PROYECTO DE TESIS - repositorio.unu.edu.pe

i

UNIVERSIDAD NACIONAL DE UCAYALI

FACULTAD DE INGENIERÍA DE SISTEMAS E

INGENIERÍA CIVIL

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

“Análisis de la resistencia del concreto utilizando hormigón

en el distrito de Callería, provincia de Coronel Portillo,

departamento de Ucayali”

Tesis para optar por el Título Profesional de Ingeniero Civil:

CHOTA TAFUR, David Herson

NAVARRO CÓRDOVA, Pedro

Pucallpa – Perú

2019

ii

INFORME DE ASESORÍA DE TESIS

I. Tesistas: Bach. Chota Tafur, David Herson.

Bach. Navarro Córdova, Pedro.

II. Tesis: “Análisis de la resistencia del concreto utilizando hormigón en el Distrito

de Callería, Provincia de Coronel Portillo, Departamento de Ucayali”

2017 – 2018.

III. Referencia: Resolución Comité de Planeamiento N° /2017 -CP-FIS y de ICUNU.

__________________________________________________________________________

Que, los tesistas han cumplido con ejecutar la tesis titulada: “Análisis de la resistencia del

concreto utilizando hormigón en el distrito de Callería, provincia de Coronel Portillo,

departamento de Ucayali” 2017 al 2018 de conformidad con el Reglamento General de

Grados y Títulos de la Universidad Nacional de Ucayali, por lo que mi asesoría declara:

APROBADO y, encontrándose apta para ser presentada y evaluada por la Comisión de Grados

y Títulos de la Facultad de Ingeniería de Sistemas y de Ingeniería Civil de la Universidad

Nacional de Ucayali.

Se expide el presente documento, a solicitud de los interesados para los fines convenientes.

Pucallpa, de febrero del 2019.

____________________________________

Ing. Estuardo Alonso Lizarzaburu Velarde

Asesor de tesis

“Análisis de la resistencia del concreto utilizando hormigón en el distrito de Callería,

provincia de Coronel Portillo, departamento de Ucayali” 2017 – 2018.

Por:

Bach. Chota Tafur, David Herson

Bach. Navarro Córdova, Pedro

iii

DEDICATORIA

A Dios y a mis padres Nelly y Marco,

que son la razón de mi superación e

hicieron lo posible que culmine mi carrera

profesional y ver realizado mis sueños.

DAVID H. CHOTA TAFUR

A Dios, con mucho amor y gratitud por

la vida y las bendiciones que he recibido.

A mi amada esposa, adorados hijos y

queridos padres y hermanos, por su amor

y apoyo incondicional.

PEDRO NAVARRO CÓRDOVA

iv

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Nacional de Ucayali, nuestra alma mater, por haber sido nuestro

segundo hogar y por acogernos durante nuestra carrera profesional.

A los catedráticos de la Escuela Profesional de Ingeniería Civil, por sus valiosas

enseñanzas que serán aplicados durante nuestro ejercicio profesional.

Al Ing. Estuardo Alonso Lizarzaburu Velarde, por brindarnos su tiempo y dedicación

para el asesoramiento de nuestra tesis.

A los ingenieros civiles que fueron entrevistados y nos brindaron su tiempo para el

desarrollo de nuestro trabajo de investigación.

A todas las personas que de una u otra manera participaron e hicieron posible la

culminación de la presente tesis.

v

RESUMEN

El presente trabajo tiene por finalidad comprobar y dar validez al uso de hormigón

extraído de cantera para la elaboración de concreto estructural, pese a que el Reglamento

Nacional de Edificaciones (RNE), estipula que no debe ser utilizado para concretos con

resistencias a compresión mayores a 100 kg/cm2, lo cual se justifica por el hecho que gran parte

de la infraestructura edificada en la zona de estudio utiliza este tipo de concreto, que por

ubicación (Zona 2), requiere una resistencia mínima de 215 Kg/cm2. Para el diseño de mezcla

del concreto se utilizó el Método del Módulo de Fineza de la Combinación de los Agregados,

el cual toma el agregado global como insumo, los cuales cumplieron con las especificaciones

técnicas requeridas, necesarias para la elaboración de un concreto de mediana resistencia, que

posea las propiedades idóneas, tanto en su estado fresco: trabajabilidad, como en su estado

endurecido: resistencia. Los resultados obtenidos demuestran que la resistencia a la compresión

del concreto a los 28 días de edad, de las muestras de concreto con hormigón de las canteras

de Malvinas, Curimaná, Pachitea y Nueva Piura, sobrepasa la resistencia a la compresión

mínima requerida, logrando una resistencia promedio de 242.63 kg/cm2. La muestra de

concreto que obtuvo la mejor resistencia, fue la elaborada con hormigón de la cantera de

Malvinas con una resistencia de 251.45 kg/cm2 y la de menor resistencia fue la obtenida por la

muestra de la cantera de Nuevo Piura, con una resistencia de 233.04 kg/cm2.

Palabras claves: Concreto estructural, hormigón armado, Módulo de fineza, Construcción

civil

vi

ABSTRACT

The purpose of this work is to verify and validate the use of concrete extracted from

quarries for the production of structural concrete, despite the fact that the National Building

Regulations (RNE) stipulate that it should not be used for concrete with compressive strengths

greater than 100 kg/cm2, which is justified by the fact that much of the infrastructure built in

the study area uses this type of concrete, which by location (Zone 2), requires a minimum

strength of 215 kg/cm2. For the design of the concrete mix the Fineness Module Method of the

Aggregates Combination was used, which takes the global aggregate as an input, which met

the technical specifications required for the development of a concrete of medium strength,

which has the ideal properties, both in its fresh state: workability, as in its hardened state:

strength. The results obtained show that the compressive strength of concrete at 28 days of age,

from concrete samples with concrete from the Malvinas, Curimaná, Pachitea and Nueva Piura

quarries, exceeds the minimum compressive strength required, achieving an average strength

of 242.63 kg/cm2. The concrete sample that obtained the best resistance was elaborated with

concrete from the Malvinas quarry with a resistance of 251.45 kg/cm2 and the lowest resistance

was obtained by the Nuevo Piura quarry sample, with a resistance of 233.04 kg/cm2.

Keywords: Structural concrete, reinforced concrete, Fineness module, Civil construction

vii

INDICE DE CONTENIDO

CARÁTULA

APROBACIÓN

DEDICATORIA

AGRADECIMIENTO

RESUMEN

ABSTRACT

INDICE DE CONTENIDO

INDICE DE CUADROS

INDICE DE GRAFICOS

INDICE DE IMAGENES

INDICE DE FIGURAS

INDICE DE FOTOS

INTRODUCCION

CAPITULO 1: PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA ........................................................ 1

1.1. Descripción y fundamentación del problema ................................................................. 1

1.2. Formulación del problema .............................................................................................. 3

1.2.1. Problema general .................................................................................................. 3

1.2.2. Problemas específicos ........................................................................................... 4

1.3. Objetivos ......................................................................................................................... 4

1.3.1. Objetivo general .................................................................................................... 4

1.3.2. Objetivos específicos ............................................................................................ 4

1.4. Justificación e importancia ............................................................................................. 4

1.5. Limitaciones y alcances .................................................................................................. 6

1.6. Hipótesis ......................................................................................................................... 7

viii

1.6.1. Hipótesis general................................................................................................... 7

1.6.2. Hipótesis específicas ............................................................................................. 7

1.7. Sistema de variables dimensiones e indicadores ............................................................ 7

1.7.1. Variable independiente ........................................................................................ 7

1.7.2. Variable dependiente ............................................................................................ 7

CAPITULO 2: MARCO TEORICO .................................................................................... 11

2.1. Antecedentes de la investigación .................................................................................. 11

2.1.1. Antecedentes en el contexto local ....................................................................... 11

2.1.2. Antecedentes en el contexto nacional ................................................................. 11

2.1.3. Antecedentes en el contexto internacional.......................................................... 13

2.2. Bases teóricas - científicas ............................................................................................ 15

2.2.1. El concreto .......................................................................................................... 15

2.2.2. El cemento .......................................................................................................... 30

2.2.3. Los agregados ..................................................................................................... 37

2.2.4. El agua de mezclado ........................................................................................... 50

2.4.5. Los aditivos ........................................................................................................ 50

2.3. Definición de términos .................................................................................................. 53

CAPITULO 3: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN .......................................... 56

3.1. Tipo y nivel de investigación ........................................................................................ 56

3.2.1. Tipo de investigación .......................................................................................... 56

3.2.2. Nivel de investigación ........................................................................................ 56

3.2. Diseño de investigación ................................................................................................ 56

3.3. Población y muestra ...................................................................................................... 57

3.3.1. Población ............................................................................................................ 57

3.3.2. Muestra ............................................................................................................... 57

ix

3.4. Métodos y técnicas utilizadas ....................................................................................... 58

3.5. Descripción de procedimientos ..................................................................................... 59

CAPITULO 4: ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES FISICOS Y QUIMICOS DE LOS

AGREGADOS ................................................................................................................ 60

4.1. Estudio de canteras ....................................................................................................... 60

4.2. Propiedades físicas y químicos de los agregados ......................................................... 71

4.2.1. Granulometría ..................................................................................................... 72

4.2.2. Tamaño .............................................................................................................. 82

4.2.3. Módulo de Finura................................................................................................ 84

4.2.4. Ultrafinos ............................................................................................................ 87

4.2.5. Impurezas ............................................................................................................ 88

4.2.6. Disgregabilidad ................................................................................................... 95

4.2.7. Resistencia ......................................................................................................... 97

4.2.8. Peso por Unidad de Volumen ........................................................................... 100

4.2.9. Forma y Textura................................................................................................ 103

4.2.10. Humedad ......................................................................................................... 105

CAPITULO 5: RESULTADOS ......................................................................................... 109

5.1. Diseño de mezcla ........................................................................................................ 109

5.2. Análisis de consistencia del concreto en estado fresco ............................................... 121

5.3. Análisis de la resistencia a la compresión del concreto .............................................. 123

5.3.1. Análisis a los 7 días de edad del concreto ........................................................ 124

5.3.2. Análisis a los 14 días de edad del concreto ...................................................... 129



5.4. Prueba de hipótesis ..................................................................................................... 146

x

CAPITULO 6: DISCUSION DE RESULTADOS ........................................................... 151

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

MATRIZ DE CONSISTENCIA

ANEXOS

ANEXO ANALISIS ECONOMICO

PANEL FOTOGRAFICO

ENSAYOS REALIZADOS

xi

INDICE DE CUADROS

Cuadro 1: Operacionalización de variables............................................................................ 8

Cuadro 2: Clasificación de los cementos Portland ............................................................... 33

Cuadro 3: Muestreo No Probabilístico ................................................................................. 58

Cuadro 4: Requisitos granulométricos para el agregado fino .............................................. 73

Cuadro 5: Requisitos granulométricos para el agregado grueso .......................................... 73

Cuadro 6: Requisitos granulométricos para el agregado global .......................................... 74

Cuadro 7: Cantera Malvinas: Análisis granulométrico ........................................................ 75

Cuadro 8: Cantera Nuevo Piura: Análisis granulométrico ................................................... 76

Cuadro 9: Cantera Curimaná: Análisis granulométrico ....................................................... 78

Cuadro 10: Cantera Pachitea: Análisis granulométrico ....................................................... 79

Cuadro 11: Tamaño Máximo ............................................................................................... 83

Cuadro 12: Tamaño Máximo Nominal ................................................................................ 84

Cuadro 13: Módulo de Fineza .............................................................................................. 85

Cuadro 14: Módulo de fineza del agregado fino .................................................................. 86

Cuadro 15: Suma de mallas consecutivas - agregado fino ................................................... 87

Cuadro 16: Equivalente de arena ......................................................................................... 88

Cuadro 17: Ensayo de partículas livianas ............................................................................ 89

Cuadro 18: Ensayo colorimétrico ........................................................................................ 91

Cuadro 19: Contenido de cloruros en el hormigón .............................................................. 92

Cuadro 20: Contenido de sulfatos - límites permisibles ...................................................... 93

Cuadro 21: Contenido de sulfatos en el hormigón ............................................................... 93

Cuadro 22: Contenido de sales solubles en el hormigón. .................................................... 94

Cuadro 23: Examen cuantitativo: agregado grueso. ............................................................ 95

Cuadro 24: Examen cualitativo: agregado grueso. .............................................................. 96

xii

Cuadro 25: Examen cuantitativo: agregado fino. ................................................................. 97

Cuadro 26: Gradación de la Máquina de Los Ángeles ........................................................ 98

Cuadro 27: Gradación de las muestras de ensayo. ............................................................... 98

Cuadro 28: Ensayo de Abrasión. .......................................................................................... 99

Cuadro 29: Peso unitario suelto. ........................................................................................ 100

Cuadro 30: Peso unitario compactado. .............................................................................. 101

Cuadro 31: Peso específico. ............................................................................................... 103

Cuadro 32: Superficie específica ....................................................................................... 105

Cuadro 33: Contenido de humedad.................................................................................... 106

Cuadro 34: Porcentaje de absorción. ................................................................................. 107

Cuadro 35: Parámetros de diseño de mezcla...................................................................... 109

Cuadro 36: Resultados: Propiedades Físico – Químico del Agregado Global .................. 111

Cuadro 37: Niveles de control de calidad de obra ............................................................. 112

Cuadro 38: Recomendación ACI. ...................................................................................... 112

Cuadro 39: Volumen unitario del agua .............................................................................. 113

Cuadro 40: Volumen unitario del agua ............................................................................. 113

Cuadro 41: Volumen unitario del agua por muestras. ....................................................... 114

Cuadro 42: Contenido de aire atrapado. ............................................................................ 114

Cuadro 43: aire atrapado por muestras. ............................................................................. 115

Cuadro 44: relación agua / cemento................................................................................... 115

Cuadro 45:.Contenido de cemento ..................................................................................... 116

Cuadro 46: Volumen del contenido de hormigón .............................................................. 116

Cuadro 47: Diseño de mezcla en estado seco. ................................................................... 117

Cuadro 48: Contenido de hormigón en estado húmedo ..................................................... 117

Cuadro 49: Aporte de agua en la mezcla. .......................................................................... 118

xiii

Cuadro 50: Agua efectiva en la mezcla.............................................................................. 118

Cuadro 51: Diseño de mezcla definitivo ............................................................................ 119

Cuadro 52: Dosaje de por bolsa de cemento en peso......................................................... 119

Cuadro 53: Proporción por bolsa de cemento en peso. ...................................................... 119

Cuadro 54: Dosaje de cemento en volumen aparente ........................................................ 120

Cuadro 55: Proporción de cemento en volumen aparente. ................................................ 120

Cuadro 56: Proporción por tanda de una bolsa de cemento............................................... 121

Cuadro 57: Resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto (Cantera

Malvinas – Edad 7 días). ............................................................................................... 124


Nuevo Piura – Edad 7 días).. ........................................................................................ 125

Cuadro 59 Resistencia a la compresión de probetas cilíndricas de concreto (Cantera

Curimaná – Edad 7 días). .............................................................................................. 127


Pachitea – Edad 7 días).. ............................................................................................... 128


Malvinas – Edad 14 días).. ............................................................................................ 130


Nuevo Piura – Edad 14 días).. ...................................................................................... 131


Curimaná – Edad 14 días).. ........................................................................................... 132


Pachitea – Edad 14 días).. ............................................................................................. 134


Malvinas – Edad 21 días).. ............................................................................................ 135

xiv


Nuevo Piura – Edad 21 días). ....................................................................................... 137






Malvinas – Edad 28 días). ............................................................................................. 141


Nuevo Piura – Edad 28 días). ....................................................................................... 142





Cuadro 73: Resultados de análisis de resistencia a la compresión. ................................... 148

Cuadro 74: Análisis de Varianza. ...................................................................................... 149

xv

INDICE DE GRAFICOS

Grafico 1: Cantera Malvinas - Curva de Granulometría ................................................. 75

Grafico 2: Cantera Nuevo Piura - Curva de Granulometría ........................................... 77

Grafico 3: Cantera Curimaná - Curva de Granulometría ................................................ 78

Grafico 4: Cantera Pachitea - Curva de Granulometría ................................................. 80

Grafico 5: Agregado Grueso Vs Agregado Fino ............................................................ 81

Grafico 6: Resistencia a la compresión del concreto a la edad de 7 días (Cantera Malvinas)

....................................................................................................................................... 125

Grafico 7: Resistencia a la compresión del concreto a la edad de 7 días (Cantera Nuevo

Piura) ............................................................................................................................. 126

Grafico 8: Resistencia a la compresión del concreto a la edad de 7 días (Cantera

Curimaná) ..................................................................................................................... 127

Grafico 9: Resistencia a la compresión del concreto a la edad de 7 días (Cantera Pachitea)

....................................................................................................................................... 129


Malvinas) ...................................................................................................................... 130


Piura) ............................................................................................................................. 132


Curimaná) ..................................................................................................................... 133


Pachitea) ........................................................................................................................ 134


Malvinas) ...................................................................................................................... 136

xvi


Piura) ............................................................................................................................. 137


Curimaná) ..................................................................................................................... 138


Pachitea) ........................................................................................................................ 140


Malvinas) ...................................................................................................................... 141


Piura) ............................................................................................................................. 143


Curimaná) ..................................................................................................................... 144


Pachitea) ........................................................................................................................ 145

xvii

INDICE DE IMÁGENES

Imagen 1: Imagen satelital de ubicación de la cantera

Malvinas

.............................................................................................................................................

61.........................................................................................................................................

Imagen 2: Mapa de ubicación de la cantera Malvinas .................................................... 62

Imagen 3: Imagen satelital de ubicación de la cantera Nuevo

Piura

.............................................................................................................................................

64.........................................................................................................................................

Imagen 4: Mapa de ubicación de la cantera Nuevo Piura ............................................... 65


Curimaná

.............................................................................................................................................

66.........................................................................................................................................

Imagen 6: Mapa de ubicación de la cantera Curimaná ................................................... 67


Pachitea

.............................................................................................................................................

69.........................................................................................................................................

Imagen 8: Mapa de ubicación de la cantera Pachitea ..................................................... 69

xviii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Estado de deformación de un material. ........................................................... 27

Figura 2: Esfuerzo – Deformación del Concreto. ........................................................... 28

Figura 3: Esfuerzos y deformaciones Unitarias. ............................................................. 29

Figura 4: Estados de Saturación de los Agregados. ........................................................ 44

Figura 5: Efectos de las propiedades de los agregados sobre la resistencia del

concreto. .......................................................................................................................... 49

Figura 6: Prueba de hipótesis. ....................................................................................... 150

xix

ÍNDICE DE FOTOS

Foto 01: Toma de muestra de hormigón en la cantera Malvinas .................................... 70

Foto 02: Toma de muestra de hormigón en la cantera Curimaná ................................... 70

Foto 03: Ensayo de granulometría de los agregados ...................................................... 81




Foto 07: Ensayo de resistencia Maquina de Los Ángeles ............................................... 99

Foto 08: Ensayo de resistencia Maquina de Los Ángeles ............................................... 99

Foto 09: Determinación de peso suelto y compactado ................................................. 102

Foto 10: Determinación de peso suelto y compactado ................................................. 102

Foto 11: Ensayo para la determinación del Peso Específico ........................................ 103

Foto 12: Ensayo para la determinación del Peso Específico ........................................ 103

Foto 13: Ensayo de absorción y humedad de los agregados ......................................... 108

Foto 14: Ensayo de absorción y humedad de los agregados ......................................... 108

Foto 15: Ensayo de Consistencia / Asentamiento (Slump). ......................................... 121

Foto 16: Nivel de asentamiento de diseño logrado: 3” – 4”. ........................................ 122

Foto 17: Nivel de asentamiento de diseño logrado: 3” – 4”. ........................................ 122

Foto 18: Elaboración de probetas de prueba ................................................................. 122

Foto 19: Elaboración de probetas de prueba ................................................................. 122

Foto 20 Ensayo de resistencia a la compresión del concreto ........................................ 123

Foto 21: Ensayo de resistencia a la compresión del concreto ....................................... 123

Foto 22: Resultados obtenidos de Ensayo de resistencia a la compresión del concreto123

Foto 23: Resultados obtenidos de Ensayo de resistencia a la compresión del concreto123

xx

INTRODUCCION

Este trabajo tiene por finalidad comprobar y exponer la validez del uso de hormigón en

la elaboración de concreto estructural, demostrando a través de ensayos validados su resistencia

a la compresión.

La hipótesis de partida que se establece en esta investigación, plantea que las

características granulométricas y físico – mecánicas del hormigón de las canteras de Curimaná,

Nueva Piura, Malvinas y Pachitea, proporcionan una óptima resistencia a la compresión del

concreto estructural, utilizado en las edificaciones y diversas obras civiles en el distrito de

Callería, provincia de Coronel Portillo, departamento de Ucayali.

El modelo experimental diseñado, para probar la hipótesis de partida, consistió en

realizar una comparación entre las resistencias a la compresión del concreto, elaborado con

hormigón de las principales canteras de la zona y demostrar que se lograba la resistencia de

215 kg/cm2, mínima exigida para la zona por el Reglamento Nacional de Edificaciones.

El presente informe se desarrolló en seis capítulos que describimos a continuación.

Capítulo I:

Planteamiento de problema. Describe y fundamenta el problema central que motiva la presente

investigación, asimismo, se indica los objetivos propuestos y la hipótesis planteada.

Capítulo II:

Marco teórico. Comprende una descripción de los principales antecedentes de la investigación,

tanto en el contexto local, nacional como internacional. Se presenta además información

general sobre el concreto, su naturaleza, sus principales componentes, también se presentan los

factores que afectan sus propiedades. Finalmente, se hace un repaso del comportamiento del

concreto como un material compuesto.

xxi

Capítulo III:

Metodología de la investigación. Comprende la descripción de los tipos y niveles de

investigación, así como los métodos utilizados para la determinación de la población y la

muestra.

Capítulo IV:

Estudio de las propiedades físicos y químicos de los agregados. Comprende un análisis

completo de las propiedades del hormigón de las canteras más importantes de la zona, los

cuales fueron analizadas con ensayos realizados en un laboratorio geotécnico acreditado. Las

propiedades analizadas fueron: Granulometría, tamaño, fineza, impurezas, disgregabilidad,

resistencia, peso por unidad de volumen, formas y texturas y humedad. Asimismo, se

presenta un estudio de las canteras evaluadas.

Capítulo V:

Resultados. Con los cálculos realizados de los parámetros físicos, se presentan los diseños de

mezcla de concreto utilizando hormigón para cada uno de las canteras. Asimismo, se muestran

los resultados obtenidos del análisis de la resistencia a la compresión del concreto para una

edad de 7, 14, 21 y 28 días.

Capítulo VI:

Discusión de resultados. Finalmente, en las conclusiones y recomendaciones se enuncian las

consecuentes deducciones del análisis realizado, en relación con la hipótesis de partida, así

como algunas recomendaciones pertinentes para complementar la presente investigación.

En la parte final del presente informe se encuentran los anexos, los cuales consignan

información complementaria, que refuerza el desarrollo y entendimiento de este trabajo.

1

CAPITULO 1

PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA

1.1. Descripción y fundamentación del problema.

La presente investigación responde a la necesidad de evaluar el comportamiento físico y

mecánico del concreto estructural, utilizando como insumo el hormigón, pese a que el

Reglamento Nacional de Edificaciones, estipula que no debe ser utilizado para concretos

con resistencias a compresión mayores a 100 Kg/cm2 y que por la ubicación del área de

estudio (Zona 2) la resistencia mínima requerida debe ser de 215 Kg/cm2, teniendo en

cuenta además, que gran parte de la infraestructura de la zona utiliza este tipo de concreto.

En el periodo 2002-2015 el crecimiento de la región Ucayali ha sido del orden de 5.3%,

en tanto que el principal sector que ha crecido en la región ha sido el sector construcción,

con un 13% de crecimiento en el mismo periodo. En tal sentido, el grado de seguridad de

las edificaciones y obras civiles diversas, en uno de los sectores de mayor dinamismo

económico en la región, es un aspecto muy importante que debería ser analizado.

El problema materia análisis de la presente tesis, esta relacionado al uso del insumo

hormigón en el concreto armado estructural en todo tipo de edificaciones en la región

Ucayali, cuando el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) solo norma su uso para

resistencia a compresión no mayor a 100 Kg/cm2.

Según el RNE aprobado con D.S. N° 015-2004-VIVIENDA de fecha 03 de setiembre del

2004 y modificado con D.S. N° 011-2012-VIVIENDA de fecha 03 de marzo del 2012,

en la Norma E.060 Concreto Armado, Capítulo 2 Materiales, 3.2. Agregados, numeral

3.2.10., indica que “El agregado denominado «hormigón» corresponde a una mezcla

natural de grava y arena. Sólo podrá emplearse en la elaboración de concretos con

resistencia en compresión (f’c) no mayor a 10 MPa (100 Kg/cm2) a los 28 días. El

contenido mínimo de cemento será de 255 Kg/m3. El hormigón deberá estar libre de

2

cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas blandas o escamosas, sales,

álcalis, materia orgánica y otras sustancias dañinas para el concreto. En lo que sea

aplicable, se seguirán para el hormigón las recomendaciones indicadas para los

agregados fino y grueso”.

Asimismo, en el Articulo 9.4 Resistencia Mínima del Concreto Estructural, numeral 9.4.1

se indica que “Para el concreto estructural, f’c no debe ser inferior a 17 MPa (175

Kg/cm2), salvo para el concreto estructural simple”. Además, en el Numeral 21.3.2.

Concreto en elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo, inciso 21.3.2.1. “La

resistencia especificada a la compresión del concreto f’c, no debe ser menor que 21 MPa

(215 Kg/cm2)”.

Teniendo en cuenta que el Perú se divide en cuatro zonas sísmicas y que la provincia de

Coronel Portillo de la región Ucayali, se encuentra ubicada en la Zona 2, es preciso

indicar que la resistencia a la compresión para el concreto estructural a utilizarse será

como mínimo de 215 Kg/cm2. Sin embargo, por la abundancia del hormigón en la zona,

este material es utilizado mayoritariamente en el concreto estructural, lo cual no esta

normado en el RNE, lo que supondría un cierto nivel de afectación en la en la seguridad

estructural de las edificaciones, riesgo que sería medido en la ejecución de la tesis.

Por otro lado, se pretende demostrar que las principales propiedades del concreto fresco

(Trabajabilidad, segregación, exudación y contracción) y concreto endurecido

(Resistencia) son las mismas, si se usa hormigón o piedra chancada y arena.

Finalmente, resulta necesario incluir en la investigación un análisis económico, el cual

justifique el uso de hormigón en la elaboración del concreto estructural, teniendo en

cuenta que la resistencia a la compresión sería similar, que con el uso de piedra chancada

y arena, el cual se pretende demostrar en la presente investigación.

1.2. Formulación del problema

3

1.2.1. Problema general

¿En qué medida las características granulométricas y físico–mecánicas del hormigón

de las canteras de Curimaná, Nueva Piura, Malvinas y Pachitea, afectan a la resistencia

a la compresión del concreto armado en las edificaciones y diversas obras civiles en el

distrito de Callería, provincia de Coronel Portillo, región Ucayali?

Las características físico–mecánicas de los agregados que serán evaluadas, son las

siguientes:

- Agregados Finos y Gruesos: Peso Unitario (NTP 400.017.2011 y MTC E203),

Índice de Forma y Textura (MTC E208), Partículas Livianas (MTC E211) e Índice

de Durabilidad (MTC E214).

- Agregados Finos: Impurezas orgánicos (NTP 400.013.2013) y Peso Específico y

Absorción (NTP 400.022.2013).

- Agregados Gruesos: Resistencia a la Degradación (NTP 400.019.2014 y MTC

E207), Peso Específico y Absorción (NTP 400.021.2002 y MTC E206), Cantidad de

Partículas Livianas (NTP 400.023.2013), Porcentaje de Poros (NTP 400.036.2011),

Índice de Alargamiento (NTP 400.039.1999), Porcentaje de Partículas Chatas o

Alargadas (NTP 400.040.1999 y MTC E223), Índice de Espesor (NTP

400.041.2011) y Porcentaje de Partículas Fracturadas (MTC E 210).

Se analizará la resistencia del concreto a la compresión (NTP 339.034.2013 y MTC

E704) y las diferencias y similitudes del concreto estructural en su estado fresco y

endurecido, utilizando hormigón. Para ello se medirá el asentamiento del concreto con el

cono de Abrams para el concreto fresco (NTP 339.035.2009 y MTC E705) y se

determinará la densidad, absorción y porcentaje de vacíos para el concreto endurecido

(NTP 339.187.2003), en ambos casos.

1.2.2. Problemas específicos

4

¿El menor costo de la elaboración del concreto estructural con hormigón justifica en

términos económicos la no utilización de agregados finos y gruesos de forma

independiente?

1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivo general

Analizar la resistencia a compresión del concreto estructural, utilizando como

insumo el hormigón de las canteras de Curimaná, Nueva Piura, Malvinas y Pachitea,

distrito de Callería, provincia de Coronel Portillo, departamento de Ucayali.

1.3.2. Objetivos específicos

Analizar las características granulométricas y físico – mecánicas (Resistencia,

textura, forma, gravedad específica, absorción, vacíos y gradación) del hormigón de las

canteras de Curimaná, Nueva Piura, Malvinas y Pachitea y su relación con la resistencia

a compresión del concreto estructural.

1.4. Justificación e importancia

La presente investigación responde a la necesidad de evaluar el comportamiento

físico y mecánico del concreto estructural, utilizando como insumo el hormigón, pese a

que el Reglamento Nacional de Edificaciones, estipula que no debe ser utilizado para

concretos con resistencias a compresión mayores a 100 Kg/cm2 y que por la ubicación

del área de estudio (Zona 2) la resistencia mínima requerida debe ser de 215 Kg/cm2,

teniendo en cuenta además que gran parte de la infraestructura de la zona utiliza este tipo

de concreto.

En el periodo 2002-2015 el crecimiento de la región Ucayali ha sido del orden de 5.3%,

en tanto que el principal sector que ha crecido en la región ha sido el sector construcción,

con un 13% de crecimiento en el mismo periodo. En tal sentido, el grado de seguridad de

5

las edificaciones y obras civiles diversas, en uno de los sectores de mayor dinamismo

económico en la región, es un aspecto muy importante que debería ser analizado.

El problema materia del presente proyecto de tesis, esta relacionado al uso del insumo

hormigón en el concreto armado estructural en todo tipo de edificaciones en la región

Ucayali, cuando el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) solo norma su uso para

resistencia a compresión no mayor a 100 Kg/cm2.

Según el RNE aprobado con D.S. N° 015-2004-VIVIENDA de fecha 03 de setiembre del

2004 y modificado con D.S. N° 011-2012-VIVIENDA de fecha 03 de marzo del 2012,

en la Norma E.060 Concreto Armado, Capítulo 2 Materiales, 3.2. Agregados, numeral

3.2.10., indica que “El agregado denominado «hormigón» corresponde a una mezcla

natural de grava y arena. Sólo podrá emplearse en la elaboración de concretos con

resistencia en compresión (f’c) no mayor a 10 MPa (100 Kg/cm2) a los 28 días. El

contenido mínimo de cemento será de 255 Kg/m3. El hormigón deberá estar libre de

cantidades perjudiciales de polvo, terrones, partículas blandas o escamosas, sales,

álcalis, materia orgánica y otras sustancias dañinas para el concreto. En lo que sea

aplicable, se seguirán para el hormigón las recomendaciones indicadas para los

agregados fino y grueso”.

Asimismo, en el Articulo 9.4 Resistencia Mínima del Concreto Estructural, numeral 9.4.1

se indica que “Para el concreto estructural, f’c no debe ser inferior a 17 MPa (175

Kg/cm2), salvo para el concreto estructural simple”. Además, en el Numeral 21.3.2.

Concreto en elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo, inciso 21.3.2.1. “La

resistencia especificada a la compresión del concreto f’c, no debe ser menor que 21 MPa

(215 Kg/cm2)”.

Teniendo en cuenta que el Perú se divide en tres zonas sísmicas y que la provincia de

Coronel Portillo de la región Ucayali, se encuentra ubicada en la Zona 2, es preciso

6

indicar que la resistencia a la compresión para el concreto estructural a utilizarse será

como mínimo de 215 Kg/cm2. Sin embargo, por la abundancia del hormigón en la zona,

este material es utilizado mayoritariamente en el concreto estructural, lo cual no esta

normado en el RNE, lo que supondría un cierto nivel de afectación en la en la seguridad

estructural de las edificaciones, riesgo que sería medido en la ejecución de la tesis.

Por otro lado, se pretende demostrar que las principales propiedades del concreto fresco

(Trabajabilidad, segregación, exudación y contracción) y concreto endurecido

(Resistencia) son las mismas, si se usa hormigón o piedra chancada y arena.

Finalmente, resulta necesario incluir en la investigación un análisis económico, el cual

justifique el uso de hormigón en la elaboración del concreto estructural, teniendo en

cuenta que la resistencia a la compresión sería similar que con el uso de piedra chancada

y arena, el cual se pretende demostrar en la presente investigación.

1.5. Limitaciones y alcances

En el presente trabajo de investigación se analizará la resistencia del concreto a la

compresión y las diferencias y similitudes del concreto estructural en su estado fresco y

endurecido, utilizando hormigón y piedra chancada y arena, para ello se medirá el

asentamiento del concreto con el cono de Abrams para el concreto fresco y se determinará

la densidad, absorción y porcentaje de vacíos para el concreto endurecido, en ambos

casos. El hormigón a ser analizado provendrá de 04 canteras de material agregado,

utilizados en el distrito de Callería: Curimaná, Nueva Piura, Malvinas y Pachitea, de las

cuales se tomarán las muestras que se crean convenientes.

1.6. Hipótesis

1.6.1. Hipótesis general

Las características granulométricas y físico – mecánicas del hormigón de las canteras de

Curimaná, Nueva Piura, Malvinas y Pachitea, proporcionan una óptima resistencia a la

7

compresión del concreto estructural, utilizado en las edificaciones y diversas obras civiles

en el distrito de Callería, provincia de Coronel Portillo, departamento de Ucayali.

1.6.2. Hipótesis específicas

(No considerado en el Proyecto de Tesis)

1.7. Sistema de variables dimensiones e indicadores

1.7.1. Variable independiente.

- Granulometría del hormigón.

- Resistencia del hormigón.

- Textura superficial del hormigón.

- Forma del hormigón.

- Limpieza del hormigón.

- Gravedad específica del hormigón.

- Absorción del hormigón.

- Vacíos del hormigón.

- Gradación del hormigón.

1.7.2. Variable dependiente

- Resistencia a la compresión del concreto estructural.

8

Cuadro 1.

OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES

VARIABLE DEFINICION CONCEPTUAL DIMENSIONES DEFINICION OPERACIONAL INDICADORES

I. Variable Dependiente:

1. Resistencia a la

compresión del

concreto.

Es la máxima resistencia del concreto a

una carga axial. Se expresa en kilogramos

por centímetro cuadrado (Kg/cm2) a una

edad de 28 días.

Propiedades físicas del

concreto.

Se aplica el Método de Ensayo para el esfuerzo a la

compresión de muestras cilindricas de concreto (NTP

339.034.2013)

Resistencia a la compresión (Kg/cm2).

II. Variable Independiente:

1. Granulometría de

los agregados

El análisis granulométrico por tamizado

consiste en cernir una muestra a través de

un juego de tamices estandarizados, y en

determinar el porcentaje de masa

acumulado en cada uno de estos respecto

a la masa de la muestra inicial.

Propiedades físicas y

químicas de los

agregados.

Los tamices requeridos para el analisis granulométrico son los

siguientes: 2" (50.80 mm), 1 1/2" (37.50 mm), 1" (25.40

mm), 3/4" (19.00 mm), 1/2" (12.50 mm), 3/8" (9.50 mm),

N°4 (4.75 mm), N°8 (2.38 mm), N°16 (1.19 mm), N°30

(0.60 mm), N°50 (0.30 mm), N°100 (0.15 mm).

Porcentajes retenidos en tamices

estandarizados (%).

El Tamaño Máximo del agregado, siempre es un tamaño

menor que aquél a través del cual se requiere que pase el

100% del material.

Tamaño Máximo (mm o pulg)

El Tamaño Máximo Nominal (TMN) de un agregado, es el

menor tamaño de la malla por el cual debe pasar la mayor

parte del agregado. La malla de TMN debe retener mayor o

igual al 5% del agregado.

Tamaño Máximo Nominal (mm o pulg)

3. Módulo de Finura

de los agregados.Es un indicador de la fineza del agregado.


químicas de los

agregados.

Se obtiene del cociente de la suma de los porcentajes

retenidos acumulados de la muestra de agregado en cada uno

de los tamices normalizados (Tamices: 2", 1 1/2", 1", 3/4",

1/2", 3/8", N°4, N°8, N°16, N°30, N°50 y N°100) y

dividido por 100.

Porcentaje de módulo de finura (%)


químicas de los

agregados.

2. Tamaño de los

agregados

El tamaño de los agregados influye

directamente en el grado de trabajabilidad

de concreto en estado fresco y la

resistencia del concreto en estado

endurecido.

9


4. Ultrafinos en los

agregados.

Son las partículas del agregado de menor

tamaño, principalmente a las menores de

149 micras (Tamiz N° 100).


químicas de los

agregados.

Se aplicará el Ensayo de Equivalente de Arena (MTC E 114).Porcentaje de alturas máximas de la

arena sobre agregado fino (%).

Se aplicará el Ensayo de Partículas Livianas (MTC E 211 –

2000). Porcentaje de partículas livianas (%).

Se aplicará el Ensayo Colorimétrico (ASTM C 87-03)Grado de coloración con placa

orgánica de colores.

Se aplicará el Ensayo de Contenido de Cloruros (NTP

339.177).

Contenido de cloruros en partes por

millón (ppm).

Se aplicará el Ensayo de Contenido de Sulfatos (NTP

400.016),

Contenido de sulfatos en partes por

millón (ppm).

Se aplicará el Ensayo de Contenido de Sales Solubles (NTP

339.152)

Contenido de sales solubles en partes

por millón (ppm).

Porcentaje de pérdida de peso del

agregado grueso (%).

Porcentaje de partículas rajadas,

desmoronadas, fracturadas y astilladas

(%).


agregado fino (%)

8. Resistencia de los

agregados.

Es una propiedad de los agregados, el

cual es decisiva para la resistencia final del

concreto, pues al utilizarse agregados de

baja resistencia tienen poca resistencia al

desgaste.


químicas de los

agregados.

Para la determinación de los valores del indicador se aplicará

el Ensayo de Abrasión Los Angeles (NTP 400.019).

Porcentaje de desgaste del agregado

(%)

El Peso Unitario Suelto, es la masa por unidad de volumen del

agregado, cuando está suelto, sin compactar.Peso Unitario Suelto (kg/m

3)

El Peso Unitario Compactado, es la masa por unidad de

volumen del agregado, cuando se utiliza un procedimiento

para compactarlo.

Peso Unitario Compactado (kg/m3)

El Peso Específico es el peso del volumen absoluto de la

materia sólida del agregado, sin incluir vacíos entre granos. Peso Específico (Adimensional)


químicas de los

agregados.


químicas de los

agregados.


químicas de los

agregados.

7. Disgregabilidad en

los agregados.

Determina el grado de alterabilidad de los

agregados sometidos a la acción de la

intemperie, particularmente cuando no se

dispone de información adecuada sobre el

comportamiento del material expuesto a

condiciones atmosféricas reales.


químicas de los

agregados.

Para la determinación de los valores del indicador se aplicará

el Ensayo de Durabilidad al Sulfato de Sodio o Sulfato De

Magnesio (MTC E 209).

Se considera como impureza del agregado

a la materia orgánica procedente de la

descomposición de los vegetales.

5. Impurezas

(Materia Orgánica)

en los agregados.

6. Impurezas (Sales

Naturales) en los

agregados.

Se consideran tambien como impurezas de

los agregados a las sales naturales, tales

como los cloruros, sulfatos y sales

solubles.

9. Peso por Unidad

de Volumen del

agregado.

Las relaciones peso/volumen es

importante para la selección y manejo de

los agregados, lo cual es básico es el

diseño de mezcla del concreto. Se analiza

el Peso Unitario Suelto, el Peso Unitario

Compactado y el Peso Específico.

10


10. Forma de los

agregados.

Corresponde a la morfología de los

agregados, lo cual influye en las

propiedades del concreto en estado fresco

y endurecido.


químicas de los

agregados.

No existe un método de ensayo normativo de medición, solo

la observación.

Forma (Aplanadas, Alargadas,

Angulares, Redodeadas, Rugosas).

11. Textura de los

agregados.

Esta característica define si el agregado es

liso o pulido (material de río) o áspero

(material triturado).


químicas de los

agregados.

No existe un método de ensayo normativo de medición, solo

la observación.Textura lisa o áspera.

12. Superficie

Específica de los

agregados.

Es la suma de las áreas superficiales de

todas las partículas que conforman los

agregados.


químicas de los

agregados.

Resulta del cociente de la Suma de la Superficie Específica de

cada tamiz y el Peso Específico del agregado. El resultado se

multiplica por 0.06.

Superficie Específica (cm2/g)

13. Humedad en los

agregados.

Es el porcentaje total de humedad

evaporable en una muestra de agregado

grueso por secado.


químicas de los

agregados.

Resulta de la diferencia de la masa de la muestra húmeda

menos la masa de la muestra seca, expresado como

porcentaje de la masa de la muestra seca.

Contenido de Humedad (%)

14. Absorción en los

agregados.

Es la cantidad de agua absorbida por el

agregado después de ser sumergido 24

horas en ésta, se expresa como porcentaje

del peso seco.


químicas de los

agregados.

Resulta de la diferencia del peso saturado superficialmente

seco menos el peso seco, expresado como porcentaje del

peso seco.

Porcentaje de Absorción (%).

11

CAPÍTULO 2

MARCO TEÓRICO

2.1. Antecedentes de la investigación

Los antecedentes encontrados en el ámbito local, nacional e internacional, sobre

investigaciones relacionadas al análisis de la resistencia del concreto estructural, son los

siguientes:

2.1.1. Antecedentes en el contexto local

En la ciudad de Pucallpa no existe investigación alguna realizada sobre el tema

materia de investigación, pues no se encontró ninguna tesis que permita ser tomada

como antecedente. Se visitó las bibliotecas de las especialidades de Ingeniería Civil

de Universidad Nacional de Ucayali (UNU), Universidad Alas Peruanas (UAP) y

Universidad Los Ángeles de Chimbote (ULADECH).

2.1.2. Antecedentes en el contexto nacional

- Bach. Sánchez Stasiw (2013), “Estudio experimental del empleo de diatomita en la

producción de concreto de alto desempeño” (Estudio realizado en la Universidad

Peruana de Ciencias Aplicadas), Perú, Objetivo General: evaluar el potencial

posibilidades de reemplazo de cemento y el efecto en las propiedades mecánicas y

físicas del concreto en estado fresco y endurecido, la tesis es de tipo experimental,

Resultado: la mezcla con mejor desempeño es la que contiene entre 5% y 10% de

diatomita.

- Bach. Céspedes García (2012), “Resistencia a la comprensión del concreto a partir

de la velocidad de pulsos de ultrasonido” (Estudio realizado en la Universidad de

Piura), Perú, Objetivo General: hallar correlaciones entre la resistencia a la

compresión axial del concreto y la velocidad de pulsos de ultrasonido que viajan en

12

los cilindros de prueba de concreto llamados también ''especímenes o probetas" de

concreto, la tesis es de tipo cuantitativo.

- Bach. Sánchez Muñoz Fernando L. (2015), “Relación de la resistencia a la

compresión de cilindros de concreto a edades de 3, 7, 14, 28 y 56 días respecto a la

resistencia a la compresión de cilindros de concreto a edad de 28 días” (Estudio

realizado en la Universidad Privada Antenor Orrego), Perú, Objetivo General:

Determinar la relación entre la resistencia a la compresión de cilindros de concreto

a edades de 3, 7, 14, 28 y 56 días respecto a la resistencia a la compresión de cilindros

de concreto a edad de 28 días, la tesis es de tipo cuantitativa, Resultado: obtener las

funciones que muestran una variación de la resistencia del concreto de acuerdo a

cada tipo de cemento ensayado.

- Bach. T. Santiago Diana R. (2010), “Variación de Resistencias vs. Edades y relación

A/C con cemento Portland Tipo I (SOL)”, (Estudio realizado por la Universidad

Ricardo Palma), Perú, El objetivo: Realizar los ensayos a la compresión y verificar

la veracidad de los resultados que encontramos diariamente en libros, revistas y otros

medios que no tienen ninguna validación por la NTP (Norma Técnica Peruana), de

esta manera se elaborará mezclas de concreto de 5 relaciones a/c diferentes,

utilizando cemento pórtland Tipo I con agregados según indica la Norma Técnica

Peruana, la tesis es de tipo cuantitativa, Resultado: Que a menor relación a/c se

obtiene mayor resistencia a la compresión.

- Bach. D. Vilca Miguel J. (2010), “Correlación entre la porosidad y la resistencia del

concreto”, (realizado en la Universidad Ricardo Palma), Perú, El objetivo: demostrar

que existe una relación entre la resistencia a la compresión y tracción con el

logaritmo de la porosidad para diferentes relaciones A/C y diferentes días de curado,

la tesis es de tipo cualitativa, Los resultados: indican que para el caso de los ensayos

13

granulométricos realizados, se encuentran dentro de los parámetros y límites

establecidos según la Norma Técnica Peruana 400.037, por consiguiente los

agregados se constituyen en elementos aptos para poder realizar los diseños de

mezcla necesarios para los estudios. En el caso de los agregados, estos influyen en

las propiedades del concreto, tales como la resistencia, durabilidad, conductibilidad,

trabajabilidad, asentamiento y otras propiedades más.

- Bach. A. Acosta Gerson A. (2010), “Estudio experimental del empleo de materiales

de desecho de procesos mineros en aplicaciones prácticas con productos

cementicios”, (Realizada en la Pontificia Universidad Católica del Perú), Perú, el

Objetivo General: En dicha investigación se indica que uno de los principales

problemas que tiene la industria minera es la adecuada disposición y almacenaje de

los subproductos del procesamiento de los minerales, comúnmente denominados

“relaves”. Una de las alternativas para realizar este reciclaje del relave, consiste en

incorporarlo en la construcción de estructuras que resistan los efectos ambientales e

intemperismo, como por ejemplo losas, muros de contención, cimientos, presas, etc.

siendo el material ideal para este propósito el concreto, la tesis es de tipo cualitativa,

Resultado: Los relaves en las proporciones trabajadas no incorporan contenido de

aire significativo a las mezclas de concreto.

2.1.3. Antecedentes en el contexto internacional.

- Bach. Rojas Reyes Remigio (2010), “Determinación de la resistencia a la

compresión de cilindros a edades tempranas mediante el empleo del esclerómetro”

(Realizada en la Universidad Veracruzana), México, el Objetivo General:

Determinar la resistencia a la compresión en cilindros de concreto a edades

tempranas, mediante el empleo del esclerómetro digital y correlacionarlas con las

resistencias obtenidas a compresión simple en laboratorio, para justificar el uso del

14

esclerómetro como una herramienta no destructiva para conocer la evolución de la

resistencia del concreto, la tesis es tipo cualitativa.

- Bach. Morataya Córdova (2005), “Concreto de alta resistencia (Experimentación en

Guatemala)” (realizado en la Universidad de San Carlos de Guatemala), Guatemala,

el objetivo: Evaluar concretos de alta resistencia utilizando cemento, agregados y

aditivos locales en Guatemala, la tesis es tipo cuantitativa, Resultado: La resistencia

inicial de estos concretos es sumamente alta y con ello permitirá un desencofrado

mucho más rápido que beneficiará en el rendimiento en el trabajo.

- Bach. Chiluisa Serrano Jaime R. (2014), “Hormigones de alta resistencia (f'c =

50Mpa) utilizando agregados del sector de Pifo y cemento armaduro especial

Lafarge”, (Realizado en la Universidad Central del Ecuador), Ecuador, el Objetivo

General: Analizar, si las propiedades físicas y mecánicas de los agregados de la

cantera de Pifo están en condiciones técnicas adecuadas para la elaboración de un

hormigón de alta resistencia de características definidas, la tesis es tipo cuantitativa,

Resultado: Las dosificaciones de las mezclas de prueba son realizadas con materiales

seleccionados en condiciones óptimas preparadas en el laboratorio, las cuales fueron

pesadas fielmente con respecto a las dosificaciones con el fin de que se representen

los cálculos elaborados en el laboratorio ya que éstos son realizados considerando

parámetros de diseño.

- Bach. Fernández, Julio y Bastardo (2009), “Diseño de mezcla utilizando la escoria

de acería como agregado grueso”, (Realizado en la Universidad de Oriente),

Venezuela, el objetivo general: Diseñar una mezcla de concreto utilizando la escoria

de aceria como agregado Grueso para resistencias de f’c =180 Kg /cm2, f’c =210 Kg

/cm2, f´c =250 Kg /cm2, la tesis es tipo cuantitativa.

15

- Bach. M. Alejandre Víctor M. (2015), “Estudio de concretos de alta durabilidad”,

(realizada en la Universidad Nacional Autónoma de México), México, El objetivo:

Evaluar el desempeño de seis mezclas para lograr concretos potencialmente durables

y resistentes, para seleccionar el de mejores características, enfocando el estudio en

determinar las propiedades mecánicas de seis dosificaciones de concreto, elaborar

mezclas de concreto poco permeables al paso de los cloruros y determinar la

expansión por ataque de sulfatos durante un periodo de doce meses, la tesis es tipo

experimental.

2.2. Bases teóricas – científicas

2.2.1. El concreto.

El concreto es un material común y convencional el cual se produce al mezclar agua,

cemento y hormigón.

Al mezclar se produce un material plástico que se pueden moldear y trabajar con

facilidad y al cabo de algunas horas va perdiendo esa plasticidad y obteniendo el

comportamiento sólido para convertirse en un material resistente a la compresión que es

el concreto endurecido.

Según la Norma E.060 del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) aprobado

con Decreto Supremo N° 011-2006-VIVIENDA y modificada por Decreto Supremo N°

010-2009-VIVIENDA, indica en el ítem 2.2 de Definiciones, que el Concreto es una

“Mezcla de cemento Portland o cualquier otro cemento hidráulico, agregado fino,

agregado grueso y agua, con o sin aditivos”. Asimismo, indica que el Concreto

Estructural es “Todo concreto utilizado con propósitos estructurales, incluyendo al

concreto simple y al concreto reforzado”.

16

a. Propiedades físicas y mecánicas del concreto fresco

Se denomina concreto fresco al material mientras permanece en estado fluido.

Comprende desde el momento en que todos los componentes son mezclados hasta el

endurecimiento de la masa. Esta fase es denominada periodo plástico, que comprende el

transporte, colocación en moldes o encofrados y compactación manual o por vibración.

El concreto en estado fresco es un conjunto conformado de roca definidas como

agregados, y una mezcla viscosa de cemento en forma plástica.

Las características mecánicas y físicas están definidas por las propias características

que componen al concreto endurecido. En la actualidad las construcciones requieren de

concreto como material principal.

- Trabajabilidad.

La trabajabilidad o manejabilidad es propiedad del concreto fresco que define como

su capacidad para ser colocado, compactado adecuadamente y para ser terminado

sin segregación ni exudación. La manejabilidad va asociada a la plasticidad, definida

como la propiedad del concreto fresco que le permite dejarse trabajar y moldear

lentamente1.

Las principales características para definir al concreto fresco como trabajable está

fielmente ligada a la fluidez o consistencia y se explica ampliamente en la norma

ASTM C143-78 “SLUMP OF PORTLAND CEMENT CONCRETE”.

Según el American Concrete Institute (ACI), la trabajabilidad se define como: “Es

la propiedad del concreto o mortero en estado fresco la cual determina la facilidad

y homogeneidad con la cual puede ser mezclado, colocado, compactado y

terminado”. Según la British Standards Institution, es la “Es la propiedad del

concreto o mortero en estado fresco, la cual determina la facilidad con la cual puede

1 GUTIERREZ, L. “El concreto y otros materiales para la construcción”. P. 51.

17

ser manejado y completamente compactado”. Según la Association of Concrete

engineers Japan, “Es la propiedad de la mezclas de concreto o mortero que determina

la facilidad con que puede ser mezclado, colocado y compactado, debido a su

consistencia, la homogeneidad con la cual puede ser elaborado el concreto, y el grado

con el cual puede resistir a la separación de los materiales”.

Los factores que influyen en la trabajabilidad son:

El contenido de agua de mezclado, es el principal factor que influye en la

manejabilidad del concreto; se expresa en Kg o litros por m3 de concreto.

La fluidez de la pasta, debido a que para una cantidad determinada de pasta y de

agregado, la plasticidad de la mezcla dependerá de las proporciones de cemento

y agua en la pasta.

El contenido de aire, bien sea naturalmente atrapado o adicionado, aumenta la

manejabilidad de la mezcla, porque las burbujas actúan como balineras de los

agregados permitiendo su movilidad.

La buena gradación de los agregados.

Los agregados gruesos con partículas planas y alargadas o de forma cúbica con

superficie rugosa, disminuyen la manejabilidad de la mezcla.

El bajo contenido de arena en proporción con el contenido de agregado grueso

determina una mezcla poco manejable. Pero si el contenido de arena es elevado

hay necesidad de añadir agua o pasta en exceso para que la mezcla sea manejable

presentándose también segregación o exudación.

Algunas condiciones de clima y temperatura pueden alterar la manejabilidad de

la mezcla.

Algunas condiciones de producción y colocación del concreto.

- Cohesión.

18

Se define a la cohesividad como aquella propiedad del concreto fresco, gracias a la

cual es posible controlar el peligro de segregación, durante la etapa de colocación de

la mezcla, al mismo tiempo que contribuye a prevenir la aspereza de la misma y

facilitar su manejo durante el proceso de compactación del concreto.2

- Segregación.

La segregación implica la separación de los materiales que constituyen una mezcla

de concreto. Entre los principales factores que producen segregación están la

diferencia en tamaño de las partículas y la mala distribución granulométrica de los

agregados. Otras causas se refieren a los inadecuados procesos del concreto:

mezclado, transporte, colocación y compactación.

La segregación es originada de dos maneras: Por acción de la gravedad las partículas

gruesas tienden a separarse de las otras más finas, lo cual ocurre principalmente con

mezclas secas y poco plásticas. La otra forma, es la separación del agua y cemento

de la pasta, generalmente de mezclas muy fluidas.

- Exudación.

A esta propiedad se le conoce también como sangrado y consiste en que parte del

agua de la mezcla, tiende a subir a la superficie del concreto recién colocado o

durante el proceso de fraguado.

La exudación puede crear problemas en el concreto; cuando la velocidad de

evaporación es menor que la velocidad de exudación, se forma una película de agua

que aumenta la relación agua-cemento en la superficie y posteriormente esta zona

queda porosa y de baja resistencia al desgaste; pero si la velocidad de evaporación

es mayor que la velocidad de exudación se pueden producir grietas de contracción.

2 RIVVA, E. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 211.

19

La exudación puede ser controlada con aditivos inclusores de aire, cementos más

finos y un control del agregado fino.3

b. Propiedades físicas y mecánicas del concreto endurecido.

El concreto endurecido es aquel que tras el proceso de hidratación ha pasado del estado

plástico al estado rígido. El concreto una vez fraguado comienza a endurecerse y ganar

resistencia. Sus principales propiedades son la resistencia y la durabilidad.

- Resistencia.

La resistencia en una de las propiedades más importantes del concreto,

especialmente cuando se le utiliza con fines estructurales.

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 de resistencia se producirán fracturas, los cuales podrán

afectar la seguridad de la estructura. Por tanto, los elementos estructurales deben ser

dimensionados de manera que las tensiones producidas, no sobrepasen la capacidad

resistente del concreto. 4

El diseño del concreto estructural contempla una determinada resistencia. Asimismo,

la característica más importante de un concreto es la resistencia a la compresión y se

utiliza generalmente para evaluar su calidad. No obstante, en el caso de pavimentos

rígidos y otras losas sobre terreno, el diseño del concreto contempla la resistencia de

esfuerzos de flexión.5

Resistencia a la Compresión.

3 GUTIERREZ, L. “El concreto y otros materiales para la construcción”. P. 52. 4 ZABALETA, H. “Compendio de Tecnología del Hormigón”. P. 30. 5 GUTIERREZ, L. “El concreto y los otros materiales para la construcción”. P. 53.

20

La resistencia a la compresión se define como la capacidad para soportar una

carga por unidad de área (kg/cm2, megapascales (MPa), lb/pulg2 o psi) a una

edad de 28 días. La resistencia a la compresión a la edad de 7 días generalmente

representa un 75% de la resistencia a la edad de 28 días. Asimismo, las

resistencias a los 56 y 90 días son 10% y 15% mayores que la resistencia a los

28 días en promedio. La resistencia a compresión especificada se representa con

el símbolo fc.6

Resistencia a la Tracción.

La resistencia a la tracción del concreto es una forma de comportamiento de

gran interés para el diseño y control de calidad en todo tipo de obras y en

especial las estructuras hidráulicas y de pavimentación. Es muy difícil

determinar la resistencia a la tensión directamente en probetas de concreto, por

la dificultad de agarre de las mismas, lo que implica que al aplicar esfuerzos de

tensión se involucran otros esfuerzos, como el de compresión al sujetarlas.

El concreto posee muy baja resistencia a la tensión y por lo tanto esta propiedad

no se tiene en cuenta en el diseño de estructuras normales. Sin embargo, esta

propiedad tiene importancia en el agrietamiento del concreto debido a la

restricción de la contracción inducida por el secado o por la disminución de la

temperatura. Los concretos preparados con agregados livianos, se encogen

considerablemente, más que los normales y por lo tanto la resistencia a la tensión

puede ser tenida en cuenta en el diseño de la estructura correspondiente.7

Resistencia a la Flexión.

6 http://notasdeconcretos.blogspot.pe/2011/04/resistencia-la-compresion-del-concreto.html. 7 RIVERA, G. “Concreto Simple”. P. 131.

21

La resistencia a la flexión es de gran aplicación en los proyectos de losas para

carreteras y pistas de aeropuertos.

La resistencia a la flexión de un concreto es baja en comparación con su

resistencia a la compresión, pero muy superior a su resistencia en tracción pura.

Este parámetro es aplicado en estructuras tales como pavimentos rígidos; debido

a que los esfuerzos de compresión que resultan en la superficie de contacto entre

las llantas de un vehículo y el pavimento son aproximadamente iguales a la

presión de inflado de las mismas, la cual en el peor de los casos puede llegar a

ser de 5 o 6 kg/cm2; este esfuerzo de compresión sobre un pavimento de concreto

hidráulico, resulta sumamente bajo con relación a la resistencia a la compresión

del concreto que normalmente varía entre 150 y 350 kg/cm2 en nuestro medio.8

Por lo tanto, no es la resistencia a la compresión el factor determinante de la

calidad del concreto para pavimentos, sino la resistencia a la flexión, por el paso

de los vehículos y por diferencias de temperatura un lado de la losa estará

sometido a tensión y el otro lado a compresión, siendo cambiables estos

esfuerzos. Los esfuerzos de flexión podrían ser atendidos por medio de refuerzo,

pero esto sería antieconómico debido a que se tendría que utilizar refuerzo en

dos capas. En la práctica lo que se hace es diseñar el espesor del pavimento en

forma tal que los esfuerzos de flexión, causados por el paso de los vehículos y

la diferencia de temperatura, sean inferiores a la capacidad máxima a flexión de

las placas. Es claro entonces que para el diseño de pavimentos de concreto la

característica importante es la resistencia a la flexión del concreto o también

llamada "módulo de rotura".9

8 RIVERA, G. “Concreto Simple”. P. 133. 9 RIVERA, G. “Concreto Simple”. P. 133.

22

- Durabilidad10.

La segunda propiedad del concreto endurecido a ser descrita es la durabilidad, la

cual es una característica que la hace mantener su forma original, su calidad y sus

propiedades de servicio a través del tiempo y frente a problemas de clima, ataques

químicos o cualquier otro proceso de deterioro.

La durabilidad de un concreto puede verse afectada por causas internas, como su

permeabilidad, los materiales constituyentes o cambios de volumen debido a

diferentes propiedades térmicas. La durabilidad de un concreto también se puede ver

comprometida por condiciones de exposición al medio ambiente, el cual puede

generar deterioro por causas físicas, químicas o mecánicas.

El grado de deterioro producido por estos agentes dependerá principalmente de la

calidad del concreto, aunque en condiciones extremas cualquier concreto mal

protegido se daña.

Es raro que el deterioro de un concreto se deba a una causa aislada, a menudo, aun

cuando tenga algunas características indeseables, el concreto puede ser satisfactorio;

sin embargo, con sólo un factor adverso más, el daño puede ocurrir. Por esta razón,

algunas veces es difícil asignar el deterioro a una causa en particular.

Las principales variables que intervienen en la durabilidad en un concreto son:

- Las condiciones ambientales: aire, agua, suelos, gases, congelación, ciclos

repetidos de humedecimiento y secado, sustancias disueltas en el agua o

sustancias en contacto directo.

- Las características de los materiales utilizados en la fabricación (cemento, agua,

agregados). Algunos agregados provenientes de rocas blandas o con placas de

10 GUTIERREZ, L. “El concreto y los otros materiales para la construcción”. P. 57

23

falla débiles, tales como las lutitas arcillolitas y ciertos materiales micáceos,

pueden desintegrarse fácilmente.

- El grado de permeabilidad del concreto, que depende a su vez de:

- La porosidad de la pasta de cemento.

- La porosidad de los agregados.

- La estructura y distribución de los poros.

- La relación agua - cemento.

- La eficiencia en la compactación del concreto para eliminar las burbujas de

aire atrapado.

- El tiempo de curado y del proceso seguido en la mezcla y su posterior

colocación.

- El espesor del concreto.

- Las condiciones de servicio (deterioro por circulación de equipos mecánicos

o personas).

- El mantenimiento o conservación que se dé a la estructura.

El concreto endurecido también presenta otras propiedades no menos importantes, entre

las cuales podemos mencionar: Densidad, Permeabilidad, Retracción, entre otros, los

cuales de describirán brevemente a continuación:

- Densidad11.

La densidad del concreto es definida como el peso por unidad de volumen y depende

de la densidad real y de la proporción en que participan cada uno de los diferentes

materiales constituyentes del concreto. Para los concretos convencionales, formados

por materiales granulares provenientes de rocas no mineralizadas de la corteza

terrestre su valor oscila entre 2,350 y 2,550 kg/m3.

11 ZABALETA, H. “Compendio de Tecnología del Hormigón”. P. 29.

24

La densidad normalmente presenta ligeras variaciones con el tiempo, las que

provienen de la evaporación del agua de amasado hacia la atmósfera, el cual puede

representar alrededor del 7% de su densidad inicial.

La densidad esta relacionada con otras propiedades del concreto, en particular con

su resistencia y aislación térmica, acústica y a las radiaciones.

En estado fresco, nos permite saber las cargas que se presentaran en la colocación y

compactación sobre los encofrados, y en estado endurecido nos permitirá conocer

las cargas que se van a generar sobre la estructura.

- Permeabilidad12.

La permeabilidad está determinada por la facilidad relativa con que el concreto

puede saturarse de agua, por lo tanto, la permeabilidad se asocia mucho con la

vulnerabilidad del concreto a la congelación. Además, en el caso del concreto

reforzado, el acceso de la humedad y del aire tiene como resultado la corrosión del

acero de refuerzo, que a su vez causa un aumento en el volumen del acero, lo cual

puede dar origen a grietas y descascaramientos del concreto y a pérdida de

adherencia entre el acero y el hormigón.

La permeabilidad del concreto es importante también en relación a lo hermético de

las estructuras que retienen líquidos. Además, la penetración de humedad en el

concreto afecta sus propiedades de aislamiento térmico.

La permeabilidad del concreto no es solamente función de su porosidad, sino que

depende también del tamaño, la distribución y la continuidad de los poros. La

permeabilidad del concreto se ve afectada por las propiedades del cemento. Para una

misma relación agua/cemento, el cemento grueso tiende a producir una pasta de más

porosidad que un cemento fino. La composición del cemento afecta la permeabilidad

12 RIVERA, G. “Concreto Simple”. P. 155.

25

en cuanto a su influencia sobre la rapidez de hidratación, pero el grado final de

porosidad y de permeabilidad no se afecta.

Un concreto con baja relación agua/cemento (con mínimo contenido de agua), buena

gradación de los agregados, manejable y bien compactado es casi impermeable, por

lo tanto muy durable.

- Retracción13.

El concreto presenta variaciones de volumen, dilataciones o contracciones durante

toda du vida útil, debido a causas físico – químicas. La magnitud de estos cambios

depende de las condiciones existentes de humedad y temperatura, así como de los

componentes presentes en la atmosfera.

La variación de volumen derivada de las condiciones de humedad se denomina

retracción hidráulica, y las que tienen como causa las variaciones de temperatura, se

denomina retracción térmica. Por su parte, las producidas por la composición

atmosférica, la más frecuente es la producida por el anhídrido carbónico, se

denomina carbonatación.

- Retracción Hidráulica. La retracción hidráulica del concreto se origina por dos

causas principales: endógenas al concreto y de tensión superficial del agua

acumulada en sus discontinuidades internas. La primera se deriva de las

variaciones de volumen producidas en la pasta de cemento, durante el proceso

de fraguado y endurecimiento, esta variación consiste en una contracción, pues

el volumen absoluto de los compuestos hidratados, es menor que el de los

compuestos originales del cemento. Los parámetros que más influyen en la

incidencia de retracción hidráulica son: composición química del cemento,

13 ZABALETA, H. “Compendio de Tecnología del Hormigón”. P. 35.

26

finura del cemento, dosis del cemento, dosis del agua, porosidad de los áridos y

humedad.

- Retracción Térmica. El concreto endurecido puede presentar variaciones en

volumen producto de la magnitud y velocidad de las variaciones de la

temperatura ambiental o la temperatura producida durante el fraguado, pues este

proceso es exotérmico.

- Retracción por Carbonatación. El proceso de hidratación de la pasta de cemento

deja una cierta proporción de cal libre, el cual no participa en el proceso químico

de fraguado. Esta cal libre puede combinarse con el anhídrido carbónico del aire,

produciendo carbonato de calcio, combinación química que tiene carácter

contractivo, por lo cual el espesor del concreto afectado por él disminuye su

volumen inicial, produciendo la denominada retracción por carbonatación.

c. La elasticidad y deformación del concreto14

Se define como elasticidad, a la propiedad mecánica mediante el cual los materiales

sufren deformaciones reversibles, debido a la acción de fuerzas exteriores que actúan

sobre ellos. En tanto que la deformación, es la variación de forma y dimensión de un

cuerpo. Se considera que un material es elástico si la deformación que sufre frente a

la acción de una fuerza, cesa al desaparecer la misma.

Los materiales totalmente elásticos pueden alcanzar cierta deformación máxima, lo cual

se denomina límite elástico. Al sobrepasar este límite, la deformación del material es

permanente y sus propiedades se modifican. En tanto, si el esfuerzo que incide sobre el

material supera las fuerzas internas de cohesión, el material se fisura y termina por fallar,

tal como se observa en la siguiente figura:

Figura 1.

14 https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/usos-y-aplicaciones/diseno-de-pavimentos-de-concreto

27

ESTADOS DE DEFORMACION DE UN MATERIAL

Fuente: https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/usos-y-

aplicaciones/diseno-de-pavimentos-de-concreto /

Módulo de Elasticidad. Es la relación existente entre el esfuerzo al que está sometido el

material y su deformación unitaria. Asimismo, representa la rigidez del material ante una

carga impuesta sobre el mismo. Si la relación entre el esfuerzo y la deformación unitaria

al que está sometido el material es lineal, constante y los esfuerzos aplicados no superan

el límite de proporcionalidad, el material tiene un comportamiento elástico de acorde a

la Ley de Hooke.

Módulo de Elasticidad Estática del Concreto. Representa la rigidez del concreto ante una

carga impuesta sobre el mismo. Para determinación el módulo de elasticidad estático del

concreto se utiliza el ensayo estipulado en la Norma ACI 318-11 y la Norma ASTM C-

469, los cuales tienen como principio la aplicación de carga estática y de la

correspondiente deformación unitaria generada.

La primera fase se considera como la zona elástica, donde el esfuerzo y la deformación

unitaria pueden extenderse hasta alcanzar valores entre el 40% y 45% de la resistencia a

28

la compresión del concreto. Una segunda fase, denominada como zona plástica, esta

representada por una línea curva, originada por una microfisuración producida en el

concreto al recibir una carga. Estas microfisuras se ubican en la inter fase agregado -

pasta y está comprendida entre el 45% y 98% de la resistencia del concreto.

Figura 2.

ESFUERZO – DEFORMACION DEL CONCRETO



Del análisis de los esfuerzos y deformaciones unitarias, se pude concluir en primer lugar,

que el módulo de elasticidad puede aplicarse estrictamente en la parte recta. En segundo

lugar, el incremento en la deformación unitaria, mientras actúa la carga durante el ensayo,

se debe en parte a algo de elasticidad y en parte a la fluencia del concreto, por tanto, se

puede afirmar que el concreto no es un material completamente elástico.

El cálculo del módulo de elasticidad es muy importante para el diseño del concreto,

puesto que influye en las deflexiones, derivas y rigidez de toda estructura. En

consecuencia, el módulo de elasticidad del concreto está definido por una estrecha

relación existente entre el esfuerzo que experimenta un material y su respectiva

29

deformación unitaria. Por tanto, su cálculo es imprescindible para todo análisis

estructural.

Figura 3.

ESFUERZOS Y DEFORMACIONES UNITARIAS



La relación entre el módulo de elasticidad y la resistencia depende de las proporciones

de la mezcla (Puesto que generalmente el agregado tiene un módulo más alto que la pasta

de cemento) y de la edad de la muestra; a edades mayores, el módulo se incrementa más

rápidamente que la resistencia.

Resulta necesario recalcar, que el diseño y análisis de las estructuras esta relacionado con

las deformaciones que causan las cargas aplicadas sobre la estructura, por tanto, se debe

evitar las grandes deformaciones que podrían impedir que la estructura cumpla con el fin

para el cual fue diseñado.

2.2.2. El cemento.

El cemento es el material más activo dentro de la mezcla del concreto, por lo que

generalmente tiene un mayor costo unitario. Se mezcla con agua, ya sea solo o en

combinación con agregados finos y gruesos u otros materiales similares, tiene la

30

propiedad de combinarse lentamente con el agua hasta formar una pasta el cual se

endurecerá15.

En el mercado existen variedad de marcas y la mayoría de ellas brindan niveles de

resistencia adecuados con una durabilidad considerable.

En algunos de los cementos disponibles en el Perú, proporcionan niveles más altos para

determinadas propiedades que aquellos exigidos por las especificaciones de la obra, por

lo que siempre debe indicarse en estas los requisitos exigidos para el cemento16.

El cemento Portland esta constituido por minerales cristalinos en polvo muy fino,

compuesto generalmente de aluminio y silicatos de calcio17.

Se entiende por cemento a los conglomerados hidráulicos que, mezclados con agua,

fraguan, endurecen y se entiende por cemento portland al producto que se obtiene con

mezclar intima de calizas y arcillas; y está compuesto principalmente por tricálcico

(SC3), silicato bicalcico (SC2), aluminato tricalcico (AC3) y aluminoferrito tetracalcico

(AFC4), y demás elementos secundarios como el yeso, álcalis, cal libre y magnesia libre.

El cemento esta conformado por los siguientes materiales:

- Cal (CaO), proveniente de la piedra caliza.

- Alumina (Al2O3), proveniente de la arcilla.

- Silice (SiO2), proveniente de la arcilla.

El clínker es la pieza clave en el proceso de la elaboración del cemento, el cual es

fabricado mediante un proceso que comienza por combinar una fuente de cal, tal como

las calizas, una fuente de sílice y alúmina, como las arcillas, y una fuente de óxido de

hierro, tal como el mineral de hierro. Una mezcla adecuada dosificada de los materiales

15 ING. ABRAHAM POLANCO R. “Manual de Practicas de Laboratorio de Concreto”. P. 4 16 ENRIQUE, R. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 28. 17 EDWARD G. - “CONCRETO REFORZADO - Materiales que producen el concreto Cap 2” P. 10.

31

crudos es finalmente molida y luego calentada a una temperatura suficientemente alta,

alrededor de los 1500 °C18.

a. Tipos de cemento

En el Perú se producen los siguientes tipos y clases de cemento, los cuales

cumplen con las normas nacionales e internaciones para su fabricación.

El cemento se fabrica regularmente con partículas minerales calcáreos, como

caliza, alúmina y sílice que se encuentran de forma natural, en algunos casos se

requiere de otros productos para mejorar su composición química, siendo más común

el óxido de hierro.

- Cemento Portland Común (Tipo I)

Utilizada generalmente en donde no se requerirá las propiedades especiales de

los otros tipos. Una característica general es la alta resistencia mecánica y la

elevada temperatura que genera durante su hidratación. Se emplea en la

construcción de edificios de concreto reforzado, puentes, tanques, productos

prefabricados, trabajos de mampostería, pavimentos, y para todos los que no

estén sujetos al ataque de suelos o aguas sulfatadas o donde el calor generado

por la hidratación del cemento no cause una elevación de temperatura19.

- Cemento Portland Modificado (Tipo II)

Con características similares al Tipo I, presenta menor calor de hidratación,

mayor resistencia a aguas y suelos sulfatados y es en general adecuado para

obras hidráulicas20.

- Cemento Portland de Resistencia Rápida (Tipo III)

18 ENRIQUE, R. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 30. 19 AUSENCIA AGUILAR C. “Cemento Portland, Fabricación, Propiedades y Empleo”. P. 27 20 AUSENCIA AGUILAR C. “Cemento Portland, Fabricación, Propiedades y Empleo”. P. 27

32

Se caracteriza por alcanzar resistencias altas durante los primeros 7 días y podrá

ser comparable con la del Tipo I que alcanza su máxima resistencia en los 28

días. Por dicha característica se requiere en construcciones ubicadas en lugares

donde existan temperaturas altas. No es apto para concreto en masa, sino para

estructuras donde pueda disiparse rápidamente el calor21.

- Cemento Portland de Bajo Calor (Tipo IV)

Se genera al hidratarse menos calor que los otros cementos, y a menor velocidad;

reduce el agrietamiento que resulta de las grandes elevaciones de temperatura y

la construcción consiguiente con la caída de la misma. Es especial para usarse

en grandes masas de concreto como en presas de gravedad22.

- Cemento Portland de Alta Resistencia a los Sulfatos (Tipo V)

Es especial para usarse en construcciones expuesta a la acción severa de los

sulfatos. Es beneficioso en revestimiento de canales, alcantarillas, túneles,

sifones y en general en todo tipo de estructuras que están en contacto con suelos

y aguas subterráneas que contengan sulfatos en concentraciones tales que

pudieran causar deterioro del concreto si se empleara otro tipo de cemento23.

Cuadro 2.

CLASIFICACION DE LOS CEMENTOS PORTLAND

Cemento Composición química

Características Generales

C3S C2S C3A C4AF

21 AUSENCIA AGUILAR C. “Cemento Portland, Fabricación, Propiedades y Empleo”. P. 28 22 AUSENCIA AGUILAR C. “Cemento Portland, Fabricación, Propiedades y Empleo”. P. 28 23 AUSENCIA AGUILAR C. “Cemento Portland, Fabricación, Propiedades y Empleo”. P. 28

33

TIPO I 48 27 12 8 Cemento para todo uso y/o aplicación.

TIPO II 40 35 5 13 Liberación de calor baja comparativa

utilizada en grades estructuras.

TIPO III 62 13 9 8 Alta resistencia en 7 días.

TIPO IV 25 50 5 12 Utilizado en presas de concreto

TIPO V 38 37 4 9 Utilización en alcantarillas y

estructuras expuestas a sulfatos

b. Propiedades físicas y mecánicas del cemento Portland.

Las propiedades físicas y mecánicas del Cemento Portland se miden mediante

ensayos realizados en el cemento puro, en la pasta o en el mortero y muestran la calidad

del cemento si se comparan los resultados con las especificaciones de la norma

ICONTEC 12124. Las propiedades más importantes se describen a continuación:

- Peso Específico.

El peso específico del cemento corresponde al material en estado compacto. Su valor

suele variar para los cementos Portland normales entre 3.0 y 3.2. En el caso de

cementos adicionados el valor es menor de 3.0 y depende de la finura del material

adicionado. Es por su menor peso específico que los cementos Portland adicionados

proporcionan una mayor cantidad de pasta para un mismo peso de cemento, esto

mejora las características de trabajabilidad de los concretos elaborados con estos

cementos25.

- Fineza.

La finura de un cemento es función del grado de molienda del mismo y está

íntimamente ligado a su valor hidráulico. Puesto que la hidratación de los granos de

24 PABLO PORTUGAL B. “Tecnología del Concreto de Alto Desempeño”. P. 42. 25 PABLO PORTUGAL B. “Tecnología del Concreto de Alto Desempeño”. P. 42

34

cemento ocurre desde la superficie hacia el interior, el área superficial total de las

partículas de cemento constituye el material de hidratación. La importancia de la

finura de un cemento radica en la influencia que puede tener sobre la velocidad de

hidratación, la resistencia inicial y el calor generado26.

En función a la fineza del cemento se podrá determinar su resistencia. La velocidad

de desarrollo de la resistencia es mayor durante el periodo inicial de endurecimiento

y tiende a reducirse gradualmente con el trascurrir del tiempo. El valor de la

resistencia a los 28 días se considera como resistencia del cemento27.

La fineza del cemento radica principalmente por la velocidad al hidratarse, la

resistencia inicial y el calor generado.

Asimismo, la fineza define la calidad en el sentido más amplio, a modo que cuanto

mayor sea el grado de fineza del aglomerante acabado, mayor extensión tendrá las

reacciones hidrolisis, dando lugar a un mayor desarrollo en la formación de

hidrosilicatos, hidro aluminatos y geles por unidad de volumen, acumulando los

gradientes de resistencia a la compresión y a la flexo - tracción28.

Un incremento de la fineza del cemento, origina una resistencia a la compresión

mayor a la resistencia a la tensión. Todo esto se relaciona a la resistencia a la flexión.

La fragua de los cementos es más rápida y el agrietamiento más temprano conforme

son más finos igualmente, a igualdad de relación agua-cemento, el flujo es menor

para los cementos más finos, la exudación disminuye conforme la fineza se

incrementa y la absorción se incrementa con el grosor del agregado29.

26 PABLO PORTUGAL B. “Tecnología del Concreto de Alto Desempeño”. P. 42 27 PABLO PORTUGAL B. “Tecnología del Concreto de Alto Desempeño”. P. 43 28 ENRIQUE, R. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 85 29 ENRIQUE, R. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 85

35

Al emplearse cementos de baja superficie específica, podrán dar resultados como un

concreto pobre en maleabilidad, el cual tendrá perdida de agua mucho antes del

inicio del fraguado.

Cuando el cemento es muy fino, las partículas extremadamente finas pueden ser pre

hidratadas por la humedad presente en los molinos o en la atmosfera durante el

periodo de almacenamiento, perdiendo su valor cementante30.

Se podrá relacionar con agrietamientos por contracción, ya que al alcanzar

rápidamente la resistencia son propenso a agrietarse ya que en relación a la

aceleración con la que desarrolla su resistencia, podrá generar grietas por

contracción.

De acuerdo a las características físicas del cemento, las partículas finas son

difícilmente separables. Debiéndose desarrollar métodos de ensayo especiales para

medir la aproximación cuantitativa de su distribución31.

De acuerdo a la norma ASTM el aparato especial para medir la fineza de los

cementos tienen el nombre de Turbidímetro Wagner y el Aparato Blaine32.

- Contenido de Aire.

La excesiva cantidad de aire en el cemento contribuye a que la resistencia de los

concretos preparados con este sea menor. El ensayo de contenido de aire indicara la

fineza y grado de molienda del cemento, de acuerdo a la Norma ASTM C-185.

- Fraguado.

30 ENRIQUE, R. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 86 31 ENRIQUE, R. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 86 32 ENRIQUE, R. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 87

36

En términos generales, el fraguado se refiere al cambio del estado fluido al estado

sólido del concreto. Se indica que el concreto ha fraguado cuando la pasta de

cemento está lo suficientemente rígida como para soportar una fuerza a compresión

sobre el mismo.

El agua tiene gran importancia para el tiempo de fraguado, ya que dependerá del

porcentaje de agua que se mezcla con el cemento para indicar la resistencia en

relación al tiempo.

Existen indicadores del tiempo de fragua del concreto, fragua inicial y fragua final

siendo en este último donde incrementa la rigidez y resistencia denominado

endurecimiento, cuanto más fino es el cemento más rápido es la fragua.

- Requisitos Químicos.

El cemento elegido deberá cumplir con los requisitos químicos y limitaciones

indicadas en las Normas ASTM y NTP correspondientes, si el cemento se emplea

con agregados potencialmente reactivos su contenido de acalis no será mayor del

0.6% calculado como el porcentaje de Na2O + 0658 K2O. Si al emplear cemento

Tipo II se requiere moderado calor de hidratación, la suma del silicato tricalcico

(C3S) más el aluminato tricalcico (C3A) no deberá exceder del 58%33.

- Requisitos Físicos.

El cemento deberá cumplir con los requisitos físicos y limitaciones indicadas en la

Norma correspondiente. En el caso que no sea conocida, la superficie se considerara

de 3200 cm2/gr para los cementos Portland normales y de 4700 cm2/gr para los

cementos puzolánicos, para la determinación de la superficie específica se utilizara

33 ENRIQUE, R. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 98

37

el método de Blaine. Para los ensayos de tiempo de fraguado se utilizará el Método

Vicat34.

- Resistencia del Cemento.

La resistencia del cemento es el resultado de un proceso de hidratación, el cual es un

proceso químico que resulta en recristalización en la forma de cristales entrelazados

que producen el cemento en vía de hidratación, el cual tiene una elevada resistencia

a la compresión cuando se endurece35.

c. Influencia del cemento en la durabilidad del concreto.

La disgregación del concreto originado por ciclos de humedad, heladas, deshielos y

resequedad y la propagación de grietas resultantes es un aspecto muy importante a tomar

en cuenta. La presencia de diminutos vacíos de aire en toda la pasta de cemento

incrementa la resistencia del concreto a la disgregación, lo cual se logra con la adición

de aditivos con inclusores de aire al concreto durante el mezclado. Asimismo, puede

prevenirse o disminuirse la disgregación, debida a químicos en contacto con la estructura,

tal sería el caso de estructura y subestructuras portuarias. Por tales motivos, es necesario

especificar los cementos resistentes al sulfato, puesto que el concreto en tales casos está

expuesto a cloruros y en ocasiones a sulfatos de magnesio y sodio. Por lo general, el

cemento tipo II es el más adecuado para usarse en estructuras marinas36.

2.2.3. Los agregados

Según la Norma E.060 del RNE el Agregado, es un “Material granular, de origen

natural o artificial, como arena, grava, piedra triturada y escoria de hierro de alto horno,

empleado con un medio cementante para formar concreto o mortero hidráulico”,

34 ENRIQUE, R. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 98 35 EDWARD G. - “CONCRETO REFORZADO - Materiales que producen el concreto Cap 2” P. 10. 36 EDWARD G. - “CONCRETO REFORZADO - Materiales que producen el concreto Cap 2” P. 13.

38

asimismo, indica que el Agregado denominado Hormigón es un “Material compuesto de

grava y arena empleado en su forma natural de extracción”.

a. Tipos

- Agregado Grueso.

El agregado grueso, es un agregado retenido en el tamiz Nº 4 (4.75 mm), cuyo

origen es la desintegración natural o mecánica de las rocas. “El agregado grueso

está constituido por rocas graníticas, dioríticas y sieníticas. Puede usarse piedra

partida en chancadora o grava zarandeada de los lechos de los ríos o yacimientos

naturales. Al igual que el agregado fino, no deben contener más de un 5% de

arcillas y finos ni más de 1.5% de materias orgánicas, carbón, etc.”37

- Agregado Fino.

El agregado fino proviene de la desintegración natural o artificial de las rocas y son

retenidas por el tamiz 3/8" (9.5 mm). “Tanto el agregado fino como el grueso,

constituyen los elementos inertes del concreto, ya que no intervienen en las

reacciones químicas entre cemento y agua. El agregado fino debe ser durable,

fuerte, limpio, duro y libre de materias impuras como polvo, limo, pizarra, álcalis

y materias orgánicas. No debe tener más de 5% de arcilla o limos ni más de 1.5%

de materias orgánicas. Sus partículas deben tener un tamaño menor a 1/4.”

- Agregado Global u Hormigón.

El agregado global u hormigón, conocido también en el Perú como agregado

integral, es una mezcla natural, en proporciones arbitrarias, de grava y arena

procedentes de río o cantera. Su granulometría deberá estar comprendida entre el

37 HARMSEN, T. “Diseño de estructuras de concreto armado”. P. 13.

39

material retenido en la malla N° 200 como mínimo y el que pasa la malla de 2”

como máximo.38

La norma E060 del RNE indica que el agregado denominado "hormigón" esta

constituido por una mezcla natural de grava y arena. Asimismo, indica que el

hormigón sólo podrá usarse en la elaboración de concretos con resistencia en

compresión no mayor a175 kg/cm2 a la edad de 28 días. Asimismo, el contenido

mínimo de cemento deber ser de 255 Kg/m3. El hormigón no debe presentar

impurezas, es decir, debe estar libre de cantidades perjudiciales de partículas

livianas, sales, álcalis, materia orgánica, entre otras sustancias perjudiciales para el

concreto. Se señala además, seguir para el hormigón las recomendaciones

aplicables para los agregados fino y grueso.

Se recomienda asimismo, que siempre deberá efectuarse un análisis

granulométrico, a fin de determinar la proporción de agregados finos y gruesos

presente en el hormigón. Las características físicas se determinaran teniendo en

consideración el porcentaje de cada uno de los agregados componentes.

b. Propiedades de los Agregados

Los agregados, también conocidos como hormigón, ya sea del tipo angular o

fracturado, son fragmentos o granos de origen pétreos, que permitirán dotar de ciertas

características favorables al concreto.

Los agregados las cuales se utilizarán, deberán ser aquellas que brinden en beneficio el

desarrollo de ciertas características y/o propiedades al concreto, las cuales podrán

destacar lo siguiente: la trabajabilidad, la adherencia con el mortero y la resistencia

mecánica como la compresión, el cual se evalúa de acuerdo al Método de Ensayo

38 RIVVA. E. “Naturaleza y materiales del concreto”. p 186.

40

Normalizado para Resistencia a la Compresión de Especímenes Cilíndricos de

Concreto39.

Los resultados de este ensayo; sirven de base para el control de calidad de dosificación,

mezclado y colocación del concreto.

Los agregados constituyen del 60% al 80% del volumen del concreto, es decir,

constituyen gran parte del producto terminado, por tanto, tienen que estar graduados de

tal forma que la masa total del concreto actué como una combinación relativamente

sólida40.

Las principales propiedades de los agregados se señalan a continuación:

- Granulometría.

El análisis de granulometría tiene por objetivo determinar la cantidad de partículas

que pasan por los tamices de distintos tamaños, tanto finos (arena) como gruesos

(grava). La determinación de las partículas de acuerdo a su tamaño se determina de

acuerdo a tamices estándar.

De acuerdo al ensayo de tamizado, el agregado fino como grueso se pasa a través de

tamices, determinándose así el porcentaje de material que se retiene en cada tamiz.

Los análisis granulométricos se reportan llenando la tabla granulométrica del

agregado, el cual debe cumplir con la norma técnica Análisis granulométrico del

agregado fino, grueso y global41; Método de Ensayo Normalizado para la

Determinación Granulométrica de Agregados Finos y Gruesos42.

39 Active Standard ASTM C39/C39M – 18. 40 EDWARD G. - “CONCRETO REFORZADO - Materiales que producen el concreto Cap 2” P. 14. 41 Norma Técnica Peruana – NTP 400.012 – 2001 – 2° Edición. 42 ASTM C136/C136M – 05.

41

- Tamaño Máximo.

El tamaño máximo el cual será designado, siempre es un tamaño menor que aquel a

través del cual se quiere que pase el 100% del material. De acuerdo con

Especificación Normalizada de Agregados para Concreto43. Sin embargo, la Norma

ASTM C33 indica que se podrán emplear agregados que no cumplan los

requerimientos, si se cumpliera que con ellos se obtendrá concretos que satisfagan

las especificaciones técnicas del proyecto.

- Forma y Textura.

Forma. Para poder definir la forma de las partículas en los agregados se determina

lo siguiente:

- Redondez. Se determina de acuerdo a la forma del filo, se dicen de los agregados

que tienen las aristas bien definidas y se indica que es angular y de la misma forma

los agregados que se tienen las aristas gastadas por efectos de la erosión o fricción

de las mismas se denomina partículas redondeadas.

- Esfericidad. Se define de acuerdo al área superficial y el volumen, esta relación

es menor en partículas de aristas esféricas incrementándose en partículas planas

y alargadas, pueden ser esféricas, cubicas, tetraédricas, laminares y alargadas.

Se podrá definir que los agregados extraídos de los ríos, glaciares y

conglomerados, de la misma forma las arenas de playa y/o desierto son materiales

redondeados y tienden a ser esféricos (cantos rodados), por el contrario, a los

agregados obtenidos por trituración y los provenientes de suelos residuales son

angulares y su forma depende la naturaleza de la roca.

43 ASTM C33-03 - Especificación Normalizada de Agregados para Concreto.

42

- Agregado Alargado. Es el agregado que cumple la siguiente relación entre

Longitud y Anchura deberá ser mayor a 1.544.

𝐿

𝑏> 1.5

Donde: L= Longitud del agregado; b= ancho del agregado.

- Agregado Plano. Es el agregado que cumple la siguiente relación entre espesor y

ancho deberá ser menor a 1.545.

𝐿

𝑏< 1.5

Donde: L= espesor del agregado; b= ancho del agregado.

Textura. Mediante esta característica se podrá decir que el agregado es liso o pulido

(material de río) o áspero (material triturado). De acuerdo a ello, la textura está

relacionada con la dureza, forma, tamaño y estructura de la roca original46.

- Densidad.

La densidad es definida como la relación de peso a volumen de una masa

determinada. En tal sentido, es importante conocer la diferencia entre los distintos

tipos de densidad47.

- Densidad Absoluta del Agregado. Esta definida como la relación existente entre

el peso de la masa de la muestra y el volumen que ocupan sus partículas sólidas

de la misma48.

𝐷𝐴 =𝑃𝑠

𝑉𝑚 − 𝑉𝑣

Ps = Peso del material seco (agregado).

Vm= Volumen de la masa.

44 GUTIERREZ, L. “Concreto y Otros Materiales para la Construcción”. P. 20. 45 GUTIERREZ, L. “Concreto y Otros Materiales para la Construcción”. P. 20. 46 GUTIERREZ, L. “Concreto y Otros Materiales para la Construcción”. P. 20. 47 GUTIERREZ, L. “Concreto y Otros Materiales para la Construcción”. P. 20. 48 GUTIERREZ, L. “Concreto y Otros Materiales para la Construcción”. P. 21.

43

Vv = Volumen de vacíos.

- Densidad Nominal del Agregado. Esta definida como la relación entre el peso de

la masa de la muestra y el volumen que ocupan sus partículas del material en el

cual no se incluyen los poros no saturados.

𝐷𝑁 =𝑃𝑠

𝑉𝑚 − 𝑉𝑣𝑠

Ps = peso seco de la muestra.

Vm= volumen ocupado por la muestra.

Vv = volumen de los poros saturados.

- Densidad Aparente del Agregado. Esta definida como la relación entre el peso de

la masa de la muestra y el volumen de las partículas, incluidas los poros, saturados

y no saturados49.

𝐷𝐴 =𝑃𝑠

𝑉𝑚

Ps = Peso seco de la muestra.

Vm= Volumen ocupado por la muestra.

- Porosidad y Absorción

Una de las cualidades muy importantes que tiene la porosidad en el agregado, es

directamente relacionada a la adherencia y resistencia a la compresión y flexión de

las partículas, de la misma forma su comportamiento frente al congelamiento,

deshielo e intemperismo.

La porosidad en los agregados está estrechamente relacionada a su capacidad de

absorber agua u otro fluido, esto dependerá del número y tamaño de los poros50.

49 GUTIERREZ, L. “Concreto y Otros Materiales para la Construcción”. P. 21. 50 GUTIERREZ, L. “Concreto y Otros Materiales para la Construcción”. P. 22.

44

Figura 4.

ESTADOS DE SATURACION DE LOS AGREGADOS

a. Secado Total

b. Parcialmente húmedo

c. Saturado y superficialmente seco

d. Humedad total

Fuente: Gutiérrez, L. “Concreto y Otros Materiales para la Construcción”

c. Influencia de las propiedades de los agregados sobre la resistencia del concreto.

La resistencia del hormigón es también muy importante para la resistencia del

concreto. La resistencia es la característica mecánica más importante del concreto, esta

definida como el máximo esfuerzo que puede soportar sin romperse. La resistencia en

compresión se utiliza como índice de calidad del concreto, en pavimentos suele utilizarse

la resistencia en flexión.

Asimismo, la resistencia del concreto no puede ser mayor que la de sus agregados. Sin

embargo, la resistencia a la compresión de los concretos convencionales dista mucho de

la que corresponde a la mayoría de las rocas empleadas como agregados, las mismas que

se encuentran por encima de los 1,000 kg/cm2.

En 1918, Duff Abrams indicó que dado los materiales y condiciones de trabajo, el factor

determinante de la resistencia es la relación agua-cemento de diseño, en la que se excluye

el agua absorbida por el agregado. En esta teoría las resistencias son mayores con la

disminución de la relación agua - cemento51.

51RIVVA, E. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 233.

45

La resistencia a la compresión del concreto está en función de muchas variables, entre

las que se pueden indicar las siguientes: La marca, tipo, antigüedad, superficie específica

y composición química del cemento; calidad del agua; dureza, resistencia, perfil, textura

superficial, porosidad, limpieza, granulometría, tamaño máximo y superficie específica

del agregado; adiciones minerales empleadas; aditivos químicos; resistencia de la pasta;

relación del agua libre de mezcla; relación material cemento – agregado; relación del

agregado fino al agregado grueso (granulometría); permeabilidad del concreto.

A continuación, se analizarán la influencia de las diversas propiedades de los agregados

sobre la resistencia del concreto.

- Influencia de la dureza del agregado.

La dureza está definida por la resistencia al desgaste a la erosión o abrasión, lo cual

depende de los elementos constituyentes del agregado.

Durante el proceso de abrasión, desgaste o rozamiento, se clasifican como partículas

blandas a aquellas que fallan, debido a los granos que las componen.

La dureza se clásica de acuerdo a la Escala de Morhs, los agregados de dureza baja

pueden incrementar los requerimientos de agua, con modificación de la relación agua

- cemento.

La dureza del agregado se determina en Ensayo de Abrasión de los Ángeles, de

acuerdo a ASTM C131. Este ensayo puede no ser determinante en caso de concreto

para estructuras, pero si lo seria en pavimentos y obras hidráulicas. El ensayo es

obligatorio en los dos últimos casos, pero no lo es si se trata de estructuras de

concreto armado para edificaciones, salvo aquellas partes de estas que puedan estar

sujetas a procesos de abrasión52.

- Influencia de la resistencia del agregado.


46

La resistencia a la compresión del agregado tendrá que permitir el total desarrollo de

la resistencia potencial de la matriz cementante. El problema no existe dado que el

valor mínimo de la resistencia a la trituración de las rocas promedio varía de 700 a

3,500 kg/cm2 53.

La información sobre resistencia del agregado se obtiene a partir de:

Ensayo de trituración.

Ensayo de capacidad de trituración de la masa de agregado.

Ensayos de comportamiento del agregado en el concreto.

- Influencia de la textura superficial.

La textura superficial del agregado depende de la dureza, tamaño del agregado y la

porosidad real de la roca, así como de las fuerzas que han actuado sobre la superficie

de las partículas para suavizarlas o darles rugosidad54.

La textura superficial es importante en la resistencia del concreto, ya que a mayor o

menor rugosidad del agregado definirá en forma importante la capacidad de

adherencia de este con el cemento, siendo mayor conforme el agregado sea más

rugoso.

La textura rugosa del agregado que proviene de la trituración de la roca, otorga

mayor resistencia por adherencia. La textura superficial del agregado influye sobre

la resistencia del concreto por su efecto sobre la resistencia por adherencia mezcla -

agregado.

- Influencia del perfil del agregado.

El agregado de perfil angular (canto rodado) requiere más agua por su mayor

superficie específica, pero puede dar la misma resistencia para un factor cemento

53 RIVVA, E. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 234. 54 RIVVA, E. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 235.

47

determinado si es adecuadamente dosificado. En concretos de alta resistencia el

perfil del agregado angular (piedra facturada) produce resistencias en compresión

más altas que el redondeado de granulometría y calidad comparables.

Por su menor superficie específica y menor demanda de cemento y agua, el agregado

de perfil redondeado pareciera ser más adecuado que el de perfil angular. Sin

embargo, el mayor contenido de cemento requerido es compensado por las mayores

resistencias resultantes de una mayor adherencia entre el agregado y la pasta, así

como de una mayor ligazón en textura del concreto endurecido.

La relación agua-cemento del mortero, para una consistencia dada, tiene relación con

el perfil del agregado fino, requiriendo el perfil redondeado menos agua para obtener

una resistencia determinada.

- Influencia del contenido de materia orgánica.

Si se encontrasen rastros de materia orgánica podría interferir en la hidratación del

cemento y en el desarrollo de resistencia del concreto. El material inorgánico es más

frecuente en el agregado fino y puede eliminarse mediante lavado adecuado.

Un agregado fino con materia orgánica genera una disminución importante en la

resistencia inicial del concreto, pudiendo el efecto desaparecer a los 28 días si la

acción del material orgánico sobre la resistencia es solo temporal55.

Es recomendable comprobar, por ensayos de resistencia en concretos preparados con

el agregado en estado natural y lavado, el efecto potencial de la materia orgánica

sobre la resistencia.

- Influencia de la granulometría.


48

La granulometría del agregado podrá influir sobre el agua necesaria durante la

mezcla, las características granulométricas inadecuadas requieren más agua y

obligan al aumento del factor cemento para no perder resistencia.

El perfil, granulometría y la cantidad total del agregado fino influye sobre la

resistencia por su efecto sobre los requerimientos de agua. Ello obliga a ajustar las

proporciones de la mezcla para compensar cambios en el agregado fino56.

La relación vacíos-cementos siendo esta función en relación a la granulometría del

agregado es evidente que la resistencia del concreto está afectada por la

granulometría.

- Influencia del agregado fino.

La resistencia del mortero es afectada por la fineza del agregado, siendo mayor

conforme el agregado es más fino. Ello posiblemente debido al alto contenido de

pasta de dichos morteros más que a una relación directa entre fineza y resistencia.

La resistencia se reduce conforme la cantidad de agregado fino se incrementa, debido

a la cantidad de pasta por unidad de volumen de mortero decrece. El efecto de la

fineza es indirecto dado que el determina la cantidad de agregado grueso requerido57.

Se ha determinado que las arenas naturales, al requerir menos agua que las

manufacturadas, permiten obtener altas resistencias. Igualmente, que la resistencia

en flexión del concreto es afectada de forma diferente a la resistencia en compresión,

debido a las propiedades del agregado fino.

- Influencia del agregado grueso.

El agregado grueso produce resistencias adecuadas en elementos en compresión

pura, debido a la mayor facilidad de acomodo del agregado y a la consiguiente menor

56 RIVVA, E. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 238. 57 RIVVA, E. “Naturaleza y materiales del concreto”. P. 238.

49

demanda de agua por unidad cubica de concreto. Para elementos en flexión y flexo-

compresión, la grava presenta desventajas en relación al agregado de perfil angular

y textura rugosa, dado que se obtiene una menor resistencia por adherencia,

presentándose superficies en las que el mortero tendrá menores posibilidades de

ligarse bien58.

A continuación, se presenta a manera de resumen, los efectos de las propiedades de

los agregados en la resistencia a la compresión del concreto.

Figura 5.

EFECTOS DE LAS PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS SOBRE LA

RESISTENCIA DEL CONCRETO


50

2.2.4. El agua de mezclado.

La Norma E.060 del RNE especifica que el agua empleada en la preparación y

curado del concreto deberá ser preferentemente potable.

Se precisa que el agua a utilizarse en la mezcla debe ser limpia, libre de aceites, ácidos,

álcalis, sales y materias orgánicas. Se recomienda, el uso del agua potable en la

elaboración del concreto. Se indica además que su principal función es la hidratación del

cemento, así como, mejorar la trabajabilidad de la mezcla de concreto. Podrá emplearse

agua no potable en la elaboración del concreto, siempre que se demuestre su idoneidad.59

2.2.5. Los Aditivos.

La Norma E.060 del RNE indica que los aditivos son materiales distintos del agua,

de los agregados o del cemento hidráulico, utilizado como componente del concreto,

añadido antes o durante su mezclado, con el propósito de modificar sus propiedades.

Los aditivos se añaden al concreto con el objetivo de modificar una o algunas de sus

propiedades, con el propósito de permitir que sean más adecuados al trabajo que se esta

realizando, facilitar su colocación y/ reducir los costos de operación.60

Los aditivos pueden clasificarse genéricamente o de acuerdo a los efectos característicos

derivados de su empleo (ACI 2012):

- Aditivos Plastificantes. Mejoran la trabajabilidad del concreto, morteros o pastas

para una determinada relación agua/cemento o permiten la reducción de la cantidad

de agua de amasado para una trabajabilidad dada; generalmente, estos aditivos son

sólidos finamente divididos.

59 HARMSEN, T. “Diseño de estructuras de concreto armado”. P. 13. 60 RIVVA. E. “Naturaleza y materiales del concreto”. p 264.

51

- Aditivos Reductores de Agua o Fluidificantes. Disminuyen la cantidad de agua de

amasado de un concreto, mortero o pasta (en cantidades iguales o superiores al 5 %

para los dos primeros y al 3 % para el tercero) para una trabajabilidad dada o, por

ampliación, aumentan notablemente la trabajabilidad para una misma cantidad de

agua; también, con estos aditivos, se pueden obtener simultáneamente ambos

fenómenos.

- Aditivos Superplastificantes, Superfluidificantes o Reductores de Agua de Alta

Actividad. Aumentan, significativamente, la trabajabilidad de un concreto, mortero

o pasta para una relación agua/cemento dada o reducir considerablemente la cantidad

de agua de amasado (en cantidades iguales o superiores al 12 %) para una

trabajabilidad determinada; como en el caso anterior, también se pueden obtener

simultáneamente con estos aditivos, ambos fenómenos.

- Aditivos Aceleradores de Fraguado. Reducen o adelantan el tiempo de fraguado

del cemento (principio y final) que se encuentra en el concreto, mortero o pasta.

- Aditivos Retardadores de Fraguado. Retrasan el tiempo de fraguado (principio y

final) del cemento que se encuentra en el concreto, mortero o pasta.

- Aditivos Aceleradores de Endurecimiento. Aumentan o aceleran el desarrollo de

las resistencias mecánicas iniciales del concreto, morteros o pastas.

- Aditivos Inclusores de Aire. Producen en el concreto, morteros o pastas, un número

elevado de finas burbujas de aire, separadas y repartidas uniformemente, que

permanecen así durante el endurecimiento de los materiales aditivados.

- Aditivos Generadores de Gas. Producen un gas por medio de una reacción química

durante la colocación del concreto, mortero o pasta.

52

- Aditivos Generadores de Espuma. Producen, por medios mecánicos, una espuma

estable formada por burbujas de aire de tamaño variable, distribuidas

homogéneamente dentro de la masa, a la que confiere una estructura alveolar.

- Aditivos Desaireantes o Antiespumantes. Eliminan el exceso de aire introducido

en la masa del concreto, mortero o pasta por el empleo de ciertos áridos o de ciertos

aditivos utilizados para obtener otra función principal.

- Aditivos Generadores de Expansión. Producen una expansión controlada y

permanente en el concreto, morteros y pastas.

- Aditivos Protectores contra las Heladas. Mejoran la resistencia a las heladas del

concreto, morteros o pastas.

- Aditivos Anticongelantes. Disminuyen el punto de congelación del agua de

amasado; además, pueden impedir la aparición de cristales de hielo en el concreto,

mortero o pasta.

- Aditivos que Reducen la Penetrabilidad del Agua. Incrementan la resistencia al

paso del agua bajo presión a través del concreto, morteros o pastas endurecidas.

- Aditivos Hidrófugos o Repulsores de Agua. Disminuyen la capacidad de absorción

capilar o la cantidad de agua que pasa a través del concreto, mortero o pasta, saturado

y sometido a un gradiente hidráulico.

- Aditivos Inhibidores de Corrosión de Armaduras. Reducen la posibilidad de

corrosión de las armaduras embebidas en el concreto o mortero.

- Aditivos Modificadores de la Reacción Alcali-Aridos. Impiden o dificultan la

reacción entre ciertos áridos y los álcalis del cemento, así como reducen sus efectos

expansivos.

- Aditivos para el Bombeo. Reducen el rozamiento externo del concreto, mortero o

pasta contra la tubería de conducción, sin modificar la relación agua/cemento.

53

- Aditivos para Concreto y Morteros Proyectados. Mejorar las condiciones de

proyección al disminuir el descuelgue del material proyectado y el rechazo.

- Aditivos para Inyecciones. Aumentar la fluidez de los rellenos o morteros (de

inyección) y reducir los riesgos de exudación y decantación.

- Aditivos Colorantes. Colorear al concreto, mortero o pasta.

2.3. Definición de términos

- Absorción. Se define como el incremento de peso de un árido poroso seco, hasta lograr

su condición de saturación con la superficie seca, debido a la penetración de agua a sus

poros permeables. La absorción es el valor de la humedad del agregado cuando tiene

todos sus poros llenos de agua, pero su superficie se encuentra seca.

- Agregados. Se define como agregado al conjunto de partículas inorgánicas de origen

natural o artificial, cuyas dimensiones están comprendidas entre los límites fijados en la

NTP 400.011. Los agregados son la fase discontinua del concreto y son materiales que

están embebidos en la pasta y que ocupan en promedio el 75% del volumen del concreto.

- Agregado Fino. Se define como aquel que pasa el tamiz 3/8” y queda retenido en la

malla N° 200, el más usual es la arena producto resultante de la desintegración de las

rocas.

- Agregado Grueso. Es aquel que queda retenido en el tamiz N°4 y proviene de la

desintegración de las rocas; puede a su vez clasificarse en piedra chancada y grava.

- Cantera. Las canteras son la fuente principal de materiales pétreos los cuales se

constituyen en uno de los insumos fundamentales en el sector de la construcción de obras

civiles, estructuras, vías, presas y embalses, entre otros. Por ser materia prima en la

ejecución de estas obras, su valor económico representa un factor significativo en el costo

total de cualquier proyecto. Toda cantera tiene una vida útil, y una vez agotada, el

54

abandono de la actividad suele originar serios problemas de carácter ambiental,

principalmente relacionados con la destrucción del paisaje.

- Cemento. El cemento es un conglomerante producido a partir de una mezcla de piedra

caliza y arcilla calcinadas, el cual tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el

agua. Hasta este punto la molienda entre estas rocas es llamada clinker, esta se convierte

en cemento cuando se le agrega yeso, el cual da a la mezcla la propiedad de fraguar y

endurecerse. La mezcla del cemento con agregados pétreos (agregados fino y grueso) y

agua, produce una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece,

adquiriendo consistencia pétrea, denominada concreto. Su uso está muy generalizado en

construcción e ingeniería civil.

- Concreto. El concreto esta conformado por la mezcla de tres componentes esenciales:

cemento, agregados y agua, a los cuales se incorpora, según sea la necesidad, un cuarto

componente, denominado como aditivo. La mezcla de estos componentes, incorpora de

manera simultánea un quinto elemento representado por el aire. Asimismo, la mezcla

obtenida, produce una masa plástica que puede ser moldeada y compactada con relativa

facilidad; el cual pierde gradualmente esta característica hasta tornarse rígida,

adquiriendo el aspecto, comportamiento y propiedades de un cuerpo sólido, hasta

convertirse finalmente en el material mecánicamente resistente, conocido como concreto

endurecido.

- Diseño de Mezcla. Definido como el proceso mediante el cual se selecciona los

ingredientes más adecuados y la combinación más conveniente, con el propósito de

conseguir un producto que en el estado no endurecido tenga la trabajabilidad y

consistencia apropiados y que endurecido reúna los requisitos establecidos por el

diseñador, especificados en los planos y/o las características de la obra.

55

- Granulometría. Es la distribución por tamaños de las partículas de los agregados,

generalmente expresado en porcentaje.

- Hormigón. Es el material conformado por una mezcla de arena y grava, este material

mezclado en proporciones arbitrarias se encuentra en forma natural en la corteza terrestre

y se emplea tal cual se extrae en la cantera.

- Seguridad Estructural. Se denomina seguridad estructural a una serie de condiciones

que deben cumplir los edificios, para considerar que las actividades para los que fueron

diseñados pueden realizarse de forma segura. Estas condiciones aplican tanto para el uso

previsto del edificio como para su periodo de construcción. La seguridad estructural

contempla dos aspectos distintos: Resistencia y estabilidad (que el edificio resista los

esfuerzos previstos) y condiciones de servicio (que se pueda utilizar con normalidad).

- Resistencia del concreto. Es la capacidad del concreto de resistir cargas a compresión,

flexión o al cortante.

- Resistencia a la compresión del concreto. Esta definida como la máxima resistencia

medida de una muestra de concreto o de mortero a carga axial. Se expresa generalmente

en kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm2) a una edad de 28 días y se le designa

con el símbolo f’c.

56

CAPITULO 3

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

3.1. Tipo y Nivel de Investigación.

3.1.1. Tipo de investigación.

El tipo de investigación a desarrollar será cuantitativo, puesto que se requerirá

medición numérica y el uso de la estadística.

3.1.2. Nivel de investigación.

- Descriptiva. Puesto que se analizarán y determinará las propiedades y características

del concreto estructural, utilizando el hormigón como insumo principal.

- Experimental. Puesto que se determinará las características físicas y mecánicas de las

muestras de concreto estructural, con el uso de hormigón, a través de ensayos en un

laboratorio geotécnico.

- Analítico. Los diferentes tópicos serán analizados ampliamente mediante sus

correspondientes variables, los mismos que nos permitirán llegar a conclusiones, para

contrastar la hipótesis de trabajo.

3.2. Diseño de investigación.

El diseño muestral del presente trabajo de investigación, es el muestreo no

probabilístico, el cual es una técnica de muestreo donde las muestras se recogen en un

proceso que no brinda a todos los individuos de la población iguales oportunidades de ser

seleccionados. Asimismo, el muestreo será por cuotas, que es una técnica de muestreo no

probabilístico en donde el investigador asegura una representación equitativa y

proporcionada de los sujetos, en función de qué rasgo es considerado base de la cuota.

Asimismo, corresponde al diseño Descriptivo – Comparativo, con la toma de 04 muestras

de hormigón de las principales canteras que abastecen al distrito de Callería, el cual

responde al siguiente esquema:

57

Dónde: M1, M2, M3, M4 representan a cada una de las muestras:

M1 = Muestra de hormigón de la cantera de Curimaná.

M2 = Muestra de hormigón de la cantera de Nueva Piura.

M3 = Muestra de hormigón de la cantera de Malvinas.

M4 = Muestra de hormigón de la cantera de Pachitea.

01, 02, 03 y 04 será la información a recolectar en cada una de dichas muestras. De 01 a

04 en la parte lateral del diagrama, nos indica las comparaciones que se llevarán a cabo

entre cada una de las muestras, pudiendo estas observaciones presentar resultados, tales

como: Iguales (=), diferentes (≠) o semejantes (≈), con respecto a la otra.

3.3. Población y Muestra.

3.3.1. Población.

El agregado global u hormigón a ser analizado provendrá de 04 canteras de material

agregado, utilizados en el distrito de Callería: Curimaná, Nueva Piura, Malvinas y

Pachitea, de las cuales se tomarán las muestras que se crean convenientes.

3.3.2. Muestra

Se tomarán muestras de hormigón de las canteras de Curimaná, Nueva Piura,

Malvinas y Pachitea, las cuales serán utilizadas en el diseño de concreto estructural, las

cuales serán sometidas a pruebas de ensayo en el laboratorio, con el fin de determinar sus

propiedades y características físico – mecánicas.

El tipo de muestreo es no probabilístico y por cuotas, el cual asegura una representación

equitativa y proporcionada de cada cantera, en función de qué rasgo es considerado base

de la cuota. Se considera que se tomarán 04 muestras por cantera.

58

Se ha considerado la elaboración de 8 probetas de concreto por cada cantera analizada, las

cuales serán sometidas a los ensayos de resistencia a la compresión a los 7, 14, 21 y 28

días. La rotura será de 2 probetas por cada día.

A continuación, se muestra la distribución de la muestra y los días de la realización de los

ensayos.

Cuadro 3.

MUESTREO NO PROBABILISTICO

Fuente: Elaboración Propia.

3.4. Métodos y técnicas utilizadas

Los instrumentos de recolección de datos serán los siguientes:

- Fichas bibliográficas, para la recopilación de datos en formatos o fichas relacionadas

con el proyecto de investigación.

- Guía de observación, los cuales están constituidos por formatos para el análisis de las

canteras, análisis granulométricos y de propiedades físico – mecánicos del hormigón y

análisis de la resistencia a compresión del concreto estructural con el uso de hormigón.

Las fuentes de datos serán primarias y secundarias:

- Fuentes Primarias: Datos recopilados de las canteras de Curimaná, Nueva Piura,

Malvinas y Pachitea, que permitirán registrar las características granulometrías y físico

N° Fecha N° Fecha N° Fecha N° Fecha

Moldeo 21/08/2018 24/08/2018 20/08/2018 22/08/2018

7 días 2 28/08/2018 2 31/08/2018 2 27/08/2018 2 29/08/2018 8

14 días 2 4/09/2018 2 7/09/2018 2 3/09/2018 2 5/09/2018 8

21 días 2 11/09/2018 2 14/09/2018 2 10/09/2018 2 12/09/2018 8

28 días 2 18/09/2018 2 21/09/2018 2 17/09/2018 2 19/09/2018 8

Total 8 8 8 8 32

Edad de

Probetas

Cantera MalvinasCantera Nuevo

PiuraCantera Curimaná Cantera Pachitea

Total

59

– mecánicas del hormigón y la resistencia a la compresión del concreto estructural en

un laboratorio geotécnico.

- Fuentes Secundarias: Libros, revistas, manuales, tesis, normas, material electrónico.

El tratamiento de los resultados seguirá el siguiente procedimiento:

- Se procesarán los datos obtenidos con herramientas digitales como el Excel, SPSS,

MINITAB, etc.

- Los datos obtenidos, serán organizados y presentados, mediante técnicas estadísticas en

tablas, referidos a una sola variable (tablas de frecuencias), a dos o más variables (tablas

de contingencias o cruzadas), gráficos e indicadores.

- Para el análisis de los datos usaremos el Análisis de la Varianza (ANOVA), para

contrastar la hipótesis nula, de que las medias de distintas muestras coinciden.

3.5. Descripción de procedimientos

Se seguirá el siguiente procedimiento:

- Las muestras serán recolectadas de las canteras de Curimaná, Nueva Piura, Malvinas

y Pachitea.

- Se realizarán ensayos en un laboratorio de geotecnia, sobre características

granulométricas y físico - mecánicas del hormigón y de resistencia a la compresión

del concreto estructural con el uso de hormigón.

- Se hará uso de fichas técnicas de laboratorios para el registro de los resultados.

60

CAPITULO 4

ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES FISICOS Y QUIMICOS DE LOS AGREGADOS.

4.1. Estudio de canteras

Para elaborar un concreto de buena resistencia y de buena calidad, es necesario un control

cuidadoso de los materiales que se van a emplear para la elaboración de las mezclas. La

evaluación de los agregados influye en gran medida en el concreto producido, por lo tanto,

para obtener un concreto de buena resistencia se requiere que los materiales estén en

condiciones óptimas.

Para objeto de la investigación se utilizó los agregados de 4 de las canteras más explotadas

de las provincias de Coronel Portillo y Padre Abad del departamento de Ucayali: Cantera

Nuevo Piura, cantera Pachitea, cantera Malvinas y cantera Curimaná.

a. Cantera Malvinas.

- Ubicación. El banco de materiales se encuentra ubicada en el distrito de Curimaná, en

el Caserío Las Malvinas; Provincia: Padre Abad, Departamento: Ucayali. Sus

coordenadas de ubicación son las siguientes:

Coordenadas

Geográficas

Latitud Longitud

8°23'31.98"S 75° 5'15.53"O

Coordenadas

UTM

X Y

490,350.8 E 9’072,340.5 N

- Accesibilidad. El ingreso a esta cantera se ubica a la altura del Km. 60 de la carretera

Federico Basadre, siguiendo una vía de 35 Km de longitud en pésimas condiciones.

- Propietario. Sr. Edison Amasifuén Tanchiva concesionario del área de cantera

- Volumen explotable. Se ha considerado la altura de explotación promedio de 1.5 m,

un área explotable aproximada de 1,224.00 m2, con un volumen bruto aproximado de

1,469.0 m3.

61

- Usos. Terraplén, Concreto de Cemento Portland (CCP), Base Granular (BG).

- Rendimiento. El rendimiento promedio de esta cantera para los diferentes materiales

es de 80%.

- Periodo de explotación. Época de estiaje.

- Explotación. La extracción y explotación se efectuará con cargador frontal y tractor

oruga.

- Origen. El material es de origen Fluvial.

- Material. Actualmente no se puede apreciar la cantera por la crecida del río, sólo se

pudo tomar muestras del Punto de Acopio del material de esta cantera. La cantera está

provista de gravas mal graduadas limosas de clasificación SUCS: GP-GM; color gris

claro.

Imagen 01.

IMAGEN SATELITAL DE UBICACIÓN DE LA CANTERA MALVINAS

62

Imagen 02.

MAPA DE UBICACIÓN DE LA CANTERA MALVINAS

b. Cantera Nuevo Piura.

- Ubicación. El banco de materiales se encuentra cerca del centro poblado de Nuevo

Piura, en el distrito de Campo Verde, provincia de Coronel Portillo, departamento de

Ucayali. Sus coordenadas de ubicación son las siguientes:

Coordenadas

Geográficas

Latitud Longitud

8°20'35.52"S 74°57'6.98"O

Coordenadas

UTM

X Y

505,291.8 E 9’077,760.2 N

- Accesibilidad. El ingreso a esta cantera se ubica en el distrito de Campo Verde por la

progresiva Km. 34+000 de la Carretera Jorge Basadre, desde el cual se ingresa hacia

el lado derecho al centro poblado de Nuevo Piura a 29 km, en el que se encuentra un

desvió del que se sigue por el lado Izquierdo unos 3.52 km hasta llegar al río Aguaytía.

63

- Propietario. El terreno es propiedad de la Municipalidad Distrital de Campo Verde.

- Volumen explotable. Se ha considerado la altura de explotación promedio de 1.5m,

un área explotable aproximada de 67,964.00 m2, con un volumen bruto aproximado

de 101,946.00 m3, no presenta cubierta, no presenta volumen desechable, volumen

utilizable aproximado de 91,751.40 m3. Los volúmenes explotables se han calculado

con las dimensiones del área evaluada, que satisface los requerimientos de cantidad

de material para los diferentes usos.

- Usos. Concreto de Cemento Portland (CCP), Base (Sb), Relleno (R).

- Rendimiento. Para el cálculo de los rendimientos se consideró el volumen explotable

en la cual no está incluido el volumen de cubierta. Los porcentajes de rendimientos

para cada uso se sustentan de la siguiente manera:

- Concreto de Cemento Portland (CCP) : 90%

(f’c ≤ 210kg/cm2, Grava Redondeada y Arena Natural)

- Base (Sb) : 80%

- Relleno (R) : 100%


- Explotación. La extracción y explotación se efectúa con cargador frontal y tractor

oruga.

- Origen. Depósito fluvial, playas del río Aguaytía.

- Material. La cantera está provista de gravas y arenas mal graduadas de clasificación

SUCS: GP, SP; no presenta bloques o Bolones (Agregado con tamaño máximo > 12”),

no presenta cantos o pedrones (Agregado con tamaño máximo entre 3” y 12”).

Presenta gravas redondeadas 100% de tamaño máximo 3”, poca cantidad de chatas y

alargadas, No plástica, presenta una estructura homogénea, color gris claro.

- Tratamiento:

64

Relleno (R): No requiere.

Base (Sb): Zarandeo.

Concreto de Cemento Portland (CCP), f´c ≤ 210 kg/cm2: Zarandeo.

Imagen 03.

IMAGEN SATELITAL DE UBICACIÓN DE LA CANTERA NUEVO PIURA

65

Imagen 04.

MAPA DE UBICACIÓN DE LA CANTERA NUEVO PIURA

c. Cantera Curimaná.

- Ubicación. Ubicada en el distrito de Curimaná, provincia: Padre Abad, departamento:

Ucayali. Sus coordenadas de ubicación son las siguientes:

Coordenadas

Geográficas

Latitud Longitud

8°24'5.02"S 75° 8'25.32"O

Coordenadas

UTM

X Y

484,547.2 E 9’071,324.2 N

- Accesibilidad. El acceso a esta cantera se encuentra a la altura del Km. 60 de la

carretera Federico Basadre. Lado derecho, mediante una vía carrozable de 35 Km de

longitud.

- Propietario. Municipalidad Distrital de Curimaná.

66

- Volumen explotable. Se ha considerado la altura de explotación promedio de 1.5 m,

un área explotable aproximada de 11,981 m2, con un volumen bruto aproximado de

17,972 m3.

- Usos. Terraplén, Concreto de Cemento Portland (CCP), Base Granular (BG).


es de 80%.



oruga.

- Origen. Depósito fluvial.

- Material. La cantera está provista de gravas mal graduadas de clasificación SUCS:

GP. No plástica, presenta una estructura homogénea, color gris claro.

Imagen 05.

IMAGEN SATELITAL DE UBICACIÓN DE LA CANTERA CURIMANA

67

Imagen 06.

MAPA DE UBICACIÓN DE LA CANTERA CURIMANA

d. Cantera Pachitea.

- Ubicación. Ubicada en el distrito de Honoria, específicamente en el Caserío de

Bellavista, provincia: Puerto Inca, departamento: Huánuco. Sus coordenadas de

ubicación son las siguientes:

Coordenadas

Geográficas

Latitud Longitud

8°55'41.66"s 74°42'49.66"o

Coordenadas

UTM

X Y

531,464.3 E 9’013,069.3 N

- Accesibilidad. El acceso hacia la cantera se realiza mediante carretera a nivel de

afirmado, la extensión del acceso es de 43.5 Km aproximadamente desde la Carretera

68

Federico Basadre. Asimismo, también se puede tener acceso a esta cantera por vía

fluvial a través del río Pachitea.

- Propietario. Para el aprovechamiento de esta cantera es necesario realizar las

negociaciones con el Sr. Guillermo Saavedra.

- Volumen explotable. Se ha considerado una altura de explotación promedio de 1.5 m,

un área explotable aproximada de 692 m2, con un volumen bruto aproximado de 1,039

m3.

- Usos. Terraplén, Concreto de Cemento Portland (CCP) de resistencia: f´c >210

kg/cm2, Concreto de Cemento Portland (CCP) de resistencia: f´c ≤ 210 kg/cm2, Base

Granular (BG).


es de 85%.



oruga.

- Origen. Depósito Fluvial, Playas del río Pachitea.

- Material. La cantera está provista de gravas bien graduadas y limosas de clasificación

SUCS: GW-GM; no presenta bloques o bolones (Agregado con tamaño máximo >

12”), no presenta cantos o pedrones. No plástica, presenta una estructura homogénea,

color gris claro. El material es de origen fluvial.

69

Imagen 07.

IMAGEN SATELITAL DE UBICACIÓN DE LA CANTERA PACHITEA

Imagen 08.

MAPA DE UBICACIÓN DE LA CANTERA PACHITEA

70

Foto 01: Toma de muestra de hormigón en la cantera Malvinas.

Foto 02: Toma de muestra de hormigón en la cantera Curimaná.

71

4.2. Propiedades físicas y químicos de los agregados.

La Norma E.060 Concreto Armado modificada por D.S. N° 010-2009-VIVIENDA, en su

capítulo 2 de Definiciones, indica que el Agregado denominado Hormigón, es un

“Material compuesto de grava y arena empleado en su forma natural de extracción”.

Asimismo, define a la grava como: “Agregado grueso, proveniente de la desintegración

natural de los materiales pétreos. Se encuentra comúnmente en canteras y lechos de ríos,

depositado en forma natural” y a la arena como “Agregado fino, proveniente de la

desintegración natural de las rocas”. En tal sentido, teniendo en cuenta estas definiciones,

el hormigón es un material compuesto por una mezcla de agregado fino y agregado grueso.

Del mismo modo, define al Agregado Fino como “Agregado proveniente de la

desintegración natural o artificial, que pasa el tamiz 9,5 mm (3/8")” y al Agregado Grueso

como un “Agregado retenido en el tamiz 4,75 mm (Nº 4), proveniente de la desintegración

natural o mecánica de las rocas”.

Sobre el uso del hormigón en la elaboración del concreto, indica en el numeral 3.3.10, que

“El hormigón sólo podrá emplearse en la elaboración de concretos con resistencia en

compresión no mayor de 10 MPa (100 Kg/cm2) a los 28 días”. El principal objetivo del

presente estudio, es determinar que con un adecuado diseño de mezcla de concreto usando

hormigón, se puede lograr una resistencia a la compresión de 210 Kg/cm2, con lo cual se

corroborará indicado en el Numeral 3.1.1 de la Norma E.060, en donde de indica que

“Los agregados que no cumplan con los requisitos indicados en las NTP, podrán ser

utilizados siempre que el Constructor demuestre, a través de ensayos y por experiencias

de obra, que producen concretos con la resistencia y durabilidad requeridas”.

Asimismo, indica que “El hormigón deberá estar libre de cantidades perjudiciales de

polvo, terrones, partículas blandas o escamosas, sales, álcalis, materia orgánica y otras

72

sustancias dañinas para el concreto”, aspectos que serán analizados a detalle con los

siguientes ensayos realizados: Ensayos Químicos de Suelos (Contenido de Cloruros (NTP

400.013), Contenido de Sales Solubles Totales (NTP 339.152), Contenido de Sulfatos

(NTP 400.016)), Ensayo Colorimétrico para determinar Materia Orgánica (ASTM C- 87-

03) y Partículas Livianas en los Agregados (MTC E 211 - 2000).

Finalmente se indica, que “En lo que sea aplicable, se seguirán para el hormigón las

recomendaciones indicadas para los agregados fino y grueso”, lo cual será aplicable en el

análisis granulométrico realizado.

A continuación se detallan los ensayos realizados al agregado global u hormigón:

4.2.1. Granulometría.

El análisis granulométrico es utilizado para la determinación de la gradación o

distribución del tamaño de partículas de los agregados, en una serie de tamices, los cuales

van progresivamente de una abertura mayor a una menor. La granulometría es muy

importante para determinar la calidad de los agregados, para su adecuada utilización como

componente del concreto.

En la Norma Técnica Peruana NTP 400.037.2014, se determinan los límites

granulométricos, donde deben enmarcarse el agregado fino, el agregado grueso y el

agregado global (hormigón), con el fin de que sean apto para la elaboración de concretos.

Los requisitos granulométricos para el agregado fino y grueso se muestran a continuación:

Cuadro 4.

REQUISITOS GRANULOMETRICOS PARA EL AGREGADO FINO

Tamiz Porcentaje que pasa

73

3/8" (9.50 mm) 100

N°4 (4.75 mm) 95 a 100

N°8 (2.38 mm) 80 a 100

N°16 (1.19 mm) 50 a 85

N°30 (0.60 mm) 25 a 60

N°50 (0.30 mm) 5 a 30

N°100 (0.15 mm) 0 a 10

Fuente: Norma Técnica Peruana NTP 400.037.2014

Cuadro 5.

REQUISITOS GRANULOMETRICOS PARA EL AGREGADO GRUESO

(Tamaño Máximo Nominal: 50 mm a 25 mm (2” a 1”))


2 1/2" (63.50 mm) 100

2" (50.80 mm) 90 a 100

1 1/2" (37.50 mm) 35 a 70

1" (25.40 mm) 0 a 15

3/4" (19.00 mm) ---

1/2" (12.50 mm) 0 a 5

Fuente: Norma Técnica Peruana NTP 400.037.2014

* Los Tamaños Máximos Nominales obtenidos en las canteras

estudiadas son de 1 ½” y 2”.

En la Norma Técnica Peruana NTP 400.037.2014 en su ANEXO A (INFORMATIVO)

indica las consideraciones técnicas para el análisis granulométrico para el agregado global

(Hormigón), no sin antes señalar que es de carácter informativo, puesto que en nuestro país

aún no esta normalizado, como sucede en Inglaterra, Francia, Alemania, así como en la

Comisión Panamericana de Normas Técnicas (COPANT).

Es muy importante recalcar que en dicha norma, se recomienda realizar ensayos sobre

diseños de mezcla para una mejor experiencia, lo cual es objeto del presente trabajo de

investigación.

74

Los requisitos granulométricos recomendados para el agregado global (Tamaño Máximo

Nominal: 1 1/2”), se muestran a continuación:

Cuadro 6.

REQUISITOS GRANULOMETRICOS PARA EL AGREGADO GLOBAL


2" (50.80 mm) 100

1 1/2" (37.50 mm) 95 a 100

1" (25.40 mm) ---

3/4" (19.00 mm) 45 a 80

1/2" (12.50 mm) ---

3/8" (9.50 mm) ---

N°4 (4.75 mm) 25 a 50

N°8 (2.38 mm) ---

N°16 (1.19 mm) ---

N°30 (0.60 mm) 8 a 30

N°50 (0.30 mm) ---

N°100 (0.15 mm) 0 a 8

Fuente: Norma Técnica Peruana NTP 400.037.2014.

Los resultados del análisis granulométrico realizado a las muestras de hormigón,

recolectadas de las 04 canteras materia de estudio, se muestran a continuación:

a. Cantera Malvinas

La muestra analizada de hormigón de la cantera Malvinas, reúne los requisitos

granulométricos mínimos establecidos, pues los porcentajes que pasan por los tamices

normalizados, se encuentran dentro de los límites recomendados en la Norma Técnica

Peruana NTP 400.037.2014, tal como se muestra a continuación:

Cuadro 7.

CANTERA MALVINAS: ANALISIS GRANULOMÉTRICO

75

Fuente: Ensayos realizados – Elaboración propia.

Gráfico 1.

CANTERA MALVINAS: CURVA DE GRANULOMETRIA


b. Cantera Nuevo Piura

(Pulg) (mm)

2 1/2" 63.50

2" 50.80 8.0 8.0 92.0 100 - 100

1 1/2" 37.50 9.9 17.9 82.1 95 - 100

1" 25.40 11.5 29.4 70.6 60 - 90

3/4" 19.00 7.4 36.8 63.2 45 - 80

1/2" 12.50 11.4 48.2 51.8 35 - 68

3/8" 9.50 3.1 51.3 48.7 30 - 58

N°4 4.75 6.8 58.1 42.0 25 - 50

N°8 2.38 2.3 60.4 39.7 20 - 45

N°16 1.19 8.9 69.2 30.8 14 - 38

N°30 0.60 4.0 73.2 26.8 8 - 30

N°50 0.30 21.9 95.1 5.0 3 - 20

N°100 0.15 4.0 99.0 1.0 0 - 8

FONDO 1.0 100.0 0.0 0 - 0

% PASATAMIZ

% RET.% RET.

ACUM.% PASA

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0.10 1.00 10.00 100.00

% P

asa

Tamices (mm)

Agregado GlobalLímites Superior / Inferior

76

La muestra analizada de hormigón de la cantera Nuevo Piura, también reúne los

requisitos granulométricos mínimos establecidos, puesto que los porcentajes que pasan

por los tamices normalizados, se encuentran dentro de los límites recomendados en la

Norma Técnica Peruana NTP 400.037.2014, tal como se observa en el siguiente cuadro:

Cuadro 8.

CANTERA NUEVO PIURA: ANALISIS GRANULOMÉTRICO


Gráfico 2.

CANTERA NUEVO PIURA: CURVA DE GRANULOMETRIA

(Pulg) (mm)

2 1/2" 63.50

2" 50.80 3.4 3.4 96.6 100 - 100

1 1/2" 37.50 4.0 7.4 92.6 95 - 100

1" 25.40 6.3 13.7 86.3 60 - 90

3/4" 19.00 9.5 23.2 76.8 45 - 80

1/2" 12.50 10.9 34.1 65.9 35 - 68

3/8" 9.50 10.7 44.8 55.2 30 - 58

N°4 4.75 5.6 50.4 49.6 25 - 50

N°8 2.38 6.8 57.2 42.8 20 - 45

N°16 1.19 6.9 64.1 35.9 14 - 38

N°30 0.60 10.0 74.1 25.9 8 - 30

N°50 0.30 15.3 89.4 10.6 3 - 20

N°100 0.15 8.1 97.5 2.5 0 - 8

FONDO 2.5 100.0 0.0 0 - 0

TAMIZ% RET.

% RET.

ACUM.% PASA % PASA

77


c. Cantera Curimaná

La muestra de hormigón analizada de la cantera Curimaná, también se encuentra

dentro de los parámetros mínimos establecidos, pues los porcentajes que pasan por los

tamices normalizados, se encuentran dentro de los límites recomendados en la Norma

Técnica Peruana NTP 400.037.2014, tal como se muestra a continuación:

Cuadro 9.

CANTERA CURIMANÁ: ANALISIS GRANULOMÉTRICO

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0.10 1.00 10.00 100.00

% P

asa

Tamices (mm)


78


Gráfico 3.

CURVA DE GRANULOMETRIA – CANTERA CURIMANA


d. Cantera Pachitea

(Pulg) (mm)

2 1/2" 63.50

2" 50.80 3.8 3.8 96.2 100 - 100

1 1/2" 37.50 2.1 5.9 94.1 95 - 100

1" 25.40 11.2 17.1 82.9 60 - 90

3/4" 19.00 9.8 26.9 73.1 45 - 80

1/2" 12.50 9.7 36.6 63.4 35 - 68

3/8" 9.50 8.7 45.3 54.7 30 - 58

N°4 4.75 9.8 55.1 44.9 25 - 50

N°8 2.38 4.6 59.7 40.3 20 - 45

N°16 1.19 6.9 66.6 33.4 14 - 38

N°30 0.60 9.2 75.8 24.2 8 - 30

N°50 0.30 19.7 95.5 4.5 3 - 20

N°100 0.15 3.6 99.1 0.9 0 - 8

FONDO 0.9 100.0 0.0 0 - 0

TAMIZ% RET.

% RET.

ACUM.% PASA % PASA

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0.10 1.00 10.00 100.00

% P

asa

Tamices (mm)


79

Finalmente, la muestra de agregados analizada de la cantera Pachitea, reúne los

requisitos granulométricos mínimos establecidos, pues los porcentajes que pasan por los

tamices normalizados, se encuentran dentro de los límites recomendados en la Norma

Técnica Peruana NTP 400.037.2014, tal como se muestra a continuación:

Cuadro 10.

CANTERA PACHITEA: ANALISIS GRANULOMÉTRICO


Gráfico 4.

(Pulg) (mm)

2 1/2" 63.50

2" 50.80 0.0 0.0 100.0 100 - 100

1 1/2" 37.50 5.9 5.9 94.1 95 - 100

1" 25.40 11.5 17.4 82.6 60 - 90

3/4" 19.00 12.5 29.9 70.1 45 - 80

1/2" 12.50 11.2 41.1 58.9 35 - 68

3/8" 9.50 9.2 50.3 49.7 30 - 58

N°4 4.75 9.8 60.1 39.9 25 - 50

N°8 2.38 4.6 64.7 35.3 20 - 45

N°16 1.19 6.9 71.6 28.4 14 - 38

N°30 0.60 9.2 80.8 19.2 8 - 30

N°50 0.30 14.7 95.5 4.5 3 - 20

N°100 0.15 3.6 99.1 0.9 0 - 8

FONDO 0.9 100.0 0.0 0 - 0

TAMIZ% RET.

% RET.

ACUM.% PASA % PASA

80

CURVA DE GRANULOMETRIA – CANTERA PACHITEA


Analizando la proporción de agregados gruesos y finos del hormigón o agregado global

de las canteras estudiadas, encontramos que las canteras de Nuevo Piura y Curimaná,

están compuestas por dos tercios (2/3) de agregado grueso y un tercio (1/3) de agregado

fino. En tanto, que la cantera de Malvinas esta compuesta por un 51.8% de agregado

grueso y un 48.2% de agregado fino. Mientras que en la cantera de Pachitea, el hormigón

esta compuesto por un 58.9% de agregado grueso y un 41.1% de agregado fino.

Gráfico 5.

AGREGADO GRUESO Vs AGREGADO FINO

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0.10 1.00 10.00 100.00

% P

asa

Tamices (mm)


81

Fuente: Elaboración propia.

Foto 03 y 04: Ensayo de granulometría de los agregados.

48.2%

34.1% 36.6%

41.1%

51.8%

65.9% 63.4% 58.9%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Malvinas Nuevo Piura Curimaná Pachitea

Po

rce

nta

jes

Canteras

AGREGADO FINO

AGREGADO GRUESO

82

Foto 05 y 06: Ensayo de granulometría de los agregados.

4.2.2. Tamaño

El análisis del tamaño de los agregados es muy importante, pues influye

directamente en el grado de trabajabilidad de concreto en estado fresco y la resistencia

del concreto en estado endurecido. Se analizar el Tamaño Máximo (TM) y el Tamaño

Máximo Nominal (TMN).

- Tamaño Máximo.

El Tamaño Máximo del agregado, siempre es un tamaño menor que aquél a través

del cual se requiere que pase el 100% del material. Las canteras de Malvinas, Nuevo

Piura y Curimaná tienen un tamaño máximo del agregado de 2”, en tanto, que en la

cantera de Pachitea es de 1 ½”.

83

Cuadro 11.

TAMAÑO MAXIMO


- Tamaño Máximo Nominal (TMN)

El Tamaño Máximo Nominal (TMN) de un agregado, es el menor tamaño de la malla

por el cual debe pasar la mayor parte del agregado. La malla de TMN debe retener

mayor o igual al 5% del agregado.

De acuerdo al análisis granulométrico efectuado, el agregado global de las canteras

de Nuevo Piura, Curimaná y Pachitea tienen un TMN de 1 1/2”, en tanto, que la

cantera de Malvinas tiene un hormigón con un TMN es de 2”.

(Pulg) (mm)Cantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

2" 50.80 8.0 3.4 3.8 0.0

1 1/2" 37.50 17.9 7.4 5.9 5.9

1" 25.40 29.4 13.7 17.1 17.4

3/4" 19.00 36.8 23.2 26.9 29.9

1/2" 12.50 48.2 34.1 36.6 41.1

3/8" 9.50 51.3 44.8 45.3 50.3

N°4 4.75 58.1 50.4 55.1 60.1

N°8 2.38 60.4 57.2 59.7 64.7

N°16 1.19 69.2 64.1 66.6 71.6

N°30 0.60 73.2 74.1 75.8 80.8

N°50 0.30 95.1 89.4 95.5 95.5

N°100 0.15 99.0 97.5 99.1 99.1

2" 2" 2" 1 1/2"

TAMIZ % de Retenido Acumulado

TAMAÑO MÁXIMO

84

Cuadro 12.

TAMAÑO MAXIMO NOMINAL


4.2.3. Módulo de Finura.

El Módulo de Fineza es un indicador de la fineza del agregado y se obtiene del

cociente de la suma de los porcentajes retenidos acumulados de la muestra de agregado

en cada uno de los tamices normalizados (Tamices: 2", 1 1/2", 1", 3/4", 1/2", 3/8", N°4,

N°8, N°16, N°30, N°50 y N°100) y dividido por 100. Mientras mayor sea el índice, más

grueso será el agregado.

El Módulo de Finura es una constante adimensional, que representa un volumen

promedio ponderado del agregado. El cálculo del Módulo de Finura cada una de las

canteras estudiadas, se muestra a continuación:

(Pulg) (mm)Cantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

2" 50.80 8.0 3.4 3.8 0.0

1 1/2" 37.50 17.9 7.4 5.9 5.9

1" 25.40 29.4 13.7 17.1 17.4

3/4" 19.00 36.8 23.2 26.9 29.9

1/2" 12.50 48.2 34.1 36.6 41.1

3/8" 9.50 51.3 44.8 45.3 50.3

N°4 4.75 58.1 50.4 55.1 60.1

N°8 2.38 60.4 57.2 59.7 64.7

N°16 1.19 69.2 64.1 66.6 71.6

N°30 0.60 73.2 74.1 75.8 80.8

N°50 0.30 95.1 89.4 95.5 95.5

N°100 0.15 99.0 97.5 99.1 99.1

2" 1 1/2" 1 1/2" 1 1/2"

TAMIZ % de Retenido Acumulado

TAMAÑO MÁXIMO

NOMINAL

85

Cuadro 13.

MODULO DE FINEZA


No obstante, la Norma Técnica Peruana NTP 400.037.2014 solo hace precisiones sobre el

Módulo de Fineza del agregado fino, donde indica en el Numeral 6.2 que el “El agregado

fino no tendrá más de 45 % entre dos mallas consecutivas (…) y su módulo de fineza no

será menor de 2.3 ni mayor de 3.1”.

En tal sentido, se dispondrá a realizar el análisis, teniendo en cuenta al Agregado Fino

como el “Agregado que pasa el tamiz 9,5 mm (3/8")”.

Los resultados obtenidos nos dan un módulo de fineza mínimo de 3.26 para la cantera de

Malvinas y uno máximo de 3.98 para la cantera de Pachitea, los cuales están por encima

de lo máximo permitido de 3.10, lo cual representa una variación que fluctúa entre el 5%

y 28%, lo cual se podría considerar como valores permisibles.

(Pulg) (mm)Cantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

2" 50.80 8.0 3.4 3.8 0.0

1 1/2" 37.50 17.9 7.4 5.9 5.9

1" 25.40 29.4 13.7 17.1 17.4

3/4" 19.00 36.8 23.2 26.9 29.9

1/2" 12.50 48.2 34.1 36.6 41.1

3/8" 9.50 51.3 44.8 45.3 50.3

N°4 4.75 58.1 50.4 55.1 60.1

N°8 2.38 60.4 57.2 59.7 64.7

N°16 1.19 69.2 64.1 66.6 71.6

N°30 0.60 73.2 74.1 75.8 80.8

N°50 0.30 95.1 89.4 95.5 95.5

N°100 0.15 99.0 97.5 99.1 99.1

Suma 646.5 559.3 587.4 616.4

6.46 5.59 5.87 6.16

% de Retenido Acumulado

Modulo de Fineza

TAMIZ

86

El módulo de fineza sirve como una medida de valor lubricante de un agregado, dado

que cuanto mayor es su valor menor será el valor lubricante y la demanda de agua por

área superficial.61

Cuadro 14.

MODULO DE FINEZA DEL AGREGADO FINO


Por otro lado, tomando en cuenta los nuevos porcentajes de retenidos del agregado fino

y analizando la suma de mallas consecutivas, se tiene que las muestras de las canteras de

Malvinas y Curimaná, presentan el problema de que dos mallas consecutivas retienen


(Pulg) (mm)

Can

tera

Malv

inas

Can

tera

Nu

ev

o P

iura

Can

tera

Cu

rim

an

á

Can

tera

Pach

itea

Can

tera

Malv

inas

Can

tera

Nu

ev

o P

iura

Can

tera

Cu

rim

an

á

Can

tera

Pach

itea

Can

tera

Malv

inas

Can

tera

Nu

ev

o P

iura

Can

tera

Cu

rim

an

á

Can

tera

Pach

itea

1. AGREGADO GRUESO

2" 50.80 8.0 3.4 3.8 0.0

1 1/2" 37.50 9.9 4.0 2.1 5.9

1" 25.40 11.5 6.3 11.2 11.5

3/4" 19.00 7.4 9.5 9.8 12.5

1/2" 12.50 11.4 10.9 9.7 11.2

Suma 48.2 34.1 36.6 41.1

2. AGREGADO FINO

3/8" 9.50 3.1 10.7 8.7 9.2 6.0 16.2 13.7 15.6 6.0 16.2 13.7 15.6

N°4 4.75 6.8 5.6 9.8 9.8 13.0 8.5 15.5 16.6 19.0 24.7 29.2 32.3

N°8 2.38 2.3 6.8 4.6 4.6 4.4 10.3 7.3 7.8 23.4 35.1 36.4 40.1

N°16 1.19 8.9 6.9 6.9 6.9 17.1 10.5 10.9 11.7 40.5 45.5 47.3 51.8

N°30 0.60 4.0 10.0 9.2 9.2 7.7 15.2 14.5 15.6 48.2 60.7 61.8 67.4

N°50 0.30 21.9 15.3 19.7 14.7 42.1 23.2 31.1 25.0 90.4 83.9 92.9 92.4

N°100 0.15 4.0 8.1 3.6 3.6 7.7 12.3 5.7 6.1 98.1 96.2 98.6 98.5

Fondo 1.0 2.5 0.9 0.9 1.9 3.8 1.4 1.5

Suma 51.8 65.9 63.4 58.9 100.0 100.0 100.0 100.0 325.6 362.4 380.0 398.0

3.26 3.62 3.80 3.98

% de Ret. Acum. Agreg. FinoTAMIZ % de Retenido Hormigón % de Retenido Agreg. Fino

Modulo de Fineza

87

más del 45%, con 49.8% y 45.6% respectivamente, aunque lo valores reportados no

representan variaciones muy significativas.

Cuadro 15.

SUMA DE MALLAS CONSECUTIVAS - AGREGADO FINO


4.2.4. Ultrafinos

Se consideran como ultrafinos a las partículas de agregado de menor tamaño,

principalmente a las menores de 74 micras (Tamiz N° 200), pero también a las menores de

149 micras (Tamiz N° 100), el cual será tomado para el presente trabajo de investigación.

El ensayo que utilizaremos para el análisis de ultrafinos será el Equivalente de Arena, el

cual determina la presencia de finos arcillosos en la arena, que podrían afectar

negativamente, tanto a la resistencia del concreto como a su durabilidad.

Nos brinda un índice representativo de la proporción y características de los finos (Arcillas,

impurezas, etc.) que contiene el agregado fino. Asimismo, nos indica la cantidad de arena

(Pulg) (mm)C

ante

ra

Mal

vin

as

Can

tera

Nuev

o P

iura

Can

tera

Curi

man

á

Can

tera

Pac

hitea

Can

tera

Mal

vin

as

Can

tera

Nuev

o P

iura

Can

tera

Curi

man

á

Can

tera

Pac

hitea

AGREGADO FINO

3/8" 9.50 6.0 16.2 13.7 15.6 6.0 16.2 13.7 15.6

N°4 4.75 13.0 8.5 15.5 16.6 19.0 24.7 29.2 32.3

N°8 2.38 4.4 10.3 7.3 7.8 17.5 18.8 22.7 24.4

N°16 1.19 17.1 10.5 10.9 11.7 21.5 20.8 18.1 19.5

N°30 0.60 7.7 15.2 14.5 15.6 24.8 25.6 25.4 27.3

N°50 0.30 42.1 23.2 31.1 25.0 49.9 38.4 45.6 40.6

N°100 0.15 7.7 12.3 5.7 6.1 49.8 35.5 36.8 31.1

Fondo 1.9 3.8 1.4 1.5

Suma 100.0 100.0 100.0 100.0

TAMIZ % de Retenido Agreg. Fino % Suma de mallas continuas

88

en el agregado fino. A mayor porcentaje del indicador, mayor cantidad de arena y menor

cantidad de finos.

El ensayo se realiza con agregados finos que pasan el tamiz N°4 (4.75mm). El término

“equivalente de arena”, expresa el concepto de que la mayor parte de los suelos granulares

y agregados finos, son mezclas de partículas gruesas deseables, arena y generalmente

arcillas o finos plásticos y polvo, indeseables.

Los ultrafinos, contribuyen en el mecanismo de lubricación de la mezcla junto con el

cemento.

Los resultados obtenidos en laboratorio, nos permiten afirmar que el agregado fino de las

canteras de Nuevo Piura, Curimaná y Pachitea cuentan con el mayor porcentaje de arena,

con un promedio de 80%, en consecuencia, el porcentaje de finos es de 20%. La cantera

Malvinas presenta el mayor porcentaje de finos, con alrededor de 40%.

Cuadro 16.

EQUIVALENTE DE ARENA


4.2.5. Impurezas.

Los agregados de las canteras pueden contener impurezas perjudiciales, la mayoría

de origen natural, entre ellas material orgánico y sales naturales.

M 1 M 2 M 3 M 1 M 2 M 3 M 1 M 2 M 3 M 1 M 2 M 3

Tamaño máximo (Pasa

Tamiz N° 4)mm 4.76 4.76 4.76 4.76 4.76 4.76 4.76 4.76 4.76 4.76 4.76 4.76

Altura máxima del

material finomm 36.56 37.26 36.85 42.60 41.26 40.96 26.50 26.70 26.50 36.98 37.15 36.14

Altura máxima de la

arenamm 21.26 22.86 22.60 32.65 32.65 31.26 20.90 21.00 21.50 30.06 29.89 28.69

Equivalente de Arena % 58.2% 61.4% 61.3% 76.6% 79.1% 76.3% 78.9% 78.7% 81.1% 81.3% 80.5% 79.4%

Equivalente de Arena

(Promedio)% 78% 80% 81%61%

VARIABLE U.M.

Muestras de Hormigón

Cantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

89

- Materia orgánica.

La materia orgánica procedente de la descomposición de los vegetales, forma

parte muchas veces de los agregados y con el fin de determinar grado de

contaminación en el hormigón de las canteras seleccionadas, se emplearán dos

ensayos, el Ensayo de Partículas Livianas y el Ensayo Colorimétrico.

Ensayo de Partículas Livianas.

El objetivo del ensayo es determinar la cantidad total de material liviano en

los agregados, a través de un ensayo cuyo procedimiento es detallado en la

norma MTC E 211 – 2000, en el cual se determina el porcentaje de

partículas livianas en agregados, mediante la separación asentamiento –

flotación en un líquido pesado de gravedad específica apropiada.

Los resultados obtenidos en el laboratorio, nos permiten concluir que la

presencia de partículas livianas en los agregados de las 04 canteras

estudiadas, no representan un problema significativo, puesto que en ninguno

de los casos se sobrepasa el 0.2%. Los resultados por cada una de canteras se

muestran a continuación:

Cuadro 17.

ENSAYO DE PARTICULAS LIVIANAS


Cantera

Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Peso seco de las partículas retenidas

en el colador (M1)g 3,000 3,000 3,000 3,000

Peso de la muestra seca retenida en el

Tamiz N° 04 (4.75 mm) (M3)g 5.6 5.0 4.1 4.6

% de Partículas Livianas (L) % 0.19% 0.17% 0.14% 0.15%

VARIABLE U.M.


90

Ensayo Colorimétrico.

El grado de existencia de material orgánico en los agregados se puede

determinar con la norma ASTM C 87-03, método de prueba para el efecto de

impurezas orgánicas del agregado fino en el esfuerzo del mortero, más

conocido como Ensayo Colorimétrico.

El ensayo consiste en tratar una muestra del agregado con una solución de

hidróxido de sodio y comparar la coloración obtenida con una placa orgánica

de colores.

Los agregados finos naturales de las canteras de la zona, presentan muchas

veces impurezas orgánicas, que perjudican la hidratación del cemento y con

ello la resistencia del concreto, pues alteran el correcto fraguado y

endurecimiento del mismo. Estas impurezas normalmente se evitan por

medio de una limpieza adecuada de la cantera, con el fin de eliminar por

completo la tierra vegetal, así como, a través del lavado en la arena.

Los resultados del ensayo colorimétrico nos indican que el agregado de las

04 canteras estudiadas, presentan un grado de impurezas orgánicas aceptable,

es decir, su uso no afectará de manera significativa la resistencia del concreto.

91

Cuadro 18.

ENSAYO COLORIMETRICO


- Sales Naturales

Otras impurezas importantes son las sales naturales, tales como los cloruros,

sulfatos y sales solubles.

Contenido de Cloruros.

Mediante el ensayo perteneciente a la Norma Técnica Peruana (NTP

339.177), se determina en forma cuantitativa la cantidad de cloruros en agua,

contenido en el agregado extraído directamente de la cantera.

Los valores permisibles para la elaboración de una mezcla de concreto

basado en hormigón, agua y cemento, lo establece la NTP, en los cuales el

grado de agresividad será perjudicial cuando el valor encontrado en partes

por millón (ppm) sea mayor a 6,000, ocasionando corrosión a los elementos

metálicos.

Los datos obtenidos en el laboratorio nos permiten concluir que la presencia

de cloruros en el hormigón de las 04 canteras estudiadas, no representan un

Cantera

Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Placa N° 1

Placa N° 2 X X

Placa N° 3 X X

Placa N° 4

Placa N° 5

Resultados Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable

Nº PLACA

ORGANICA


92

problema significativo, puesto que en ninguno de los casos se sobrepasa los

270 ppm, el cual representa solo el 4.5% del límite máximo permisible (6,000

ppm), lo cual implica que su grado de agresividad es Leve, tal como se

muestra en el siguiente cuadro:

Cuadro 19.

CONTENIDO DE CLORUROS EN EL HORMIGON

CANTERA

Contenido

Cloruros

Presencia en

el suelo

ppm

Grado de

Agresividad

1. Malvinas 260 ppm Cloruros > 6,000 Muy Leve

2. Nueva Piura 263 ppm Cloruros > 6,000 Muy Leve

3. Curimaná 268 ppm Cloruros > 6,000 Muy Leve

4. Pachitea 259 ppm Cloruros > 6,000 Muy Leve

Fuente: Ensayos de laboratorio - Elaboración propia.

Contenido de Sulfatos.

Mediante este ensayo perteneciente a la Norma Técnica Peruana (NTP

400.016), se determina en forma cuantitativa la cantidad de ión sulfato

soluble en agua, contenido en el agregado extraído directamente de la cantera.


basado en hormigón, agua y cemento, lo establece la NTP, donde se señala

que el grado de agresividad, esta en función del siguiente cuadro:

93

Cuadro 20.

CONTENIDO DE SULFATOS - LÍMITES PERMISIBLES

ppm Grado de

Agresividad

Grado de

Agresividad

SULFATOS

0 – 1,000 Leve Ataque directo

al concreto de

la estructura

1,000 – 2,000 Moderado

2,000 – 20,000 Severo

> 20,000 Muy severo

Fuente: NTP 400.016


de sales solubles en el hormigón de las 04 canteras estudiadas, no representan

un problema significativo, puesto que en ninguno de los casos se sobrepasa

los 280 ppm, el cual representa el 28% del límite máximo considerado como

grado de agresividad Leve (1,000 ppm), tal como se muestra en el siguiente

cuadro:

Cuadro 21.

CONTENIDO DE SULFATOS EN EL HORMIGON

CANTERA Contenido de

sulfatos

Presencia en

el suelo ppm

Grado de

Agresividad

1. Malvinas 269 ppm Sulfatos 0 – 1,000 Leve

2. Nueva Piura 270 ppm Sulfatos 0 – 1,000 Leve

3. Curimaná 277 ppm Sulfatos 0 – 1,000 Leve

4. Pachitea 273 ppm Sulfatos 0 – 1,000 Leve


Contenido de Sales Solubles.

Mediante este ensayo perteneciente a la Norma Técnica Peruana (NTP

339.152) se determina en forma cuantitativa, la cantidad de sales solubles en

agua, contenido en el agregado extraído directamente de cantera.

94

El contenido total de sales solubles de una muestra extraída de una cantera,

se determina en un extracto acuoso preparado, usando una relación hormigón

- agua de 1:5 para la mezcla.


basado en hormigón, agua y cemento, lo establece la NTP, donde se señala

que el grado de agresividad será perjudicial cuando el valor encontrado en

partes por millón (ppm) sea mayor a 15,000, ocasionando pérdida de

resistencia mecánica por problema de lixiviación.


de sales solubles en el hormigón de las 04 canteras estudiadas, no representan

un problema significativo, puesto que en ninguno de los casos se sobrepasa

los 400 ppm, el cual representa solo el 2.7% del límite máximo permisible

(15,000 ppm), lo cual implica que su grado de agresividad es Leve, tal como

se muestra en el siguiente cuadro:

Cuadro 22.

CONTENIDO DE SALES SOLUBLES EN EL HORMIGÓN

CANTERA

Contenido de

Sales

Solubles

Presencia en el

suelo ppm

Grado de

Agresividad

1. Malvinas 390 ppm Sales solubles > 15,000 Leve

2. Nueva Piura 399 ppm Sales solubles > 15,000 Leve

3. Curimaná 395 ppm Sales solubles > 15,000 Leve

4. Pachitea 388 ppm Sales solubles > 15,000 Leve


4.2.6. Disgregabilidad.

95

La disgregabilidad es la sensibilidad de los agregados para reaccionar con sulfatos y

para determinarlo utilizaremos en Ensayo de Durabilidad al Sulfato de Sodio o Sulfato

de Magnesio (MTC E 209), cuyo objetivo principal es determinar el grado de alterabilidad

del hormigón sometido a la acción de la intemperie, particularmente cuando no se dispone

de información adecuada sobre el comportamiento del material expuesto a condiciones

atmosféricas reales.

El ensayo consiste en la determinación de la resistencia de los agregados a la

desintegración por medio de soluciones saturadas de sulfato de sodio o sulfato de

magnesio.

Los datos obtenidos en el Examen Cuantitativo, nos indican que la pérdida de peso

proyectado del agregado grueso en condiciones de intemperismo, no superaría el 1.5%.

Asimismo, la cantera que mejor comportamiento presenta es la cantera de Pachitea con

1.20% y el promedio registrado es de 1.34%. Los resultados por cantera se muestran a

continuación:

Cuadro 23.

EXAMEN CUANTITATIVO: AGREGADO GRUESO


Pasa RetenidoCantera

Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

3 1/2" 2 1/2" 0.00% 0.00% 0.00% 0.00%

2 1/2" 1 1/2" 0.03% 0.05% 0.01% 0.01%

1 1/2" 3/4" 0.95% 0.98% 0.87% 0.69%

3/4" 3/8" 0.36% 0.28% 0.28% 0.38%

3/8" N° 4 0.13% 0.18% 0.10% 0.12%

1.47% 1.49% 1.26% 1.20%TOTAL

TAMIZ Pérdida de Peso en Porcentaje

96

El Examen Cualitativo solo se realiza al agregado grueso, con muestras mayores de 19.0

mm (3/4”). Los tipos de acción se pueden clasificar en rajadura, desmenuzamiento, rotura

y descamación.

Los resultados obtenidos nos indican que el mayor daño se daría en partículas mayores a

37.5mm (1 ½”), a través de rajaduras y desmenuzamientos del agregado grueso, en la

mayoría de canteras analizadas.

Cuadro 24.

EXAMEN CUALITATIVO: AGREGADO GRUESO


En lo referente a los resultados del Examen Cuantitativo del agregado fino, los resultados

indican que la pérdida de peso proyectado en condiciones de intemperismo, no superaría

el 5.20%. Asimismo, la cantera que mejor comportamiento presenta es la cantera de

Pachitea con 4.78% y el promedio registrado es de 4.96%. Los resultados por cantera se


PASA RETENIDO N° % N° % N° % N° %

2 1/2" 1 1/2" 2 9% 1 5% 0 0% 0 0% 22

1 1/2" 3/4" 1 2% 2 4% 1 2% 0 0% 52

2 1/2" 1 1/2" 1 4% 2 8% 0 0% 0 0% 26

1 1/2" 3/4" 2 4% 1 2% 2 4% 0 0% 50

2 1/2" 1 1/2" 2 12% 2 12% 0 0% 0 0% 17

1 1/2" 3/4" 1 2% 1 2% 1 2% 0 0% 47

2 1/2" 1 1/2" 2 7% 1 4% 0 0% 0 0% 27

1 1/2" 3/4" 1 2% 2 4% 1 2% 0 0% 53

A. CANTERA MALVINAS

B. CANTERA NUEVO PIURA

C. CANTERA CURIMANÁ

D. CANTERA PACHITEA

TAMICES RAJADAS DESMORONADAS FRACTURADAS ASTILLADASNº TOTAL DE

PARTÍCULAS

ANTES DEL

ENSAYO

97

Cuadro 25.

EXAMEN CUANTITATIVO: AGREGADO FINO


4.2.7. Resistencia.

La resistencia de los agregados es decisiva para la resistencia final del concreto, pues

al utilizarse agregados de baja resistencia tienen poca resistencia al desgaste. La

resistencia más crítica es la del agregado grueso, para el cual utilizamos en Ensayo de

Abrasión, el cual tiene como propósito determinar la resistencia a la degradación de los

agregados utilizando la Máquina de Los Ángeles.

El procedimiento de ensayo es detallado en la Norma Técnica Peruana (NTP) 400.019,

el cual es equivalente al ASTM C131-06.

De acuerdo a la graduación que se solicite, se determina el número de esferas de acero

de diámetro de 46.0 mm (1 13/16”) y 47.6 mm (1 7/8”), con masas aproximadas de 400

g y 440 g cada una, respectivamente. Para el caso del presente estudio se tomó en cuenta

la Gradación “A”.


Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

N° 30 N° 50 2.52% 2.62% 2.45% 2.50%

N° 16 N° 30 1.12% 1.22% 1.17% 1.16%

N° 8 N° 16 0.31% 0.22% 0.26% 0.20%

N° 4 N° 8 0.46% 0.39% 0.31% 0.33%

3/8" N° 4 0.72% 0.65% 0.65% 0.59%

5.13% 5.10% 4.84% 4.78%TOTAL

TAMIZ Pérdida de Peso en Porcentaje

98

Cuadro 26.

GRADACION DE LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES

GRADACION NUMERO DE

ESFERAS

MASA DE LA

CARGA

A 12 5,000 ± 25

B 11 4,584 ± 25

C 8 3,300 ± 20

D 6 2,500 ± 15


Cuadro 27.

GRADACION DE LAS MUESTRAS DE ENSAYO

MEDIDA DEL TAMIZ MASA DE TAMAÑO INDICADO, g

Pasante Retenida GRADACION

A B C D

37.5 mm (1 ½”) 25.0 mm (1”) 1,250 ± 25 - - -

25.0 mm (1”) 19.0 mm (3/4”) 1,250 ± 25 - - -

19.0 mm (3/4”) 12.5 mm (1/2”) 1,250 ± 10 2,500 ± 10 - -

12.5 mm (1/2”) 9.5 mm (3/8”) 1,250 ± 10 2,500 ± 10 - -

9.5 mm (3/8”) 6.3 mm (1/4”) - - 2,500 ± 10 -

6.3 mm (1/4”) 4.75 mm (N° 4) - - 2,500 ± 10 -

4.75 mm (N° 4) 2.36 mm (N° 8) - - - 5,000 ± 10

TOTAL 5,000 ± 10 5,000 ± 10 5,000 ± 10 5,000 ± 10


En los ensayos realizados, se determinó que el porcentaje de desgaste promedio del

hormigón de las canteras estudiadas es de 27.97%. El agregado de la cantera Pachitea

presentó un menor porcentaje de desgaste con un 24.27% y la cantera Curimaná presenta

el agregado con el mayor porcentaje de desgaste con un 31.48%. Los valores registrados

de las muestras de hormigón por cada cantera se muestran a continuación:

99

Cuadro 28.

ENSAYO DE ABRASION


De acuerdo a los datos obtenidos en el laboratorio, contamos con cuatro canteras que

ofrecen un agregado de alta resistencia al desgaste. Los valores obtenidos menores o

igual al 32% de desgaste, sirve para la fabricación de estructuras donde se emplee el

concreto, puesto que es menor al 50% establecido por la Norma ASMT C131.

Foto 07 y 08: Ensayo de resistencia Maquina de Los Ángeles.


Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Peso de material 1 1 1/2" 1" g 1,250.0 1,250.0 1,250.0 1,250.0

Peso de material 2 1" 3/4" g 1,250.0 1,250.0 1,250.0 1,250.0

Peso de material 3 3/4" 1/2" g 1,250.0 1,250.0 1,250.0 1,250.0

Peso de material 4 1/2" 3/8" g 1,250.0 1,250.0 1,250.0 1,250.0

Peso total de material g 5,000.0 5,000.0 5,000.0 5,000.0

g 3,536.0 3,656.8 3,426.0 3,786.6

g 1,469.0 1,343.2 1,579.0 1,213.4

Porcentaje de Desgaste % 29.28% 26.86% 31.48% 24.27%

TAMIZ

Peso del material retenido en malla N° 12

Peso del material pasante en malla N° 12

VARIABLE U.M.


100

4.2.8. Peso por Unidad de Volumen.

El principal uso de las relaciones peso/volumen, se da en la selección y manejo de

los agregados, lo cual es básico es el diseño de mezcla del concreto. En este punto se

realizaran los cálculos del Peso Unitario Suelto, Peso Unitario Compactado y Peso

Específico.

- Peso Unitario Suelto.

El Peso Unitario Suelto, es la masa por unidad de volumen del agregado, cuando está

suelto, sin compactar. Su fórmula es la siguiente:

𝑀1 =(𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜) − (𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜)

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑅𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒

En los ensayos realizados, se determinó que el Peso Unitario Suelto promedio del

hormigón de las canteras estudiadas es de 1,864.80 kg/m3. Los valores registrados

de las muestras de hormigón por cada cantera se muestran a continuación:

Cuadro 29.

PESO UNITARIO SUELTO


Cantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Muestra 1 g 11,326.00 10,878.00 10,185.00 10,455.00

Muestra 2 g 11,256.00 10,658.00 10,568.00 10,659.00

Muestra 3 g 11,555.00 10,985.00 10,724.00 10,562.00

Masa del recipiente con agregado g 11,379.00 10,840.33 10,492.33 10,558.67

Masa del recipiente vacio g 1,005.00 1,005.00 1,005.00 1,005.00

Volumen del Recipiente cc 5,262.00 5,262.00 5,262.00 5,262.00

Peso Unitario Suelto kg/m3 1,971.49 1,869.12 1,802.99 1,815.60


U.M.VARIABLE

101

- Peso Unitario Compactado.

El Peso Unitario Compactado, es la masa por unidad de volumen del agregado,

cuando se utiliza un procedimiento para compactarlo.

𝑀2 =(𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜) − (𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜)

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑅𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒

En los ensayos realizados, se determinó que el Peso Unitario Compactado promedio

del hormigón de las canteras estudiadas es de 1,968.07 kg/m3. Los valores

registrados de las muestras de hormigón por cada cantera se muestran a

continuación:

Cuadro 30.

PESO UNITARIO COMPACTADO


Cantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Muestra 1 g 12,326.00 11,426.00 11,026.00 11,065.00

Muestra 2 g 11,189.00 11,265.00 11,030.00 10,959.00

Muestra 3 g 12,685.00 11,352.00 11,020.00 10,989.00

Masa del recipiente con agregado g 12,066.67 11,347.67 11,025.33 11,004.33

Masa del recipiente vacio g 1,005.00 1,005.00 1,005.00 1,005.00

Volumen del Recipiente cc 5,262.00 5,262.00 5,262.00 5,262.00

Peso Unitario Compactado kg/m3 2,102.18 1,965.54 1,904.28 1,900.29

U.M.VARIABLE


102

Foto 09 y 10: Determinación de peso suelto y compactado.

- Peso Específico.

El Peso Específico esta definido como el peso del volumen absoluto de la materia

sólida del agregado, sin incluir vacíos entre granos. Se usa para establecer la

condición de volumen en diseños de mezcla. Los valores son adimensionales.

𝑃𝑒 =(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜)

(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑦𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑎)

En los ensayos realizados, se determinó que el Peso Específico promedio del

hormigón de las canteras estudiadas es de 2.61. Los valores registrados de las

muestras de hormigón por cada cantera se muestran a continuación:

103

Cuadro 31.

PESO ESPECÍFICO


Foto 11 y 12: Ensayo para la determinación del Peso Específico.

4.2.9. Forma y Textura

- Forma.

La forma de los agregados puede influir de manera significativa en la calidad

del concreto. No existiendo un método de ensayo normativo de medición, solo la

observación. Los agregados globales materia de la presente investigación, provienen

de canteras de lechos de los ríos, por lo que se constituyen como cantos rodados

naturales, por lo que tienen formas redondeadas, tanto esféricas como irregulares.

- Textura.

Cantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

2.62 2.60 2.62 2.62Peso Específico


VARIABLE

104

Tampoco se dispone de métodos normativos para medirlas, solo la observación.

No obstante, al constituirse como cantos rodados naturales, presentan superficie lisa,

que favorecen la fluidez y densificación del concreto.

Otro aspecto a tenerse en cuenta es la superficie específica, relacionada directamente

con la forma de los agregados.

- Superficie Específica.

La superficie específica de los agregados es la suma de las áreas superficiales

de todas las partículas que la conforman. Su unidad de medida es cm2/g. Su fórmula

es:

𝑆. 𝐸. = 0.06𝑆𝑢𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑆. 𝐸. 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑚2/𝑔

Mientras mayor es la superficie específica mayor será el área superficial a ser

cubierta con pasta y menor el diámetro de las partículas.

El agregado fino siempre presenta una superficie específica alta, en tanto, que el

agregado grueso presenta valores muy bajos, lo cual fue corroborado en los

resultados de los cálculos realizados.

La superficie específica promedio del agregado grueso es de 0.35 cm2/g, en tanto,

que el promedio presentado en los agregados finos es de 18.08 35 cm2/g.

La superficie específica de los agregados influye directamente en la consistencia del

concreto, de manera inversamente proporcional, es decir, a mayor superficie

específica se produce una disminución de la consistencia del concreto.

Cuadro 32.

105

SUPERFICIE ESPECÍFICA


4.2.10. Humedad

Can

tera

Malv

inas

Can

tera

Nu

ev

o

Piu

ra

Can

tera

Cu

rim

an

á

Can

tera

Pach

itea

Can

tera

Malv

inas

Can

tera

Nu

ev

o

Piu

ra

Can

tera

Cu

rim

an

á

Can

tera

Pach

itea

2" 5.080 6.350 8.0 3.4 3.8 0.0 1.3 0.5 0.6 0.0

1 1/2" 3.750 4.440 9.9 4.0 2.1 5.9 2.2 0.9 0.5 1.3

1" 2.540 3.170 11.5 6.3 11.2 11.5 3.6 2.0 3.5 3.6

3/4" 1.900 2.220 7.4 9.5 9.8 12.5 3.3 4.3 4.4 5.6

1/2" 1.250 1.580 11.4 10.9 9.7 11.2 7.2 6.9 6.1 7.1

17.7 14.6 15.2 17.7

2.62 2.60 2.62 2.62

0.4 0.3 0.3 0.4

3/8" 0.950 1.110 3.1 10.7 8.7 9.2 2.8 9.6 7.8 8.3

N°4 0.475 0.714 6.8 5.6 9.8 9.8 9.5 7.8 13.7 13.7

N°8 0.238 0.357 2.3 6.8 4.6 4.6 6.4 19.0 12.9 12.9

N°16 0.119 0.179 8.9 6.9 6.9 6.9 49.4 38.5 38.5 38.5

N°30 0.060 0.089 4.0 10.0 9.2 9.2 44.9 112.4 103.4 103.4

N°50 0.030 0.044 21.9 15.3 19.7 14.7 496.6 347.7 447.7 334.1

N°100 0.015 0.022 4.0 8.1 3.6 3.6 181.4 368.2 163.6 163.6

791.0 903.3 787.7 674.5

2.62 2.60 2.62 2.62

18.1 20.8 18.0 15.4

S

SUMA

Peso Específico

Superficie Específica

1. AGREGADO GRUESO

2. AGREGADO FINO

SUMA

Peso Específico


% RETENIDO

TAMIZABERTURA

(cm)

DIAMETRO

MEDIO

(cm)

106

Los agregados, sobre todo en la región selva, donde las precipitaciones pluviales son

una constante, suelen contar con algunas cantidades de agua en forma de humedad.

Si los agregados se encuentran muy secos, pueden absorber parte del agua de la mezcla,

por el contrario, si los agregados están muy húmedos con agua superficial, estos forman

parte de la mezcla. En ambos casos, alteran la relación agua / cemento en el diseño de

mezcla, alterando la resistencia del concreto.

En tal sentido, para el adecuado análisis de la humedad en los agregados, utilizaremos el

Ensayo de Contenido de Humedad y el Ensayo de Porcentaje de Absorción.

- Contenido de Humedad.

Es el porcentaje total de humedad evaporable en una muestra de agregado grueso

por secado.

𝑃(%) =(𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 − 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎)

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑥100

En los ensayos realizados, se determinó que el Contenido de Humedad promedio del

hormigón de las canteras estudiadas es de 5.38%. Los valores registrados de las muestras

de hormigón por cada cantera se muestran a continuación:

Cuadro 33.

107

CONTENIDO DE HUMEDAD


- Porcentaje de Absorción.

La Absorción es la cantidad de agua absorbida por el agregado después de ser

sumergido 24 horas en este líquido. Esta expresado como porcentaje del peso seco.

El agregado se considera "seco" cuando éste has sido mantenido a una temperatura

de 100°C ± 5°C por tiempo suficiente para remover toda el agua sin combinar.

𝐴𝑏(%) =(𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜)

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑥100

El porcentaje de Absorción promedio del hormigón es de 1.21%. La cantera que

presenta mayores valores es la cantera Malvinas con 1.32%, en tanto, que el

hormigón de la cantera Nuevo Piura presenta el menor valor con un 1.10%.

Cuadro 34.

PORCENTAJE DE ABSORCION


Muestra 1 Muestra 2 Muestra 1 Muestra 2 Muestra 1 Muestra 2 Muestra 1 Muestra 2

Masa de la muestra húmeda

+ recipienteg 1,863.60 1,926.30 1,562.98 1,626.80 1,563.60 1,685.60 1,756.60 1,826.20

Masa de la muestra seca +

recipíenteg 1,758.60 1,826.60 1,475.60 1,526.60 1,512.30 1,625.30 1,659.20 1,726.00

Masa del recipiente g 13.45 13.45 13.45 13.45 13.45 13.45 13.45 13.45

Contenido de Humedad % 6.02% 5.50% 5.98% 6.62% 3.42% 3.74% 5.92% 5.85%

Contenido de Humedad

(Promedio)%

VARIABLE U.M.

5.76% 6.30% 3.58% 5.88%


Cantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Cantera

Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

PORCENTAJE DE ABSORCION 1.32% 1.10% 1.20% 1.20%


VARIABLE

108

Foto 13 y 14: Ensayo de absorción y humedad de los agregados.

109

CAPITULO 5

RESULTADOS

5.1. Diseño de Mezcla.

Los resultados obtenidos de las propiedades físicas y químicas del agregado global

requeridos para el diseño de mezcla, se muestran a continuación:

Cuadro 35.

RESULTADOS: PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICO DEL AGREGADO GLOBAL

Fuente: Ensayos de laboratorio realizados

DIMENSIONES MalvinasNuevo

PiuraCurimaná Pachitea

1. Granulometría de

los agregados48.2% 34.1% 36.6% 41.1% 40.0%

2" 2" 2" 1 1/2" 2"

2" 1 1/2" 1 1/2" 1 1/2" 1 1/2"

3. Módulo de Finura

de los agregados.6.46% 5.59% 5.87% 6.16% 6.02%

4. Ultrafinos en los

agregados.61% 78% 80% 81% 75%

22.92% 17.46% 33.52% 20.41% 23.58%

3° 2° 2° 3°

260 263 268 259 262.5

269 270 277 273 272.25

390 399 395 388 393

1.5% 1.5% 1.3% 1.2% 1.4%

Pasa por tamiz 2 1/2" 13.6% 11.5% 23.5% 11.1% 15.0%

Pasa por tamiz 1 1/2" 7.7% 10.0% 6.4% 7.5% 7.9%

5.1% 5.1% 4.8% 4.8% 5.0%

8. Resistencia de los

agregados.29.3% 26.9% 31.5% 24.3% 28.0%

1,971.49 1,869.12 1,802.99 1,815.60 1,864.80

2,102.18 1,965.54 1,904.28 1,900.29 1,968.07

2.62 2.60 2.62 2.62 2.62

10. Forma de los

agregados.

Redondea-

das

Redondea-

das

Redondea-

das

Redondea-

das

Redondea-

das

11. Textura de los

agregados.Lisa Lisa Lisa Lisa Lisa

Agregado Grueso 0.4 0.3 0.3 0.4 0.35

Agregado Fino 18.1 20.8 18.0 15.4 18.1

13. Humedad en los

agregados.5.76% 6.30% 3.58% 5.88% 5.38%

14. Absorción en los

agregados.1.32% 1.10% 1.20% 1.20% 1.21%

Promedio

Porcentaje de Absorción (%).

Porcentaje de pérdida de peso del agregado fino

(%)

Porcentaje de desgaste del agregado (%)

Peso Unitario Suelto (kg/m3)


Peso Específico (Adimensional)

Forma (Aplanadas, Alargadas, Angulares,

Redodeadas, Rugosas).

Tamaño Máximo Nominal (mm o pulg)


Porcentaje de alturas máximas de la arena sobre

agregado fino (%)

Porcentaje de partículas livianas (%)

Grado de coloración con placa orgánica de colores

9. Peso por Unidad de

Volumen del agregado.

2. Tamaño de los

agregados

Canteras

Textura lisa o áspera.

Contenido de Humedad (%)

Porcentajes de Agregado Grueso (%)

Tamaño Máximo (mm o pulg)

12. Superficie

Específica de los

agregados.


(cm2/g)

Porcentaje de partículas

rajadas, desmoronadas,

fracturadas y astilladas (%)

VARIABLES E INDICADORES

INDICADORES

5. Impurezas (Materia

Orgánica) en los

agregados.

Contenido de cloruros en partes por millón (ppm).

Contenido de sulfatos en partes por millón (ppm).

Contenido de sales solubles en partes por millón

(ppm).

Porcentaje de pérdida de peso del agregado grueso

(%)

6. Impurezas (Sales

Naturales) en los

agregados.

7. Disgregabilidad en

los agregados.

110

El Reglamento Nacional de Edificaciones solo estipula el uso del agregado global para

elaboración de concretos con resistencia en compresión no mayor a los 100 Kg/cm2 a los

28 días. No obstante, su uso para concretos de mediana y alta resistencia se encuentra

normalizado en países como Inglaterra, Francia, Alemania, asimismo, la Comisión

Panamericana de Normas Técnicas (COPANT) también lo incluye.

Para el diseño de mezclas de concreto en nuestro país, actualmente contamos con dos

Métodos de Diseño de Mezclas normalizados: Método del Comité 211 del ACI y el

Método Walker, los cuales toman en cuenta las propiedades y el uso de los agregados

gruesos y finos por separado, proceso reglamentado por el Reglamento Nacional de

Edificaciones, para concretos de mediana y alta resistencia.

Teniendo en cuenta que el concreto es un solo material y los agregados son parte

importante del mismo, contamos además con el Método del Módulo de Fineza de la

Combinación de Agregados, el cual nos permite elaborar un concreto utilizando el

agregado global como insumo. Si logramos que los agregados cumplan con las

especificaciones técnicas necesarias, podemos lograr que el concreto cumpla con las

propiedades necesarias, tanto en su estado fresco: trabajabilidad, fluidez, exudación, etc.,

como en su estado endurecido: resistencia, durabilidad, elasticidad, etc.

En tal sentido, en el presente trabajo de investigación se utilizará el Método del Módulo

de Fineza de la Combinación de los Agregados, el cual tiene en cuenta parámetros para el

agregado global, agua y cemento establecidos en el Comité 211 del American Concrete

Institute (ACI), los cuales incidirán directamente en la resistencia a la compresión del

concreto. Los parámetros y características de cada uno de los componentes del concreto

por cada una de las muestras de hormigón analizadas, se muestran a continuación:

111

Cuadro 36.

PARAMETROS DE DISEÑO DE MEZCLA


Para el adecuado diseño de la mezcla se tendrá en cuenta los siguientes pasos:

1. Primer Paso: Determinación de la Resistencia a la Compresión Promedio

requerida (f’cr). Se consideran 3 casos:

a. Desviación Estándar (S) conocida. Si el número de muestras es mayor a

30, se utiliza las siguientes fórmulas:

f’cr = f’c + 1.34 S .... I

f’cr = f’c + 2.33 S – 35 ….II

De I y II se asume el mayor valor.

U.M.Cantera

Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

I. AGREGADO GLOBAL

Tamaño Máximo Nominal pulg 2" 1 1/2" 1 1/2" 1 1/2"

Módulo de Fineza 6.46 5.59 5.87 6.16

Peso Unitario Suelto kg/m3 1,971.49 1,869.12 1,802.99 1,815.60

Peso Unitario Compactado kg/m3 2,102.18 1,965.54 1,904.28 1,900.29

Peso Espécifico del Hormigón g/cm3 2.62 2.60 2.62 2.62

Porcentaje de Absorción % 1.32% 1.10% 1.20% 1.20%

Porcentaje de Humedad % 5.76% 6.30% 3.58% 5.88%

Peso Específico del Agua kg/m3 1,000.00 1,000.00 1,000.00 1,000.00

III. CEMENTO

Portland Tipo I Portland Tipo I Portland Tipo I Portland Tipo I

Peso Específico del Cemento kg/m3 3,150.00 3,150.00 3,150.00 3,150.00

Peso Unitario del Cemento kg/m3 1,500.00 1,500.00 1,500.00 1,500.00

IV. PARAMETROS DE DISEÑO

Resistencia a la compresión kg/cm2 210 210 210 210

Asentamiento (Slump) pulg 3" - 4" 3" - 4" 3" - 4" 3" - 4"

II. AGUA

Tipo

COMPONENTES

112

b. Control de Calidad en Obra. La resistencia a la compresión requerida

dependerá del nivel de calidad de la obra, teniendo en cuenta los siguientes

parámetros:

Cuadro 37.

NIVELES CONTROL DE CALIDAD DE OBRA


c. Si el número de muestra es menor a 15 o no se cuenta con registros sobre

la Desviación Estándar del concreto. En estos casos el ACI recomienda el

uso de la siguiente tabla:

Cuadro 38.

RECOMENDACIÓN ACI


Puesto que no se cuenta con información sobre la Desviación Estándar del

concreto, ni se ha realizado control de calidad de obra alguno, se tendrá en cuenta

la tercera opción. Por tanto, la resistencia a la compresión especificada del concreto

(f’c) es de 210 kg/cm2 y la resistencia a la compresión requerida será de (f’cr) de

294 kg/cm2.

f’cr = f’c + 84 = 210 + 84 = 294 kg/cm2

f’cr = 294 kg/cm2

Nivel de Control f’cr

Regular a Malo 1.3 f’c a 1.5 f’c

Bueno 1.2 f’c

Excelente 1.1 f’c

f’c especificado f’cr (requerido)

< 210 f’c + 70

210 – 350 f’c + 84

> 350 f’c + 98

113

2. Segundo Paso: Determinación de Volumen Unitario de Agua.

Para el cálculo del volumen de agua el Comité 211 del ACI tiene normada el uso

de la siguiente tabla:

Cuadro 39.

VOLUMEN UNITARIO DEL AGUA (l/m3)

Fuente: Comité 211 del ACI.

No obstante, teniendo en cuenta la forma de los agregados podemos usar el

siguiente cuadro:

Cuadro 40.

VOLUMEN UNITARIO DEL AGUA (l/m3)

(Concreto sin aire incorporado)

Fuente: Proportioning Ready Mixed Concret. Delmar L. Bloem and Stanton

Walker.

3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1 /2" 2" 3" 6"

1" - 2" 207 199 190 179 166 154 130 113

3" - 4 " 228 216 205 193 181 169 145 124

6" - 7" 243 228 216 202 190 178 160 ---

1" - 2" 181 175 168 160 150 142 122 107

3" - 4 " 202 193 184 175 165 157 133 119

6" - 7" 216 205 197 184 174 166 154 ---

Tamaño Máximo NominalAsentamiento

Concreto sin aire Incorporado

Concreto con aire Incorporado

Agregado

Redondeado

Agregado

Angular

Agregado

Redondeado

Agregado

Angular

Agregado

Redondeado

Agregado

Angular

3/8" 188 213 203 228 232 252

1/2" 183 203 198 218 223 242

3/4" 173 193 188 208 208 228

1" 163 183 178 198 198 218

1 1 /2" 158 173 173 188 188 208

2" 148 163 163 178 178 198

3" 138 153 153 168 163 183

Asentamientos

1" - 2" 3" - 4 " 6" - 7"Tamaño

Máximo

Nominal

114

Por tanto, tomando en cuenta el Tamaño Máximo Nominal (TMN) del agregado

global y el asentamiento (slump) del diseño, tendremos el volumen de agua (l/m3)

por cada diseño de mezcla por cantera.

Cuadro 41.

VOLUMEN UNITARIO DEL AGUA POR MUESTRAS (l/m3)

Muestras Cantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Volumen Unitario de Agua 163 173 173 173


3. Tercer Paso: Determinación del Contenido de Aire.

Para la determinación del contenido de aire, se tomará en cuenta lo normado por el

Comité 211 del ACI en la siguiente tabla:

Cuadro 42.

CONTENIDO DE AIRE ATRAPADO

Tamaño Máximo

Nominal Aire Atrapado

3/8” 3.0%

1/2" 2.5%

3/4" 2.0%

1” 1.5%

1 ½” 1.0%

2” 0.5%

3” 0.3%

4” 0.2%


Por lo que, considerando el Tamaño Máximo Nominal (TMN) del agregado global

de cada muestra, tendremos el contenido de aire atrapado (%) por cada diseño de

mezcla por cantera.

115

Cuadro 43.

AIRE ATRAPADO POR MUESTRAS (l/m3)

Muestras Cantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Contenido de Aire Atrapado 0.5% 1.0% 1.0% 1.0%


4. Cuarto Paso: Determinación de la Relación Agua / Cemento

Las consideraciones de relación Agua/Cemento se encuentran normadas por el

Comité 211 del ACI, lo cual queda representada en el siguiente cuadro:

Cuadro 44.

RELACION AGUA / CEMENTO

f’c (kg/cm2)

Relación Agua / Cemento en peso

Concreto sin aire

incorporado

Concreto con

aire incorporado

150 0.80 0.71

200 0.70 0.61

250 0.62 0.53

300 0.55 0.46

350 0.48 0.40

400 0.43

150 0.38


El f’cr calculado es de 294 kg/cm2 para el diseño de muestra para las 04 canteras,

por tanto, la relación Agua/Cemento para concreto sin aire incorporado es de 0.56,

el cual fue calculado de la siguiente forma:

250 ……. 0.62

294 ……. X

300 ……. 0.55

300−250

0.55−0.62=

300−294

0.55−𝑋 X= R A/C = 0.56

116

5. Quinto Paso: Cálculo del contenido de cemento.

Contando con los valores del volumen unitario de agua y la relación agua/cemento,

procedemos a calcular el contenido de cemento.

Cuadro 45.

CONTENIDO DE CEMENTO (kg/m3)


6. Sexto Paso: Cálculo del contenido de hormigón.

En primer lugar, será necesario calcular el volumen que ocupan el agua, el cemento

y el aire, y por diferencia se encontrará el volumen del hormigón y

consecuentemente su peso.

Cuadro 46.

VOLUMEN DEL CONTENIDO DE HORMIGON


U.M.Cantera

Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

l/m3 163 173 173 173

0.56 0.56 0.56 0.56

kg/m3 291.1 308.9 308.9 308.9

Bolsas 6.8 7.3 7.3 7.3

Volumen Unitario de Agua (l/m3)

Relación Agua / Cemento

Contenido de cemento (kg/m3)

Bolsas de cemento (42.5 kg)

COMPONENTES

U.M.Cantera

Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Peso específico kg/m3 3,150 3,150 3,150 3,150

Contenido kg 291.1 308.9 308.9 308.9

Volumen m3 0.09 0.10 0.10 0.10

Peso específico kg/m3 1,000 1,000 1,000 1,000

Contenido kg 163.0 173.0 173.0 173.0

Volumen m3 0.16 0.17 0.17 0.17

Contenido % 0.5 1.0 1.0 1.0

Volumen m3 0.005 0.010 0.010 0.010

m3 0.26 0.28 0.28 0.28

Volumen m3 0.74 0.72 0.72 0.72

Peso específico kg/m3 2,620.0 2,600.0 2,620.0 2,620.0

Contenido kg 1,937.7 1,869.2 1,883.6 1,883.6

Sub Total Volumen

Hormigón

COMPONENTES

Cemento

Agua

Aire

117

7. Séptimo Paso: Representación del diseño de mezcla en estado seco.

Las cantidades en estado seco de cada uno de los componentes del concreto, se


Cuadro 47.

DISEÑO DE MEZCLA EN ESTADO SECO


No obstante, están cantidades no son las definitivas, toda vez que necesitan ser

ajustadas por los factores de humedad propios de los agregados.

8. Octavo Paso: Corrección de cantidad de hormigón por humedad.

Para el ajuste correspondiente, se utilizará la siguiente fórmula:

𝑃𝑒𝑠𝑜 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑜 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 (%𝑊

100+ 1)

Cuadro 48.

CONTENIDO DE HORMIGON EN ESTADO HUMEDO


9. Noveno Paso: Corrección del Aporte de Agua en la mezcla.

Para este cálculo se utilizará la siguiente fórmula:

𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝐴𝑔𝑢𝑎 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 𝐻𝑜𝑟𝑚𝑖𝑔𝑜𝑛 (%𝑊 − %𝐴𝑏𝑠

100)

COMPONENTES U.M.Cantera

Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Cemento kg 291.1 308.9 308.9 308.9

Agua kg 163.0 173.0 173.0 173.0

Hormigón kg 1,937.7 1,869.2 1,883.6 1,883.6


Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Hormigón (Seco) kg 1,937.7 1,869.2 1,883.6 1,883.6

Contenido de Humedad % 5.76% 6.30% 3.58% 5.88%

Hormigón (Húmedo) kg 2,049.3 1,987.0 1,951.1 1,994.5

118

Cuadro 49.

APORTE DE AGUA EN LA MEZCLA


10. Décimo Paso: Cálculo de la cantidad de Agua Efectiva.

A la cantidad de agua determinada con anterioridad, se le resta el aporte de agua

calculada, obteniendo de esta forma la cantidad de agua efectiva por cada diseño

de mezcla, los cuales se muestran a continuación:

Cuadro 50.

AGUA EFECTIVA EN LA MEZCLA


11. Undécimo Paso: Representación del Diseño de Mezcla Definitivo.

Finalmente, contamos con el diseño de mezcla definitivo, cuyas cantidades por

cada componente se presentan a continuación:


Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Hormigón (Seco) kg 1,937.7 1,869.2 1,883.6 1,883.6

Contenido de Humedad % 5.76% 6.30% 3.58% 5.88%

Porcentaje de Absorción % 1.32% 1.10% 1.20% 1.20%

Aporte de Agua l 86.0 97.2 44.9 88.2


Malvinas

Cantera Nuevo

Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Agua l 163.0 173.0 173.0 173.0

Aporte de Agua l 86.0 97.2 44.9 88.2

Agua Efectiva l 77.0 75.8 128.1 84.8

119

Cuadro 51.

DISEÑO DE MEZCLA DEFINITIVO POR M3 (kg/m3)


12. Duodécimo Paso: Determinación de los dosajes en peso y volumen.

Los dosajes por bolsa de cemento en peso y volumen aparente, se muestran a

continuación:

Cuadro 52.

DOSAJE DE POR BOLSA DE CEMENTO EN PESO (kg)


En tanto, que las proporciones determinadas fueron las siguientes:

Cuadro 53.

PROPORCION POR BOLSA DE CEMENTO EN PESO


Cemento Hormigón Agua TotalN° bolsas de

cemento

291.1 2,049.3 77.0 2,417.4 6.8

308.9 1,987.0 75.8 2,371.7 7.3

308.9 1,951.1 128.1 2,388.1 7.3

308.9 1,994.5 84.8 2,388.1 7.3

Canteras

Cantera Malvinas

Cantera Nuevo Piura

Cantera Curimaná

Cantera Pachitea

Cemento (kg) Hormigón (kg) Agua (l)

42.50 299.19 11.24

42.50 273.38 10.43

42.50 268.44 17.63

42.50 274.41 11.66

Canteras

Cantera Malvinas

Cantera Nuevo Piura

Cantera Curimaná

Cantera Pachitea

Cemento Hormigón Agua Agua (l/bolsa)

1.00 7.04 0.26 11.24

1.00 6.43 0.25 10.43

1.00 6.32 0.41 17.63

1.00 6.46 0.27 11.66

Canteras

Cantera Malvinas

Cantera Nuevo Piura

Cantera Curimaná

Cantera Pachitea

120

Los dosajes de cemento en volumen aparente, medidos en m3 se presentan a

continuación:

Cuadro 54.

DOSAJE DE CEMENTO EN VOLUMEN APARENTE (m3)


Las proporciones de cemento en volumen aparente son las siguientes:

Cuadro 55.

PROPORCION DE CEMENTO EN VOLUMEN APARENTE


Finalmente, la proporción por tanda de una bolsa de cemento en pies cúbicos y

baldes se presenta en el siguiente cuadro:

Cuadro 56.

Cemento Hormigón Agua

0.19 0.98 0.08

0.21 1.00 0.08

0.21 1.04 0.13

0.21 1.04 0.08

Canteras

Cantera Malvinas

Cantera Curimaná

Cantera Pachitea

Cantera Nuevo Piura

Cemento Hormigón Agua

1.00 5.06 0.40

1.00 4.86 0.37

1.00 5.07 0.62

1.00 5.04 0.41

Cantera Curimaná

Cantera Pachitea

Canteras

Cantera Malvinas

Cantera Nuevo Piura

121

PROPORCION POR TANDA DE UNA BOLSA DE CEMENTO.


5.2. Análisis de Consistencia del Concreto en Estado Fresco.

La mezcla de los materiales en el concreto debe lograr una distribución uniforme. Una vez

realizada la mezcla debe realizarse el análisis de consistencia del concreto en estado fresco,

para lo cual se realiza la prueba del Slump, con el propósito de comprobar que cumpla con

la fluidez o asentamiento especificado, usando el procedimiento descrito en la norma

técnica peruana (NTP) 339.035 o ASTM C-143.

Foto 15: Ensayo de Consistencia / Asentamiento (Slump).

Cemento

(Bolsa)

Agua

(l/bolsa)

Hormigón

(Kg/bolsa)

Hormigón

(p3/bolsa)

Hormigón

(Baldes/bolsa)

1.00 11.24 299.22 5.07 7.18

1.00 10.43 273.35 4.86 6.88

1.00 17.63 268.41 5.08 7.19

1.00 11.66 274.38 5.04 7.14

Cantera Malvinas

Cantera Nuevo Piura

Cantera Curimaná

Cantera Pachitea

Canteras

122

En el diseño de mezcla se consideró un nivel de asentamiento de 3 a 4 pulgadas, lo cual se

logró para cada una de las probetas analizadas.

Foto 16 y 17: Nivel de asentamiento de diseño logrado: 3” – 4”.

Foto 18 y 19: Elaboración de probetas de prueba.

123

5.3. Análisis de la Resistencia a la Compresión del Concreto

Los ensayos se realizaron en un laboratorio acreditado de la ciudad de Pucallpa.

Foto 20 y 21: Ensayo de resistencia a la compresión del concreto.

Foto 22 y 23: Resultados obtenidos de Ensayo de resistencia a la compresión del concreto.

124

A continuación se mostrarán los resultados obtenidos para los 7, 14, 21 y 28 días de

edad del concreto para cada cantera.

5.3.1. Análisis a los 7 días de edad del concreto.

a. Cantera Malvinas

En el siguiente cuadro tenemos las resistencias a la compresión de 02 probetas con

hormigón de la cantera de Malvinas, para un tiempo de curado del concreto de 7 días.

Cuadro 57.

RESISTENCIA A LA COMPRESION DE PROBETAS CILINDRICAS DE CONCRETO

(Cantera Malvinas – Edad 7 días)

Fuente: Ensayos de laboratorio realizados.

La resistencia a la compresión promedio obtenida de 186.34 kg/cm2, el cual representa

el 88.73% de la resistencia a la compresión ideal de 210 kg/cm2. El porcentaje

obtenido sobrepasa al mínimo de 68% para una edad del concreto de 7 días.

Gráfico 6.

RESISTENCIA A LA COMPRESION DEL CONCRETO A LA EDAD DE 7 DIAS

(Cantera Malvinas)

MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P1: MALVINAS 21/08/18 28/08/18 7 15.1 30 32,120 179.36 210 85.41% 68% a

2 P1: MALVINAS 21/08/18 28/08/18 7 15.1 30 34,620 193.32 210 92.06% 68% 3

33,370 186.34 88.73%PROMEDIO

125




hormigón de la cantera de Nuevo Piura, para un tiempo de curado del concreto de 7

días.

Cuadro 58.


(Cantera Nuevo Piura – Edad 7 días)


MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P2: NUEVO PIURA 24/08/18 31/08/18 7 15.1 30 31,360 175.12 210 83.39% 68% a

2 P2: NUEVO PIURA 24/08/18 31/08/18 7 15.1 30 33,960 189.64 210 90.30% 68% 3

32,660 182.38 86.85%PROMEDIO

126




Gráfico 7.


(Cantera Nuevo Piura)




hormigón de la cantera de Curimaná, para un tiempo de curado del concreto de 7 días.

Cuadro 59.


(Cantera Curimaná – Edad 7 días)

127





Gráfico 8.


(Cantera Curimaná)


d. Cantera Pachitea


hormigón de la cantera de Pachitea, para un tiempo de curado del concreto de 7 días.

MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg)

ES

FU

ER

ZO

(Kg/c

m2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P3: CURIMANA 20/08/18 27/08/18 7 15.1 30 30,900 172.55 210 82.17% 68% a

2 P3: CURIMANA 20/08/18 27/08/18 7 15.1 30 31,790 177.52 210 84.53% 68% a

31,345 175.03 83.35%PROMEDIO

128

Cuadro 60.


(Cantera Pachitea – Edad 7 días)





Gráfico 9.


(Cantera Pachitea)

MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P4: PACHITEA 22/08/18 29/08/18 7 15.1 30 32,470 181.32 210 86.34% 68% a

2 P4: PACHITEA 22/08/18 29/08/18 7 15.1 30 33,810 188.80 210 89.90% 68% 3

33,140 185.06 88.12%PROMEDIO

129


En resumen, después de realizar el ensayo de resistencia a la compresión del concreto

a los 7 días de edad, se concluye que todas las muestras de las 04 canteras

sobrepasaron el porcentaje mínimo de resistencia establecido en 68%, con un

promedio de 86.76%, teniendo la mejor resistencia el bloque de concreto de la cantera

de Malvinas con un 88.73%.


a. Cantera Malvinas



Cuadro 61.



130





Gráfico 10.


(Cantera Malvinas)



MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P1: MALVINAS 21/08/18 04/09/18 14 15.1 30 37,770 210.91 210 100.43% 86% 3

2 P1: MALVINAS 21/08/18 04/09/18 14 15.1 30 38,380 214.32 210 102.06% 86% 5(a)

38,075 212.62 101.25%PROMEDIO

131



días.

Cuadro 62.







Gráfico 11.



MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P2: NUEVO PIURA 24/08/18 07/09/18 14 15.1 30 38,500 214.99 210 102.38% 86% 4

2 P2: NUEVO PIURA 24/08/18 07/09/18 14 15.1 30 28,440 158.81 210 75.63% 86% 4

33,470 186.90 89.00%PROMEDIO

132




hormigón de la cantera de Curimaná, para una edad del concreto de 14 días.

Cuadro 63.







MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg)

ES

FU

ER

ZO

(Kg/c

m2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P3: CURIMANA 20/08/18 03/09/18 14 15.1 30 34,020 189.97 210 90.46% 86% 3

2 P3: CURIMANA 20/08/18 03/09/18 14 15.1 30 31,250 174.50 210 83.10% 86% a

32,635 182.24 86.78%PROMEDIO

133

Gráfico 12.


(Cantera Curimaná)


d. Cantera Pachitea



Cuadro 64.



134





Gráfico 13.


(Cantera Pachitea)





MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg)

ES

FU

ER

ZO

(Kg/c

m2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P4: PACHITEA 22/08/18 05/09/18 14 15.1 30 38,540 215.21 210 102.48% 86% 4

2 P4: PACHITEA 22/08/18 05/09/18 14 15.1 30 37,220 207.84 210 98.97% 86% 5

37,880 211.53 100.73%PROMEDIO

135

promedio de 94.44%, teniendo la mejor resistencia el bloque de concreto de la cantera

de Malvinas con un 101.25%.


a. Cantera Malvinas



Cuadro 65.







Gráfico 14.


(Cantera Malvinas)

MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P1: MALVINAS 21/08/18 11/09/18 21 15.1 30 38,160 213.09 210 101.47% 93% 3

2 P1: MALVINAS 21/08/18 11/09/18 21 15.1 30 44,560 248.83 210 118.49% 93% 3

41,360 230.96 109.98%PROMEDIO

136





días.

Cuadro 66.




MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg)

ES

FU

ER

ZO

(Kg/c

m2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P2: NUEVO PIURA 24/08/18 14/09/18 21 15.1 30 39,100 218.34 210 103.97% 93% 4

2 P2: NUEVO PIURA 24/08/18 14/09/18 21 15.1 30 38,180 213.20 210 101.52% 93% b

38,640 215.77 102.75%PROMEDIO

137




Gráfico 15.






hormigón de la cantera de Curimaná, para un tiempo de curado del concreto de 21

días.

Cuadro 67.

138







Gráfico 16.


(Cantera Curimaná)


d. Cantera Pachitea

MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg)

ES

FU

ER

ZO

(Kg/c

m2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P3: CURIMANA 20/08/18 10/09/18 21 15.1 30 37,680 210.41 210 100.20% 93% a

2 P3: CURIMANA 20/08/18 10/09/18 21 15.1 30 43,610 243.52 210 115.96% 93% a

40,645 226.97 108.08%PROMEDIO

139


hormigón de la cantera de Pachitea, para una edad de del concreto de 21 días.

Cuadro 68.







Gráfico 17.


(Cantera Pachitea)

MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P4: PACHITEA 22/08/18 12/09/18 21 15.1 30 44,560 248.83 210 118.49% 93% 4

2 P4: PACHITEA 22/08/18 12/09/18 21 15.1 30 41,600 232.30 210 110.62% 93% 4

43,080 240.56 114.55%PROMEDIO

140





promedio de 108.84%, teniendo la mejor resistencia el bloque de concreto de la

cantera de Pachitea con un 114.55%. Tal como se podrá deducir, a los 21 días se logró

obtener y sobrepasar la resistencia a la compresión ideal de 210 kg/cm2.


a. Cantera Malvinas



Cuadro 69.



141


La resistencia a la compresión promedio obtenida de 251.45 kg/cm2, el cual

representa el 119.74% de la resistencia a la compresión ideal de 210 kg/cm2. El

porcentaje obtenido sobrepasa en un 19.74% a la resistencia a la compresión ideal

para una edad del concreto de 28 días.

Gráfico 18.


(Cantera Malvinas)



MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P1: MALVINAS 21/08/18 18/09/18 28 15.1 30 43,790 244.53 210 116.44% 100% a

2 P1: MALVINAS 21/08/18 18/09/18 28 15.1 30 46,270 258.38 210 123.04% 100% 3

45,030 251.45 119.74%PROMEDIO

142



días.

Cuadro 70.






obtenido sobrepasa en un 10.97% a la resistencia a la compresión ideal para una edad

del concreto de 28 días.

Gráfico 19.

MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P2: NUEVO PIURA 24/08/18 21/09/18 28 15.1 30 42,340 236.43 210 112.59% 100% 3

2 P2: NUEVO PIURA 24/08/18 21/09/18 28 15.1 30 41,125 229.65 210 109.36% 100% 3

41,733 233.04 110.97%PROMEDIO

143






hormigón de la cantera de Curimaná, para una edad del concreto de 28 días.

Cuadro 71.




MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P3: CURIMANA 20/08/18 17/2018 28 15.1 30 46,260 258.32 210 123.01% 100% 4

2 P3: CURIMANA 20/08/18 17/2018 28 15.1 30 43,140 240.90 210 114.71% 100% a

44,700 249.61 118.86%PROMEDIO

144





Gráfico 20.


(Cantera Curimaná)


d. Cantera Pachitea



Cuadro 72.


145







Gráfico 21.


(Cantera Pachitea)


MU

ES

TR

A N

°

ELEMENTO

ESTRUCTURAL

FECHA DE

MOLDEO

FECHA DE

ENSAYO

EDAD

(Días)

DIA

ME

TR

O (

cm)

AL

TU

RA

(cm

)

CA

RG

A (

Kg

)

ES

FU

ER

ZO

(Kg

/cm

2)

F'C

(K

g/c

m2)

PO

RC

EN

TA

JE

OB

TE

NID

O

PO

RC

EN

TA

JE

MIN

IMO

TIP

O D

E

FR

AC

TU

RA

1 P4: PACHITEA 22/08/18 19/09/18 28 15.1 30 42,700 238.44 210 113.54% 100% 3

2 P4: PACHITEA 22/08/18 19/09/18 28 15.1 30 41,970 234.37 210 111.60% 100% b

42,335 236.40 112.57%PROMEDIO

146

En conclusión, los resultados del ensayo de resistencia a la compresión del concreto a

los 28 días de edad, de las muestras de concreto de las 04 canteras, sobrepasaron la

resistencia a la compresión mínima de 210 kg/cm2, logrando una resistencia promedio

de 242.63 kg/cm2.

La muestra de concreto que obtuvo la mejor resistencia a la compresión, fue la

elaborada con hormigón de la cantera de Malvinas con una resistencia de 251.45

kg/cm2 y la de menor resistencia fue la obtenida por la muestra de la cantera de Nuevo

Piura, con una resistencia de 233.04 kg/cm2, no obstante, esta 10.97% por encima de

la resistencia mínima establecida de 210 kg/cm2.

Por tanto, los agregados de las 04 canteras estudiadas reúnen las condiciones, para ser

utilizadas en la elaboración de concreto estructural, pues todas ellas lograron

sobrepasar en promedio un 15.54% a la resistencia a la compresión mínima de 210

kg/cm2.

5.4. PRUEBA DE HIPOTESIS

La hipótesis considerada en el proyecto de tesis fue la siguiente: “Las características

granulométricas y físico – mecánicas del hormigón de las canteras de Curimaná, Nueva

Piura, San Alejandro y Huipoca, proporcionan una óptima resistencia a la compresión

del concreto estructural, utilizado en las edificaciones y diversas obras civiles en el

distrito de Callería, provincia de Coronel Portillo, departamento de Ucayali”.

En el proceso de desarrollo de investigación, las canteras de San Alejandro y Huipoca,

fueron reemplazadas por las canteras de Malvinas y Pachitea, debido a su mayor

relevancia, por lo que la hipótesis a probar seria la siguiente: “Las características

granulométricas y físico – mecánicas del hormigón de las canteras de Curimaná, Nueva

Piura, Malvinas y Pachitea, proporcionan una óptima resistencia a la compresión del

147

concreto estructural, utilizado en las edificaciones y diversas obras civiles en el distrito

de Callería, provincia de Coronel Portillo, departamento de Ucayali”.

Para poder demostrar la hipótesis propuesta se presenta las siguientes hipótesis nula (H0)

e hipótesis alternativa (H1):

H0: Los promedios de los valores de las resistencias a la compresión de las canteras son

similares.

H1: Al menos un valor de resistencia a la compresión de una cantera difiere de las

demás en cuanto a su valor esperado.

La aceptación de la Hipótesis Nula (H0), permitirá demostrar que el uso de hormigón o

agregado global de las 04 canteras analizadas, en la elaboración de concreto estructural,

permite lograr resistencias a la compresión iguales o mayores a los 210 kg/cm2.

La demostración de la prueba de hipótesis se realizará a través de Análisis de Varianza

(ANOVA), el cual permite contrastar la hipótesis nula (H0) de que las medias de N

poblaciones (N >2) son iguales, frente a la hipótesis alternativa (H1) de que por lo menos

una de las poblaciones difiere de las demás en cuanto a su valor esperado. Este contraste

es fundamental en el análisis de resultados experimentales, en los que interesa comparar

los resultados de K 'tratamientos' o 'factores' con respecto a la variable dependiente o de

interés.

Los valores de la resistencia a la compresión, obtenidas por cada una de las 32 probetas de

las 4 canteras estudiadas, se muestran en el siguiente cuadro:

148

Cuadro 73.

RESULTADOS DE ANALISIS DE RESISTENCIA A LA COMPRESION

Periodo de tiempo Resistencia a la Compresión (kg/cm2)

N° de Días Malvinas Nuevo Piura Curimaná Pachitea

7 186.34 182.38 175.03 185.06

14 212.62 186.90 182.24 211.53

21 230.96 215.77 226.97 240.56

28 251.45 233.04 249.61 236.55

Σ𝑖 881.37 818.09 833.85 873.70

n𝑖 4 4 4 4

y̅𝑖 220.34 204.52 208.46 218.43

y̅𝑖 − �̅� 7.40 -8.42 -4.48 5.49


Procedimiento ANOVA:

- Suma Total de Cuadrados o Variabilidad Total Presente en los datos:

𝑆𝑇𝐶 = ∑ ∑ 𝑦𝑖𝑗2 −

𝑌2

𝑁

4

𝑗=1

4

𝑖=1

𝑆𝑇𝐶 = 186.342 + 212.622 + ⋯ + 240.562 + 236.552 −3,407.012

16= 10,560.18

𝑆𝑇𝐶 = 10,560.18

- Suma de Cuadrados de Tratamientos o Variabilidad debida a la diferencia entre las

Zonas de Cantera:

𝑆𝐶𝑡 = ∑𝑦𝑖

2

4

4

𝑖=1

−𝑌2

𝑁

𝑆𝐶𝑡 =881.372 + 818.092 + 833.852 + 873.702

4−

3,407.012

16= 703.14

𝑆𝐶𝑡 = 703.14

- Suma de Cuadrados del Error o Variabilidad dentro de las Zonas de Cantera.

149

𝑆𝐶𝐸 = 𝑆𝑇𝐶 − 𝑆𝐶𝑡

𝑆𝐶𝐸 = 10,560.18 − 703.14 = 9,857.04

- Cuadrados Medios de Tratamientos y del Error.

𝐶𝑀𝑡 =𝑆𝐶𝑡

𝑘 − 1=

703.14

4 − 1= 234.38

𝐶𝑀𝐸 =𝑆𝐶𝐸

𝑁 − 𝑘=

9,857.04

16 − 4= 821.42

- Estadístico de Prueba.

𝐹𝑐 =𝐶𝑀𝑡

𝐶𝑀𝐸=

234.38

821.42= 0.2853

Cuadro 74.

ANÁLISIS DE VARIANZA

FUENTE DE

VARIABILIDAD GL SC CM 𝐹𝐶 𝐹𝑇

Zona de cantera 3 703.14 234.38 0.2853 3.49

Error 12 9,857.04 821.42

Total 15 10,560.18


Como 𝐹𝑇(3.49) > 𝐹𝐶(0.2853)

No existe significancia entre los tratamientos, por que 𝐹𝑇(3.49) es mayor que

𝐹𝐶(0.2853). De acuerdo a la desviación de medias, se tiene que las muestras tomadas

en las canteras Malvinas y Pachitea son muy buenas y las muestras tomadas en las

canteras Nueva Piura y Curimaná son buenas.

- Prueba de Hipótesis.

𝐻0: 𝜇𝐴 = 𝜇𝐵 = 𝜇𝐶 = 𝜇𝐷

𝐻1: 𝜇𝐴 ≠ 𝜇𝐵 ≠ 𝜇𝐶 ≠ 𝜇𝐷

150

Figura 6.

PRUEBA DE HIPOTESIS

Se acepta 𝐻0, los promedios de los valores de las resistencias a la compresión de las

canteras son similares.

Se rechaza 𝐻1, no existe diferencia significativa entre las medias de los valores de las

resistencias a la compresión de las canteras.

Por tanto, queda demostrado que el uso de hormigón o agregado global de las 04

canteras analizadas, en la elaboración de concreto estructural, permite lograr

resistencias a la compresión iguales o mayores a los 210 kg/cm2.

151

CAPÍTULO 6

DISCUSION DE RESULTADOS

Las propiedades físicas y químicas del agregado global, analizadas a través de

los diversos ensayos, que determinaron la granulometría, tamaño, módulo de finura,

ultrafinos, impurezas, disgregabilidad, resistencia, peso por unidad de volumen, forma

y textura y humedad del hormigón, mostraron su idoneidad como un componente básico

para la elaboración de concreto estructural. Para el diseño de mezcla del concreto se

utilizó el Método del Módulo de Fineza de la Combinación de los Agregados, el cual

toma el agregado global como insumo. Las mezclas definitivas por cada cantera se

efectuaron bajo condiciones de control en cada una de sus etapas, desde la selección y

preparación de materiales, la dosificación y preparación de la mezcla, hasta el curado y

ensayo de rotura de probetas. La determinación de las cantidades de los materiales para

la realización de las mezclas, se realizó con adecuados aparatos de medición, con el

propósito de que los datos utilizados representen los parámetros de diseño analizados.

Con el diseño de mezcla adecuado se logró conseguir resistencias a la

compresión mayores a los 210 kg/cm2 para el concreto elaborado con agregado global

de las canteras estudiadas. Con estos resultados se corroboró que el uso de agregado

global, para la elaboración de concreto de mediana resistencia es factible. Los

agregados cumplieron con las especificaciones técnicas requeridas, necesarias para la

elaboración de un concreto de mediana resistencia, que posea las propiedades idóneas,

tanto en su estado fresco: trabajabilidad, como en su estado endurecido: resistencia.

Asimismo, se demostró que el costo unitario de un metro cúbico de concreto a base de

hormigón es más económico que uno a base de piedra chancada y arena, pues este

último resultó ser un 27.9% más costosa. (Ver Anexos).

152

CONCLUSIONES

1. El agregado global presenta características apropiadas para su uso en la elaboración de

concreto estructural, entre las cuales podemos mencionar que en promedio, el 40% esta

compuesto por agregado grueso, el Tamaño Máximo Nominal es de 1 1/2”, el porcentaje

de módulo de finura es de 6%, los contenidos de impurezas (Materia orgánica y sales

minerales) se encuentran dentro de los rangos permisibles, la pérdida de peso por efectos

de condiciones de intemperismo, es de 1.4% del agregado grueso y de 5% del agregado

fino, la resistencia de los agregados medido por su porcentaje de desgaste es de 28%, el

peso unitario suelto es de 1,864.8 kg/m3 y el compactado de 1,968.07 kg/m3, el peso

específico es de 2.62, la forma general de los agregados es redondeada y su textura lisa, su

superficie específica es de 0.35 cm2/g para el agregado grueso y de 18.1 cm2/g para el

agregado fino, el contenido de humedad de 5.38% y finalmente, el porcentaje de absorción

es de 1.21%.

2. Los métodos de diseño de mezclas normalizados: Método del Comité 211 del ACI y el

Método Walker, presentan limitaciones para el uso de agregado global (Hormigón) en la

elaboración de concreto estructural, existiendo para estos casos, el Método del Módulo de

Fineza de la Combinación de Agregados, método normalizado en países como Inglaterra,

Francia, Alemania, así como en la Comisión Panamericana de Normas Técnicas

(COPANT).Mediante el diseño de mezcla adecuado se puede obtener una resistencia a la

compresión superior a 210 kg/cm2 para elementos con fines estructurales.

3. Se concluye que las proporciones de la mezcla óptima definitiva, para producir un metro

cúbico de hormigón, con una resistencia requerida de 294 kg/cm2, teniendo como base una

resistencia a la compresión especificada de 210 kg/cm2, empleando agregado global de las

canteras más importantes de la zona y utilizando el cemento Portland Tipo I, son las

siguientes para cada una de las canteras:

153

DISEÑO DE MEZCLA DEFINITIVO POR M3

4. Se concluye que la resistencia a la compresión del concreto a los 28 días de edad, de las

muestras de concreto de las 04 canteras, sobrepasa la resistencia a la compresión mínima

de 210 kg/cm2, logrando una resistencia promedio de 242.63 kg/cm2. La muestra de

concreto que obtuvo la mejor resistencia, fue la elaborada con hormigón de la cantera de

Malvinas con una resistencia de 251.45 kg/cm2 y la de menor resistencia fue la obtenida

por la muestra de la cantera de Nuevo Piura, con una resistencia de 233.04 kg/cm2, no

obstante, esta 10.97% por encima de la resistencia mínima establecida de 210 kg/cm2.

5. El agregado global u hormigón de las 04 canteras estudiadas reúnen las condiciones

mínimas, para ser utilizadas en la elaboración de concreto estructural, pues todas ellas

lograron sobrepasar en promedio un 15.54% a la resistencia a la compresión mínima de

210 kg/cm2, demostrándose con ello la hipótesis planteada.

6. Se concluye finalmente, que económicamente resulta más conveniente el uso de concreto

en base a hormigón o agregado global, puesto que el concreto en base a piedra chancada y

arena es un 27.9 % más costosa. Asimismo, se podría lograr un ahorro del 2.4% del costo

directo de una obra civil, sobre todo, de edificaciones.

ComponentesCantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Cemento (Kg/m3) 291.1 308.9 308.9 308.9

Hormigón (Kg/m3) 2,049.3 1,987.0 1,951.1 1,994.5

Agua (l/m3) 77.0 75.8 128.1 84.8

Total 2,417.4 2,371.7 2,388.1 2,388.1

154

RECOMENDACIONES

1. Resulta necesario la revisión del Reglamento Nacional de Edificaciones, relativas al uso

de agregado global en la elaboración de concreto de mediana resistencia, debido a la

abundancia del material en la zona y al menor costo del concreto elaborado con este

material, adecuándola a la realidad de la selva peruana.

2. Es importante que los maestros de obra y albañiles de la zona, conozcan los diversos

métodos de diseño de mezcla del concreto, conocimientos que son impartidos

permanentemente por los diversos Programas de Capacitación, que brinda el Servicio

Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción (SENCICO), lo cual les

permitirá realizar sus labores de una manera más eficiente y de esta manera mejorar la

calidad de las edificaciones, las cuales estarán compuestas de un concreto más resistente y

durable.

3. Se recomienda que futuras investigaciones realicen el análisis de las edificaciones

realizadas en barrios marginales de la zona, donde no se aplica el Reglamento Nacional de

Edificaciones, a fin de determinar su situación de riesgo, al ser edificadas sin criterio

técnico.

155

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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159

MATRIZ DE CONSISTENCIA

TITULO: “ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO UTILIZANDO HORMIGÓN EN EL DISTRITO DE CALLERÍA,

PROVINCIA DE CORONEL PORTILLO, DEPARTAMENTO DE UCAYALI”

DIMENSIONES INDICADORES

GENERAL GENERAL GENERAL

2. Tamaño de los agregados Tamaño Máximo (mm o pulg)

ESPECÍFICOS:Tamaño Máximo Nominal (mm o

pulg)

ESPECÍFICOS:

Porcentaje de partículas livianas (%)

Contenido de cloruros en partes por

millón (ppm).

Contenido de sulfatos en partes por

millón (ppm).

Contenido de sales solubles en

partes por millón (ppm).

Analizar las características

granulométricas y físico –

mecánicas (Resistencia, textura,

forma, gravedad específica,

absorción, vacíos y gradación) del

hormigón de las canteras de

Curimaná, Nueva Piura, Malvinas y

Pachitea y su relación con la

resistencia a compresión del

concreto estructural.


4. Ultrafinos en los agregados.Porcentaje de alturas máximas de la

arena sobre agregado fino (%)

Grado de coloración con placa

orgánica de colores

5. Impurezas (Materia Orgánica)

en los agregados.

¿En qué medida las características

granulométricas y físico–mecánicas

del hormigón de las canteras de

Curimaná, Nueva Piura, Malvinas y

Pachitea, afectan a la resistencia a la

compresión del concreto armado en

las edificaciones y diversas obras

civiles en el distrito de Callería,

provincia de Coronel Portillo, región

Ucayali?

Analizar la resistencia a compresión

del concreto estructural, utilizando

como insumo el hormigón de las

canteras de Curimaná, Nueva

Piura, Malvinas y Pachitea, distrito

de Callería, provincia de Coronel

Portillo, departamento de Ucayali.

¿El menor costo de la elaboración del

concreto estructural con hormigón

justifica en términos económicos la

no utilización de agregados finos y

gruesos de forma independiente?

1. Granulometría de los

agregados

Porcentajes retenidos en tamices

estandarizados (%).

VARIABLES E INDICADORESPROBLEMA OBJETIVOS HIPÓTESIS

1. Resistencia a la compresión del

concreto.

Resistencia a la compresión

(Kg/cm2).

VARIABLE DEPENDIENTE

VARIABLES INDEPENDIENTES

Las características

granulométricas y físico –

mecánicas del hormigón de las

canteras de Curimaná, Nueva

Piura, Malvinas y Pachitea,

proporcionan una óptima

resistencia a la compresión del

concreto estructural, utilizado en

las edificaciones y diversas obras

civiles en el distrito de Callería,

provincia de Coronel Portillo,

departamento de Ucayali.

3. Módulo de Finura de los

agregados.

6. Impurezas (Sales Naturales)

en los agregados.

160

DIMENSIONES INDICADORES


agregado grueso (%)

Porcentaje de partículas rajadas,

desmoronadas, fracturadas y

astilladas (%)


agregado fino (%)

8. Resistencia de los agregados.Porcentaje de desgaste del agregado

(%)

Peso Unitario Suelto (kg/m3)


Peso Específico (Adimensional)

10. Forma de los agregados.Forma (Aplanadas, Alargadas,

Angulares, Redodeadas, Rugosas).

11. Textura de los agregados. Textura lisa o áspera.

12. Superficie Específica de los

agregados.Superficie Específica (cm

2/g)

13. Humedad en los agregados. Contenido de Humedad (%)

14. Absorción en los agregados. Porcentaje de Absorción (%).

9. Peso por Unidad de Volumen

del agregado.

7. Disgregabilidad en los

agregados.

VARIABLES E INDICADORESPROBLEMA OBJETIVOS HIPÓTESIS

161

Anexo 01:

ANÁLISIS COMPARATIVO: COSTO UNITARIO DE UN M3 DE CONCRETO CON

EL USO DE HORMIGON Y CON EL USO DE ARENA Y PIEDRA CHANCADA

El diseño de mezcla definitivo del concreto estructural para una resistencia a la

compresión de 210 kg/cm2, con el uso de hormigón o agregado global obtenido como

resultado del análisis realizado, se muestra a continuación:

Cuadro N° 01.

DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO POR M3 CON EL USO DE HORMIGON


Para el diseño de mezcla definitivo de concreto con el uso de piedra chancada y arena,

se tomó como referencia el trabajo de investigación: “Resistencia a la compresión del

concreto a partir de la velocidad de pulsos de ultrasonido”, elaborado por Marco A.

Céspedes García, 2003, el cual se muestra a continuación:

ComponentesCantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

Pachitea

Cemento (Kg) 291.1 308.9 308.9 308.9

Hormigón (Kg) 2,049.3 1,987.0 1,951.1 1,994.5

Agua (Kg) 77.0 75.8 128.1 84.8

Total 2,417.4 2,371.7 2,388.1 2,388.1

162

Cuadro N° 02

DISEÑO DE MEZCLA DE CONCRETO POR M3 CON EL USO

DE PIEDRA CHANCADA Y ARENA

Los precios de los materiales fueron tomados de proformas de empresas locales

acopiadoras de materiales de construcción, los cuales se adjuntan al presente Anexo. Los

precios obtenidos para cada uno de los materiales se muestran a continuación:

Cuadro N° 03

DETERMINACION DE PRECIO UNITARIO POR KG DE MATERIALES

La cantidad de material requerido y los precios obtenidos, nos permitirá determinar el

costo por m3 de concreto para ambos diseños de mezcla. En consecuencia, se determinó que

el costo promedio por m3 de concreto utilizando hormigón es de S/ 241.75.

Cemento (kg) 384.9

Arena (kg) 694.8

Piedra chancada (kg) 1,020.5

Agua (l) 214.5

Total 2,314.7

Componentes Total

MATERIAL U.M. PRECIO PESO (kg) S/ / kg

Cemento Bolsa 23.00 42 0.548

Arena m3 50.00 1,500 0.033

Piedra chancada m3 125.00 1,700 0.074

Hormigón m3 70.00 1,864 0.038

Agua m3 1.00 1,000 0.001

163

Cuadro N° 04

COSTO DE PRODUCCION DE CONCRETO CON EL USO DE HORMIGON (S//m3)

En tanto, que el costo por m3 de concreto utilizando como insumo arena y piedra

chancada es de S/ 309.20, mayor en un 27.9% al costo de concreto con el uso de hormigón.

Cuadro N° 05

COSTO DE PRODUCCION DE CONCRETO CON EL USO DE

ARENA Y PIEDRA CHANCADA (S//m3)

Finalmente, se realizó un análisis para determinar el ahorro que se generaría, con el uso

de concreto a base de hormigón o agregado global en proyectos de inversión pública,

ejecutados por el Gobierno Regional de Ucayali. En tal sentido, se pudo determinar que el

ahorro generado representa en promedio un 2.4% del costo directo de la obra, tal como se

aprecia en el análisis realizado con 03 proyectos de inversión, el cual se muestra a

continuación:

ComponentesCantera

Malvinas

Cantera

Nuevo Piura

Cantera

Curimaná

Cantera

PachiteaPromedio

Cemento 159.41 169.16 169.16 169.16 166.72

Hormigón 76.96 74.62 73.27 74.90 74.94

Agua 0.08 0.08 0.13 0.08 0.09

Total 236.45 243.85 242.56 244.14 241.75

Componentes Monto

Cemento 210.78

Arena 23.16

Piedra chancada 75.04

Agua 0.21

Total 309.20

164

Cuadro N° 06

AHORRO GENERADO POR EL USO DE HORMIGON EN CONTRAPRESTACIÓN DEL

USO DE PIEDRA CHANCADA Y ARENA

HORMIGON

PIEDRA

CHANCADA Y

ARENA

2158076CONSTRUCCION DEL CETPRO SAN

MARTIN DE PORRES - CALLERIA5,071,794 1,537 371,590 475,258 103,668 2.0%

2193931CONSTRUCCION DE I.E. 64020 LUIS

ALBERTO SANCHEZ - CALLERIA3,972,977 997 241,025 308,268 67,242 1.7%

2257534CONSTRUCCION DE I.S.T.P. BILINGÜE -

YARINACOCHA18,215,489 7,029 1,699,264 2,173,333 474,069 2.6%

TOTAL 27,260,260 9,563 644,979 2.4%

CODIGO

UNICOPROYECTO DE INVERSION

COSTO

DIRECTO

M3 DE

CONCRETO

COSTO DEL CONCRETO CON

AHORRO %

165

PROFORMAS

167

PANEL FOTOGRAFICO

168

ENSAYOS REALIZADOS

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