendido entre 5,5 y 8.
El contenido de sulfatos, expresado en ion SO4 será
menor de 600 ppm
El contenido de cloruros, expresado en ion C1, será
menor de 1000 ppm
El contenido de Carbonatos y Bicarbonatos alcalinos
45
(alcalinidad total) será mayor de 1000 ppm.
REQUISITOS DE DURABILIDAD Límites permisibles
para el Agua de mezcla y de curado según la NTP
339.088 El PH del agua debe estar en promedio en 7
(estado neutro), cuando el PH<6 (agua ácida) daña
severamente al concreto (especialmente al acero) de
preferencia debe emplearse agua potable.
Se utilizará aguas no potables sólo si:
a. Están limpias y libres de cantidades perjudiciales de
aceites, ácidos, álcalis, sales, materia orgánica u otras
sustancias que puedan ser dañinas al concreto, acero
de refuerzo o elementos embebidos.
b. La selección de las proporciones de la mezcla de
concreto se basa en ensayos en los que se ha utilizado
agua de la fuente elegida.
c. Los cubos de prueba de mortero preparados con agua
no potable y ensayados de acuerdo a la Norma ASTM
C 109, tiene a los 7 y 28 días resistencias en
compresión no menores del 90% de las muestras
similares preparadas con agua potable.
46
2.2.6. Resistencia del Concreto
La resistencia es una de las propiedades más importantes del
concreto, principalmente cuando se le utiliza con fines estructurales
(Compresión, Tracción y flexión (usada en pavimentos)) .
El Concreto, en su calidad de constituyente de un elemento
estructural, queda sometido a las tensiones derivadas de las
solicitaciones que actúan sobre éste. Si sobrepasan su capacidad
resistente se producirán fracturas, primero de origen local y
posteriormente generalizadas, que podrán afectar la seguridad de la
estructura.
2.2.7.1. Resistencia a la Compresión.
La característica más resaltante del concreto es su alta
capacidad de resistencia a la compresión, siendo también el
factor que se emplea frecuentemente para definir su calidad,
la cual puede determinarse mediante el ensayo de
laboratorio establecido en la norma ASTM C39 “Pruebas de
resistencia a la compresión de cilindros de concreto
moldeado” y ASTM C31 “Práctica Normalizada para la
preparación y curado en obra de las probetas para ensayo
47
del hormigón”, provocando la falla de un cilindro Standard de
30 cm. de alto por 15 cm de diámetro, luego de permanecer
sumergido en agua durante 28 días, y posteriormente ser
sometido a fuerzas de compresión axial en una maquina
universal.
El valor de la resistencia obtenido en el ensayo no es
absoluto, puesto que depende de las condiciones en que ha
sido realizado. Entre las condiciones en que se realiza el
ensayo, las de mayor influencia son analizadas a
continuación:
Forma y dimensiones de la probeta: Las probetas
empleadas normalmente para determinar la resistencia
a la compresión son de forma cúbica o cilíndrica. De las
primeras, se emplean de preferencia las de 15 y 20 cm
de arista, y para las segundas las de 15 cm de diámetro
y 30 cm de altura.
Condiciones de ejecución del ensayo:
o Velocidad de aplicación de la carga de ensayo.
o Estado de las superficies de aplicación de la carga.
o Centrado de la carga de ensayo.
48
Características del hormigón:
o Tipo de cemento.
o Relación agua / cemento.
o Edad del hormigón.
Condiciones ambientales:
o Temperatura.
o Humedad.
2.2.7.2. Diagrama Esfuerzo vs. Deformación.
La realización del ensayo de compresión axial, permite la
cuantificación de los resultados y la realización de diagramas
esfuerzos vs. Deformación para varios tipos de concretos,
encontrándose que para los de alta resistencia el diagrama alcanza
un pico (máximo valor de esfuerzo) relativamente agudo para un
valor de deformación de 0.002 mm/mm, mientras que para los
concretos de baja resistencia, el diagrama es más llano para el
mismo valor de elongación; presentándose en ambos casos un
valor máximo de deformación de 0.004 mm/mm con el concreto ya
figurado y para valores de esfuerzos bastante menores.
2.2.7.3. Módulo de elasticidad
El módulo de elasticidad, definido por la ecuación E = esfuerzo
49
/deformación es una medida de la rigidez, o sea la resistencia del
hormigón a la deformación.
El hormigón no es un material verdaderamente elástico, pero el
hormigón que ha endurecido por completo y se ha cargado en
forma moderada tiene una curva de esfuerzo de compresión-
deformación que, en esencia, es una recta dentro del rango de los
esfuerzos usuales de trabajo.
El módulo de elasticidad del hormigón estructural normalmente
varía entre:
Y se suele asumir como:
Cuando se dibujan las curvas Esfuerzo – Deformación (ε-σ) de las
muestras cilíndricas de hormigón, sometidas a compresión bajo el
estándar ASMT, se obtienen diferentes tipos de gráficos que
dependen fundamentalmente de la resistencia a la rotura del
material tal como se muestra en la siguiente figura:
50
Los hormigones de menor resistencia suelen mostrar una mayor
capacidad de deformación que los hormigones más resistentes.
Todos los hormigones presentan un primer rango de
comportamiento relativamente lineal (similar a una línea recta en la
curva esfuerzo - deformación) y elástico (en la descarga recupera la
geometría previa a la carga), ante la presencia incremental de
solicitaciones de compresión, cuando las cargas son
comparativamente bajas (menores al 70% de la carga de rotura), y
un segundo rango de comportamiento no lineal e inelástico (con
51
una geometría curva en la curva esfuerzo - deformación) cuando
las cargas son altas.
La pendiente de la curva en el rango de comportamiento lineal
recibe la denominación de Módulo de Elasticidad del material o
Módulo de Young que se simboliza “Ec”.
52
El módulo de Elasticidad puede calcularse mediante la siguiente
expresión.
El módulo de Elasticidad es diferente para distintas resistencias a la
compresión de los hormigones, e incrementa en valor cuando la
resistencia del concreto es mayor. El ACI (American Concrete
Institute) propone la siguiente expresión, obtenida
experimentalmente, como forma aproximada de calcular el módulo
de elasticidad del hormigón, en función a la resistencia a la
compresión del mismo.
Donde:
Ec : Módulo de elasticidad del hormigón medido en Kg/cm2.
f¨c : Resistencia a la compresión del hormigón en Kg/cm2.
53
La expresión previa es adecuada para hormigones con agregados
de peso normal y resistencias normales y medias.
A continuación se presenta una tabla que relaciona la resistencia de
hormigones utilizados con más frecuencia con su módulo de
elasticidad.
Cuadro 05:Resistencia de Hormigones y Ec
El Módulo de Elasticidad es un aspecto importante a considerar en
este material, depende de la resistencia del mismo, por lo que los
concretos de alta resistencia poseen Módulos de Elasticidad
mayores que aquellos concretos de baja resistencia. Con respecto
al tema Febres (2006) expresa que:
Una vez alcanzado el esfuerzo máximo, que se obtiene para
deformaciones unitarias alrededor de 0.002 cuando no hay
confinamiento, los concretos de alta resistencia se deterioran más
rápidamente que los de baja resistencia, lo cual hace a los de baja
54
resistencia más aptos para las zonas altamente sísmicas o aquellas
situaciones donde se puedan alcanzar grandes esfuerzos en forma
repetida, (p.7).
El efecto del confinamiento del concreto aumenta la capacidad de
deformación a la cual se alcanza el esfuerzo máximo, pero este
efecto es común en todos los concretos y no importando su
resistencia, siempre los concretos de menor resistencia se
degradan más suavemente que los de alta resistencia, que son
relativamente frágiles.
2.3. Definición de Términos
En este punto se describirán brevemente los términos utilizados a los largo
de la investigación que puedan llegar a confundir a los lectores.
Agregado: Material granular, el cual puede ser arena, grava, piedra triturada
o escoria, empleado con un medio cementante para formar concreto o
mortero hidráulico
Agregado fino: Agregado que pasa la malla de 3/8” (9.5 mm) y casi
totalmente la malla numero 4 (4.75 mm), y es predominante retenido en la
malla numero 200 (0.075 mm).
55
Agregado grueso: Agregado retenido en la malla numero 4 (4.75 mm).
Agregado ligero: Agregado de baja densidad utilizado para producir
concretos ligero. Incluye pómez, escoria volcánica, tobas, diatomita, arcilla
sintética o expandida, lutita, pizarra, lutitas diatomáceas, perlita, vermiculita,
y productos de combustión de carbón.
Agregado pesado: Agregado de alta densidad, que puede ser barita,
magnetita, limonita, ilmenita, hierro o acero.
Aire atrapado: Es la cantidad de aire propia de una mezcla después de su
compactación.
Arena: Agregado fino resultado de la desintegración y abrasión de roca o de
la transformación de una arenisca que se desmenuza fácilmente.
Asentamiento del Concreto: Es la diferencia entre la altura del recipiente
que sirve de molde de una probeta de concreto fresco y la de la probeta
fuera del molde, medida en el eje y expresada en pulgadas.
Calor de hidratación: Es la cantidad de calor liberado durante el proceso de
hidratación, debido a reacciones fisicoquímicas.
56
Condición saturada y superficie seca: Es aquella según la cual cada
partícula del agregado tiene sus poros llenos de agua, pero la superficie no
presenta agua libre.
Consistencia: Es el grado de fluidez de una mezcla determinada de acuerdo
a un procedimiento prefijado.
Contenido de aire: Es la diferencia entre el volumen aparente de la mezcla y
el resultante de la suma de los volúmenes absolutos de los componentes.
Contenido de humedad: Es la cantidad de agua de un material expresada
como un porcentaje de su peso seco.
Dosificación: Es la proporción en peso o en volumen de los distintos
elementos integrantes de una mezcla.
Durabilidad: Es la propiedad que tienen los morteros o concretos de resistir
la acción continua de agentes destructivos con los cuales han de estar en
contacto.
Endurecimiento: Es el proceso de aumento de la resistencia mecánica
posterior al periodo de fraguado.
57
Exudación: Es el fenómeno según el cual se produce una acumulación
progresiva en la superficie de una masa de concreto fresco de parte del
agua de mezcla, fenómeno este que acompaña a la compactación y
sedimentación del concreto.
Fraguado: Es fundamentalmente un proceso de hidratación de los distintos
componentes de un aglomerante hidráulico por el cual este adquiere una
mayor consistencia puesta en evidencia por ensayos tipificados.
Fatiga: Pérdida de la resistencia mecánica de un material, al ser sometido
largamente a esfuerzos repetidos.
Grava: Agregado grueso resultante de la desintegración natural y abrasión
de rocas o transformación de un conglomerado débilmente cementado.
Grava triturada: Es el producto resultado de la trituración artificial de gravas,
en la que la mayoría de los fragmentos tienen como mínimo una cara
resultado de la fractura.
Impacto: Efecto de una fuerza aplicada bruscamente
Mezcla: Es la cantidad de concreto o mortero preparada de una sola vez.
58
Muestra: Es una porción representativa de un material.
Mortero: Conglomerado o masa constituida por arena, conglomerante y
agua, que puede contener además algún aditivo.
Pasta de cemento: Es una mezcla de cemento y agua.
Piedra triturada: Es el producto de la trituración artificial de rocas, peñascos
o fragmentos de roca grandes, en el cual todas las caras resultantes se
derivan de las operaciones de trituración.
Porosidad: Es el cociente entre el volumen de los poros y el volumen
aparente del cuerpo.
Relación Agua-Cemento: Es el cociente entre el peso del contenido de agua
libre de mezclado y el de cemento en una mezcla dada.
Segregación: Es la separación de los distintos componentes de una mezcla
de concreto o mortero fresco durante su transporte o colocación.
Tamaño máximo nominal: Es la abertura del tamiz de malla menor a través
del cual puede pasar como mínimo el 95% del agregado.
59
Tamaño máximo: Es la designación que corresponde a un agregado,
expresada por la abertura de los tamices límites, por los cuales pasa y
queda retenido en su totalidad.
Tiempo de fraguado: Es el tiempo requerido por una pasta fresca de
cemento y agua, de una cierta consistencia, para pasar de un grado
arbitrario de rigidez a otro, determinado por un ensayo específico.
Trabajabilidad: Es la mayor o menor facilidad que presenta un concreto o
mortero de ser mezclado, transportado y colocado.
60
CAPITULO III
PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION Y PROGRAMA DE ENSAYOS
En la actualidad, para la elaboración de mezclas para la ejecución de
obras de la jurisdicción del distrito de Puno se emplean como agregados para
concreto el hormigón (Grava 51.09% y Arena 48.91%), donde en este particular
se estudia el comportamiento mecánico del concreto utilizando agregados
provenientes de la Cantera Carucaya y Cantera Viluyo, estos materiales
empleados serán la variable en estudio, las cantidades de cemento y de agua
natural permanecerán sin variación según el procedimiento de diseño de mezcla,
caracterizando su resistencia a la compresión para identificar la variación de la
influencia que ejercen dichos materiales. Además se estudian los cambios en la
trabajabilidad de la mezcla de concreto para ambas canteras.
3.1. Variable a Estudiar en el Desarrollo Experimental
Para realizar la comparación entre el resultado final de la resistencia a la
compresión de un concreto de la cantera Carucaya y un concreto de la
Cantera Viluyo, se establecen como variables del desarrollo experimental
las cantidades de agregados para cada cantera para garantizar la
trabajabilidad, arrojando de esta manera cantidades considerablemente
distintas de agregados, otra variable será la resistencia de diseño de
61
mezcla utilizada para realizar las probetas de ensayos; observando así, la
incidencia de estas variaciones en la resistencia a la compresión del
concreto.
Entre los ensayos realizados en la presente investigación, se enmarcan en
los siguientes procesos normativos:
Cuadro 06:Procesos Normativos.
Descripción NTP ASTM
DISEÑO DE MEZCLA ACI 211
ELABORACIÓN, CURADO Y ENSAYO DE PROBETAS CILÍNDRICAS EN EL CAMPO ( 03 Probetas ) + Slump ACI 211
COMPRESIÓN (rotura de probeta 6” x 12”) 339.034 C39
ASENTAMIENTO (CONO DE ABRAMS) 339.035 C143
3.1.1. Resistencia de Diseño.
Se realizaron cuatro (4) diseños de mezcla, dos (2) con una
calidad nominal a los veintiocho 28 días de 175kg/cm2 y dos
(2) con una calidad nominal a los 28 días de 210kg/cm2, esto
con la intención de observar mejor el comportamiento
mecánico de los agregados en concretos de resistencias
bajas y en resistencias altas.
62
3.1.2. Tipos de Agregados.
Para la elaboración de la investigación se partió de la idea de
analizar la calidad de cada uno de los agregados a emplear en
los diseños de mezclas, aplicando posteriormente el análisis
comparativo correspondiente y evaluando la variación en
cantidad de cada agregado y la manejabilidad aportada a la
mezcla de concreto en estado fresco. Al emplear los
agregados de la cantera Carucaya se pudo apreciar gran
cantidad de agregado grueso en el hormigón (Superior al
25%) y un contenido de impurezas orgánicas muy cercano al
límite máximo (#3).
Los estudios a los agregados se iniciaron con el hormigón
lavado de la cantera Carucaya, estas muestras fueron
trasladas en bolsas plásticas totalmente selladas con el fin de
mantener la humedad que poseían a pie de planta.
Por último se efectuó la fase de recolección de hormigón de la
cantera Viluyo, igualmente, se realizó el traslado en bolsas y
sacos plásticos totalmente sellados que garantizaran las
condiciones iniciales de humedad y contenido de material fino
del agregado.
63
3.1.3. Ensayos a los Agregados.
Para conocer la calidad de los agregados se efectuaron
ciertos ensayos cuyas condiciones básicas generales fueron:
a) Se realizaron sobre muestras representativas del
yacimiento, y de sus diferentes zonas.
b) Se llevaron al laboratorio con personal y equipos
adecuados, siguiendo cuidadosamente los
sucesivos pasos de un procedimiento normativo.
Cuadro 07:Procesos normativos que se utilizaron.
Descripción NTP ASTM
ANÁLISIS GRANULOMETRICO 400.012 C136
MATERIAL MAS FINO QUE LA MALLA Nº 200 400.018 C117
CONTENIDO DE HUMEDAD 339.185 C566
PESO ESPECIFICO Y ABSORCION AGREGADO FINO 400.022 C128
PESO ESPECIFICO Y ABSORCION AGREGADO GRUESO 400.021 C127
PESO UNITARIO SUELTO Y COMPACTADO AGREGADO FINO 400.017 C29/C29M
PESO UNITARIO SUELTO Y COMPACTADO AGREGADO GRUESO 400.017 C29/C29M
64
3.2. Programa de ensayos
Para cuantificar la influencia de los diferentes agregados utilizados
en el distrito de Puno sobre la resistencia a compresión del concreto,
se efectuaron ensayos comparativos entre un concreto fabricado con
agregados de la Cantera Carucaya y un concreto fabricado con
agregados de la Cantera Viluyo.
Se realizaron 60 mezclas diferentes donde se variaba la resistencia
de diseño y los valores de 3 según la proveniencia del agregado, con
la finalidad de garantizar una trabajabilidad aceptable, como se
muestra a continuación:
Cuadro 08:Variables de Mezclas de Concreto.
De cada una de estas mezclas se realizaron tres (3) briquetas para
ser ensayados a compresión.
Resistencia a la Compresión (Kg/cm2) Procedencia del agregado175 y 210 Cantera A175 y 210 Cantera B
65
Cuadro 09:Cantidad de Briquetas.
Foto 03: Foto de los Cilindros de Ensayo (Fuente investigación realizada por los autores)
3.3. Parámetros de Comparación.
Los parámetros de comparación a utilizar en esta investigación permitirán
evaluar lo relativo a la consistencia o grado de fluidez del concreto en
estado fresco a través del ensayo de asentamiento, característica relativa a
ItemResistencia a la
Compresión (Kg/cm2)
Procedencia del agregado Cantidad de
Briquetas1 175 Carucaya 452 175 Viluyo 453 210 Carucaya 454 210 Viluyo 45
Total 180
66
la mayor o menor facilidad para colocar el concreto, además del grado de
endurecimiento o resistencia que es capaz de adquirir el concreto.
3.3.1. Concreto en Estado Fresco.
Cuando se realizaba la mezcla, es decir, cuando el concreto
se encontraba en estado fresco es importante estudiar el
comportamiento de la trabajabilidad al variar la fuente de
agregado.
Durante la etapa en que el concreto se mantiene en estado
fresco es de gran importancia poder otorgarle una docilidad
adecuada, para el uso que se desea darle, para cuantificar la
trabajabilidad del concreto se midió el asentamiento de cono,
este, es un índice bastante practico; aunque no mide todas
las propiedades plásticas de la mezcla, ni las valora con el
mismo grado de influencia que ellas realmente tienen en el
concreto, brinda una información útil sobre todo en términos
comparativos. Este ensayo se realizó a las sesenta (60)
mezclas realizándolo luego del mezclado del concreto, con el
fin de observar la variabilidad del asentamiento al cambiar el
tipo de agregado.
67
3.3.2. Concreto en Estado Endurecido.
Al concreto endurecido se le realizaron ensayos de
compresión. El ensayo de compresión axial se realizó a un
cilindro de cada mezcla al tiempo de siete (7) días y a dos
cilindros a los veintiocho (28) días, es decir que se
ensayaron a compresión a los siete (7) días sesenta (60)
cilindros y a los veintiocho (28) días ciento veinte (120)
cilindros más, dando un total de ciento ochenta (180)
cilindros ensayados a compresión axial para esta
investigación.
Cuadro 10:Programa de edades de ensayos.
3.3.3. Identificación de las Probetas.
Como se describió anteriormente se realizaron tres briquetas
de cada una de las sesenta (60) mezclas elaboradas, cada
Estado del Concreto Parámetros de Comparación Edad de RealizaciónEstado Fresco Trabajabilidad Menos de media hora
Estado Endurecido Resistencia a la Compresión 7 días y 28 días
68
uno de los cilindros fueron identificados especificando, la
fecha de elaboración de la probeta, numero de probeta, la
resistencia de diseño y la edad de ensayo, cabe destacar
que la numeración de las probeta se realizó en orden
correlativo comenzando con la cantera A con resistencia de
175 kg/cm2.
Cuadro 11:Identificación de las briquetas según cantera.
La fecha de elaboración de la probeta se identificó con el
día, el mes y el año como 07/04/2013. Y para finalizar su
edad correspondiente, cada uno de las tres briquetas
elaboradas por mezcla se les denominó 7 y 28.
En este sentido, se encontraba en los cilindros la siguiente
nomenclatura:
Cantera en Estudio Resistencia de Diseño Kg/cm2 N° CorrelativoCarucaya 175 100 – 114Carucaya 210 200 – 214
Viluyo 175 300 – 314Viluyo 210 400 – 414
07/04/2013100
175 Kg/cm2
7
69
Fig. 6. Identificación de los cilindros (fuente Propia).
3.3.4. Preparación de las mezclas de concreto:
Para la elaboración de los diseños de mezcla del concreto utilizados
para la investigación, se hizo necesario realizar una serie de
ensayos a los materiales que serán utilizados.
El cemento utilizado es fabricado por la empresa RUMI S.A. C.A.
hecho en Perú – Puno – San Román – Caracoto, según norma NTP
334.009:2005 y su denominación comercial es Cemento Portland
Tipo IP, que corresponde a un cemento tipo Portland IP con peso
específico de 3.15.
El agua de mezclado y curado es el agua potable utilizada en la
ciudad de Puno por lo que no se realizaron ensayos de verificación
de su calidad, pues es usada frecuentemente para realizar
concretos en el laboratorio.
70
3.3.5. Ensayos Previos.
3.3.5.1 Granulometría.
La granulometría es el análisis de la composición del
material en cuanto a la distribución del tamaño de los
granos que lo integran. Esta característica decide, de
manera muy importante, la calidad del material para su
uso como componente del concreto.
Para la realización de los diseños de mezcla se realizó
el análisis granulométrico, con el objetivo de conocer
la distribución de tamaños de las partículas que
componen la muestra. Se obtuvo separándolas de
acuerdo a su dimensión, mediante los tamices
adecuados según la NTP 400.012. "AGREGADOS.
Análisis granulométrico del agregado fino, grueso y global
", que indica los tamices a utilizar para cada tipo de
material y las operaciones a realizar. Ver anexos.
3.3.5.2 Peso Específico.
El peso específico de un material es la relación
existente entre el peso del material y el volumen que
ocupa, suele expresarse en Kilogramos entre metro
71
cúbico (Kg/m3), es rigurosamente aplicado a las
pruebas que normalmente se utilizan en la tecnología
del concreto, salvo en el caso del cemento y otros
materiales finamente divididos.
El ensayo realizado en la presente investigación para
obtener los valores de peso específico necesarios para
la realización de los diseños de mezcla se encuentra
normalizado por el método ACI.
3.3.6. Obtención de Pesos específicos para el Diseño de Mezcla Método ACI.
Este procedimiento considera nueve pasos para el
proporcionamiento de mezclas de concreto normal, incluidos el
ajuste por humedad de los agregados y la corrección a las
mezclas de prueba.
El primer paso contempla la selección del slump, cuando
este no se especifica el informe del ACI incluye una tabla en la
que se recomiendan diferentes valores de slump de acuerdo
con el tipo de construcción que se requiera. Los valores son
aplicables cuando se emplea el vibrado para compactar el
72
concreto, en caso contrario dichos valores deben ser
incrementados en dos y medio centímetros.
Posteriormente se determina la resistencia promedio
necesaria para el diseño; la cual está en función al f’c, la
desviación estándar, el coeficiente de variación. Los cuales
son indicadores estadísticos que permiten tener una
información cercana de la experiencia del constructor.
Cabe resaltar también que existen criterios propuestos por el
ACI para determinar el f’cr, los cuales se explican a
continuación:
a. Mediante las ecuaciones del ACI.
f’cr=f’c+1.34s…………..I
f’cr=f’c+2.33s-35………II
De I y II se asume la de mayor valor.
Donde s es la desviación estándar, que viene a ser un
parámetro estadístico que demuestra la performancia o
capacidad del constructor para elaborar concretos de
diferente calidad.
73
X1, X2,…., XN valores de las resistencias obtenidas en probetas
estándar hasta la rotura (probetas cilíndricas de 15 cm de diámetro
por 30 cm de altura).
X = es el promedio de los valores de la resistencia a la rotura de
las probetas estándar.
N = es el número de probetas ensayadas, que son mínimamente
30.
b. Cuando no se tiene registro de resistencia de probetas
correspondientes a obras y proyectos anteriores.
c. Teniendo en cuenta el grado de
control de calidad en la obra.
d. Para determinar el
f’cr propuesto por el comité europeo del concreto.
f’c f’cr
Menos de 210 f’c+70
210 – 350 f’c+84
>350 f’c+98
Nivel de Control f’cr
Regular o Malo 1.3 a 1.5 f’c
Bueno 1.2f’c
Excelente 1.1f’c
74
Donde:
f’cr = Resistencia promedio a calcular.
V = Coeficiente de variación de los ensayos de
resistencia a las probetas estándar.
t = Coeficiente de probabilidad de que 1 de
cada 5, 1 de cada 10, 1 de cada 20 tengan
un valor menor que la resistencia especificada.
V entonces es un parámetro estadístico que mide la
performancia del constructor para elaborar diferentes
tipos de concreto.
Segundo Paso es la elección del tamaño máximo del
agregado enfocado al proyecto de Obra a desarrollarse, la
cantidad de agua que se requiere para producir un
determinado slump depende del tamaño máximo, de la forma
y granulometría de los agregados, la temperatura del
concreto, la cantidad de aire incluido y el uso de aditivos
químicos.
Tercer paso,comparaciones con la tabla anexa para
establecer los contenidos de agua recomendables en función
75
del slump requerido y el tamaño máximo del agregado,
considerando concreto sin y con aire incluido.
Cuarto paso, el ACI proporciona una tabla con los valores de
la relación agua/cemento de acuerdo con la resistencia a la
compresión a los 28 días que se requiera, por supuesto la
resistencia promedio seleccionada debe exceder la resistencia
especificada con un margen suficiente para mantener dentro
de los límites especificados las pruebas con valores bajos. En
una segunda tabla aparecen los valores de la relación
agua/cemento para casos de exposición severa.
Quinto paso es el cálculo del contenido de cemento con la
cantidad de agua, determinada en el paso tres, y la relación
agua cemento, obtenida en el paso cuatro; cuando se requiera
un contenido mínimo de cemento o los requisitos de
durabilidad lo especifiquen, la mezcla se deberá basar en un
criterio que conduzca a una cantidad mayor de cemento, esta
parte constituye el quinto paso del método.
Sexto paso del procedimiento el ACI maneja una tabla con
el volumen del agregado grueso por volumen unitario de
76
concreto, los valores dependen del tamaño máximo nominal
de la grava y del módulo de finura de la arena. El volumen de
agregado se muestra en metros cúbicos con base en varillado
en seco para un metro cúbico de concreto, el volumen se
convierte a peso seco del agregado grueso requerido en un
metro cúbico de concreto, multiplicándolo por el peso
volumétrico de varillado en seco.
Sétimo paso es el cálculo del Agregado fino, excepto el
agregado fino, cuya cantidad se calcula por diferencia. Para
este séptimo paso, es posible emplear cualquiera de los dos
procedimientos siguientes: por peso o por volumen absoluto.
Octavo paso consiste en ajustar las mezclas por humedad
de los agregados, el agua que se añade a la mezcla se debe
reducir en cantidad igual a la humedad libre contribuida por el
agregado, es decir, humedad total menos absorción.
El último paso se refiere a los ajustes a las mezclas de
prueba, en las que se debe verificar el peso volumétrico del
concreto, su contenido de aire, la trabajabilidad apropiada
mediante el slump y la ausencia de segregación y exudación,
así como las propiedades de acabado. Para correcciones por
77
diferencias en el slump, en el contenido de aire o en el peso
unitario del concreto el informe ACI 211.1-91 proporciona una
serie de recomendaciones que ajustan la mezcla de prueba
hasta lograr las propiedades especificadas en el concreto.
Foto 04: Realizando la prueba de consistencia
78
Foto 05: Realizando la Medida del Slump
3.3.7. Diseños de mezcla de concreto.
Diseñando la mezcla por el método A.C.I. para el agregado
de la cantera Viluyo, cuya resistencia especificada f’c = 210
kg/cm2, asumiendo que la elaboración del concreto va a tener
un grado de control bueno. Las condiciones de obra
requieren una consistencia Fluídica. El concreto no será
expuesto a agentes degradantes (no tendrá aire incorporado)
además no se usará aditivos.
F’c=210 kg/ (a los 28 días)
Consistencia fluídica
Peso específico del cemento: 3.15 g/
AGREGADO FINO:
Peso específico de masa: 2.816 g/
% de Abs. = 5.411 %
W% = 6.381 %
79
Módulo de finura: 2.80.
AGREGADO GRUESO:
TMN=1 1/2’’
Peso seco compactado: 1625 Kg/
Peso específico de masa: 2.654g/
% de Abs. = 2.239 %
W%=4.148 %
CARACTERÍSTICAS FÍSICO - MECÁNICAS:
A.- Agregados Fino y Grueso:
PROPIEDADES A. FINO A. GRUESO
TAMAÑO MÁXIMO - 1 1/2”
TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL - 1 1/2”
PESO ESPECÍFICO DE MASA (gr/cm3) 2.816 2.654
ABSORCIÓN (%) 5.411 2.239
CONTENIDO DE HUMEDAD (%) 6.381 4.148
MÓDULO DE FINURA 2.80 7.10
PESO U. S. COMPACTADO (Kg/m3 ) - 1625
B.- Cemento:
Pórtland Tipo IP Mejorado (ASTM C 1157).
Peso Específico 3.15 gr/cm3.
80
C.- Agua:
Agua Potable, cumple con la Norma NTP 339.088 o E 0-60.
D.- Resistencia a Compresión:
f’c = 210 Kg/cm2
1. CÁLCULO DE LA RESISTENCIA PROMEDIO: (f’cr).
Partiendo del hecho que siempre existe dispersión aun cuando se
tenga un control riguroso tipo laboratorio debe tenerse en cuenta en
la dosificación de una mezcla las diferentes dispersiones que se
tendrán en obra según se tenga un control riguroso o no y por tanto
se recomienda diseñar para valores más altos que el f’c
especificado.
Se puede considerar la resistencia promedio con que uno debe
diseñar una mezcla, teniendo en cuenta lo siguiente.
Tomando en cuenta el segundo criterio:
Como no se tiene registro de resistencias de probetas
correspondientes a obras y proyectos anteriores se toma el f´cr
tomando en cuenta la siguiente tabla:
f´c f´cr
81
Menos de 210 f´c+70210-350 f´c+84
Mayor 350 f´c+98
f´cr = f´c + 84
f´cr = 210 + 84 = 294
f´cr = 294
2. DETERMINACIÓN DEL TMN DEL AGREGADO
GRUESO.
TMN = 1 1/2”
3. DETERMINACIÓN DEL SLUMP.
Slump: 1” – 4”
4. DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE AGUA O
VOLUMEN DE AGUA DE MEZCLADO
De acuerdo a la tabla 1 confeccionada por el comité 211 del ACI,
que se toma en cuenta el TMN, su asentamiento o slump y teniendo
en cuenta si tiene o no aire incorporado.
82
En nuestro caso el TMN es de 1 1/2”, el slump varia de 1” a 4” (pero
en la tabla nos indica de 3” a 4”), y sin aire incorporado el valor sería:
Volumen de Agua de mezcla = 190 lts/m3
5. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AIRE.
Según tabla 6, que toma en cuenta el TMN.
Volumen de Aire = 1.0 %
6. DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN a/c.
Teniendo en cuenta la tabla 3, RELACIÓN AGUA CEMENTO POR
RESISTENCIA.
Esta tabla esta en relación al aire no incorporado y al f´cr a los 28
días, siendo esta relación:
a/c = 0.674
NOTA: Por ser un concreto NO expuesto a condiciones severas,
sólo se determinará la relación a/c por resistencia, mas no por
durabilidad.
7. CÁLCULO DEL FACTOR CEMENTO (FC)
FC = =
83
FC = 380.00 Kg/m3
Que traduciendo a bolsas/m3 será:
8. CANTIDADDE AGREGADO GRUESO: Para un módulo
de finura del agregado fino de 2.80 y para un TMN=1 1/2’’, haciendo
uso de la tabla 4:
2.80------------0.71
De donde X= 0.71
Donde b = PUV del agregado grueso suelto seco
b0 = PUV del agregado grueso seco compactado
9. CÁLCULOS DE VOLUMENES ABSOLUTOS (Cemento,
agua, aire).
— Cemento = =
0.121 m3
84
— Agua de mezcla =
= 0.190 m3
— Aire = 1.0 %
= 0.010 m3
— Agregado Grueso =
= 0.410 m3
-----------
V absolutos = 0.700 m3
10. CÁLCULO DEL PESO DEL AGREGADO FINO:
1- 0.700
Peso del Agregado Fino=0.300 m3*(2.654*1000)=796.2 .
11. VALORES DE DISEÑO
CEMENTO :
AGUA : /
85
AIRE :
AGREGADO GRUESO :
AGREGADO FINO :
12. CORRECCIÓN POR HUMEDAD DE LOS AGREGADOS
Utilizando el contenido de humedad en el momento en que se realiza
el ensayo, puesto que como sabemos tanto la absorción como el
contenido de humedad son parámetros que cambian, y se tiene que
corregir tomando en cuenta estos factores en el momento de
realización de la práctica.
AGREG. FINO: 796.20*((6.381/100)+1) = 847.00 Kg/
AGREG. GRUESO: 1153.75* ((4.148/100)+1)=1201.61 Kg/ .
13. HUMEDAD SUPERFICIAL(W- % Abs)
AGREGADO FINO: 6.381-5.411= +0.97
AGREGADO GRUESO: 4.148-2.239 = +1.909
+2.879
14. APORTE DE AGUA A LA MEZCLA
(W- % Abs)*Peso Seco /100
86
AGREGADO FINO:
AGREGADO GRUESO:
APORTE DE AGUA: + 29.75 lts/
15. AGUA EFECTIVA:
190 lts/ -(29.75 lts/ )=160.252 lts/ = 160 lts/
16. PROPORCIONMIENTO EN PESO DE DISEÑO:
17. PESOS POR METRO CÚBICO:
CEMENTO = 8.94 Bolsas
AGREGADO FINO = 847.0 Kg
AGREGADO GRUESO = 1201.61 Kg
AGUA EFECTIVA = 160 Lts.
87
Cuadro Resumen de Diseño de Mezclas
Cuadro 12:Diseño de mezclas Cantera Viluyo.
DISEÑO FINAL PARA: 1 m3 DE CONCRETO
ELEMENTO PESOAGUA 180.000 kg.CEMENTO 335.820 kg. Ó 7.8 bolsasAGREGADO GRUESO 1138.840 kg.AGREGADO FINO 796.860 kg.TOTAL 2451.520 kg.
ELEMENTO VOLUMEN DOSIFICACIONAGUA 0.180 m3 23.0 LITROSCEMENTO 7.900 m3 1.0 KAGREGADO GRUESO 0.760 m3 3.4 KAGREGADO FINO 0.530 m3 2.4 KTOTAL 9.370 m3
DISEÑO DE MEZCLA CANTERA VILUYOResistencia a la compresión f'c = 175
Cuadro 13:Diseño de mezclas Cantera Viluyo.
DISEÑO FINAL PARA: 1 m3 DE CONCRETO
ELEMENTO PESOAGUA 160.000 kg.CEMENTO 380.000 kg. Ó 9.0 bolsasAGREGADO GRUESO 1201.610 kg.AGREGADO FINO 847.000 kg.TOTAL 2588.610 kg.
ELEMENTO VOLUMEN DOSIFICACIONAGUA 0.160 m3 23.0 LITROSCEMENTO 8.940 m3 1.0 KAGREGADO GRUESO 0.760 m3 3.4 KAGREGADO FINO 0.500 m3 2.4 KTOTAL 10.360 m3
DISEÑO DE MEZCLA CANTERA VILUYOResistencia a la compresión f'c = 210
88
Cuadro 14:Diseño de mezclas Cantera Carucaya.
DISEÑO FINAL PARA: 1 m3 DE CONCRETO
ELEMENTO PESOAGUA 189.000 kg.CEMENTO 295.000 kg. Ó 6.9 bolsasAGREGADO GRUESO 813.000 kg.AGREGADO FINO 1078.000 kg.TOTAL 2375.000 kg.
ELEMENTO VOLUMEN DOSIFICACIONAGUA 0.189 m3 23.0 LITROSCEMENTO 6.900 bolsas 1.0 bolsasAGREGADO GRUESO 0.342 m3 3.4 KAGREGADO FINO 0.454 m3 4.5 KTOTAL 7.885 m3
DISEÑO DE MEZCLA CANTERA CARACAYAResistencia a la compresión f'c = 175
Cuadro 15:Diseño de mezclas Cantera Carucaya.
DISEÑO FINAL PARA: 1 m3 DE CONCRETO
ELEMENTO PESOAGUA 200.000 kg.CEMENTO 400.000 kg. Ó 9.4 bolsasAGREGADO GRUESO 757.000 kg.AGREGADO FINO 1004.000 kg.TOTAL 2361.000 kg.
ELEMENTO VOLUMEN DOSIFICACIONAGUA 0.200 m3 23.0 LITROSCEMENTO 9.400 Bolsas 1.0 bolsasAGREGADO GRUESO 0.321 m3 3.2 KAGREGADO FINO 0.425 m3 4.2 KTOTAL 10.346 m3
DISEÑO DE MEZCLA CANTERA CARUCAYAResistencia a la compresión f'c = 210
89
CAPITULO IV
DESARROLLO DE LA ETAPA EXPERIMENTAL
4.1. Evaluación de la calidad de los agregados.
Las especificaciones normativas establecen límites para ciertas
características de los agregados que, si no se respetan, pueden producir
graves problemas en la calidad del concreto. Parece haber una tendencia a
solicitar concretos con nivel de exigencia cada vez más altos, lo cual
plantea la necesidad de analizar la calidad de los agregados con mayor
detenimiento. A continuación se presenta el estudio de agregado para cada
cantera:
4.1.1. Agregados cantera Viluyo:
4.1.1.1. Análisis GranulométricoVer anexo (9)
4.1.2. Agregados cantera Carucaya:
4.1.2.1. Análisis GranulométricoVer anexo (10)
90
4.2. Preparación del Ensayo Slump
4.2.1. Definición.
El ensayo de consistencia del concreto, o “slump test”, sirve
para evaluar su capacidad para adaptarse con facilidad al
encofrado que lo va a contener. El procedimiento se explica
ampliamente en la norma ASTM C143-78 “Slump of Portland
Cement Concrete”.
4.2.2. Equipos a utilizar.
Cono de Abrams de medidas estandar
Varilla para apisonado de fierro liso de diámetro 5/8″ y
punta redondeada L=60 cm
Wincha metálica
Plancha metálica (badilejo)
Foto 06: Cono de Abrams y Probeta para agregarle agua necesaria a la mezcla
4.2.3. Procedimiento del ensayo (SLUMP)
91
Obtener una muestra al azar, sin tener en cuenta la aparente
calidad del concreto. Según la norma se debe obtener una
muestra por cada 120 m3 de concreto producido ó 500 m2
de superficie llenada y en todo caso no menos de una al día.
Particularmente he llegado a sacar muestras con más
regularidad si la importancia del elemento estructural lo
amerita. La muestra no debe ser menor de 30 lt y el concreto
muestreado no debe tener más de 1 hora de preparado.
Entre la obtención de la muestra y el término de la prueba no
deben pasar más de 10 minutos.
Colocamos el molde limpio y humedecido con agua sobre
una superficie plana y humedecida, pisando las aletas.
Vertimos una capa de concreto hasta un tercio del volumen
(67 mm de altura) y apisonar con la varilla lisa
uniformemente, contando 25 golpes.
Vertimos una segunda capa de concreto (155 mm de altura)
y nuevamente apisonar con la varilla lisa uniformemente,
contando 25 golpes. Los golpes en esta capa deben llegar
hasta la capa anterior.
Se completa con la tercera capa (en exceso) y repetir el
procedimiento, siempre teniendo cuidado en que los golpes
lleguen a la capa anterior. Como es usual, les faltará un poco
92
de concreto al final, así es que tendrán que rellenar el
faltante y enrasar el molde con la varilla lisa. Desde el inicio
del procedimiento, hasta este punto no deben de haber
pasado más de 2 minutos. Es permitido dar un pequeño
golpe al molde con la varilla para que se produzca la
separación de la pasta.
Posteriormente procedemos a retirar el molde con mucho
cuidado (no debería hacerse en menos de 5 segundos), lo
colocamos invertido al lado del pastón, y colocamos la varilla
sobre éste para poder determinar la diferencia entre la altura
del molde y la altura media de la cara libre del cono
deformado.
Foto 07: Prueba de Slump y extracción de Briquetas
93
Comentarios
Se distinguen 03 tipos de asientos característicos del concreto al
retirar el molde:
1. “normal”, obtenido con mezclas bien dosificadas y un
adecuado contenido de agua. El concreto no sufre grandes
deformaciones ni hay separación de elementos. Es el que
puede apreciarse en la foto.
2. “De corte”, obtenido cuando hay exceso de agua y la pasta
que cubre los agregados pierde su poder de aglutinar. Puede
que no se observe gran asentamiento, pero si se puede
observar corte en la muestra.
3. “Fluido”, cuando la mezcla se desmorona completamente.
Cuando el asentamiento no es el “normal”, la prueba debe
considerarse sin valor. Este ensayo no es aplicable para las
siguientes condiciones:
Para concretos de alta resistencia, sin asentamiento.
Para concretos con contenido de agua menor a 160 litros por
m3 de mezcla.
94
Para concretos con contenido de agregado grueso mayor de
2.5″.
4.3. Elaboración de briquetas para los ensayos de Compresión del
Concreto.
El procedimiento necesarios para preparar y curar probetas
cilíndricas de concreto compactadas mediante varillado y que
además contengan mezclas con agregado grueso de 2″
como tamaño máximo. La norma ASTM C31 también
contempla los procedimientos para obtención de muestras
“tipo viga”, las que se compactan mediante vibrado y también
para el muestreo de concretos preparados con agregados de
diámetros mayores a la 2″ (revisar la norma ASTM C172).
4.3.1. Equipo necesario:
Moldes: deben ser de acero, hierro forjado, PVC ú otro material no
absorbente y que no reaccione con el cemento. Antes de usarse los
moldes deben ser cubiertos ligeramente con aceite mineral o un
agente separador de encofrado no reactivo.
95
Varilla: debe ser de fierro liso diámetro 5/8”, de 60 cm de largo y con
una de sus extremos boleados.
Mazo: debe usarse un mazo de goma que pese entre 0.60 y 0.80 Kg.
Equipo adicional: badilejo, plancha de metal y depósito que
contenga el íntegro de la mezcla a colocar en la probeta (una
carretilla de obra cumple este requerimiento).
Foto 08: Prueba de Slump y extracción de Briquetas
4.3.2. Muestreo:
Los especímenes deben ser cilindros de concreto
vaciado y fraguado en posición vertical, de altura igual
a dos veces el diámetro, siendo el espécimen estándar
96
de 6×12 pulgadas, o de 4×8 pulgadas para agregado
de tamaño máximo que no excede las 2”.
Las muestras deben ser obtenidas al azar, por un
método adecuado y sin tener en cuenta la aparente
calidad del concreto. Se deberá obtener una muestra
por cada 120 m3 de concreto producido o 500 m2 de
superficie llenada y en todo caso no menos de una
diaria. Este ya es un tema sujeto al criterio del
ingeniero residente o del supervisor de obra, ya que la
importancia de determinado elemento estructural
puede ameritar la toma de un mayor número de
muestras para control.
Colocar el molde sobre una superficie rígida,
horizontal, nivelada y libre de vibración.
Colocar el concreto en el interior del molde,
depositándolo con cuidado alrededor del borde para
asegurar la correcta distribución del concreto y una
segregación mínima.
97
Llenar el molde en tres capas de igual volumen. En la
última capa agregar la cantidad de concreto suficiente
para que el molde quede lleno después de la
compactación. Ajustar el sobrante ó faltante de
concreto con una porción de mezcla y completar el
número de golpes faltantes. Cada capa se debe
compactar con 25 penetraciones de la varilla,
distribuyéndolas uniformemente en forma de espiral y
terminando en el centro. La capa inferior se compacta
en todo su espesor; la segunda y tercera capa se
compacta penetrando no más de 1” en la capa
anterior. Después de compactar cada capa golpear a
los lados del molde ligeramente de 10 a 15 veces con
el mazo de goma para liberar las burbujas de aire que
puedan estar atrapadas (es usual dar pequeños
98
golpes con la varilla de fierro en caso de no contar con
el mazo de goma).
Enrasar el exceso de concreto con la varilla de
compactación y completar con una llana metálica para
mejorar el acabado superior. Debe darse el menor
número de pasadas para obtener una superficie lisa y
acabada.
Identificar los especímenes con la información correcta
respecto a la fecha, tipo de mezcla y lugar de
colocación. Hay que proteger adecuadamente la cara
descubierta de los moldes con telas humedecidas ó
películas plásticas para evitar la pérdida de agua por
evaporación.
Después de elaboradas las probetas se transportarán
al lugar de almacenamiento donde deberán
permanecer sin ser perturbados durante el periodo de
curado inicial. Si la parte superior de la probeta se
daña durante el traslado se debe dar nuevamente el
acabado. Durante las primeras 24 horas los moldes
deberán estar a las siguientes temperaturas: para f
´c>422 kg/cm2 : entre 20 y 26°C y para f´c<422
kg/cm2 : entre 16 y 27°C.
99
No deben transcurrir más de 15 minutos entre las
operaciones de muestreo y moldeo del pastón de concreto.
Se deben preparar al menos (02) probetas de ensayo de
cada muestra para evaluar la resistencia a la compresión
en determinada edad por el promedio. Lo usual es evaluar
resistencias a los 7 y 28 días.
4.3.3. Desmoldado:
Las probetas se retirarán de los moldes entre las 18 y 24
horas después de moldeadas. Hecho esto se marcará en la
cara circular de la probeta las anotaciones de la tarjeta de
identificación del molde. Luego de esto deben pasar a
curado.
4.3.4. Curado:
Después de desmoldar las probetas y antes de que
transcurran 30 minutos después de haber removido los
moldes, almacene las probetas en condiciones adecuadas de
humedad, siempre cubiertas por agua a una temperatura de
entre 23 y 25°C. Deben mantenerse las probetas en las
mismas condiciones de la estructura origen (protección,
humedad, temperatura, etc).
100
El laboratorio, además de certificar la resistencia, debe dejar
constancia del peso y dimensiones de las probetas, de la
fecha y hora del ensayo.
4.4. Evaluación y aceptación del concreto.
Frecuencia de los Ensayos
Las muestras para ensayos de resistencia en compresión de cada
clase de concreto colocado cada día deberán ser tomadas.
No menos de una muestra por día.
No menos de una muestra de ensayo por cada 50 m3 de
concreto colocado.
No menos de una muestra de ensayo por cada 300 m2 de
área superficial para losas o veredas.
Si el volumen total de concreto de una clase dada es tal que la
cantidad de ensayos de resistencia en compresión ha de ser menor
de cinco, el Supervisor ordenará ensayos de por lo menos cinco
101
tandas tomadas al azar, o de cada tanda si va ha haber menos de
cinco.
En elementos que no resistan fuerzas de sismo si el volumen total
de concreto de una clase dada es menor de 40 m3, el Supervisor
podrá disponer la supresión de los ensayos de resistencia en
compresión si, a su juicio, está garantizada la calidad de concreto.
Preparación de Probetas
Las muestras de concreto a ser utilizadas en la preparación de las
probetas cilíndricas a ser empleadas en los ensayos de resistencia
en compresión, se tomarán de acuerdo al procedimiento indicado
en la NTP 339.036. Las probetas serán moldeadas de acuerdo a la
Norma NTP 339.033.
4.4.1. Ensayo a la Compresión del Concreto.
El ensayo se desarrollósegún las recomendaciones de la Norma ASTM
C 192 de acuerdo al procedimiento indicado en la NTP 339.034. Se
ensayaron tres cilindros por cada mezcla a los 7 y a 28 días. El
procedimiento se describe a continuación:
Se coloca en la máquina de ensayo el plato inferior con su
respectiva goma y se coloca el cilindro a ensayar.
102
Se coloca el plato superior sobre el cilindro y se debe centrar
cuidadosamente en la máquina. Tanto las superficies de los
cilindros y los platos de la máquina deben estar exentos de
polvo, grasa y de cualquier otro material extraño, es
importante resaltar que las gomas utilizadas en la
investigación eran nuevas.
Foto 09: Colocación del cilindro en la Maquina Universal, ensayo a Compresión (Fuente investigación realizada por
los autores)
Se enciende la máquina compresora, se aplica la carga a una
velocidad constante dentro del rango de 1,4 Kg./cm2/seg y 3,5
Kg./cm2/seg, dejándola actuar hasta conseguir comprimir el
cilindro hasta lograr que falle.
Se anota la carga correspondiente a la falla.
103
La resistencia a compresión será el cociente entre la carga
máxima y la sección media de la probeta.CAPITULO V
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Este capítulo muestra los resultados obtenidos mediante las pruebas empleadas a
las dosis del diseño de mezclas del concreto de las canteras del distrito de Puno.
104
Cuadro 16:Resistencia a la compresión a los 28 días, Cantera Viluyo f’c = 175 Kg/cm2.
N° CilindroRes.
Diseño (kg/cm2)
Asent. (pulg) Carga (Kg) Resistencia
(kg/cm2)
100 175 5" 29000 166100 175 5" 33000 189101 175 5" 28750 163101 175 5" 27000 155102 175 3 1/2" 34750 199102 175 3 1/2" 37000 212103 175 3 1/2" 35250 197103 175 3 1/2" 37250 214104 175 3 1/2" 32000 184104 175 3 1/2" 29500 167
105
105 175 2 1/2" 33750 191105 175 2 1/2" 33000 187106 175 2 1/2" 34000 192106 175 2 1/2" 35250 199107 175 3 1/2" 32750 185107 175 3 1/2" 32750 185108 175 3 1/2" 34250 194108 175 3 1/2" 31750 177109 175 2" 33500 190109 175 2" 31750 180110 175 3 1/2" 35250 199110 175 3 1/2" 34000 192111 175 3 1/2" 33750 194111 175 3 1/2" 35250 199112 175 3 1/2" 32000 184112 175 3 1/2" 31000 175113 175 3 1/2" 35750 202113 175 3 1/2" 37250 211114 175 2 1/2" 34250 194114 175 2 1/2" 35750 202
Cuadro 17:Resistencia a la compresión a los 28 días, Cantera Viluyo f’c = 210 Kg/cm2.
N° Cilindro
Res. Diseño (kg/cm2)
Asent. (pulg)
Carga (Kg)
Resistencia (kg/cm2)
200 210 3 1/2" 53000 264200 210 3 1/2" 54000 270201 210 5 1/2" 52500 257201 210 5 1/2" 51500 251202 210 3" 57000 283202 210 3" 57000 283203 210 5 1/2" 50500 246203 210 5 1/2" 45500 217204 210 3 1/2" 53000 264204 210 3 1/2" 54000 266
106
205 210 3 1/2" 55500 274205 210 3 1/2" 54250 267206 210 3 1/2" 54500 268206 210 3 1/2" 52750 259207 210 4 1/2" 52250 256207 210 4 1/2" 52500 257208 210 4 1/2" 48750 236208 210 4 1/2" 51250 250209 210 3" 56000 277209 210 3" 56500 280210 210 3 1/2" 52000 254210 210 3 1/2" 51500 251211 210 3 1/2" 53500 267211 210 3 1/2" 52250 256212 210 4" 51000 249212 210 4" 52250 256213 210 4" 48500 234213 210 4" 46250 222214 210 3" 53500 263214 210 3" 54000 266
Cuadro 18: Resistencia a la compresión a los 28 días, Cantera Carucaya f’c = 175 Kg/cm2.
N° Cilindro
Res. Diseño (kg/cm2)
Asent. (pulg)
Carga (Kg)
Resistencia (kg/cm2)
300 175 3 1/2" 32250 182300 175 3 1/2" 30750 174301 175 4" 31250 177301 175 4" 28000 158302 175 4 1/2" 29750 168302 175 4 1/2" 30500 173303 175 3" 31250 177303 175 3" 31000 175304 175 3 1/2" 30000 170
107
304 175 3 1/2" 31250 177305 175 4" 29000 164305 175 4" 30750 174306 175 3" 30500 173306 175 3" 30750 174307 175 3 1/2" 29500 167307 175 3 1/2" 31250 177308 175 3 1/2" 31250 177308 175 3 1/2" 30500 173309 175 3" 31500 178309 175 3" 32500 184310 175 3 1/2" 29750 168310 175 3 1/2" 30500 173311 175 3" 31500 178311 175 3" 31000 175312 175 3" 29500 167312 175 3" 31000 175313 175 4 1/2" 30250 171313 175 4 1/2" 29000 164314 175 4 1/2" 29500 167314 175 4 1/2" 29750 168
Cuadro 19:Resistencia a la compresión a los 28 días, Cantera Carucaya f’c = 210 Kg/cm2.
N° Cilindro
Res. Diseño (kg/cm2)
Asent. (pulg)
Carga (Kg)
Resistencia (kg/cm2)
400 210 3 1/2" 44000 209400 210 3 1/2" 42500 201401 210 2 1/2" 45500 217401 210 2 1/2" 45000 215402 210 4" 44000 208402 210 4" 43750 208403 210 3 1/2" 43750 208403 210 3 1/2" 43250 205404 210 3" 44750 213
108
404 210 3" 44250 210405 210 4 1/2" 43000 203405 210 4 1/2" 44500 212406 210 3 1/2" 45500 217406 210 3 1/2" 43000 203407 210 3 1/2" 44250 210407 210 3 1/2" 44000 209408 210 4 1/2" 42500 201408 210 4 1/2" 43250 205409 210 4 1/2" 42000 198409 210 4 1/2" 42250 199410 210 3 1/2" 45500 217410 210 3 1/2" 43750 208411 210 2 1/2" 48000 232411 210 2 1/2" 47000 226412 210 2 1/2" 45000 215412 210 2 1/2" 47750 230413 210 3 1/2" 45000 215413 210 3 1/2" 43250 205414 210 3 1/2" 44000 209414 210 3 1/2" 42000 198
De la información procesada estadísticamente resumimos lo siguiente con
relación al análisis de la influencia de la procedencia de agregados y su
repercusión en el diseño de mezclas de concretos estructurales en el
distrito de Puno.
Cuadro 20: Resistencia f’c = 175 Kg/cm2.
Resumen Ejecutivo de Estadísticas
Resistencia f'c = 175 Kg/cm2Cantera Viluyo Cantera Carucaya
Promedio 189.27 172.60Máximo valor 214.00 184.00Mínimo valor 155.00 158.00Variabilidad 59.00 26.00
109
Desviación Estándar 14.25 5.65Coeficiente Variación 7.53 3.27
Cuadro 21: Resistencia f’c = 210 Kg/cm2.
Resumen Ejecutivo de Estadísticas
Resistencia f'c = 210 Kg/cm2Cantera Viluyo Cantera Carucaya
Promedio 258.10 210.20Máximo valor 283.00 232.00Mínimo valor 217.00 198.00Variabilidad 66.00 34.00Desviación Estándar 16.01 8.58Coeficiente Variación 6.20 4.08
Cuadro 22: Promedio de Resistencia f’c = 175 Kg/cm2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que el promedio de Resistencia de las muestras tomadas en la cantera Viluyo es de 189.27 Kg/cm2, así como el promedio de la resistencia en la cantera de Carucaya es de 172.60 Kg/cm2,
110
siendo el diseño de Resistencia esperado de 175 Kg/cm2.
Cuadro 23: Promedio de Resistencia f’c = 210 Kg/cm2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que el promedio de Resistencia de las muestras tomadas en la cantera Viluyo es de 258.10 Kg/cm2, así como el promedio de la resistencia en la cantera de Carucaya es de 210.20 Kg/cm2, siendo el diseño de Resistencia esperado de 210 Kg/cm2.
Cuadro 24: Variabilidad de Resistencia de diseño f’c = 175 Kg/cm2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que la Variabilidad para la Resistencia de Diseño de 175 Kg/cm2, con relación a la cantera Viluyo la dispersión con relación a al promedio es de 59.60 y en el caso de la cantera
111
Carucaya la dispersión disminuye logrando una dispersión de 26 con relación a los datos obtenidos.
Cuadro 25: Variabilidad de Resistencia de diseño f’c = 210 Kg/cm2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que la Variabilidad para la Resistencia de Diseño de 210 Kg/cm2, con relación a la cantera Viluyo la dispersión es de 66.00 y en el caso de la cantera Carucaya la dispersión disminuye logrando una dispersión de 24.00.
Cuadro 26: Desviación Estandar de Resistencia de diseño f’c = 175 Kg/cm2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que la Desviación Estandar para la Resistencia de Diseño de 175 Kg/cm2, con relación a la cantera Viluyo la dispersión fluctúa en una margen de +- 14.35% y en el caso de la cantera Carucaya la dispersión fluctúa en +- 5.65%.
112
Cuadro 27: Desviación Estandar de Resistencia de diseño f’c = 210 Kg/cm2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que la Desviación Estandar para la Resistencia de Diseño de 210 Kg/cm2, con relación a la cantera Viluyo la dispersión fluctúa en una margen de +- 16.01% y en el caso de la cantera Carucaya la dispersión fluctúa en +- 8.58%.
Cuadro 28: Coeficiente de Variación de Resistencia de diseño f’c = 175 Kg/cm2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que el coeficiente de Variación en la cantera Viluyo es 7.53%, es decir mayor dispersión con relación a la cantera
113
de Carucaya.
Cuadro 29: Coeficiente de Variación de Resistencia de diseño f’c = 210 Kg/cm2.
Interpretación: Del gráfico podemos observar que el coeficiente de Variación en la cantera Viluyo es 6.20%, es decir mayor dispersión con relación a la cantera de Carucaya que tiene una dispersión de 4.08%.
CAPITULO VI
CONCLUSIONES
6.1. Conclusiones Generales.
En este capítulo se presentan las conclusiones de esta investigación cuyo
objetivo principal es determinar la influencia en el diseño de mezcla de
agregados de diferente procedencia en el distrito de Puno.
Sabemos que en lo posible deben emplearse agregados que cumplan con
114
las Normas Técnico Peruanas u otras reconocidas, del estudio a los agregados
de ambas canteras se observa una tendencia tanto en la Cantera Viluyo como en
la Cantera Carucaya de que sus agregados se acercan mucho a los límites
máximos o mínimos exigidos por norma, siendo evidencia de que contamos en
Puno con agregados pocos controlados, existen ensayos de calidad donde se
presentan resultados similares, se pudiera mencionar que el agregado fino en
ambas canteras presenta gran cantidad de material grueso, superior al 15% de
material retenido en el tamiz #4, los valores de pesos específicos y pesos
unitarios no presentan mayor variabilidad, caso contrario a esto, y que se
presentan valores que favorecen al material de la Cantera Viluyo se demuestra
con los ensayos de Ultrafinos o Pasante 200 (2.08% en cantera Viluyo y 0.2% en
cantera Carucaya), porcentajes de absorción en material fino (0.97% en cantera
Viluyo y 0.02% en cantera Carucaya) porcentaje de desgaste (27.3% en cantera
Viluyo y 13.5% en cantera Carucaya) a pesar de ser valores que muestran el
poco control de calidad que se emplea en las obras en el distrito de Puno.
De lo antes mencionado, decimos que estos valores corresponden con los
resultados obtenidos en los ensayos de resistencia a compresión axial en los que
se presentan resultados más satisfactorios para la cantera Viluyo, tanto en
resistencia bajas como altas, a pesar de que estos ensayos de calidad (Pasante
200, Porcentaje de absorción y porcentaje de desgastes) y por ende, sus valores
no estén implícitos en las formulas del diseño de mezcla que finalmente indican
115
las cantidades a dosificar de cada componente.
Un aspecto importante a resaltar, es el de las cantidades de agregados a
dosificar para obtener un (1) metro cubico de concreto; en muchos casos se
indica a constructores en manuales de casas fabricantes de cemento portland
modificado, cantidades fijas de agregados en diseños de mezclas para alcanzar
una determinada resistencia. Como pudimos observar anteriormente, en
canteras de agregados tan cercanas geográficamente estos valores cambian
considerablemente debido a los diferentes tamaños de sus partículas, lo que
pudiera causar grandes trastornos en las resistencias finales a compresión en
concretos de una obra de la zona al vernos en la necesidad de utilizar los
diferentes agregados presentes en el mercado.
Para el caso de las resistencias de muestras tomadas, el hecho de arrojar
valores tan por encima de la resistencia esperada, nos conduce a pensar que las
posibles causas pudieran estar en el exceso de agregado grueso que se está
adicionando por metro cubico o la presencia de un posible fuga de material
cementante al momento de la dosificación, muy común cuando no se lleva un
control estricto .
116
REFERENCIAS
Abraham, P. R. (2007). Manual de Prácticas de Laboratorio de Concreto (Universidad Autonoma de Chihuahua - Facultad de Ingeniería ed.).
Concreto, I. C. d. C. y. (2006). Manual de Consejos Prácticos sobre el Concreto.
Construcciones, R. N. d. (2004). NTE E.060 Concreto Armado.Figueroa Tatiana, P. R. (2008). Patologías, causas y soluciones del Concreto
Arquitectónico en Medellín. Revista EIA, 10, 10. Flavio, A. C. (2000). Tecnología del Concreto: 1.Hormigon, I. C. d. C. y. (1988). Compenio de Tecnología del Hormigón (Vol.
1). Santiago - Chile.Jésus, D. C. C. (2011). Naturaleza del Concreto (Vol. 1). Universidad
Nacional Pedro Ruíz Gallo: Campus Universitario.
117
Manuel Gonzáles de la Cotera (1991) Exposición en el ciclo organizado por el ACI, Capítulo Peruano sobre Corrosión en Estructuras de Concreto.
Rivva lopez, E. (1992). Diseño de Mezclas (1 ed. Vol. 1).Rivva lopez, E. (2000). Naturaleza y Materiales del Concreto (Primera ed.).Rivva lopez, E. (2004). Control del Concreto en Obra (1ra ed.).
118
ANEXOS
Contenido
119
Tabla Slum para diversos tipos de estructuras.
Tabla Cantidad aproximada de agua para amasado.
Tabla Relación agua cemento vs resistencia al concreto.
Tabla volumen de agregado grueso compactado.
Tabla peso específico de cementos.
Tabla de Porcentajes de aire atrapado.
Mapa de ubicación del Proyecto.
Plano geomorfológico.
Tabla de contenido de humedad.
Tabla de peso unitario.
Tabla de peso específico.
Análisis granulométrico por tamizado.
Diseño de Mezclas Resistencia de diseño F’c 210 Kg/cm2.
Diseño de Mezclas Resistencia de diseño F’c 175 Kg/cm2.
Croquis de canteras de Puno.
1
TABLA 1: SLUMP PARA DIVERSOS TIPOS DE ESTRUCTURAS
Tipo de Estructura Slump Máximo Slump Mínimo
Zapatas y Muros de Cimentación Reforzados 3" 1"
Cimentación Simples y Calzaduras 3" 1"
Vigas y Muros Armados 4" 1"
Columnas 4" 2"
Losas y Pavimentos 3" 1"
Concreto Ciclópeo 2" 1"
2
TABLA 2: CANTIDAD APROXIMADA DE AGUA PARA AMASADO
SLUMP Tamaño Máximo de Agregado
3/8" 1/2" 3/4" 1"1 1/2" 2" 3" 4"
Concreto Sin Aire Incorporado
1" a 2" 207 199 190 179 166 154 130 113
3" a 4" 228 216 205 193 181 169 145 124
6" a 7" 243 228 216 202 190 178 160 ---
Concreto Con Aire Incorporado
1" a 2" 181 175 168 160 150 142 122 107
3" a 4" 202 193 184 175 165 157 133 119
6" a 7" 216 205 197 184 174 166 154 ---
3
TABLA 3: RELACION AGUA CEMENTO VS RESISTENCIA DEL CONCRETOf'c a 28 dias Relacion Agua/Cemento en peso
(kg/cm2) Sin Aire Incorporado Con Aire Incorporado450 0.38 ---400 0.42 ---350 0.47 0.39300 0.54 0.45250 0.61 0.52200 0.69 0.6150 0.79 0.7
TABLA 4: VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO COMPACTADOVolumen de A°G° Compactado en Seco
Tamaño Máximo Modulo de Fineza de la Arena de Agregado 2.40 2.60 2.80 3.00
3/8 0.50 0.48 0.46 0.44 1/2 0.59 0.57 0.55 0.53 3/4 0.66 0.64 0.62 0.60
1 0.71 0.69 0.67 0.651 1/2 0.75 0.73 0.71 0.69
2 0.78 0.76 0.74 0.723 0.82 0.79 0.78 0.756 0.87 0.85 0.83 0.81
4
TABLA 5: PESO ESPECIFICO DE LOSCEMENTOS (gr/cm3)Cemento Peso EspecificoRumi Tipo IP 3.15Yura Tipo I 3.15Yura Tipo IP 2.86Yura Tipo IPM 2.95Sol Tipo I 3.11Andino Tipo I 3.11Andino Tipo II 3.18Andino Tipo V 3.11Atlas Tipo IP 3.03
TABLA 6: PORCENTAJE DE AIRE ATRAPADOCONCRETO SIN AIRE INCORPORADO
T.Maximo de A°G° (") 3/8 1/2 3/4 1 1 1/2 2 3 4 Aire atrapado (%) 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.30 0.20
CONCRETO CON AIRE INCORPORADOT.Maximo de A°G° (") 3/8 1/2 3/4 1 1 1/2 2 3 4 Grado de Exposicion Normal 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00Moderada 8.00 5.50 5.00 4.50 4.50 4.00 3.50 3.00Extrema 7.50 7.00 6.00 6.00 5.50 5.00 4.50 4.00
5
TABLA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE ROCAS DE USO COMÚN COMO AGREGADOS DEL HORMIGÓN
6
Plano Geomorfológico
1
MAPA DE UBICACIÓN DEL PROYECTO
Figura 1.1: Mapa de ubicación del Proyecto
2
Reacción Alcali – Sílice:
La reacción álcali-sílice se ha presentado únicamente en algunas
regiones del globo. Se encuentra de manera preponderante en los
Estados Unidos de Norteamérica, extendida en la zona central que
comprende los estados de Oklahoma, Kansas, Nebrasca e Iowa. También
en algunas áreas de Australia, Nueva Zelandia, Dinamarca y la Indica.
En Latinoamérica, no se han presentado desarreglos de este tipo, con
excepción de algunos localizados en Brasil y Chile. En el Perú, no se
conocen casos, pero tampoco se cuenta con un estudio de yacimientos
de agregados a nivel nacional.
Para que se produzca la reacción se requiere la presencia de 3
condiciones:
Agregados reactivos
Cemento con alto contenido de álcalis
Humedad
Estas reacciones se presentan con mayor intensidad en climas cálidos y
ambientes húmedos; elevadas temperatura, en especial creciente de
20°C a 40°C y fisuras de contracción plástica.
Los agregados en los cuales se puede presentar la reacción provienen de
los siguientes tipos de rocas, de acuerdo a la información del ACI: Las
calcedonias y calcedonias opalinas, calizas silicosas, las riolíticas y tobas
3
rioliticas. Las dacíticas y las tobas dacíticas, las andesiticas y tobas
andesíticas y filitas.
En la Tabla II se da referencia a las sustancias reactivas de acuerdo a la
experiencia americana, conforme las recoge el ACI.
La reacción entre los álcalis del cemento y del agregado, es de carácter
expansivo, dando como resultados el agrietamiento del concreto.
TABLA Nº II Sustancias Reactivas Composición Química Características Físicas
Opalo SiO2.nH2O Amorfos
Calcedonia SiO2 Microcristalino a criptocristalino;
comúnmente fibroso.
Formas de Cuarzo SiO2 (a) Microcristalino a
(b) Criptocristalino, pero
intensamente fracturado. Y/o
inclusión relleno
Cristobalita SiO2 Cristalino
Riolíco, dacitico,
latitico, o andesitico,
vitrio o criptocristalino,
diversificación de
productos
Siliceos con menos
proporciones de Al203,
Fe2O22, tierra alcalina y
álcalis
Vitrio o materiales criptocristalino
como matriz de rocas volcánicas o
fragmentos en los tufos
Siliceos sintéticos
vitrios
Siliceos con menor
proporción de álcalis,
alumina, y/o otras
sustancias
Vitrios
4
La reacción sílice en el agregado se presenta formando dos zonas
alrededor de los agregados fracturados y a lo largo del plano de rotura.
Una de ellas externa y oscura es un gel rico en óxido de sílice cal y
potasio. La otra interna y blanca está formada por cristales dispersos
conteniendo sílice cal y potasio.
El agrietamiento, en concretos con restricciones tiene la forma de un
"mapa". En concreto armado las fisuras pueden ser paralelas al refuerzo.
A través de las grietas se efectúa la exudación del gel con carácter
viscoso, que en contacto con C0 de la atmósfera endurece con una
coloración blanca.
El estudio con el microscopio de la película blanca del exterior del
concreto solo es útil para evitar confundirlo con la carbonatación del
hidróxido de calcio, producto de la hidratación del cemento.
La única manera de determinar la presencia de la reacción es obtener
muestras del gel, que se encuentra en el interior de los vacíos y grietas,
alrededor de los agregados reactivos, mediante el microscopio, utilizando
láminas pulimentadas con una ampliación por 50.
Evidentemente la solución del problema de la reacción agregados resulta
aparentemente obvias recomendándose:
5
Utilizar agregados estables con cemento Pórtland común.
Utilizar agregados reactivos con un cemento Pórtland con
reducido porcentaje de álcalis.
Resulta sin embargo, que cuando no se tiene conocimiento previo del
comportamiento activo del agregado, no existe un método rápido y seguro
para evaluar a los agregados.
Usualmente, se parte por la investigación petrográfica de los agregados
para lo cual se cuenta con la norma ASTM C-295. Sin embargo, este
procedimiento no sólo requiere experiencia en los técnicos que lo aplican,
sino es limitado, pues únicamente produce resultados de orientación.
Un método de estudio, sobre el que existe importante conocimiento es el
método químico que determina la reactividad potencial de los agregados,
con la norma ASTM C-289. En la práctica los resultados que se obtienen
no son claros y en la mayoría de los casos se requiere de otro tipo de
ensayos. A pesar de ello, esta norma es de extendida aplicación por su
rapidez y facilidad de ejecución, en cuanto se trata de medir la reducción
de la alcalinidad de una solución de hidróxido de sodio cuando se
encuentran en contacto con agregado molturado, determinándose la
calidad de sílice disuelta.
6
El método más concluyente es el que determina la potencial reactividad
alcalina de la combinación de cemento y agregado, que ha sido
normalizada por la ASTM en la especificación C-227. La dificultad de este
procedimiento está en que requiere un largo proceso, no menor de 6
meses para determinar el comportamiento del agregado.
El método en su esencia es simple, consiste en preparar un espécimen
prismático del mortero, utilizando el agregado en estudio, con
granulometría especificada y un cemento con contenido de álcalis mayor
del 0.6%. Los especímenes se conservan en agua a 38°C, midiéndose su
expansión luego de 3 a 6 meses. El agregado se considera reactivo, si el
incremento de longitud del espécimen es más del 0.05% en el primer
caso, y de más del 0.1% al término de la prueba.
El empleo de Cemento con bajo contenido de álcalis, que la norma ASTM
C-150 indica para el caso de agregados reactivos, limita el contenido de
álcali del cemento en 0.6%, expresado en óxido de sodio según la
relación (Na20 + 0.658K20).
En la actualidad, existe cierto consenso de que ésta regulación es
excesiva. En los Estados Unidos la Agencia Federal de Energía ha
propuesto su modificación, considerando que éste reducido porcentaje
obliga a un alto consumo de energía.
7
La tendencia europea específicamente en Alemania y Dinamarca, tienden
a dar más responsabilidad al diseño de mezclas, para la selección del
cemento teniendo en cuenta la reactividad del agregado y el contenido de
álcalis por unidad de volumen del concreto.
![Agregados para concreto 1 [Modo de compatibilidad].pdf](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/55cf94fa550346f57ba5b75e/agregados-para-concreto-1-modo-de-compatibilidadpdf.jpg)
