“EVALUACION DE MEZCLAS DE CONCRETO CON
ADICIONES DE ARENA DE SILICE EN UN 5 Y 10% COMO
SUSTITUTO DEL PESO DEL CEMENTO”
GOYO PIÑERO, EDGAR FERNANDO
ROJAS BACCEI, CARLOS HORACIO
Tutora: Ing. Maria Alice Olavarrieta
Barquisimeto, 2014
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE
INGENIERIA DE CONSTRUCCION
“EVALUACION DE MEZCLAS DE CONCRETO CON
ADICIONES DE ARENA DE SILICE EN UN 5 Y 10% COMO
SUSTITUTO DEL PESO DEL CEMENTO”
Trabajo Especial de Grado presentado ante el Decanato de Ingeniería
Civil. Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado” para optar al
título de Ingeniero Civil
GOYO PIÑERO, EDGAR FERNANDO
ROJAS BACCEI, CARLOS HORACIO
Tutora: Ing. Maria Alice Olavarrieta
Barquisimeto, 2014
UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL
“LISANDRO ALVARADO”
DECANATO DE INGENIERÍA CIVIL
DEPARTAMENTO DE
INGENIERIA DE CONSTRUCCION
iii
INDICE GENERAL
Pág.
INDICE DE TABLAS………………………………………………………….. v
INDICE DE FIGURAS………………………………………………..……….… vii
INDICE DE GRAFICOS………………………………………………………… ix
INDICE DE ANEXOS…………………………………………………...………. xi
RESUMEN…………………………………………………………………..…… xii
INTRODUCCION…………………………………………………………...……. 1
CAPITULO I. EL PROBLEMA
Planteamiento del Problema……………………………………………………….. 2
Objetivo General…………………………………………………………………... 4
Objetivos Específicos……………………………………………………………… 4
Justificación………………………………………………………………………... 5
Alcances y Limitaciones…………………………………………………………… 6
CAPITULO II. MARCO TEORICO
Antecedentes de la Investigación…………………………………………………… 7
Bases Teóricas……………………………………………………………………….12
CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO
Tipo de investigación……………………………………………………..…………20
Metodología de la investigación…………...………………………...…………….. 22
Caracterización del cemento ………………………………………………….……. 22
Caracterización de la arena de sílice…………………………………………...….. 24
Caracterización de los agregados…………..……………………………………...25
iv
Composición de la mezcla……………………………………………………...….27
Diseño de mezcla…...……………………………………………………………...27
Corrección por humedad…….……………………………………………...……..35
Elaboración de mezcla de concreto……………………………………………….36
Evaluación del concreto en estado fresco………………………………………...37
Curado de probetas cilíndricas…………………………………………...……….41
Numero de probetas…………………………………………………………….....43
Evaluación de concreto en estado endurecido………………………………........43
Método para determinar el porcentaje de porosidad de mezclas de concreto.......44
CAPITULO IV. ANALISIS Y RESULTADOS
Análisis y Resultados…………………………………………………………......46
CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones………………………………………………………………..…….67
Recomendaciones………………………………………………………………...69
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS………………….………………………..70
ANEXOS……………………………………………………………………...... 73
v
INDICE DE TABLAS
Pág.
CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO
Tabla Nº 1. Granulometría de arena de sílice……………………………………….25
Tabla Nº 2 Normativa utilizada para extracción y ensayos de agregados…………..26
Tabla Nº 3 Diseño de mezcla f’c = 280 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2 ………………...……...…….....32
Tabla Nº 4 Diseño de mezcla f’c = 350 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2……………………………...…33
Tabla Nº 5 Numero de probetas realizadas……………………………….……....43
CAPITULO IV. ANALISIS Y RESULTADOS
Tabla Nº 6 Granulometría del agregado grueso……………………………..………46
Tabla Nº 7 Granulometría del agregado fino……………………………………......48
Tabla Nº 8 Consistencia normal del cemento sustituido…………………….………50
Tabla Nº 9 Consistencia normal del cemento Portland tipo I……………………….50
Tabla Nº 10 Tiempos de fraguado en cementos con sustitución……………………51
Tabla Nº 11 Tiempos de fraguado patrón…………………………………………...52
Tabla Nº12 Porcentaje de aire de las mezclas de concreto y peso unitario…………55
Tabla Nº 13 Resistencia a la compresión con f’c = 280 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2………………...58
Tabla Nº 14 Resistencia a la compresión con f’c = 350 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2………...…....…58
Tabla Nº 15 Porosidad total promedio en las mezclas……………..……………….65
vii
INDICE DE FIGURAS
Pág.
CAPITULO III MARCO METODOLOGICO
Figura Nº 1 Agregados ubicados en COCIPRE …………………………………….22
Figura Nº 2 Recolección de agregados…………………………………….………...22
Figura Nº 3 Pesaje de cemento ……………………………………………………...23
Figura Nº 4 Maquina mezcladora …………………………………………………...23
Figura Nº 5 Aguja de Vicat…………………………………………………….……23
Figura Nº 6 Colocación de mortero en aparato de Vicat …………………………...24
Figura Nº 7 Aparato de Vicat automático…………………………………….……..24
Figura Nº 8 Agua de mezclado ………………………………………………..…….37
Figura Nº 9 Agregado fino y grueso….………………………………………..…….37
Figura Nº 10 Concreto vaciado en carretilla ………………………………………...37
Figura Nº 11 Compactación en cono de Abrams…………………………………… 38
Figura Nº 12 Medición de asentamiento……………………………………………. 38
Figura Nº 13 Compactación para contenido de aire………………………………... 39
Figura Nº 14 Muestra en recipiente metálico ……………………………………….39
Figura Nº 15 Pesaje de muestra ……………………………………..………………39
Figura Nº 16 Cierre de válvula de aire principal…………………………………… 39
Figura Nº 17 Vaciado en probetas…………………………………………………...41
Figura Nº 18 Golpes con martillo de goma………………………………………… 41
Figura Nº 19 Curado de probetas …………………………………………………....42
viii
Figura Nº 20 Prensa universal……………………………………………………….44
Figura Nº 21 Falla de probeta………………………………………………………. 44
Figura Nº 22 Curado de especímenes………………………………………………..45
Figura Nº 23 Especímenes en desecador…………………………………………….45
ix
INDICE DE GRAFICOS
Pág.
CAPITULO III MARCO METODOLOGICO
Gráfico Nº 1 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla patrón f’c= 280 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2..32
Gráfico Nº 2 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla 5% f’c= 280 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2…..33
Gráfico Nº 3 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla 10% f’c= 280 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2…33
Gráfico Nº 4 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla patrón f’c= 350 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2..34
Gráfico Nº 5 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla 5% f’c= 350 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2…..34
Gráfico Nº 6 Porcentajes de pesos de diseño de mezcla 10% f’c= 350 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2…35
CAPITULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
Gráfico Nº 7 Granulometría de agregado grueso…………………………….……...47
Gráfico Nº 8 Granulometría de agregado fino…………………………………..…...49
Gráfico Nº 9 Tiempo de fraguado del cemento………………………………..….....52
Gráfico Nº 10 Corrección de humedad……………………………………….....…..53
Gráfico Nº 11 Asentamiento promedio en muestras………..……………………….54
Gráfico Nº 12 Pesos unitarios en mezclas patrón y mezclas con sustitución……......57
Gráfico Nº 13 Resistencia a la compresión a los 3 días……….…………………….59
Gráfico Nº 14 Resistencia a la compresión a los 14 días……………………………60
Gráfico Nº 15 Resistencia a la compresión a los 28 días….………………………...61
Gráfico Nº 16 Resistencia a la compresión a los 90 días…………….……………...62
Gráfico Nº 17 Comparación de resistencias a la compresión f’c= 280 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2 ....63
Gráfico Nº 18 Comparación de resistencias a la compresión f’c= 350 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2 ....64
x
Gráfico Nº 19 Porcentaje de absorción en mezclas patrón y mezclas con sustitución
………………………………………………………………………………………66
xi
INDICE DE ANEXOS
Pág.
ANEXOS
Anexo A Resultados de caracterización de agregado grueso, agregado fino y cemento
…………................................................................................................................…74
Anexo B Resultados de ensayo de resistencia a la compresión………………..........80
xii
Universidad Centroccidental
“Lisandro Alvarado” Decanato
de Ingeniería Civil.
Departamento de Construcción.
“EVALUACION DE MEZCLAS DE CONCRETO CON
ADICIONES DE ARENA DE SILICE EN UN 5 Y 10% COMO
SUSTITUTO DEL PESO DEL CEMENTO”
Autores:
Goyo, Edgar.
Rojas, Carlos.
Tutor: Ing. María Alice Olavarrieta.
RESUMEN.
Este trabajo evaluó mezclas de concreto con adiciones de arena de sílice en
un 5 y 10% como sustituto del peso del cemento. Para ello, se realizaron diseños de
mezclas por medio de la metodología que establece Joaquín Porrero, tomando como
variable fija las resistencias de diseño de 280 y 350 kg/cm2, el asentamiento de la
mezcla (4”) y determinando la relación agua - cemento para cada resistencia. Para
esto se tomaron porcentajes de adición de arena de sílice, sustituyendo el 5 y 10%
del peso del cemento, para luego ser comparada con la mezcla patrón. Se realizaron
ensayos de caracterización del cemento, como lo es la consistencia y fraguado.
También se estudiaron las propiedades de la mezcla en estado fresco, como el
asentamiento, porcentaje de aire y peso unitario, y en estado endurecido la
resistencia a compresión y porosidad, arrojando como resultado una disminución
de su resistencia mecánica a la compresión a medida que el porcentaje de la adición
aumenta, por lo que se puede acotar que la arena de sílice aporta resistencia a la
mezcla en pequeños porcentajes. Por todo lo dicho anteriormente, se concluye que
el porcentaje de adición más óptimo de arena de sílice sustituida por peso del
cemento fue el 5%, ya que con este se lograron mayores resistencias a compresión;
en cuanto a la porosidad, las mezclas con adición son de durabilidad moderada.
PALABRAS CLAVES: Resistencia de diseño, porosidad, arena de sílice,
asentamiento.
GOYO, ROJAS | 2014
INTRODUCCION
1
INTRODUCCION
El concreto es un material de construcción ampliamente utilizado para diversos tipos de
estructuras debido a su gran estabilidad y resistencia. El cemento Portland, es uno de los
principales ingredientes utilizados para la producción de concreto y tiene pocas alternativas
en la industria de la construcción civil. En los últimos tiempos se ha visto una desafortunada
baja en la producción de cemento, debido a que, implica la emisión de grandes cantidades de
dióxido de carbono a la atmósfera, un contribuyente importante para el efecto invernadero y
el calentamiento global, por lo que es necesario buscar otro material o en parte sustituirlo por
algún otro que cumpla su función. La búsqueda de cualquier alternativa para el cemento debe
conducir a un desarrollo sostenible del planeta y un menor impacto ambiental.
Ahorros sustanciales de energía y de costo pueden resultar al sustituir el cemento por
productos que se utilicen como un sustituto parcial del mismo. Las cenizas volantes, escorias,
cenizas de cascarilla de arroz, metacaolín y arena de sílice son algunos de los materiales
puzolánicos que pueden ser usados en el concreto como sustitución parcial del cemento. Un
gran número de estudios se están llevando a cabo, tanto en Venezuela como en el extranjero,
para estudiar el impacto del uso de estos materiales en el concreto industrial.
En el decanato de ingeniería civil de la UCLA, se ha desarrollado desde el 2005 una línea
de investigación coordinada por el profesor Alejandro Giménez, en la cual se han venido
ensayando diferentes sustituciones para el cemento, con la finalidad de aportar dosis que sean
resistentes y durables, este trabajo se enmarca en dicho proyecto.
De acuerdo a lo anterior, la presente investigación tiene como propósito evaluar mezclas
de concreto sustituyendo parte del cemento con adiciones de arena de sílice.
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO I EL PROBLEMA
2
CAPITULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento del Problema
Desde el inicio de la raza humana, en la prehistoria, el hombre se ha visto en la
necesidad de tener un sitio donde vivir, al principio lo hacían en lugares naturales como
cavernas de roca, al ir evolucionando se ha visto obligado en ir utilizando diferentes
tipos de materiales, como pieles de animales, madera, piedra, entre otros; para
satisfacer las necesidades y exigencias de la humanidad que mejoren la calidad de vida
y desarrollar métodos constructivos más eficaces.
El pueblo egipcio ya utilizaba un mortero, la cual era una mezcla de arena con
materia cementosa, para unir bloques y losas de piedra al erigir sus asombrosas
construcciones. Luego los constructores griegos y romanos descubrieron que ciertos
depósitos volcánicos, mezclados con caliza y arena producían un mortero de gran
fuerza, capaz de resistir la acción del agua, dulce o salada.
Para el siglo XVIII, John Smeaton, gran ingeniero civil y físico de la época, fue
pionero en el uso de cal hidráulica, la cual se obtenía con piedras, mezcla de cal viva,
arcilla, arena y escoria de hierro triturado. Con esto diseño y construyo el faro de
Eddystone en Inglaterra.
Luego de eso fue donde se empezó a conocer el concreto como material resultante
entre la mezcla de cemento o cualquier otro conglomerante con agregados finos
(arena), agregados gruesos (grava, gravilla) conjuntamente con agua, obteniendo un
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO I EL PROBLEMA
3
material muy resistente y duradero, el cual es altamente moldeable y puede ser utilizado
en un número ilimitado de aplicaciones.
Al pasar el tiempo el hombre se ve en la obligación de mejorar los materiales a
utilizar en las construcciones con la finalidad de ofrecer mayor seguridad y durabilidad
en las mismas, es por esto que se realizan según sea el caso, adiciones o sustituciones
en la mezcla de cemento, por otra parte pero no menos importante, es el impacto
ambiental que ocasionan las construcciones y los materiales utilizados en ellas, por lo
cual se recurren a dichas adiciones para obtener resultados menos contaminantes para
el ambiente. Uno de estos materiales es la arena de sílice, el cual es un material
puzolánico de alta reactividad y es un subproducto de la producción de metal silíceo o
ferro silíceo, con partículas alrededor de 100 veces más pequeñas que un grano
promedio de cemento.
Las adiciones al cemento del arena de sílice, pueden ser utilizadas para reducir el
calor asociado con la hidratación del cemento y reducir el potencial de fisuración
térmica en elementos estructurales masivos, también se conoce que el arena sílice es
comúnmente usado para producir resistencias por encima de 10000 libras (4535,95
Kg.) por pulgada cuadrada (70 MPa = 7138.01 Kg/m²).
Para finalizar y según todo lo expuesto antes, se tiene como punto a evaluar, las
mezclas de concreto adicionándole arena de sílice, sustituyendo un 5 y 10% de la
cantidad en peso del cemento, sin variar relación agua-cemento, y evaluar los
resultados en las propiedades mecánicas y físicas con resistencias de 280 Kg/cm² y 350
Kg/cm².
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO I EL PROBLEMA
4
OBJETIVOS
Objetivo General
Evaluar mezclas de concreto con adiciones de arena de sílice, sustituyendo el 5 y
10% del cemento con estas adiciones.
Objetivos Específicos
Diseñar las mezclas de concreto, tanto patrón, como con sustitución de arena de
sílice.
Estudiar las propiedades físicas del concreto en estado fresco y en estado
endurecido con arena de sílice como sustituto parcial del cemento.
Evaluar las propiedades mecánicas de mezclas de concreto con resistencia de
280 y 350Kg/cm2, elaboradas con adiciones de arena de sílice en sustitución del 5 y
10% del contenido de cemento.
Comparar las propiedades físicas y mecánicas de la mezcla patrón con las
elaboradas haciendo uso de adiciones de arena de sílice
Conocer la durabilidad del concreto, mediante el estudio de la porosidad de las
diferentes mezclas en estado endurecido.
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO I EL PROBLEMA
5
JUSTIFICACION
El concreto tiene un papel fundamental en la construcción y esta a su vez es uno de
los campos más importantes para la economía y desarrollo de un país; esto se da por la
versatilidad del concreto, ya que puede adoptar una gran variedad de formas y usos.
Puede ser vaciado en moldes con libertad de la geometría, satisfaciendo así las
exigencias del diseñador, los relativamente bajos costos de producción, entre otros.
Debido al auge que ha adquirido la construcción y para racionalizar un poco la
materia prima y el gasto de energía que conlleva la elaboración de concreto; el
ingeniero civil se ha visto en la necesidad de realizar ajustes en las mezclas.
Hoy en día se sabe que existen una gran variedad de aditivos o cementantes, estos
materiales provienen de la naturaleza y destacan en principio por su cualidad de
mejorar las propiedades del concreto, siendo capaz de proveerle singulares
características; según sea la necesidad del caso, por lo cual se consideran algunas
adiciones de fundamental importancia e influencia en la obtención de grandes y
notables mejoras en el concreto estructural.
La utilización de adiciones minerales de alta finura puede beneficiar al concreto.
Los efectos pueden ser puramente físicos, como el complemento de la granulometría
para las fracciones muy finas del concreto, o efectos físico-químicos, como el
producido por la reacción. En ambos casos, el resultado final es similar: disminución
de la porosidad y del tamaño de partícula. Estos efectos pueden modificar las
propiedades reológicas del concreto en estado fresco, así como resistencia y
durabilidad del concreto endurecido. (Ing. Salazar, A. S/F).
La finalidad de este trabajo de investigación es estudiar las puzolanas,
específicamente; la arena sílice como adición al cemento para obtener mezclas de
concreto, buscando así diseñar, determinar y concluir si es posible realizar un concreto
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO I EL PROBLEMA
6
bajo estas condiciones de estudio, que sea más resistente, más duradero y de alta calidad
en comparación a un concreto tradicional o patrón, y así también aprovechar los
materiales de desecho contribuyendo al medio ambiente. De igual manera esta
investigación es un aporte académico y científico para el desarrollo de la tecnología del
concreto en nuestro campo de trabajo y una herramienta para el sector constructivo.
ALCANCE
El presente trabajo de investigación está enmarcado principalmente en la evaluación
de propiedades físicas y mecánicas de mezclas de concreto con adiciones de arena sílice
en un 5 y 10% del peso del cemento para de esta manera analizar y conocer la influencia
que presenta dicha adición a la mezcla de concreto.
LIMITACIONES
Para efectos de este tipo de estudios, es ideal contar con un gran número de
especímenes a ser evaluados, en nuestro caso realizamos 108 probetas por cuestiones
de espacio y disponibilidad de material en el laboratorio de la empresa COCIPRE, C.A.
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
7
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Hace más de 2000 años, los romanos conocían sobre la actividad de la ceniza
volcánica de Pozzuoli, cuando ella se combinaba con la cal. De hecho esa mezcla era
usada en sus construcciones de las cuales hoy subsisten ejemplos admirables. En el
siglo XX, la producción de cementos adicionados ha sido practicada por muchas
décadas, particularmente en Europa, pero también en Japón y en la India. El uso de la
escoria granulada de altos hornos también tiene una historia de más de cien años, desde
cuando las industrias del hierro y el acero de Europa central y occidental operaron sus
propias fábricas de cemento. En cuanto a cementos con puzolanas naturales su uso ha
sido muy arraigado por varias décadas en Grecia e Italia, prácticamente en todas las
construcciones de concreto, y hoy su uso es generalizado en muchos países del mundo
(Salamanca, 2000)
Los cementos adicionados son mezclas de Clinker de cemento de portland, sulfato
de calcio (yeso) y adiciones minerales; estos cementos pueden ser producidos por
molienda conjunta de esos componentes o por la mezcla de los componentes finamente
molidos. Entre las adiciones minerales de uso más frecuentes se encuentran las
adiciones puzolánicas, las cuales son adiciones que solo se endurecen en la presencia
de Clinker de cemento portland, debido a que la reacción ocurre entre los silicatos
activos del material puzolánico y el hidróxido de calcio liberado por el Clinker en el
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
8
transcurso de la hidratación. Los materiales más comunes pertenecientes a este grupo
son: la puzolana natural, por lo general de origen volcánico y la ceniza volante
(Salamanca, 2000). Las razones para el uso de los cementos adicionados se ha venido
incrementando por múltiples motivos entre los cuales se destaca, el mejoramiento de
las propiedades del cemento y de su calidad, la posibilidad de producir cementos
especiales para aplicaciones específicas, la opción de usar subproductos de otras
industrias, entre otros.
S. Bhanja, B. Sengupta (2003) La investigación se dirige a desarrollar una mejor
comprensión de la contribución aislada de la arena de sílice en el concreto y la
determinación de su contenido óptimo. Extensa experimentación se llevó a cabo, con
relación agua-cemento que van desde 0,26 hasta 0,42 y la arena de sílice con relaciones
de 0,0 a 0,3. Los resultados indican que el porcentaje de sustitución óptima a los 28
días no es una constante, sino que depende de la relación de agua-cemento de la mezcla
y se ha encontrado que va de 15 a 25%. Al cuantificar los efectos puzolánicos y físicos
de la arena de sílice, se observa que sus mecanismos contribuyen significativamente a
la resistencia del concreto. La consistencia del cemento depende de su finura. La arena
de sílice tiene una mayor finura que el cemento y una mayor área de superficie, la
consistencia aumenta considerablemente cuando se incrementa el porcentaje de arena
de sílice. La consistencia normal aumenta aproximadamente 40% cuando el porcentaje
de arena de sílice aumenta de 0% a 20%. La resistencia óptima a los 7 y 28 días a la
compresión y a la flexión se han obtenido en el rango de 10-15% del nivel de remplazo
arena de sílice. Aumento de la resistencia a la tracción dividida más allá del 10% de
sílice, mientras que el aumento en resistencia a la tracción por flexión se ha producido
hasta el 15% de los remplazos. La arena de sílice parece tener un efecto más
pronunciado sobre la resistencia a la flexión que sobre la resistencia a la tracción
dividida.
H. Katkhuda, B. Hanayneh N. Shatarat (2009) En este trabajo el efecto de la
arena de sílice en la tracción, resistencia a la compresión y flexión del concreto, se
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
9
estudió mediante la realización de numerosos experimentos. La arena de sílice fue
sustituida por 0%, 5%, 10%, 15%, 20% y 25% para proporciones agua-cemento de
0,26, 0,3, 0,34, 0,38 y 0,42. Las siguientes conclusiones se pueden derivar:
1. La presencia de arena de sílice aumenta la resistencia, tanto la tracción dividida
como la tracción por flexión. El mayor incremento se ha encontrado en la resistencia a
la flexión.
2. Los porcentajes óptimos de remplazo a los 28 días a la compresión y a la flexión
varían desde 15% a 25%, dependiendo de la relación agua-cemento de la mezcla. El
porcentaje óptimo de sustitución aumenta con el aumento de la relación agua-cemento.
A. Blarasin, A. Perfetti, (2011); En esta investigación se evaluó el comportamiento
físico y mecánico de los concretos de alta resistencia, variando la granulometría y
sustituyendo dosis de cemento por arena sílice para esto se elaboraron diseños
experimentales de mezclas con diferentes dosificaciones, para estudiar las propiedades
del concreto variando la granulometría de los agregados. Todos los diseños de mezcla
fueron realizados siguiendo la metodología descrita en el Manual de Concreto
estructural conforme a la Norma COVENIN 1753:03 de Joaquín Porrero S. Se
elaboraron dos probetas cilíndricas por mezclas de 10 cm de diámetro y 20 cm de altura
para ser ensayados a compresión a los 3, 7, 14, 28, 56, 90 días además se realizaron
dos probetas cilíndricas por mezclas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura para ser
ensayadas a tracción indirecta a los 28 días. También se realizaron probetas de 10 cm
de diámetro y 5 cm de altura aproximadamente, para analizar la porosidad; así como
los correspondientes ensayos de los agregados. Los resultados de las pruebas se
tabularon, analizaron y compararon con la Norma COVENIN, ACI y el manual
DURAR – CYTED (1998) para comprobar si el concreto elaborado y sus ensayos
cumplían con los límites establecidos por la norma correspondiente, obteniéndose
resistencia de 595.80 y 250.60 Kg/cm2 en mezclas patrón y de 659.75 y 385 Kg/cm2 en
mezclas con adiciones como valores mínimos y máximos a compresión y 62.5 y 15.69
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
10
Kg/cm2 para sus similares en tracción indirecta. Además de catalogar el concreto de
buena calidad y compacidad apto para ambientes agresivos al alcanzar valores
inferiores a 10 en porosidad total.
Bolívar, Gómez, González, (2012). Esta investigación tuvo como finalidad evaluar
el comportamiento de las propiedades físicas y mecánicas de mezclas de concreto de
altas resistencias, sustituyendo el 15 y 20% del cemento con arena de sílice. Los
resultados obtenidos se compararon con las Normas COVENIN y el Manual DURAR-
CYTED, para determinar si los ensayos realizados a las mezclas de concreto se
encontraban dentro de los límites establecidos. De acuerdo a lo anterior se establece
que, las mezclas de concreto adicionadas tuvieron un tiempo de fraguado mucho menor
en relación con las mezclas patrón, los ensayos iniciales para las mezclas a los 7 y 28
días obtuvieron resultados por encima de la resistencia esperada. La resistencia más
óptima obtenida fue la de 15% de sustitución de cemento por arena de sílice para todas
las resistencias estudiadas. En cuanto a la porosidad, se clasifica al concreto como de
durabilidad moderada e inadecuada, no apto para soportar los efectos de ambientes
agresivos. El Índice de Actividad Puzolánica reflejo un valor de 70,1% para 7 días y
un 79,49% para 28 días, considerando así la arena de sílice un buen material puzolánico
para ser utilizado en mezclas de concreto.
Alvarado M, Dos Santos L, (2013) Este trabajo evaluó la influencia de la adición
de arena de sílice en las propiedades físico - mecánicas de las mezclas de concreto.
Para ello, se realizaron diseños de mezclas por medio de la metodología que establece
Joaquín Porrero, tomando como variable fija las resistencias de diseño de 250 y 300
kg/cm2, el asentamiento de la mezcla (4”) y determinando la relación agua - cemento
para cada resistencia. Para esto se tomaron porcentajes de adición de arena de sílice de
8 y 12% definidos según el peso del cemento, para luego ser comparada con la mezcla
patrón. Se realizaron ensayos de caracterización del cemento, como los son la
consistencia, fraguado y la resistencia a la compresión de morteros usando probetas
cúbicas de 50.8cm (2”) por lado, esto con la incorporación del material en estudio,
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
11
obteniendo como resultados que la mezcla que contiene más adición de sílice es la que
requiere mayor cantidad de agua. También se estudiaron las propiedades de la mezcla
en estado fresco, como el asentamiento, porcentaje de aire y peso unitario, y en estado
endurecido la resistencia a compresión, porosidad e índice de actividad puzolánica,
arrojando como resultado una disminución de su resistencia mecánica a la compresión
a medida que el porcentaje de la adición aumenta, por lo que se puede acotar que la
arena de sílice aporta resistencia a la mezcla en pequeños porcentajes, de la misma
manera se refleja que el índice de actividad puzolánica fue mayor al 75% por lo que es
puzolánicamente activa , cumpliendo así con lo establecido en la Norma COVENIN.
Se concluye que el porcentaje de adición más óptimo de arena de sílice por peso del
cemento fue el 8%, ya que con este se lograron mayores resistencias a compresión; en
cuanto a la porosidad, las mezclas con adición son de durabilidad moderada a
inadecuada.
Guerrero E, Torres G, (2013) En esta investigación se realizaron diseños de
mezclas con sustitución de polvo de sílice, sustentados en el Método de Porrero. El tipo
de cemento empleado para la ejecución del estudio fue Portland Tipo I mientras que la
adición considerada fue polvo de sílice. Se elaboraron probetas cilíndricas para evaluar
la resistencia de las mezclas patrón, 15% y 20% de microsílice a las edades de 7, 14 y
28 días; probetas cilíndricas de diez centímetros de diámetro y cinco centímetros de
altura para el estudio de la porosidad; además de probetas cúbicas de cinco centímetros
de lado, para el Índice de Actividad Puzolánica. Los resultados obtenidos se analizaron
y compararon con las Normas COVENIN y el Manual DURAR-CYTED. Los valores
obtenidos de las mezclas con adiciones y las mezclas patrón concluyen que el
porcentaje óptimo de adición fue el 20% para la resistencia de diseño de 350 Kg/cm2
y 15% para 400 Kg/cm2, logrando mayor resistencia a la compresión. En cuanto a la
porosidad, la resistencia de 350 Kg/cm2 tanto patrón, como las adicionadas, indican
una moderada calidad; mientras que la de 400 Kg/cm2 patrón y con el 20% de adición
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
12
son catalogadas de durabilidad inadecuada. El polvo de sílice es puzolánicamente
activo para ser empleado en mezclas de concreto.
BASES TEÓRICAS
Para el desarrollo de la presente investigación, es necesario el conocimiento de una
serie de conceptos relacionados con el área de estudio, entre los cuales destacan: El
concreto y sus agregados, la puzolana como principal material de la mezcla a ensayar
y su origen; por último los fundamentos teóricos de los ensayos a realizar.
COMPONENTES DE CONCRETOS CONVENCIONALES
El concreto es básicamente una mezcla de dos componentes: agregados y pasta. La
pasta, compuesta de cemento portland y agua, une a los agregados (arena y grava o
piedra triturada) para formar una masa semejante a una roca pues la pasta endurece
debido a la reacción química entre el cemento y el agua (Bran, 2005). Los agregados
generalmente se dividen en dos grupos: finos y gruesos. Los agregados finos consisten
en arenas naturales o manufacturadas con tamaño de partícula que pueden llegar hasta
10 mm; los agregados gruesos son aquellos cuyas partículas se retienen en la malla No.
16 y pueden variar hasta 152 mm. El tamaño máximo del agregado que se emplea
comúnmente es el de 19 mm o el de 25 mm (Steven, 1992).
CEMENTO: Es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y
arcillas calcinadas y posteriormente molidas. Tiene la propiedad de endurecer al
contacto con el agua (Rivva, 2000). En Venezuela, el cemento generalmente usado es
el Portland tipo I, el cual tiene como objetivo primordial proveer el mecanismo de
adhesión mortero-unidad así como también la resistencia a la compresión.
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
13
AGUA: El agua es un componente esencial en las mezclas de concreto y
morteros, pues permite que el cemento desarrolle su capacidad ligante. El agua
utilizada en la elaboración del concreto y mortero debe ser apta para el consumo
humano, libre de sustancias como aceites, ácidos, sustancias alcalinas y materias
orgánicas.
AGREGADO FINO: Está conformado por arenas naturales o manufacturadas,
con tamaños de partículas que pueden llegar hasta diez milímetros (Rivva, 2000). El
agregado fino que se obtiene del procesamiento de rocas se conoce como piedra
triturada; si dicho material pasa casi totalmente el cedazo #50 recibe el nombre de polvo
de piedra. El agregado fino o arena debe ser bien gradado, para que pueda llenar los
espacios vacíos, además actúa como lubricante en la mezcla dándole trabajabilidad a
la misma.
AGREGADO GRUESO: Está conformado por gravas o piedras trituradas de
tamaños de partículas que oscilan entre 9 y 38 milímetros. Teniendo en cuenta que el
concreto es una piedra artificial, el agregado grueso es la materia prima para fabricarlo.
En consecuencia se debe usar la mayor cantidad posible y del tamaño mayor, teniendo
en cuenta los requisitos de colocación y resistencia.
ADITIVOS: Se utilizan como ingredientes del concreto y, se añaden a la
mezcla inmediatamente antes o durante su mezclado, con el objeto de modificar sus
propiedades para que sea más adecuada a las condiciones de trabajo o para reducir los
costos de producción. (Jaime, 1997).
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
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MATERIALES CEMENTANTES
Los materiales cementantes son sustancias que por sí solas tienen propiedades
hidráulicas cementantes (fraguan y endurecen en presencia de agua). Estos materiales
incluyen a la escoria granulada de alto horno molida, al cemento natural, a la cal
hidráulica hidratada y, a las combinaciones de estos y de otros materiales (Rivva,
2000).
DISEÑO DE MEZCLA
Es un proceso que consiste en calcular las proporciones de los elementos que forman
el concreto, con el fin de obtener los mejores resultados. Existen diferentes métodos de
Diseños de Mezcla; algunos pueden ser muy complejos como consecuencia a la
existencia de múltiples variables de las que dependen los resultados de dichos métodos,
aun así, se desconoce el método que ofrezca resultados perfectos, sin embargo, existe
la posibilidad de seleccionar alguno según sea la ocasión. Las propiedades del concreto
se comprueban prácticamente y pueden hacerse después de los ajustes necesarios para
obtener las mezclas de proporciones adecuadas que de la calidad deseada (Bran, 2005).
CEMENTOS ADICIONADOS
Los cementos adicionados (o compuestos), son mezclas de clinker de cemento
portland, sulfato de calcio (yeso) y adiciones minerales; estos cementos pueden ser
producidos por molienda conjunta de esos componentes o por mezcla de los
componentes finamente molidos (Salamanca, 2000).
Las adiciones minerales de uso más frecuente pueden clasificarse en tres grupos
dependiendo de su actividad y de su contribución al desarrollo de la resistencia.
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
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- Adiciones Hidráulicas: Son adiciones que poseen un potencial hidráulico natural, pero
que requieren un activador para que puedan endurecer bajo agua; dicho activador puede
ser: cal, clinker de cemento portland, yeso o un activador químico. La adición típica de
este grupo es la escoria.
- Adiciones Puzolánicas: Son adiciones que solo endurecen en presencia del clinker de
cemento portland debido a que la reacción ocurre entre los silicatos activos del material
puzolánico y el hidróxido de calcio liberado por el clinker en el transcurso de la
hidratación.
Los materiales más comunes pertenecientes a este grupo son: la puzolana natural, por
lo general de origen volcánico, y la ceniza volante.
- Adiciones Inertes: Son adiciones que no poseen actividad hidráulica ni puzolánica,
pero que contribuyen al desarrollo de otras propiedades del cemento, diferentes de la
resistencia. Se usa comúnmente la llenante caliza (polvo de piedra caliza, cenizas de
carbón, entre otros), en especial cuando se trata de la producción de cementos para
mampostería.
PUZOLANAS
Se consideran generalmente como puzolanas los materiales que, carentes de
propiedades cementicias y de la actividad hidráulica por sí solos, contienen
constituyentes que se combinan con cal a temperaturas ordinarias y en presencia de
agua, dando lugar a compuestos permanentemente insolubles y estables que se
comportan como conglomerantes hidráulicos. En tal sentido, las puzolanas dan
propiedades cementantes a un conglomerante no hidráulico como es la cal.
Las puzolanas, según su origen, se clasifican en dos grandes grupos el de las
naturales y el de las artificiales.
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
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Puzolanas Naturales:
Rocas volcánicas, en las que el constituyente amorfo es vidrio producido por
enfriamiento brusco de la lava. Por ejemplo las cenizas volcánicas, las tobas, la escoria
y obsidiana.
Rocas o suelos en las que el constituyente silíceo contiene ópalo, ya sea por la
precipitación de la sílice de una solución o de los residuos de organismos de lo cual
son ejemplos las tierras de diatomeas, o las arcillas calcinadas por vía natural a partir
de calor o de un flujo de lava.
Puzolanas Artificiales:
Cenizas volantes: las cenizas que se producen en la combustión de carbón
mineral (lignito), fundamentalmente en las plantas térmicas de generación de
electricidad.
Arcillas activadas o calcinadas artificialmente: por ejemplo residuos de la
quema de ladrillos de arcilla y otros tipos de arcilla que hayan estado sometidas a
temperaturas superiores a los 800 °C.
Escorias de fundición: principalmente de la fundición de aleaciones ferrosas en
altos hornos. Estas escorias deben ser violentamente enfriadas para lograr que
adquieran una estructura amorfa.
Cenizas de residuos agrícolas: la ceniza de cascarilla de arroz, ceniza del bagazo
y la paja de la caña de azúcar. Cuando son quemados convenientemente, se obtiene un
residuo mineral rico en sílice y alúmina, cuya estructura depende de la temperatura de
combustión.
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
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ARENA DE SILICE
El Instituto Americano del Concreto (ACI) la define como un subproducto que se
obtiene de la producción de silíceo metálico o ferro silicio, en hornos de arco eléctrico.
En cuanto a su tamaño, se establece que son conjunto de partículas extremadamente
finas, de las cuales más del 95% son menores a 1 µm.
Este producto en forma de polvo de color gris claro a oscuro o en ocasiones gris
azulado verdoso, es resultado de la reducción de cuarzo muy puro con carbón mineral
en un horno de acto eléctrico durante la manufactura del silicio o de aleaciones de ferro
silicio (Rivva, 2000). La arena de sílice asciende como vapor oxidado de los hornos a
2000°C. Se enfría, se condensa y se recolecta en enormes bolsas de tela. Entonces se
le procesa para retirarle las impurezas y para controlar su tamaño de partícula.
De acuerdo a la Asociación de Arena de Sílice (SFA, Abril 2005), los beneficios de
adicionar arena de sílice resultan en cambios de la micro estructura de las mezclas de
concreto. Dichos cambios provienen de dos procesos diferentes pero igualmente
importantes:
1. El aspecto físico de las partículas de arena. Al agregar miles de pequeñas
partículas a la mezcla de concreto, estas se encargan de llenar los espacios vacíos entre
el agregado grueso y entre las partículas de cemento. Este fenómeno es conocido como
micro-filling o micro-llenado. Incluso, si la arena no reacciona químicamente, el efecto
de micro llenado brinda importantes mejoras en la naturaleza del concreto.
2. La contribución química. A causa del gran contenido de dióxido de silicio, es
un material puzolánico muy reactivo en el concreto.
Es necesario definir conceptos esenciales que serán empleados a lo largo de la
investigación. Estos, fueron extraídos del Manual del Concreto Estructural (Porrero,
2004).
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
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ASENTAMIENTO: Es la medida de la consistencia del concreto en estado fresco,
evaluada mediante el ensayo del Cono de Abrams. Según la norma COVENIN 339, es
un índice bastante práctico, aunque no mide todas las propiedades prácticas de la
mezcla, ni las valora con el mismo grado de influencia que ellos realmente tiene en el
concreto, ofrecen una información útil sobre todo en términos comparativos.
CALOR DE HIDRATACION: Es el calor que se desarrolla durante la reacción
química del cemento con agua, tales como las producidas durante el proceso de
fraguado y endurecimiento del cemento.
COMPACTACION: Es un procedimiento manual o mecánico por medio del cual se
trata de densificar la masa de concreto fresco, logrando la reducción al mínimo de los
espacios vacíos.
CURADO: Proceso de modificar las condiciones ambientales que rodea la pieza,
mediante riego o inmersión en agua, suministro de calor o vapor.
CURVA GRANULOMETRICA: Representación gráfica de la granulometría de un
agregado.
DOSIFICACION: Proporción en peso o volumen, según la cual se mezclan los
componentes del concreto.
DURABILIDAD: Capacidad que tiene el concreto para resistir la acción continúa de
agentes químicos, ambientales y otras condiciones de servicio.
FRAGUADO: Proceso de hidratación de los componentes de un aglomerante
hidráulico.
LEY DE ABRAMS: Establece la correspondencia entre la resistencia del concreto y
la relación agua/cemento en peso. Se simboliza como “valor α”.
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
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PESO ESPECIFICO DEL CONCRETO: Peso por unidad de volumen de concreto,
excluyendo el volumen de poros.
RELACION AGUA/CEMENTO: Expresa la íntima relación que existe entre el peso
del agua utilizada en la mezcla y el peso del cemento.
RETRACCION: Disminución de volumen que sufre el concreto. A medida que el
ambiente sea más desecante, la disminución será tanto mayor.
SEGREGACION: Tendencia de separación de agregados, que ocurre cuando hay
presencia de granos con tamaños muy diferentes.
TRABAJABILIDAD: Conjunto de propiedades del concreto en estado fresco que
permiten manejarlo, colocarlo en los moldes y compactarlo, sin que se produzca
segregación.
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
20
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
Tipo de Investigación
La presente investigación es de campo.
Es de campo porque se aplican métodos científicos en el tratamiento de un sistema
de variables y sus relaciones, las cuales conducen a conclusiones y al enriquecimiento
de un campo del conocimiento, contando con la sustentación de experimentos y
observaciones realizadas.
La metodología se basó en ensayos de laboratorio regidos por las Normas
COVENIN, en donde se le efectuó la caracterización de los agregados para obtener
su granulometría y luego se ejecutó el diseño de mezcla, a través del Método del
“Manual del Concreto Estructural" (Método de Porrero). Así como también se
evaluaron las características y propiedades del concreto en estado fresco al cuál se le
determino el Asentamiento por medio del Cono de Abrams, peso unitario, suelto y
compacto y en estado endurecido se obtuvo la resistencia a compresión, además de la
porosidad total.
POBLACIÓN
De acuerdo a Hurtado (2000), es considerada como el conjunto de elementos
que forman parte de un contexto donde se quiere investigar el evento. La población de
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
21
este estudio estuvo conformada por un concreto con resistencia 280 Kg/cm2 y 350
Kg/cm2 elaborados bajo las mismas condiciones.
MUESTRA
Méndez (2001), expresa que: “La muestra es un sub-conjunto o parte de la
población. Cuando se analiza una muestra no se hace con el propósito de fijar la
atención en ella, o de conocer sus propiedades, si no conocer la población de la cual
proviene. Siendo la muestra una representación de la población”. En este caso, el
universo de estudio está conformado por 108 probetas cilíndricas, que comprenden
diseño de mezcla patrón y con adición de arena de sílice en dosis de 5 y 10% del peso
del cemento.
VARIABLES DE ESTUDIO
Se realizó el diseño de mezclas de concreto, sustituyendo arena de sílice en
porcentajes de un 5 y 10% del peso del cemento. Se evaluó la resistencia a la
compresión a los 3, 14, 28 y 90 días de edad en estado endurecido.
MATERIALES
Cemento: Portland Tipo I Proveniente de la Empresa Cemex Venezuela
S.A.C.A Planta Lara.
Agregados: el agregado grueso fue canto rodado triturado procedente de Mi
Jaguito, Estado Portuguesa, y de agregado fino se usó arena natural de rio, proveniente
de Guama, Estado Yaracuy.
Arena Normalizada: se utilizó arena normalizada de Ottawa.
Arena de Sílice: donada por la Reprocesadora Industrial de Arena de Sílice
(RIAS, C.A), ubicada en la Zona Industrial II en Barquisimeto, Estado Lara.
En las figuras 1 y 2 se aprecia la toma de agregados en la empresa COCIPRE.
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION
El desarrollo de la investigación se realizó siguiendo los procedimientos
descritos a continuación:
CARACTERIZACION DEL CEMENTO
En el proceso de caracterización del cemento se realizaron los siguientes
ensayos.
Método de ensayo para determinar la consistencia normal del cemento.
COVENIN 494 - 87.
Para la elaboración de este ensayo se pesó una muestra de cemento de 650
gramos y a la vez los porcentajes de arena de sílice en estudio que son el 5 y 10% del
peso del cemento (Fig. N° 3). Listo los materiales a usar se mezcló este material y
tomando una cantidad de agua previamente calculada, se vertió está en la mezcla en un
Fig. N° 1 Agregados ubicados en
COCIPRE
Fig. N° 2 Recolección de
agregados
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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tiempo de 30 segundos, incrementando su cantidad para cada una de las muestras a
fin de obtener una pasta de consistencia normal. Luego en la maquina mezcladora a
una velocidad baja durante 30 segundos se mezclaron estos materiales, siguiendo con
15 segundos de reposo y por ultimo 60 segundos de velocidad rápida (Fig. N° 4). Con
la pasta de cemento preparada se aglomera la muestra en las manos, teniendo
precaución de no compactarla y arrojándola así seis (6) veces de una mano a otra a una
separación alrededor de 15cm, por séptima vez se deja caer de una mano al extremo
mayor del anillo tronco cónico, se presiona para llenarlo completamente y luego
colocarlo sobre la placa no absorbente, se agita, se voltea y se enrasa en el extremo
menor con una cuchara de albañil afilada y quitando el exceso se coloca el aparato de
Vicat Manual apretando el tornillo fijador y liberando la barra inmediatamente,
dejando así que la aguja se asiente durante 30 segundos, cuando alcanzó el rango de
10mm ± 1de penetración, se considera la consistencia normal del cemento (Fig. N° 5).
Fig. N° 5 Aguja de Vicat
Fig. N° 3 Pesaje de cemento
Fig. N° 4 Maquina Mezcladora
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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Método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado de cementos
hidráulicos por medio de la aguja de Vicat. Norma COVENIN 493-87.
Con el mismo mortero ejecutado para el ensayo de consistencia normal se
desarrolla este ensayo, trasladando el anillo tronco cónico a la cámara de humedad para
dejarla reposar durante 30 minutos. Pasado el tiempo se lleva la muestra al Aparato de
Vicat Automático (Fig. N° 6), colocando está sobre la placa metálica para luego
obtener la penetración de la Aguja de Vicat cada 15 minutos, hasta que esta no penetre
en lo absoluto a la pasta de cemento (Fig. N° 7).
CARACTERIZACIÓN DE LA ARENA DE SÍLICE.
GRANULOMETRIA
Esta fue proporcionada por la empresa procesadora de la misma, y se muestra
en la tabla N° 1.
Fig. N° 6 Colocación de mortero
en aparato de Vicat
Fig. N° 7 Aparato de Vicat Automático
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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Tabla Nº1. Granulometría de Arena de Sílice.
Tamiz %Retenido
80 0,00
100 1,00
140 4,90
200 5,80
325 11,70
400 10,10
500 10,10
635 6,30
B 50,10
Fuente: Reprocesadora Industrial de Arena de Sílice (RIAS C.A).
Barquisimeto, Edo Lara.
CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS.
Extracción de Muestra
Tanto para el agregado fino como para el grueso, ambos provienen de montones
o pilas, se siguió el procedimiento empleado en la Norma COVENIN 270-78
"Agregados. Extracción de muestras para morteros y concretos". Se extrajeron las
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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muestras de diferentes partes de la pila, de pesos aproximados iguales, tomando la
precaución de evitar la zona de segregación del material más grueso, que generalmente
se halla en la base del montón. En la tabla N° 2 se presentan los ensayos realizados a
los agregados.
Tabla N° 2. Normativa utilizada para extracción y ensayos de agregados.
NORMA Descripción de Ensayos
COVENIN 290
Método de Cuarteo, para la obtención
de muestras representativas de
agregados finos y agregados gruesos.
COVENIN 255-77
Método de ensayo para determinar la
composición granulométrica de
agregados finos y gruesos
COVENIN 258-77
Método de ensayo para determinar las
partículas más finas que el cedazo
Nro. 200 en el agregado fino
COVENIN 268-78
Método de ensayo para determinar el
peso específico y la absorción del
agregado fino.
COVENIN 269-78
Método de ensayo para determinar el
peso específico y absorción del
agregado grueso.
En la presente investigación se evaluaron las propiedades de la mezcla de
concreto patrón y la mezcla elaborada con la adición de arena de sílice. Para el estado
fresco de la mezcla se determina el asentamiento y peso unitario de la misma y para
el estado endurecido se obtiene la resistencia a compresión y la porosidad.
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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COMPOSICION DE LA MEZCLA
El concreto elaborado para la presente investigación está conformado por
agregados minerales como son arena natural de río y canto rodado triturado, mezclados
con cemento Portland Tipo I, agua y adición de arena de sílice, formando una pasta de
consistencia plástica, que se endurece y desarrolla resistencias a la compresión.
Los componentes empleados cumplieron con la Norma COVENIN vigente, con
la finalidad de garantizar mezclas de buena calidad, la caracterización del agua
proviene de la empresa HIDROLARA C.A.
DISEÑO DE LA MEZCLA
Este diseño se realizó como se dijo anteriormente, a través del Método del
"Manual del Concreto Estructural" (Método de Porrero), conforme con la Norma
COVENIN 1753-2003 "Proyecto y Diseño de Obras en Concreto Estructural", con
resistencias de diseño de 280 kg/cm2 y 350 kg/cm2 para las dos (2) mezclas patrón y
adición de sílice de 5% y 10% del peso del cemento para las mezclas adicionadas,
obteniendo así un total de seis (6) mezclas.
El trompo con el cual se realizaron las mezclas de concreto perteneciente a la
empresa COCIPRE C.A. es de aproximadamente 60 Litros, se calcularon las
dosificaciones para 50 Litros para tener algo de holgura al momento de realizar la
actividad.
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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Gráfico Nº 1. Valor de .
Fuente: COCIPRE, C.A.
El valor de se encuentra en el siguiente rango: 38 56 Para conseguir el valor de
se busca el promedio de estos dos valores.
= (38 + 56)/2 = 47%
Sin embargo, este valor se puede aproximar a un 50% para así obtener un valor
medio de los agregados y cantidad de cemento, evitar la segregación y para que este
diseño pueda ser usado para cualquier elemento estructural.
Datos de entrada para el cálculo del diseño de la mezcla de concreto
Asentamiento: 4"
Tamaño Máximo: 1"
Agregado Grueso: Canto rodado.
Agregado Fino: Arena Natural.
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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Para el diseño de mezcla se realizaron los siguientes cálculos:
Para Resistencia => f 'c = 280 kg / cm2
Resistencia Promedio
Rc = f´c − (Z ∗ ) (Tomado de la pág. 132 del manual de porrero, formula 6.2)
Dónde: Z = variable tipificada de la distribución normal, se selecciona con respecto al
cuantil deseado, según la Norma COVENIN 1753, Sección 5.4.2.1, vinculado a los
criterios de confiabilidad del diseño de miembros de concreto reforzado, establecidos
en el Capítulo 9 de dicha norma.
Rc = 280 + (1,34 ∗ 32) = 322,88 𝐾𝑔/𝑐𝑚2
Relación Agua - Cemento ( ):
= 3,147 − 1,065 ∗ log (𝑅𝑐)
= 3,147 − 1,065 ∗ log 280 𝐾𝑔/𝑐𝑚2
= 0,5407766966 ≅ 0,54
Corrección de :
Según tamaño máximo igual a 1" (2,54cm)
K r = 1,0 (Factor tomado de la tabla VI.7 del Manual de Porrero)
K a = 0,91 (Factor tomado de la tabla VI.8 del Manual de Porrero)
corr. = 𝐾𝑟 ∗ 𝐾𝑎 ∗ 𝛼
corr. = 1 ∗ 0,91 ∗ 0,5407766966
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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corr. = 0,4921067939
máx. = 0,75 (Valor tomado de la tabla VI.9 del Manual de Porrero)
Como corr. ' máx. se toma como el valor de corr. = 0,4921067939
Relación triangular:
Cemento:
C = 117,2 ∗ 𝑇0,16
∝1,3
C = 117,2 ∗100,16
0,49210679391,3
C = 425,84 𝐾𝑔/𝑚3
Corrección de la cantidad de Cemento:
C1 = 1,0 (Factor tomado de la tabla VI.11 del Manual de Porrero)
C 2 = 0,90 (Factor tomado de la tabla VI.12 del Manual de Porrero)
Ccorr. = 𝐶 ∗ 𝐶1 ∗ 𝐶2
Ccorr. = 425,84 ∗ 1 ∗ 0,90 = 383,26 𝐾𝑔/𝑚3
Cmin = 270 𝐾𝑔/𝑚3 (Valor tomado de la tabla VI.13 del Manual de Porrero)
Como Ccorr. C min se toma como C el valor de Ccorr. = 383,26 𝐾𝑔/𝑚3
Volumen de aire atrapado
V = 𝐶
𝑇 (𝑚𝑚)
V = 383,26
25,4= 15,09 𝐿𝑡/𝑚3
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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Agua de Mezclado:
= a / C => a = * C
a = 0,4921067939 ∗ 383,26 𝐾𝑔/𝑚3
a = 188,6048498 𝐾𝑔/𝑚3
Agregados:
Con los valores calculados anteriormente, se procede a determinar la cantidad
de agregado grueso y fino para 1m3 de concreto.
A + G = 𝛾 (𝐴 + 𝐺) ∗ (1000 − 0,3 ∗ 𝐶 − 𝑎 − 𝑉
(A + G) = 2,65 (Valor promedio empleado para ambos agregados y para su
combinación, tomado de la pág. 144 del Manual de Porrero)
A + G = 2,65 ∗ ( 1000 − 0,3 ∗ 383,26 − 188,60 − 15,09)
A + G = 1805,5298 𝐾𝑔𝑓/𝑚3
Para determinar por separado los valores de agregado fino y grueso se utilizan
las siguientes expresiones:
A = 𝛽 ∗ (𝐴 + 𝐺) = 0,5 ∗ 1805,5298 𝐾𝑔𝑓/𝑚3 A = 902,7649 𝐾𝑔𝑓/𝑚3
B = (1 − 𝛽) ∗ (𝐴 + 𝐺) = (1 − 0,5) ∗ (1805,5298) B = 902,7649 𝐾𝑔𝑓/𝑚3
Los valores definitivos del diseño de mezcla para la dosificación de 1𝑚3 con
f´c = 280 𝐾𝑔𝑓/𝑚3 se muestran a continuación en la Tabla N°3 y para f¨c = 350
𝐾𝑔𝑓/𝑚3 en la Tabla N° 4.
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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Tabla N° 3. Diseño de mezcla con f´c = 280𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2
Material o
componente
Dosificación
𝒎𝟑/𝒄𝒐𝒏𝒄𝒓𝒆𝒕𝒐
Mezcla
Patrón
(50 Lts.)
Mezcla
5%
(50 Lts.)
Mezcla
10%
(50 Lts.)
Agua de mezclado 188,6048498 𝐿𝑡𝑠/𝑚3 9,43 𝐿𝑡𝑠 9,43 𝐿𝑡𝑠 9,43 𝐿𝑡𝑠
Cemento Portland
Tipo I 383,26 𝐾𝑔/𝑚3 19,16 𝐾𝑔 18,20 𝐾𝑔 17,24𝐾𝑔
Agregado Fino 902,7649 𝐾𝑔/𝑚3 45,14 𝐾𝑔 45,14 𝐾𝑔 45,14 𝐾𝑔
Agregado Grueso 902,7649 𝐾𝑔/𝑚3 45,14 𝐾𝑔 45,14 𝐾𝑔 45,14 𝐾𝑔
Arena Sílice 5% 19,163 𝐾𝑔/𝑚3 - 0,96 𝐾𝑔 -
Arena Sílice 10% 38,326 𝐾𝑔/𝑚3 - - 1,92 𝐾𝑔
A continuación se muestran los gráficos 1, 2 y 3, explicativos de los porcentajes
de los componentes en cada una mezcla.
Grafico N°1: % de pesos diseño de mezcla con f´c = 280𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2 (muestra patrón).
38%
38%
16%
8%
AGREGADOGRUESO
AGREGADOFINO
CEMENTO
AGUA
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
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Grafico N° 2: % de pesos diseño de mezcla con f´c = 280𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2 (sustitución del
cemento por arena sílice en 5% del peso del cemento).
Grafico N° 3: % de pesos diseño de mezcla con f´c = 280𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2 (sustitución del
cemento por arena sílice en 10% del peso del cemento).
Tabla N° 4. Diseño de mezcla con f´c = 350𝐾𝑔𝑓/𝑚3
Material o
componente
Dosificación
𝒎𝟑/𝒄𝒐𝒏𝒄𝒓𝒆𝒕𝒐
Mezcla
Patrón
(50 Lts.)
Mezcla
5%
(50 Lts.)
Mezcla
10%
(50 Lts.)
Agua de mezclado 200,9766493 𝐿𝑡𝑠/𝑚3 10,05 𝐿𝑡𝑠 10,05 𝐿𝑡𝑠 10,05 𝐿𝑡𝑠
Cemento Portland
Tipo I 504,73 𝐾𝑔/𝑚3 25,24 𝐾𝑔 23,978 𝐾𝑔 22,72𝐾𝑔
Agregado Fino 831,74𝐾𝑔𝑓/𝑚3 41,59 𝐾𝑔 41,59 𝐾𝑔 41,59 𝐾𝑔
Agregado Grueso 831,74𝐾𝑔𝑓/𝑚3 41,59𝐾𝑔 41,59 𝐾𝑔 41,59 𝐾𝑔
Arena Sílice 5% 25,24 𝐾𝑔/𝑚3 - 1,26 𝐾𝑔 -
Arena Sílice 10% 50,48 𝐾𝑔/𝑚3 - - 2,52 𝐾𝑔
38%
38%
15%
8%
1% AGREGADOGRUESO
AGREGADO FINO
CEMENTO
AGUA
38%
38%
14%
8%
2% AGREGADOGRUESO
AGREGADO FINO
CEMENTO
AGUA
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
34
De igual manera se muestran los gráficos 4, 5 y 6, explicativos de los
porcentajes de los componentes en cada una de las mezclas realizadas.
Grafico N° 4: % de pesos diseño de mezcla con f´c = 350𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2 (muestra
patrón).
Grafico N° 5: % de pesos diseño de mezcla con f´c = 350𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2 (sustitución del
cemento por arena sílice en 5% del peso del cemento).
35%
35%
21%
9%
AGREGADOGRUESO
AGREGADO FINO
CEMENTO
AGUA
35%
35%
20%
9%
1%
AGREGADO GRUESO
AGREGADO FINO
CEMENTO
AGUA
ARENA SILICE 5%
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
35
Grafico N° 6 % de pesos diseño de mezcla con f´c = 350𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2 (sustitución del
cemento por arena sílice en 5% del peso del cemento).
CORRECCION POR HUMEDAD
Los cálculos se suponen con la condición ideal de “saturados con superficie
seca. La corrección debe hacerse según:
𝐺𝑠𝑠𝑠
(100 + 𝐴𝑏)=
𝐺𝑤
(100 + 𝑤)
𝐴𝑠𝑠𝑠
(100 + 𝐴𝑏)=
𝐴𝑤
(100 + 𝑤)
Dónde:
Gsss ó Asss = Peso del agregado saturado con superficie seca.
Gw ó Aw= Peso del material húmedo.
Ab = Porcentaje de absorción de agua.
W = Porcentaje de humedad del agregado usado.
35%
35%
19%
9%
2%
AGREGADO GRUESO
AGREGADO FINO
CEMENTO
AGUA
ARENA SILICE 10%
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
36
De dicha expresión se despeja Gw, que es la condición en que se encuentra los
agregados en la pila, al momento de realizar la mezcla, donde Gsss es la cantidad de
agregado obtenida anteriormente a través del diseño. Luego se diferencian estos dos
pesos (Gw - Gsss), para así determinar la cantidad de agua que se debe añadir o
disminuir del agua de mezclado.
ELABORACION DE LA MEZCLA DE CONCRETO
El mezclado de concreto se realizó en el Laboratorio de la reconocida Empresa
COCIPRE C.A. sede ubicada en la Zona Noroeste de la Ciudad de Barquisimeto
Estado Lara, con el asesoramiento del personal técnico de la misma, cumpliendo con los
requerimientos establecidos en la Norma COVENIN 354-79.
El procedimiento empleado fue el siguiente:
Ya pesados, se hizo una revisión de los materiales a usar en la mezcla (Fig.
N° 8 Y 9) como lo son: el cemento, agregado grueso, agregado fino y la adición de la
arena de sílice. Antes de introducir estos en el Trompo Mezclador se unió la adición con
el cemento hasta obtener un material de color homogéneo (esto para la mezcla de
concreto adicionada y para la mezcla patrón no se adiciona sílice), además de medir
en cilindros graduados la cantidad de agua necesaria para la mezcla. Luego se vierte el
agregado grueso y la mitad de agua necesaria en el trompo, se enciende y se añade en
agregado fino, el cemento (ya sea el mezclado con la adición o solo) y el agua restante,
se mezcla esto durante tres minutos (03), inmediatamente de transcurrido el tiempo se
detiene el trompo por un periodo de tres (03) minutos para luego encenderlo y mezcla
nuevamente durante dos (02) minutos. Finalizado el tiempo se vierte el concreto en
una carretilla la cual debe estar limpia y húmeda (Fig N° 10).
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
37
EVALUACION DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO.
Método para la medición del asentamiento con el cono de Abrams.
Norma COVENIN 339-78.
Este procedimiento se hace al momento de mezclado del concreto, colocando
un molde metálico con la forma de un cono truncado de 12" de altura sobre una placa
horizontal para luego sujetarlo y comenzar a vaciar concreto fresco en tres (3) capas
compactando cada capa con veinticinco (25) golpes de forma espiral (Figura Nº11),
se enrasa y se retira el molde cuidadosamente en dirección vertical evitando no girarlo
ni rotarlo. Una vez retirado el molde se voltea sobre la placa y arriba de este se coloca
una barra y se procede a medir el asentamiento (Figura Nº12), que no es más que la
diferencia de altura entre el la barra y la pila de concreto
Fig. N° 8 Agua de Mezclado
Fig. N° 9 Agregados fino y grueso
Fig. N° 10 Concreto vaciado en
carretilla
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
38
Método de ensayo para determinar el contenido de aire y peso unitario
del concreto en estado fresco por el método volumétrico. Norma COVENIN 347-
79.
Una vez realizada la mezcla de concreto, se toma una muestra representativa
de manera aleatoria y se llena el recipiente metálico previamente humedecido, en tres
(3) capas compactando cada una con veinticinco (25) golpes (Fig. N° 13), y golpeando
luego por los lados del recipiente de diez (10) a quince (15) veces con la barra
compactadora para evitar que queden burbujas de aire en el interior de la muestra.
Posteriormente se enrasa, se limpia el exceso de concreto y se pesa obteniendo así
peso total de la muestra (Fig. N° 14 y 15), seguidamente se fija la parte superior al
recipiente, se cierra la válvula principal de aire, verificando que las llaves de purga
Fig. N° 11 Compactación en Cono
de Abrams
Fig. N° 12 Medición de
Asentamiento
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
39
estén abiertas para inyectar agua por una de ellas hasta que descargue por la otra, Una
vez realizado esto se cierran las llaves y se bombea aire dentro de la cámara hasta que
el manómetro este en la línea de presión inicial, se abre la válvula principal entre la
cámara de aire y el tazón para en ese momento proceder a leer el porcentaje de aire,
finalmente se cierra nuevamente la válvula de aire principal y se abren las llaves para
descargar la presión antes de remover la cubierta (Fig. N° 16).
Fig. N° 13 Compactación para
contenido de aire
Fig. N° 14 Muestra en recipiente
metálico
Fig. N° 15 Pesaje de muestra
Fig. N° 16 Cierre de válvula de
aire principal
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
40
Ya obtenido el porcentaje de aire, se procede a aplicar la ecuación para
encontrar el Peso Unitario Compacto:
P .U = 𝑊𝑚
𝑊𝑟* 1000, donde: Wm = Wt - Wr
Wm = Peso de la Muestra
Wr = Peso del Recipiente
Wt = Peso de la Muestra + Peso del Recipiente.
Elaboración, curado y ensayo de las probetas cilíndricas de concreto.
Norma COVENIN 338-02.
Una vez realizadas las mezclas se vacío en moldes metálicos con un diámetro
nominal de 15cm y una altura de 30cm (Fig. N° 17), los cuales debían estar
previamente limpios y engrasados para un buen desencofrado, en tres (3) capas la cual
cada una es compactada con veinticinco golpes (25), distribuidos de manera uniforme
extrayéndose así posibles burbujas del interior de los cilindros dando suaves golpes
sobre las paredes de los moldes con un martillo de goma (Figura Nº 18), para luego
enrasar la superficie de cada probeta con una cuchara de albañilería.
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
41
CURADO DE PROBETAS CILÍNDRICAS.
Las probetas cilíndricas y los especímenes recién elaborados quedaron en
reposo durante veinticuatro (24) horas, en un lugar cubierto y protegido del medio
ambiente. Transcurrido este tiempo se les retira el molde, se identifican y se someten
al proceso de curado en tanques de agua expuestas a temperatura ambiente (Figura
Nº 19) para no alterar los resultados esperados. En estas condiciones los cilindros
deben permanecer por un periodo de 3, 14, 28 y 90 días para luego realizar los ensayos
respectivos, retirándose estos del agua un día antes de la fecha de ensayo.
Fig. N° 17 Vaciado en probetas
Fig. N° 18 Golpes con martillo de
goma
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
42
Numero de probetas
Siguiendo el procedimiento descrito en de la Norma COVENIN 338-02, se
realizaron dieciocho (18) probetas cilíndricas para cada resistencia de diseño (280 y
350 kg/cm2) con su respectivo porcentaje de arena de sílice (5 y 10%), dando (72)
probetas cilíndricas para las mezclas adicionadas, y para la mezcla patrón se hicieron
un número de (36) probetas, es decir (18) para cada resistencia de diseño.
Suministrando un total de (108) probetas cilíndricas, distribuidas como se muestra en
la Tabla Nº5:
Fig. N° 19 Curado de Probetas
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
43
Tabla N°5: Número de probetas realizadas.
Ensayo Edad (días) 3 14 28 90
Mezcla
Resistencia
a la
Compresión
Patrón
f´c = 280 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2
4 4 6 4
Patrón
f´c = 350 𝐾𝑔𝑓/𝑐𝑚2
4 4 6 4
Sustitución 5% 8 8 12 8
Sustitución 10% 8 8 12 8
EVALUACION DEL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO.
Ensayo A Compresión De Cilindros De Concreto.
Este tipo de ensayo consiste en aplicar una carga vertical a una rata de 3 ± 1
kg/cm², con la finalidad de distribuir la carga uniformemente.
Se coloca la muestra en la prensa universal centradamente de manera que la
carga aplicada sea perpendicular a la cara de asiento (Figura Nº20).
Luego se procede a comprimir, aplicando la carga con una velocidad
constante, hasta la falla de la probeta (Figura Nº21).
Finalmente se registra el valor de la carga y la resistencia suministrada por la
prensa universal.
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
44
MÉTODO PARA DETERMINAR EL PORCENTAJE DE POROSIDAD DE
LAS MEZCLAS DE CONCRETO
Estos ensayos se realizaron siguiendo la metodología descrita en el Manual
DURAR CYTED 1998.
Una vez elaboradas cada mezcla de concreto, se desarrolló este
procedimiento sobre seis (6) especímenes por cada diseño de mezcla, obteniendo un
total de 36 especímenes, incluyendo los de las mezclas patrón, estos con las siguientes
dimensiones: altura igual a 5cm y un diámetro de 10cm, los cuales se sometieron a un
proceso de curado durante un periodo de 28 días (Fig. N° 22).
Obtenidas las seis (6) probetas con cada tipo de diseño de mezcla, y con las
Fig. N° 20 Prensa Universal
Fig. N° 21 Falla de Probeta
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CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO
45
dimensiones y características requeridas se realizó un pre-acondicionamiento en el
horno de secado a 105ºC hasta alcanzar peso constante seco (porcentaje de variación
de la masa 0.1%), seguidamente se preparó el enfriamiento en un desecador durante
veinticuatro (24) horas (Fig. N° 23). Una vez frías las probetas se pesaron una a una,
para sumergirlas en agua posteriormente durante veinticuatro (24) horas, a un nivel
de 25 ± 5mm por encima del nivel superior de la probeta.
Como lo que se quiere es obtener la porosidad total, estos especímenes fueron
llevados a un proceso de cocción por un periodo de cinco (5) horas, y pasada las horas
de cocción las muestras permanecieron en reposo por un tiempo mínimo de 15 hrs.
Finalmente se procedió a registrar el peso saturado con superficie seca y el peso
sumergido por medio de la balanza hidrostática.
Así se determina la porosidad total de la muestra expresada en porcentajes:
%𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝑊(𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜) − 𝑊(105°𝐶)
𝑊(𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜) − 𝑊(𝑆𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑜)𝑥100
Fig. N° 22 Curado de
especímenes
Fig. N° 23 Especímenes en
Desecador
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
46
CAPITULO IV
ANALISIS Y RESULTADOS
A continuación se presentan los resultados de cada uno de los estudios
ejecutados para la caracterización de los agregados, del cemento y la combinación
cemento – arena sílice, así como también la evaluación de los estudios físicos y
mecánicos de las mezclas de concreto, analizar el índice de actividad puzolánica,
corrección de humedad, esto con la finalidad de dar respuesta a las interrogantes
planteadas en esta investigación verificando el cumplimiento o no, de todos los valores
obtenidos respecto a los valores normativos o referenciales.
CARACTERIZACION DE LOS AGREGADOS
AGREGADO GRUESO
En la tabla N°6 se presentan los resultados del ensayo de granulometría para el
agregado grueso, realizado y facilitado por la empresa COCIPRE, C.A.
Tabla N° 6: Granulometría del agregado grueso
Cedazo Peso retenido (gr.) % Retenido % R. Acumulado % Pasante
1 ½” 0 0 0 100
1” 324 3,3 3,3 96,7
¾” 2310 23,6 26,9 73,1
½” 4002 41,0 67,9 32,1
⅜” 1976 20,2 88,1 11,9
¼” 855 8,8 96,9 3,1
Fuente: COCIPRE, C.A.
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
47
En el gráfico N°7 se muestran los resultados de los porcentajes pasantes de la
granulometría del agregado grueso y los límites granulométricos según los datos
proporcionados por la empresa COCIPRE, C.A.
Gráfico N° 7: Granulometría de agregado grueso.
Fuente: COCIPRE, C.A.
En el gráfico N°7 se puede observar el comportamiento del agregado grueso y
de los límites contemplados por las especificaciones de la norma utilizada como
referencia por la empresa COCIPRE, C.A., Norma COVENIN (277-83), el cual
muestra que la gradación obtenida para este agregado se encuentra totalmente dentro
de los limites dados por las especificaciones de la Norma COVENIN (277-83). Vale
destacar que dicha norma no se encuentra actualizada, la vigente actualmente es la
Norma COVENIN (277:2000), la cual no varía mucho con los valores mostrados en
esta gráfica.
0
20
40
60
80
100
120
1 ½” 1” ¾” ½” ⅜” ¼”
P
o
r
c
e
n
t
a
j
e
P
a
s
a
n
t
e
Abertura del Tamiz (pulg)
Granulometria de agregado grueso
% Pasante
Covenin (Lim Sup)
Covenin (Lim Inf)
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
48
AGREGADO FINO
En la tabla N°7 se muestran los resultados del ensayo de granulometría para el
agregado fino, realizado y facilitado por la empresa COCIPRE, C.A.
Tabla N° 7: Granulometría del agregado fino
Cedazo Peso retenido (grs.) % Retenido % R. Acumulado % Pasante
⅜” 4,1 0,8 0,8 99,2
N°4 30,3 6,1 6,9 93,1
N°8 54,1 10,9 17,8 82,2
N°16 99,6 20,0 37,8 62,2
N°30 133,1 26,7 64,5 35,5
N°50 91,8 18,4 82,9 17,1
N°100 70,7 14,2 97,1 2,9
Fuente: COCIPRE, C.A.
En el gráfico N°8 se presentan los resultados de los porcentajes pasantes de la
granulometría del agregado fino y los límites granulométricos según los datos
proporcionados por la empresa COCIPRE, C.A.
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
49
Gráfico N° 8: Granulometría de agregado fino.
Fuente: COCIPRE, C.A.
Se puede observar en el gráfico N°8 el comportamiento del agregado fino y de
los límites contemplados por las especificaciones de la Norma COVENIN (277-83), se
distingue que el agregado fino presenta una buena gradación y en cada uno de los
cedazos se encuentra dentro de los límites dados por las especificaciones de la Norma
COVENIN (277-83).
CARACTERIZACION DEL CEMENTO.
A continuación se presenta los ensayos realizados para la caracterización del
cemento usado en esta investigación:
0
20
40
60
80
100
120
⅜” N°4 N°8 N°16 N°30 N°50 N°100
P
o
r
c
e
n
t
a
j
e
p
a
s
a
n
t
e
Abertura del tamiz (pulg)
Granulometria de agregado fino
% Pasante
Covenin (Lim Sup)
Covenin (Lim Inf)
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
50
CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO
En las tablas N°8 y N°9 respectivamente que se presentan a continuación, se
puede apreciar la relación agua – cemento (a/c) necesaria para la hidratación de la
mezcla.
Tabla N° 8: Consistencia normal del cemento sustituido.
Muestra Relación agua/cemento Agua (ml) Penetración
(mm)
Sustitución 5% 0,265 172,5 10
Sustitución 10% 0,286 186 10
Tabla N° 9: Consistencia normal del cemento Portland Tipo I.
Muestra Relación agua/cemento Agua (ml) Penetración
(mm)
Patrón 0,255 165,75 10
Fuente: COCIPRE, C.A.
Una vez analizados los resultados de las tablas Nº 8 y Nº 9, se puede observar
que las mezclas con sustitución de cemento consumieron más agua que la mezcla
patrón, esto se debe a las irregularidades y absorción de los granos que a esta la
caracteriza. También se aprecia en la tabla Nº 8 que la relación agua cemento de la
mezcla con sustitución del 10% es mayor que la mezcla con sustitución del 5%, con
respecto a los valores obtenidos en la penetración de la Aguja de Vicat, se observa tanto
en la tabla N°8 como en la tabla N°9 que es de 10 ± 1 milímetros a los 30 segundos,
cumpliendo así con lo establecido en la Norma COVENIN 494 – 87.
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
51
TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO PATRON Y CON SUSTITUCION
La Norma COVENIN 493, establece que el tiempo de fraguado inicial mediante
el ensayo de la aguja de Vicat, para cemento Portland tipo I, debe ser mayor a 45
minutos para la penetración 25 ± 1 milímetros, mientras que el tiempo final debe ser
menor a 480 minutos para la penetración final de cero (0) milímetros. En este ensayo
se experimentó con tres (3) tipos de mezclas, las cuales estuvieron conformadas por
sustitución del peso del cemento en 5 y 10% y la mezcla patrón. En la tabla Nº 10 se
pueden observar los resultados obtenidos:
Tabla N° 10: Tiempos de fraguado en cemento con sustitución.
Mezcla
% de agua
(respecto
al
cemento)
Fraguado
inicial
(min)
Fraguado
final (min)
Valor normado
Tiempo
inicial
mínimo
(min)
Tiempo
final
máximo
(min)
Sustitución
5%
172,5 153 255
45 480 Sustitución
10%
186 157 255
Los resultados de la mezcla patrón, fueron facilitados por la empresa
COCIPRE, C.A, y se muestran a continuación:
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
52
Tabla N° 11: Tiempos de fraguado patrón.
Mezcla
% de agua
(respecto al
cemento)
Fraguado inicial
(min) Fraguado final (min)
Patrón 165,75 90 225
Fuente: COCIPRE C.A.
Fue necesario variar la cantidad de agua a medida que aumentaba el porcentaje
de sustitución de materiales, debido a la absorción que aporta la arena de sílice a la
mezcla; esta variación se encuentra expresada en las tablas Nº 10 y N°11 donde se
puede observar un incremento de agua de 3,91% entre la mezcla patrón y la mezcla con
5% de sustitución y 10,89% entre la mezcla patrón y la mezcla con 10% de sustitución.
Gráfico N° 9: Tiempo de fraguado del cemento expresado en minutos.
En el gráfico Nº 9, se representa la variación que ocurre en los tiempos de
fraguados, tanto inicial como final, al comparar la mezcla patrón con las mezclas con
0
50
100
150
200
250
300
m
i
n
u
t
o
s
Tiempo Inicial (Ti) Tiempo Final (Tf)
Tiempo de fraguado del cemento (min)
Patron
Sustitucion 5%
Sustitucion 10%
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
53
sustitución de cemento por arena de sílice. En la mezcla con sustitución de 5% del peso
total del cemento se obtuvo una diferencia del tiempo de fraguado inicial de 41,18%
con respecto al tiempo de fraguado inicial de la mezcla patrón y para el tiempo de
fraguado final presenta el mismo comportamiento con una diferencia del 11,76%. Para
la mezcla con sustitución del 10% se observa un aumento en su tiempo de fraguado
inicial de 42,68% y un aumento en su tiempo de fraguado final de 11.76%, esto en
relación con la mezcla patrón.
El tiempo de fraguado tanto del cemento, como de las mezclas con sustitución
de 5 y 10% del peso total del cemento cumplieron con los rangos establecidos por la
norma, arrojando como resultado que las mezclas de cemento con sustitución fraguaron
en mayor tiempo que la mezcla patrón, esto debido a que la arena de sílice tiene una
forma irregular en sus granos y absorbe más agua, retardando el proceso de fraguado;
es importante recalcar que a mayores tiempos de fraguado, mayor tiempo de
manejabilidad que permiten la adecuada colocación del concreto.
DISEÑO DE MEZCLA
CORRECCION POR HUMEDAD
Gráfico N° 10: Corrección por humedad.
8,5
9
9,5
10
10,5
11
Lts. de Agua
280 Kg/cm² 350Kg/cm²
Correccion por Humedad
Diseño
Corregida
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
54
En el gráfico Nº 10, se observa que el agua corregida por humedad para la
mezcla de diseño de 280 kg/cm² aumenta un 6,17% respecto al agua de diseño, y para
la mezcla de 350 kg/cm² aumenta un 5,08% respecto al agua de diseño. Lo que da a
entender que el agregado se encontraba con poca humedad al momento de realizar la
mezcla.
PROPIEDADES DEL CONCRETO EN ESTADO FRESCO
Del concreto en estado fresco, se obtuvieron valores de asentamiento de la
mezcla, porcentajes de aire atrapado y peso unitario.
ASENTAMIENTO
También conocido como trabajabilidad, se realizó mediante el procedimiento
mostrado en la Norma COVENIN 339-94, “Concreto. Método para la medición del
asentamiento con el cono de Abrams”, este se llevó a cabo posterior a la mezcla de
concreto realizado en el trompo mezclador, mostrándose los resultados obtenidos en el
gráfico Nº 12.
Gráfico N° 11: Asentamiento promedio en muestras expresado en pulgadas.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
A
s
e
n
t
a
m
i
e
n
t
o
(
p
u
l
g)
280 Kg/cm² 350 Kg/cm²
Asentamiento promedio
Patron
Sustitucion 5%
Sustitucion 10%
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
55
El asentamiento estipulado en el diseño de mezcla fue de 4”, en el gráfico Nº
11 se observa que los valores para las mezclas patrón se acercaron al valor de diseño;
sin embargo para las mezclas con sustitución de arena de sílice el asentamiento
disminuye, debido a que está tiene una capacidad de actuar como un reductor de la
relación de agua-cemento, dando como resultado una disminución en la trabajabilidad
de la mezcla.
PORCENTAJE DE AIRE Y PESO UNITARIO
El porcentaje de aire y peso unitario son ensayos realizados luego de elaborar
la mezcla. Los resultados alcanzados se aprecian en las siguientes tablas:
Tabla N° 12: Porcentaje de aire promedio de la mezcla de concreto con sustitución y
peso unitario.
Mezcla
Resistencia a la
compresión (𝑲𝒈/
𝒄𝒎𝟐)
% de aire Peso unitario (𝑲𝒈/
𝒄𝒎𝟑)
Patrón 280 2,5 2,36
Sustitución 5% 280 2,55 2,34
Sustitución 10% 280 2,45 2,33
Patrón 350 2,2 2,34
Sustitución 5% 350 2,2 2,32
Sustitución 10% 350 2,3 2,32
En la tabla Nº 12, se observa que tanto para las mezclas con sustitución de 5 y
10% del peso del cemento por arena de sílice, existe una variación mínima entre ellas
de 0,1%, siendo mayores los valores en las mezclas con sustitución de 5% respecto a
las mezclas con sustitución de 10% del peso total del cemento. También se aprecia
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
56
como existe una diferencia en los porcentajes de aire entre las resistencias de 280
(Kg/cm2) y 350 (Kg/cm2), obteniendo mayor porcentaje en ambas mezclas con
sustitución de material en el menor valor de las resistencias estudiadas.
De manera general, al comparar las mezclas con sustitución con las mezclas
patrón, se aprecia que el porcentaje de aire para una resistencia de diseño 280 (Kg/cm2)
y 5% de sustitución aumenta con respecto a la patrón en un 0,05%, caso contrario es lo
que ocurre con la mezcla con sustitución del 10%, la cual disminuye el porcentaje de
aire con respecto a la mezcla patrón en un 0,05%. Para las mezclas con resistencia de
diseño 350 (Kg/cm2), se observa que la sustitución del 5% tiene el mismo porcentaje
de aire que la mezcla patrón y la sustitución del 10% del peso total del cemento presenta
un aumento de 0,1% respecto a la mezcla patrón de dicha resistencia. Esto sucede
debido a que la arena sílice al ser de granos más finos que el cemento llena los espacios
vacíos de la mezcla; mientras si se comparan los porcentajes de aire de una resistencia
respecto a otra, se estima que existe una pequeña tendencia a disminuir a medida que
la resistencia aumenta para las mezclas con adiciones.
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
57
Gráfico N° 12: Pesos unitarios en mezclas patrón y mezclas con sustitución.
En la gráfica N°12 se observa que existe una tendencia de disminución del peso
unitario de las mezclas con sustitución con respecto a las mezclas patrón, por otra parte
en las mezclas con sustitución podemos notar un comportamiento directamente
inverso, a medida que aumenta el valor de la sustitución disminuye el valor del peso
unitario de la mezcla para cada resistencia, dando como resultado con mayor valor el
peso unitario de la sustitución de 5%. Comparando las resistencias de diseño se
presentó una disminución de los valores de peso unitario a medida que el valor de la
resistencia aumentaba, esto se mantuvo tanto para la mezcla patrón como para las
mezclas con sustitución.
2,3
2,31
2,32
2,33
2,34
2,35
2,36P
e
s
o
U
n
i
t
a
r
i
o
(
K
g
/
c
m
³)
280 Kg/cm² 350 Kg/cm²
Peso unitario
Patron
Sustitucion 5%
Sustitucion 10%
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
58
CARACTERIZACION DEL CONCRETO EN ESTADO ENDURECIDO.
Se obtuvo la resistencia a la compresión para las edades de 3, 14, 28 y 90 días,
además de la porosidad de la mezcla.
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN.
Seguidamente se exponen los resultados del ensayo a compresión en cilindros
normalizados a los 3, 14, 28 y 90 días de edad para cada resistencia.
Tabla N°13: Resistencia a la compresión promedio con f`c = 280 𝐾𝑔/𝑐𝑚2.
Resistencia promedio a la compresión (𝑲𝒈/𝒄𝒎𝟐)
Mezcla Edad
3 días
Edad
14 días
Edad
28 días
Edad
90 días
Patrón 197,15 222,35 285,70 373,20
Sustitución 5% 290,45 289,85 325,50 378,30
Sustitución
10%
260,80 285,25 297,45 313,75
Tabla N°14: Resistencia a la compresión promedio con f`c = 350 𝐾𝑔/𝑐𝑚2.
Resistencia promedio a la compresión (𝑲𝒈/𝒄𝒎𝟐)
Mezcla Edad
3 días
Edad
14 días
Edad
28 días
Edad
90 días
Patrón 242,90 280,85 350,70 452,60
Sustitución 5% 305,45 343,40 392,85 433,45
Sustitución
10%
298,75 304,15 378,95 400,20
GOYO, ROJAS | 2014
CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
59
Gráfico N° 13: Resistencia a la compresión a los 3 días de edad (kg/cm²).
En el gráfico N° 13 se muestran los resultados de las resistencia promedio a la
compresión a la edad de 3 días, donde se puede observar notablemente que todos
superan el valor de 65% de la resistencias de diseño, la cual cumplen con el porcentaje
mínimo esperado. En la gráfica N°13 se representa con una línea de color morado el
valor de 65% de la resistencia de 280 (Kg/cm2), mientras que la línea de color rojo es
el valor referencial para esta edad de la resistencia de 350 (Kg/cm2). La mezcla patrón
fue la que desarrolló menor resistencia en comparación a las mezclas con sustitución
de 5 y 10% del peso total del cemento por arena de sílice.
Las mezclas para una resistencia de diseño 280 (Kg/cm2) con sustitución de 5
y 10% por arena de sílice presentaron un 47,32% y 32,29% de resistencia por encima
de la mezcla patrón respectivamente, mientras que las mezclas con una resistencia de
0
50
100
150
200
250
300
350
Res
iste
nci
a K
g/cm
²
280 Kg/cm²
Resistencia a la compresión 3 días
Patrón
Sustitución 5%
Sustitución 10%
350 Kg/cm²
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
60
diseño 350 (Kg/cm2) para sustitución en 5 y 10% de cemento por arena de sílice
mostraron un aumento de 25,75% y 23% respectivamente con respecto a la mezcla
patrón.
Se puede apreciar que la mezcla que obtuvo una mayor resistencia a temprana
edad fue la mezcla con sustitución de 5%. Se observa que a medida que se incrementa
el porcentaje de adición la resistencia disminuye.
Gráfico N° 14: Resistencia a la compresión a los 14 días de edad (kg/cm²).
En el gráfico Nº 14, se muestran los resultados a los ensayos a compresión
realizados a 14 días, donde se observa que todas las mezclas superaron la resistencia
esperada siendo nuevamente la mezcla patrón la que obtuvo un menor porcentaje de
resistencia respecto a las mezclas sustituidas. Se puede apreciar que nuevamente la
mezcla con sustitución en 5 y 10% de arena de sílice para las dos resistencias de diseño
arrojaron porcentajes mayores a los de la mezcla patrón, siendo la mezcla con
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Res
iste
nci
a K
g/cm
²
280 Kg/cm² 350 Kg/cm²
Resistencia a la compresion 14 días
Patrón
Sustitución 5%
Sustitución 10%
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
61
sustitución de 5% la que obtuvo una mayor resistencia en comparación a la mezcla con
sustitución de 10%. En la gráfica se representa con una línea el valor referencial del
80% de cada una de las resistencias en estudio, la línea de color morado es para la
resistencia de 280 (Kg/cm2) y la línea de color rojo muestra el 80% del valor de la
resistencia de 350 (Kg/cm2).
Gráfico N° 15: Resistencia a la compresión a los 28 días de edad (kg/cm²).
En la gráfica N°15 se observa el comportamiento de la resistencia a la edad de
28 días, tanto para la mezcla patrón como para las sustituidas, se obtuvieron porcentajes
mayores al 100% de las resistencias, las cuales están representadas en esta gráfica con
una línea de color morado la resistencia de 280 (Kg/cm2) y con una línea de color roja
la resistencia de 350 (Kg/cm2); esto se debe no solo a la cantidad de cemento que es
aportada a mezcla, sino también a el agregado grueso y la relación agua-cemento
desarrollada en el diseño de mezcla, las cuales fueron luego de realizarle la corrección
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Res
iste
nci
a K
g/cm
²
280 Kg/cm² 350 Kg/cm²
Resistencia a la compresión 28 días
Patrón
Sustitución 5%
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
62
por humedad de 0,58 para la resistencia de 280 (Kg/cm2) y 0,47 para la resistencia de
350 (Kg/cm2).
En este gráfico también se puede apreciar que las mezclas adicionadas superan
a la mezcla patrón, siguiendo la misma línea de tendencia dada para las edades a los 3
y 14 días.
Se observa que para la mezcla con menor porcentaje de sustitución de arena de
sílice (5%) hay mayor resistencia, lo cual hace que esta sea la mejor proporción, esto
se debe a que el cemento puzolánico consigue a los 28 días la totalidad de su resistencia.
Gráfico N° 16: Resistencia a la compresión a los 90 días de edad (kg/cm²).
Al apreciar el gráfico N°16 se puede observar que continúa la tendencia de
incremento en los valores de las resistencias en cada una de las mezclas, en este caso
se nota una diferencia con respecto a las demás edades, la cual es, que la mezcla patrón
tiene mayor resistencia que las mezclas con sustitución de material para la resistencia
de 350 (Kg/cm2), y en cuanto a la resistencia de 280 (Kg/cm2) se tiene un valor muy
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Res
iste
nci
a K
g/cm
²
280 Kg/cm² 350 Kg/cm²
Resistencia a la compresión 90 días
Patrón
Sustitución 5%
Sustitución 10%
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
63
cercano entre la mezcla patrón y la mezcla con sustitución del 5%, siendo esta última
ligeramente mayor.
También en este gráfico se observa como entre las mezclas de sustitución de 5
y 10% la que sigue aportando mayores valores de resistencia es la que posee la menor
cantidad de material sustituido, esto confirma que a menor cantidad de cemento
sustituido por arena de sílice, mayores serán los valores de resistencia de la mezcla.
Gráfico N° 17: Comparación de resistencias a la compresión, fc = 280 (kg/cm²).
Se puede apreciar en la gráfica N°17 como las mezcla con resistencia a
compresión de 280 (kg/cm²) de diseño, cumple con lo esperado, a medida que la edad
0
50
100
150
200
250
300
350
400
197,15
229,35
285,7
375,6
290,45 289,85325,25
378,3
260,8285,25
297,45313,75
R
e
s
i
s
t
e
n
c
i
a
K
g
/
c
m
²
3 14 28 90
Comparación de resistencia
Patrón
5% Sustitución
10% Sustitución
Edad (dias)
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
64
es mayor, la resistencia es mayor. Se observa que la mezcla con sustitución del 5% fue
la que obtuvo mayor resistencia en cada una de las edades en estudio, las resistencias
de la mezcla con sustitución del 10% superó en todo momento a las resistencias de la
mezcla patrón, menos en la edad de 90 días, donde se muestra una disminución
considerable en su resistencia en relación a la evolución que venía presentando en las
demás edades de ensayo.
Gráfico N° 18: Comparación de resistencias a la compresión, fc = 350 (kg/cm²).
En el gráfico N°18 se observa como la mezcla con sustitución del 5% es la que
muestra mejores resultados de las mezclas con resistencia de 350 (kg/cm²) de diseño,
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
242,9280,85
350,7
452,5
305,45343,4
392,85
433,45
298,75 304,15
378,95400,2
R
e
s
i
s
t
e
n
c
i
a
K
g
/
c
m
²3 14 28 90
Comparación de resistencia
Patrón
5% Sustitución
10% Sustitución
Edades (dias)
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
65
a la edad de 90 días de realizada la mezcla, se refleja que el mayor valor es aportado
por la mezcla patrón y hay una disminución en los valores de las resistencias obtenidas
en las mezclas con sustitución de 5 y 10% con respecto a las demás edades en estudio.
POROSIDAD TOTAL
En la tabla N° 15 se muestran los resultados del ensayo de porosidad realizados
a las mezclas.
Tabla N° 15: Porosidad total promedio en las mezclas.
Mezcla Resistencia (𝑲𝒈/𝒄𝒎𝟐) % Porosidad
Patrón 280 11,36
Sustituida 5% 280 11,38
Sustituida 10% 280 12,07
Patrón 350 12,12
Sustituida 5% 350 11,59
Sustituida 10% 350 12,41
Estos resultados a continuación serán evaluados y comparados con los valores
referenciales según el Manual DURAR- CYTED, expresados en la tabla N°16.
Tabla N° 16: Criterios de evaluación de la porosidad.
% de porosidad Clasificación
≤ 10% Indica un hormigón de buena calidad y compacidad.
𝟏𝟎% − 𝟏𝟓% Indica un hormigón de moderada calidad.
> 𝟏𝟓% Indica un hormigón de durabilidad inadecuada.
Fuente: Manual Durar 1998.
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CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
66
Gráfico N° 19: Porcentaje de absorción en mezclas patrón y mezclas con sustitución.
En el gráfico Nº 19 se reflejan los valores del resultado de la porosidad en las
mezclas patrón y las mezclas con sustitución, se observa que para la mezcla de 280
(Kg/cm2) tanto patrón, como las mezclas con sustitución, indican con soporte de la
tabla N° 18 una moderada calidad, por otra parte para las mezclas con resistencia de
350 (Kg/cm2), también se obtuvo una moderada calidad, con la peculiaridad que el
porcentaje de absorción en la mezcla con sustitución del 5% es menor que el porcentaje
de absorción de la mezcla patrón.
Es necesario recordar que a mayor porosidad, mayor será la permeabilidad y la
absorción capilar, lo que facilitará la penetración de oxígeno, la humedad y las sales,
aumentando las posibilidades de que ocurra el fenómeno de corrosión.
10,8
11
11,2
11,4
11,6
11,8
12
12,2
12,4
%
P
o
r
o
s
i
d
a
d
t
o
t
a
l
280 Kg/cm² 350Kg/cm²
Porosidad total
Patrón
Sustitución 5%
Sustitución 10%
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CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
67
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
Una vez realizado todos los ensayos propuestos para cumplir con el objeto de
la investigación y de analizar los resultados obtenidos, podemos concluir lo siguiente:
- El consumo de agua fue menor para la mezcla con menor porcentaje de
sustitución de arena de sílice, lo cual era de esperarse.
- No existe gran variación en el consumo de agua o en la relación agua –
cemento, requerida para la resistencia normal entre ambas mezclas adicionadas.
- Así mismo se aprecia que el inicio de fraguado tiene una considerable
variación entre la mezcla patrón siendo más rápido con respecto a las mezclas con
sustitución, sin embargo, el fin del fraguado no presenta variaciones significantes entre
las mezclas.
- Para las mezclas con 10% de sustitución, la trabajabilidad se vió baja con
relación al valor de diseño (4 ± 1 pulgadas), lo que quiere decir que en esa proporción
afecto la relación agua – cemento de manera poco apropiada, sin embargo no se apreció
segregación de los agregados.
- La incorporación de sustituciones no aporta cambios considerables en cuanto
al porcentaje de aire y peso unitario con respecto a la mezcla patrón para ambas
resistencias.
- En cuanto a los ensayos de resistencia a la compresión se puede observar que
como era lo esperado, los valores tienden a desarrollarse luego de los 28 días, siendo a
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CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
68
los 90 días que supera con buenas expectativa el valor de la resistencia de diseño, lo
cual comprueba una vez más el aporte de la sustitución de sílice en el tiempo.
- La sustitución con mejor aporte de resistencia a la compresión en todos los
periodos de ensayo es con 5% de sustitución de cemento por arena sílice.
- En términos de la durabilidad de las mezclas y para este caso de estudio la
proporción más adecuada de sustitución con arena sílice es la que tiene sustitución del
5% y la resistencia a la compresión de 280 (Kg/cm2) siendo menos porosa que su par
igual con resistencia a la compresión de 350 (Kg/cm2).
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CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
69
RECOMENDACIONES
- Evaluar las mezclas de concreto con las adiciones empleadas a edades
superiores a los 90 días, para conocer el comportamiento de las resistencias a largo
plazo.
- Sería beneficioso realizar las mezclas de concreto variando la relación
agua/cemento como punto de partida para el diseño de mezcla para determinar el valor
óptimo de ésta.
- Se sugiere realizar un estudio comparativo de factibilidad económica entre el
concreto convencional y el concreto con arena de sílice, para comprobar así cuál de los
dos sería la mejor opción en lo que a costo se refiere.
- Se recomienda el estudio de mezclas de concreto con valores de sustitución
del peso de cemento por arena de sílice intermedios a los ensayados en esta
investigación en las mismas resistencias que se evaluaron, con el objeto de visualizar
la variabilidad en los resultados.
- Evaluar Mezclas con las adiciones empleadas en combinación con aditivos
plastificantes o reductores de agua, de uso común en las plantas dosificadoras de
concreto.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
70
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Fuentes impresas:
Salamanca (2000). “Cementos Adicionados”
S. Bhanja, B. Sengupta, (2003); “Optimum Silica Fume Content and its Mode of
Action on Concrete,” ACI Materials Journal, V (100)
H. Katkhuda, B. Hanayneh N. Shatarat (2009); “Influence of Silica Fume on
High Strength Lightweight Concrete”, Proceedings of World Academy of Science
Engineering and Technology, Italy, Volume 58
A. Blarasin, A. Perfetti, A. (2011); “Evaluación del comportamiento físico y
mecánico de concretos de altas resistencia, variando la relación agua - cemento, el
tamaño máximo del agregado, sustituyendo dosis de cemento por micro sílice y
agregando superplastificante”. TEG 2011, UCLA
Bolívar, Gómez, González, (2012); “Evaluación de mezclas de concreto
sustituyendo parte de cemento con adiciones de arena sílice”. TEG 2012, UCLA.
M. Alvarado, L. Dos Santos, (2013); “Evaluación de la influencia de la adición de
arena de sílice, en las propiedades físico – mecánicas de las mezclas de concreto”. TEG
2013, UCLA.
E. Guerrero, G. Torres, (2013); “Evaluación de mezclas de concreto con adición
de polvo de sílice”. TEG 2013, UCLA.
Bran (2005). “Lógicas, contenidos y metodologías del concreto”
Steven H. Kosmatka y William C. Panarese, Diseño y control de mezclas de
concreto, Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. primera edición 1992.
Rivva, E. (2000). “Naturaleza y materiales del concreto”
Gómez, Sarria (1997), Tecnología y Propiedades, Instituto del Concreto
ASOCRETO, 1ra. Edición 1997. p 13-14.
Asociación de arena de sílice (SFA, 2005)
GOYO, ROJAS | 2014
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
71
Porrero, J. y otros. (2004). Manual del concreto estructural. Primera Edición.
Caracas, Venezuela – SIDETUR.
Fuentes electrónicas:
http://www.arqhys.com/fundamentos-concreto.html
http://elconcreto.blogspot.com/2009/01/el-agua-del-concreto.html
http://html.rincondelvago.com/diseno-de-mezclas.html
www.ecoingenieria.org/docs/Puzolanas.pdf
Normas:
COVENIN 1753 – 2003. Proyecto y diseño de obras en concreto estructural.
COVENIN 354 – 79. Concreto. Método para mezclado en el laboratorio.
COVENIN 339 – 78. Método para la medición del asentamiento con el cono de
Abrams.
COVENIN 347 – 79. Método de ensayo para determinar el contenido de aire y peso
unitario del concreto en estado fresco por el método volumétrico.
COVENIN 483 - 1992. Cementos y sus constituyentes. Definiciones.
COVENIN 3134 - 1994. Cemento portland con adiciones. Especificaciones.
COVENIN 338 - 2002. Concreto. Método para la elaboración, curado y ensayo a
compresión de cilindros de concreto.
COVENIN 270 (78). Agregados. Extracción de muestras para morteros y
concretos.
COVENIN 494 (94). “Cemento Portland. Determinación de la consistencia
normal”. 2da Revisión.
COVENIN 493 (87). “Cemento Portland. Determinación del tiempo de fraguado
de cementos hidráulicos por medio de la aguja de Vicat”.
COVENIN 290. Método de cuarteo para la obtención de muestras representativas
de agregados finos y agregados gruesos.
GOYO, ROJAS | 2014
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
72
COVENIN 255-98 Método de ensayo para determinar la composición
granulométrica de agregados finos y gruesos.
COVENIN 268-78 Método de ensayo para determinar el peso específico y
absorción del agrego fino.
COVENIN 269-78 Método de ensayo para determinar el peso específico y
absorción del agregado grueso.
COVENIN 258-77 Método de ensayo para determinar las partículas más finas que
el cedazo nro. 200 en el agregado fino.
Manual DURAR CYTED 1998.
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74
Anexos A
Resultados de caracterización de
agregado grueso, agregado fino y cemento.
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PRUEBA A COMPRESION 3 DIAS
DISEÑO f´c (kg/cm2) % DE SILICE Rc (kg/cm2) PROMEDIO 0.6f´c
PATRON 280 - 200 168
PATRON 280 - 194.3 168
PATRON 280 - 196.7 168
PATRON 280 - 197.6 197.15 168
PATRON 2 350 - 240.8 210
PATRON 2 350 - 245 210
PATRON 2 350 - 246.1 210
PATRON 2 350 - 239.7 242.9 210
MUESTRA 1 280 5 297.8 168
MUESTRA 1 280 5 279.1 168
MUESTRA 1 280 5 280.3 168
MUESTRA 1 280 5 304.6 290.45 168
MUESTRA 2 280 10 246.1 168
MUESTRA 2 280 10 253.7 168
MUESTRA 2 280 10 270.7 168
MUESTRA 2 280 10 272.7 260.8 168
MUESTRA 3 350 5 298.1 210
MUESTRA 3 350 5 277.5 210
MUESTRA 3 350 5 324.2 210
MUESTRA 3 350 5 322 305.45 210
MUESTRA 4 350 10 279.7 210
MUESTRA 4 350 10 294.6 210
MUESTRA 4 350 10 300.8 210
MUESTRA 4 350 10 319.9 298.75 210
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82
PRUEBA A COMPRESION 14 DIAS
DISEÑO f´c (kg/cm2) % DE SILICE Rc (kg/cm2) PROMEDIO 0.8f´c
PATRON 280 - 230 224
PATRON 280 - 228.7 224
PATRON 280 - 229 224
PATRON 280 229.7 229.35 224
PATRON 2 350 - 280.2 280
PATRON 2 350 - 281.5 280
PATRON 2 350 - 278.8 280
PATRON 2 350 282.9 280.85 280
MUESTRA 1 280 5 285.5 224
MUESTRA 1 280 5 307.6 224
MUESTRA 1 280 5 257.2 224
MUESTRA 1 280 5 309.1 289.85 224
MUESTRA 2 280 10 279 224
MUESTRA 2 280 10 247 224
MUESTRA 2 280 10 296 224
MUESTRA 2 280 10 319 285.25 224
MUESTRA 3 350 5 324.4 280
MUESTRA 3 350 5 344.4 280
MUESTRA 3 350 5 347.8 280
MUESTRA 3 350 5 357 343.4 280
MUESTRA 4 350 10 332.6 280
MUESTRA 4 350 10 313.1 280
MUESTRA 4 350 10 328.4 280
MUESTRA 4 350 10 242.5 304.15 280
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83
PRUEBA A COMPRESION 28 DIAS
DISEÑO f´c (kg/cm2) % DE SILICE Rc (kg/cm2) PROMEDIO f´c
PATRON 280 - 290 280
PATRON 280 - 281.4 280
PATRON 280 - 285.5 280
PATRON 280 - 286.3 280
PATRON 280 - 287.8 280
PATRON 280 - 283.2 285.7 280
PATRON 1 350 - 345.6 350
PATRON 1 350 - 355.8 350
PATRON 1 350 - 356 350
PATRON 1 350 - 349.6 350
PATRON 1 350 - 352.7 350
PATRON 1 350 - 344.5 350.7 350
MUESTRA 1 280 5 351.9 280
MUESTRA 1 280 5 341.2 280
MUESTRA 1 280 5 275.4 280
MUESTRA 1 280 5 332.5 280
MUESTRA 1 280 5 338.2 280
MUESTRA 1 280 5 312.3 325.25 280
MUESTRA 2 280 10 302.7 280
MUESTRA 2 280 10 260.4 280
MUESTRA 2 280 10 313.9 280
MUESTRA 2 280 10 312.8 280
MUESTRA 2 280 10 280.9 280
MUESTRA 2 280 10 314 297.45 280
MUESTRA 3 350 5 392.9 350
MUESTRA 3 350 5 392.6 350
MUESTRA 3 350 5 388.6 350
MUESTRA 3 350 5 397.3 350
MUESTRA 3 350 5 390.4 350
MUESTRA 3 350 5 395.3 392.85 350
MUESTRA 4 350 10 363 350
MUESTRA 4 350 10 351.2 350
MUESTRA 4 350 10 371.5 350
MUESTRA 4 350 10 386.4 350
MUESTRA 4 350 10 404.2 350
MUESTRA 4 350 10 397.4 378.95 350
GOYO, ROJAS | 2014
84
PRUEBA A COMPRESION 90 DIAS
DISEÑO f´c (kg/cm2) % DE SILICE Rc (kg/cm2) PROMEDIO
PATRON 280 - 369.1
PATRON 280 - 377.3
PATRON 280 - 380.4
PATRON 280 - 375.6 375.6
PATRON 1 350 - 455
PATRON 1 350 - 450.2
PATRON 1 350 - 452.3
PATRON 1 350 - 452.5 452.5
MUESTRA 1 280 5 367.2
MUESTRA 1 280 5 381.3
MUESTRA 1 280 5 385.3
MUESTRA 1 280 5 379.4 378.3
MUESTRA 2 280 10 263.7
MUESTRA 2 280 10 333.7
MUESTRA 2 280 10 271.8
MUESTRA 2 280 10 385.8 313.75
MUESTRA 3 350 5 445.8
MUESTRA 3 350 5 445.6
MUESTRA 3 350 5 418.2
MUESTRA 3 350 5 424.2 433.45
MUESTRA 4 350 10 400.4
MUESTRA 4 350 10 419.9
MUESTRA 4 350 10 368.2
MUESTRA 4 350 10 412.3 400.2